基于Maxent模型的党参全球潜在分布区预测

基于党参全球129个分布点和37个生态因子,利用最大熵模型(Maxent)与地理信息系统(GIS)预测党参的全球生态适宜区.结果表明: 党参的全球生态适宜区总面积达到884.79×10⁴ km²,主要分布在北半球的东亚地区,其中以中国最为集中.中国的党参生态适宜区中,适宜性指数较高的区域主要分布在山西、陕西、四川、甘肃东南地区、西藏东部、云南东南地区、山东东北地区等,中国是党参的最佳栽培区.影响党参地理分布的生态因子主要是气候因子,其中,温度因子起主导作用,降水因子次之;然后依次是地形与土壤因子.年均温和降水的季节性、最冷季平均温、最干季降水量对其影响最大.     

气候变化下千金榆在我国潜在分布区预测

气候变化严重影响植物的地理分布格局,植物分布对气候变化响应的区域差异性也将为引种和保存提供重要的指导.本研究基于ArcGIS与MaxEnt模型,利用176个千金榆地理信息和13个气候变量,对当前和未来的生态位进行重建.结果表明:模型模拟当代潜在分布区可信度极高,测试集与训练集AUC值分别为0.973和0.957.主要核心适宜区集中在秦岭、长白山及其各自的邻近区域,其他为零星的“岛屿”式分布.贵州、江西、云南、福建等地未发现千金榆的分布,但存在一定的适宜分布区.随着未来气候变暖,千金榆生态适宜区明显增加,主要表现为“向高海拔地区收缩”、“北扩”和“东扩”.但核心适宜区略有减少,具体表现为“南缩”、“中稳”和“北扩”.千金榆的分布对气候变暖的响应存在明显的区域性,在东部江苏、安徽等地,因其独特的地理位置与气候环境,该地区开始成为千金榆生态适宜区;在较低纬度的南方,原有的低海拔地区可能不再适宜千金榆生存;中部秦岭地区气候为南北的渐变区,有较强的缓冲能力,气候变暖对其分布区影响不大;较高纬度的长白山地区及其邻近区域愈发适宜千金榆生存.     

基于GIS的陕北红枣生态适宜性空间分布格局研究

作物的生态适宜性空间分布格局对于掌握作物生长适宜区域具有重要的作用。陕北红枣, 作为该地区的特色经济作物, 其生态适宜性分布特征尚不明晰。因此, 本文基于层次分析法确定适宜地形、气候、土壤及植被因子权重,通过地理信息系统(GIS)技术确定陕北地区红枣生态适宜性空间分布等级和面积。结果表明, 陕北地区红枣生态适宜区自陕北南部和东南部向西北和北部地区递减, 年降雨量、年积温及高程是限制红枣在陕北西北部适宜生长的主要环境因子; 红枣最佳生态适宜区和次适宜区主要集中于富县、黄龙县、甘泉县及宜川县。其中, 红枣最佳适宜区和次适宜区面积在富县分别达到 5036.58 hm²、23114.25 hm², 即富县是陕北红枣生态适宜性分布的最优区县。一般适宜区主要集中于延长县、绥德县、清涧县、延川县、宜川县、子洲县及宝塔区。因此, 未来可以在红枣优适宜区进行精准培育种植, 着重提升红枣品质。在一般适宜区增加红枣种植面积, 提高红枣总产量。以期为该地区红枣优化生产提供科学依据, 实现陕北精品红枣规模化发展。     

基于MaxEnt模型不同气候变化情景下的豆梨潜在地理分布

针对豆梨的原生境保护和资源利用问题,本研究基于豆梨全球236个分布点和19个环境因子,利用最大熵模型(MaxEnt)和地理信息系统(GIS)预测了豆梨在不同气候条件下的全球生态适宜区.结果表明: 豆梨的生态适宜区主要集中在北美洲、亚洲等地区,面积共约1.6×10⁷ km².其中,中国生态适宜度较高的地区主要分布在湖南省、湖北省、安徽省、江西省、江苏省、浙江省、福建省等地.影响豆梨地理分布的主要气候因子是年平均气温和年降水量,气温季节性变化次之.由模型预测可知,在不同的气候背景下,豆梨适宜生境和低适宜生境的面积有所不同.在空间分布上,豆梨适宜生境和低适宜生境的范围和几何中心都由东部向西部地区扩散,北美洲的适宜生境增长较快,而欧洲地区的低适宜生境增长较快.     

川西高原山地美味牛肝菌气候生态适宜性及潜在分布

利用数字高程模型(DEM)数据、土地覆盖栅格数据、四川省52个站点和4个其他省市站点的气象观测数据,基于美味牛肝菌的生物学特性,结合前人研究成果,系统分析了川西高原山地美味牛肝菌的气候生态适宜性。选取气温、降水、植被等影响因子作为区划指标,应用集优法,通过GIS分析本区美味牛肝菌资源的潜在分布。结果表明: 美味牛肝菌潜在分布区的北界在32° N附近,海拔上限约为3000 m,下限约为800 m,总面积约286.3万hm²,约占研究区整个行政区域面积的9.7%;29° N以南的攀西地区是美味牛肝菌的主要潜在分布区,核心分布区在攀西地区中南部,攀西分布区面积约占全部潜在分布区的90%,其中,适宜区面积约占20%,次适宜面积约占80%。适宜区主要分布于攀西地区雅砻江以东的安宁河流域、海拔1000~2600 m的山区;次适宜区主要是适宜区分别向上、向下延伸到海拔3000和800 m左右的林区;海拔3000 m以上的高原高山区和海拔800 m以下的干热河谷区为不适宜区。     

我国“镰刀弯”地区春玉米种植的气候适宜性与调整建议

“镰刀弯”地区是典型的旱作农业区和畜牧业发展优势区,生态环境脆弱,涉及我国北方及西南13个省(区).本文根据1981—2010年“镰刀弯”地区650个气象台站的逐日资料和精细化格点数据(1 km×1 km),采用公认的农业气象指标以及目前国际上比较流行的估算作物气候生产潜力的农业生态区划(AEZ)模型,结合卫星遥感监测的土地利用分类信息,对1981—2010年期间该区春玉米种植的气候适宜程度和气候生产潜力进行了定量评估,并结合玉米生物特性及农业气候资源特点,提出合理调整次适宜、不适宜区农业生产结构的科学对策.结果表明: 1981—2010年期间,“镰刀弯”北部春玉米种植区气候生产潜力从东向西总体呈现“大-中-较小-小”的分布格局,而南部种植区春玉米气候生产潜力分布无明显规律,总体处于“较小-中”之间;1981—2010年期间,“镰刀弯”北部玉米种植区从东南向西北总体呈现“最适宜-适宜-次适宜-不适宜”的分布格局;而南部种植区从东南向西北总体呈现“不适宜-次适宜-适宜-最适宜”的分布格局.春玉米种植最适宜区分布面积最大(47%),其次为次适宜区(23%)和不适宜区(17%),适宜区最小(13%).其中,玉米次适宜、不适宜种植面积占该地区现有总耕地面积的40%.春玉米最适宜、适宜种植区主要位于东北大部、华北、西北地区东南部,次适宜或不适宜区主要位于内蒙古、新疆北部、甘肃西部和广西等地.根据气候条件分析,建议重点调减西北风沙干旱区、东北冷凉区、北方农牧交错区和西南石漠化区内的气候次适宜区、不适宜区的玉米种植, 并且该区域也属于作物气候生产潜力较低的种植区.     

应用模糊综合评判法分析西花蓟马在江苏地区的适生性

根据西花蓟马Frankliniella occidentalis（Pergande）生物学生态学特性,选择年均温（Ta）等七项生态因子,以江苏省13个气象交换站近20年（1981-2000）的气象资料为基本数据,运用模糊综合评判法探讨了该虫在江苏地区的适生性分布范围。结果表明,最适宜分布区主要包括苏州和无锡环太湖地区,适宜分布区主要包括宁镇丘陵、常州、无锡、南通、常熟、张家港及扬泰南部地区,次适宜分布区主要位于江淮和里下河范围,可能适宜区主要包括连云港和盐城的北部沿海地区。     

基于模糊数学的秦岭地区山茱萸生境适宜性评价

山茱萸(Cornus officinalis)是我国传统常用药材,本文采用模糊数学分析方法,对采自秦岭地区的山茱萸中马钱苷含量与21个评价因子的隶属函数进行拟合,同时采用最大信息熵模型确定各个评价因子的权重,利用ArcGIS 10空间分析模块模拟研究区域适宜山茱萸生长的潜在分布生境。结果表明,在山茱萸生境的21个评价因子中,主要影响因子为气候,其次是土壤和地形因子;所有评价因子中,土壤质地(TTEX)的权重最大,其次是果实生长期降水量(PG)、年降水量(AP)和降水季节性变化(PS)。研究区内山茱萸高适宜区面积占总面积的19.94%,主要分布在甘肃东南部、陕西南部和河南西部,这些区域温度适中、气候湿润、光照充足,适宜山茱萸生长;适宜区面积占总面积的11.85%,低适宜区面积占总面积的16.31%,不适宜区面积占总面积的51.90%。本研究基于GIS与模糊数学的生境适宜性评价模型,对秦岭地区山茱萸生境适宜性做出了科学划分,同时量化了不同生境区的评价因子对山茱萸的影响,可为山茱萸的管理和保护以及人工种植提供科学依据。     

未来气候变化对沙枣适宜分布区的影响预测

气候变化显著影响全球植物物种的地理分布,了解未来气候变化对我国造林树种适宜分布区的影响,及时采取应对措施,对提高造林的成效具有至关重要的作用.选取在荒漠化防治和退化土地修复中起重要作用的优良树种沙枣为研究对象,利用MaxEnt和GIS工具,基于182个来自标本馆、出版文献的记录和13个来自BIOCLIM、Holdridge生命地带、Kira指数的气候因子,预测其气候适宜区在未来气候情景下的变化.结果表明: 未来(2070s)4种气候情景对沙枣适宜区的影响存在差异,在低浓度温室气体排放情景(RCP 2.6)下适宜区面积将缩减,缩减的区域主要位于西北当前适宜分布区的边缘;而中等偏低浓度温室气体排放情景(RCP 4.5)、中等偏高浓度温室气体排放情景(RCP 6.0)和高浓度温室气体排放情景(RCP 8.5)下,均有不同程度的扩张,扩张的区域主要位于西北暖温带干旱地区和东北部中温带半湿润地区;在RCP 8.5情景下,北部中温带干旱区和半干旱地区以及南方北亚热带湿润地区也有较明显的扩张.未来适宜区分布范围的地理质心将以6～19 km·(10 a)^-1的速度移动,海拔质心将以3～20 m·(10 a)^-1的速度向更低区域移动.沙枣稳定适宜区约占当前适宜区分布范围的83%～98%,当前的气候适宜区总体稳定.     

基于GIS的石渠虫草气候生态适宜性区划

根据虫草生物学特性,结合当地农业气候资源时空分布特征与虫草资源调查资料,以海拔、年平均气温、年平均降水量、植被、土壤为主导指标,地形坡度为辅助指标,作为虫草资源适宜性区划的主要依据,应用数理统计分析法、集优法、地理信息系统(GIS)空间分析方法对石渠虫草的气候生态适宜性及空间分布进行分析.结果表明:石渠县大部分乡镇出产虫草,但是分布区破碎分散,呈零星片状和块状,主要分布在石渠县东部、西部的部分乡镇,以及中部扎曲流域两岸部分乡镇;石渠虫草分布的适宜区海拔4000~4700 m,年平均气温-2.5~3℃,年降水量550~850 mm,生长环境一般为疏水性好、坡度15°~50°的高山草甸、亚高山草甸,适宜区生长环境和气象条件有利于取食植物和蝙蝠蛾的生长发育;不适宜区在河流宽谷区、牧区、湿地或雪线以上的高山区.     

气候变化驱动下黄土高原刺槐林气候适宜性和脆弱性

刺槐是黄土高原乡土树种,具有优良的水土保持和固碳功能。黄土高原生态恢复实践中实施了大规模的植树造林,刺槐林面积占沟壑丘陵区人工植树造林面积90%以上。由于种植时没有考虑刺槐的气候适宜性,一些地区的刺槐林出现了退化现象。采用最大熵模型,在0.5km×0.5km空间精度上分别模拟了1961—1990、1966—1995、1971—2000、1976—2005、1981—2010,以及2100年(典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5气候情景下)黄土高原刺槐的气候适宜性和敏感性。模拟结果显示：黄土高原刺槐分布及其动态变化主要受到最冷月温度、极端低温、降水量、年辐射量等气候因子影响,低温(最冷月温度、极端低温)是影响刺槐的最关键因子。黄土高原西北和北部广大地区,自然环境条件不适合刺槐林生长;黄土高原东南部(关中平原和山西南部)比较适合刺槐生长。相对1961—1990年,1961—2010年期间刺槐林适宜区分布格局基本没有改变,RCP4.5和RCP8.5气候情景下刺槐林适宜区分布格局也没有显著改变。图层叠加分析发现,刺槐的气候适宜度(即存在概率)发生了明显改变。黄土高原西部和北部属于不适宜刺槐生...     

中国毛葡萄和刺葡萄分布的气候适宜性

毛葡萄和刺葡萄是起源于中国且用于葡萄酒酿造的两大野生葡萄品种。本研究基于已有中国毛葡萄和刺葡萄的气候影响因子研究成果,利用最大熵原理从充分性与必要性方面确定了影响中国毛葡萄和刺葡萄种植分布的主导气候因子,并基于这些因子综合作用反映的毛葡萄和刺葡萄种植分布的存在概率分析了中国毛葡萄和刺葡萄分布区的气候适宜性。结果表明: 影响中国毛葡萄、刺葡萄分布的主导气候因子是年日照时数、开花期5月降水量、年极端最低气温、最冷月平均气温。中国毛葡萄、刺葡萄气候高适宜区分布在湖南西部和南部、广西中北部、贵州东南部、重庆中部。气候高适宜区、适宜区、低适宜区面积分别占研究区域总面积的2%、14%和16%。毛葡萄、刺葡萄气候适宜及以上区域的年日照时数阈值为1200～1800 h,年极端最低气温-8 ℃以上,最冷月平均气温阈值为2～13 ℃,5月降水量为110～320 mm。     

新疆贝母潜在分布区域及生态适宜性预测

基于新疆贝母的62个自然分布点和15个环境因子,利用Arc GIS软件和最大熵模型(MAXENT),预测、分析了该植物在基准气候1961—1990及2050 (2041—2060,基于RCP2.6和RCP6.0情景)条件下的潜在适生区、驱动因子及其生态位参数。结果表明:(1)基准气候下,新疆贝母的适生区主要集中在阿勒泰地区、准噶尔盆地西部、南部、阿拉山口西南部、伊犁河谷南部及吐鲁番盆地西部地区。其中,最适宜的分布主要集中在准噶尔盆地西南部、塔城地区和伊犁河谷中部和南部;(2)新疆贝母在2050时段气候情境下的潜在分布范围与基准气候相比,将分别增加0.94%和0.23%,新增的潜在生境主要分布在准噶尔盆地西部。但最适生的分布区将在伊犁河谷中部、南部及塔城地区略有减少(0.42%和0.39%);(3)年平均降水量、最干月降水量、最干季平均气温和海拔主要限制了新疆贝母的潜在分布,累积贡献率之和达88.58%;基准气候下该植物最适宜分布区的生态位参数为:年平均降水量248—469 mm,最干月降水量3—19 mm,最干季平均气温-22.7—-2.0℃,海拔1350—2100 m。     

中国富士苹果种植气候适宜区的年代际变化

苹果是中国种植面积最大的水果,分析气候变化背景下其种植气候适宜区的年代际变化,可为合理利用气候资源、科学应对气候变化提供参考。基于中国主栽的富士苹果地理分布信息和1961—2010年中国区域2084个气象台站资料,利用最大熵模型(MaxEnt)和ArcGIS软件,通过构建富士苹果种植分布与气候因子的关系模型,分析1961—2010年中国富士苹果种植分布的年代际变化特征及其对气候变化响应的敏感区。结果表明,气候变化导致中国富士苹果种植分布的气候界限和气候适宜区明显北移,其中气候适宜区范围伴有西扩趋势。富士苹果种植的各气候适宜区分布年代际变化特征明显,适宜气候种植面积显著增加,特别是1990s变化最为突出,2010s气候种植适宜面积较1960s增加36%。但高气候适宜区面积则呈年代际波动,2010s虽略高于1960s,但较1970s—1980s减少25%。富士苹果种植适宜区对气候变化响应最为敏感的地区主要分布在辽宁南部、鲁南、苏北、豫东南、黄土高原西北部和川陕接壤区。除热量条件外,年日照时数对富士苹果种植的气候适宜区面积影响显著,气候资源变化有助于富士苹果种植的气候适宜范围增加,但不利于高气候适宜区的稳定。     

中国亚热带地区柑桔的气候适宜性

应用生态适宜度理论和模糊数学方法,建立柑桔气候适宜度模型,对中国亚热带地区柑桔生产的气候适宜性及其时空差异进行了计算、评价,并分析了中国亚热带地区柑桔各生育期气候适宜性以及中国亚热带地区各县区的平均气候适宜度.结果表明:柑桔花芽分化期、发芽期、果实成熟期的适宜性较低、风险较高,其他各生育期的适宜性较高、风险较低,影响中国亚热带地区柑桔生产的关键问题是冷害和伏旱.柑桔温度适宜性的地域分异呈纬度地带性规律;降水适宜度最适宜型分布在亚热带中部"射阳-那坡"一线区域,其东南为适宜型区,西北为次适宜型区,高山区为不适宜型区;日照适宜度与实际日照时数的区域变化规律基本一致,大致呈高纬度区高于低纬度区、高海拔区高于低海拔区;受温度因子的限制,气候适宜度与温度适宜度的分布情况大体一致,南部大于北部,基本也呈纬度地带性规律.从中国亚热带地区柑桔气候适宜度的年际变化分析可知,整个亚热带地区柑桔气候适宜度呈下降趋势,且存在区域差异,说明气候变化引起了中国亚热带柑桔适宜区和关键生育期的变动.     

引种捕食螨胡瓜新小绥螨在中国的适生区分布预测

胡瓜新小绥螨(Neoseiulus cucumeris)是一种商业化的广食性生防天敌,可以防治多种农业害螨和害虫,具有重要的经济和生态价值。但是作为一种外来引种的捕食螨,它在我国的适生区域分布以及气候变化对其分布的影响尚不明确。根据胡瓜新小绥螨的现有分布点和19个生物气候因子,利用刀切法评估关键气候因素的重要性,并采用Maxent生态位模型分别预测了目前和未来气候条件下它在中国分布情况,分析了其在中国的潜在适生区域的变化。结果表明模型预测得到的受试者工作特征曲线ROC曲线下的面积AUC(Area under curve)值为0.87,表明模型的准确度好。最冷季节的降水量(Bio_19)、等温性(Bio_3)和气温季节性(Bio_4)是影响胡瓜新小绥螨适生性的最重要的环境因子, 对模型的贡献率分别为36.2%、25% 和18.1%。目前胡瓜新小绥螨的适生区面积约占我国陆地面积的60%,在未来气候条件下,其适生区域有进一步扩大的趋势,在2050年其中高度适生区域扩张至63%。不同时期胡瓜新小绥螨的分布中心比较稳定,均分布于四川省内,但有向东北迁移的趋势。本研究明确了胡瓜新小绥螨在中国适宜的释放区域及可能定殖的区域,为该引种天敌的合理利用提供了理论依据。     

滇黄精的潜在分布与气候适宜性分析

为了解滇黄精(Polygonatum kingianum)的适宜生长区,运用Maxent模型模拟其潜在分布区,探讨其引种栽培的适宜气候条件。结果表明,预测模型的AUC值为0.974~0.980,表明模型具有良好的预测能力。滇黄精主要适生区位于我国西南地区,适生面积约81.34×10~4 km~2,占全国适生区面积的88.24%。云南的高度适生区面积最大(19.96×10~4 km~2);四川次之(5.49×10~4 km~2)。75%的高度适生区分布于海拔2 492 m以下的地区,3 400 m以上的地区不适宜于滇黄精生长。最冷月最低温度、7月最低温度、5-8月太阳辐射、最干月降水量、4月和9-11月平均降水量是限制滇黄精分布的主要气候变量。因此,海拔1 400~2 100 m的亚热带地区是滇黄精最适宜的生长区。     

气候变化情景下祁连圆柏在青海省的适宜分布区预测

祁连圆柏具有良好的水土保持功能,是青海省高寒干旱地区造林绿化的优良乡土树种之一,预测未来气候变化情景下祁连圆柏在青海省的潜在地理分布将为祁连圆柏的经营管理和引种栽培提供理论指导。本研究基于实地调查和资料搜集获得88个有效地理分布样点,利用Maxent模型和ArcGIS空间分析技术对当前气候条件下祁连圆柏在青海省的潜在地理分布进行模拟,综合Jackknife检验和相关系数,分析影响祁连圆柏潜在分布的主导限制因子,同时结合第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的气候模式数据,预测祁连圆柏在3种(SSP126、SSP245、SSP585)气候变化情景下2061—2080年潜在适生区的变化。结果表明:Maxent模型受试者工作特征曲线下面积(AUC)都大于0.92,具有较好的预测能力。在当前气候条件下,祁连圆柏的适宜分布区主要位于青海省东部,总适宜区面积占比为11.2%,影响其地理分布的主导因子是海拔、年均降水量、极端最低温和坡度,累计贡献率为85.9%。未来3种气候情景对祁连圆柏适宜区的影响存在差异,SSP245气候情景的适宜区面积将会缩减,SSP126和SSP585气候情景下则会不同程度地扩张,SSP126气候情景的扩张最明显,其扩张区域主要位于泽库县、河南蒙古族自治县中北部和祁连县东南部地区。在未来3种气候情景下,祁连圆柏适宜分布区逐渐向高海拔地区迁移,但在经纬度方向分布变化较小,适宜区总体稳定。     

我国东北地区苍术的生境适宜性评价

苍术(Atractylodes lancea)是我国东北地区的道地药材,市场需求日益增加,人们种植意愿浓厚。然而,当前苍术人工栽培种源杂乱、存活率低、产量及品质参差不齐,原因在于对苍术的适宜生存环境缺乏科学判断。针对东北地区苍术的自然分布数据和环境变量数据,应用最大熵模型(Maxent)和地理信息系统(GIS)对其生境适宜性进行评估和区划。结果表明:苍术在我国东北地区主要分布于辽西山地、小兴安岭、长白山及其余脉,生境适宜区(P ＞ 0.5)面积为10.96万km²,占东北地区总面积的8.84%;影响苍术分布的6个主要环境因子(贡献率)依次为年均降水量(26.5%)、最暖季平均温度(18.6%)、降水量季节性变异系数(16.6%)、海拔(12.2%)、年平均气温(11%)、最冷季降水量(5.2%),累计贡献率超过90%,水分因子(年均降水量+降水量季节性变异系数)比温度因子(最暖季平均温度+年平均气温)对苍术的分布影响更大;根据对苍术主要生境适宜区的分析,苍术在东北地区可能存在两种气候生态型,即辽西的耐旱型、长白山的耐寒型。综上所述,在发展苍术种植产业的过程中,除了应关注苍术的适宜分布区以外,还应充分考虑不同区域种源的生态需求,以避免由于盲目引种而导致的种植损失。     

中国欧亚种酿酒葡萄种植分布的主要气候影响因子与气候适宜性

开展酿酒葡萄气候适宜性研究对于优化酿酒葡萄布局、气候资源开发利用具有重要意义。基于欧亚种酿酒葡萄(Vitis vinifera L.)分布数据和影响其分布的气候因子,利用最大熵模型(MaxEnt)和地理信息系统(ArcGIS),研究影响欧亚种酿酒葡萄种植分布的主导气候因子及其气候适宜性。结果表明:MaxEnt模型能够很好地模拟我国欧亚种酿酒葡萄的潜在分布,模拟效果达到"非常好"(AUC平均值0.936)的水平。基于气候因子对欧亚种酿酒葡萄地理分布影响的贡献确定了主导气候因子,即无霜期、干燥度、极端最低气温、年降水量、生长季日照时数、≥10℃活动积温。当前,我国欧亚种酿酒葡萄种植分布的气候高适宜区、适宜区、次适宜区分别占次适宜及以上区域总面积的2.9%、20.4%和76.7%。欧亚种酿酒葡萄气候高适宜区主要分布在宁夏、山西、陕西、内蒙古、山东、河北、新疆、甘肃等省,只考虑气候因子,陕西、山西、内蒙古具有较大的发展空间。