气候变化背景下基于MaxEnt模型的刺梨潜在适生区分布预测

为阐明气候变化背景下刺梨(Rosa roxburghii)在中国的潜在适生区分布,该研究基于刺梨的自然分布数据及当代(1960～1990)、未来(21世纪50年代及70年代)气候因子数据,采用最大熵(MaxEnt)模型模拟了当前和未来气候情景下刺梨在中国的潜在适生区,并确定影响其地理分布的主要气候因子.结果表明:(1)...     

气候变化背景下南美蟛蜞菊在中国的潜在适生区预测

采用最大熵物种分布模型(MaxEnt)对南美蟛蜞菊当前、未来2050、2070年在我国适生区分布情况进行预测,探究影响南美蟛蜞菊分布的主要环境因子.模型AUC值达到0.9以上,表明预测结果可信度较高.模型预测结果显示,19个环境因子中贡献率较高的前四位依次是最暖季度降水量(bio 18)、最湿月降水量(bio 13)、...     

气候变化下矩镰荚苜蓿的地理分布格局及潜在适生区预测

该研究基于标本和文献信息,选取19个环境因子和1个海拔因子,利用ArcGIS软件和MaxEnt模型对矩镰荚苜蓿(Medicago archiducis nicolai)在5个气候情景(末次间冰期、末次盛冰期、全新世纪中期、当前和未来气候)下的地理分布进行空间重建,模拟预测了气候变化背景下的分布格局和潜在适生区变迁。预测结果显示：(1)当前气候下,矩镰荚苜蓿集中分布在青藏高原东缘与黄土高原的交汇地带,具体包括青海东部 南部、甘肃中部 西南部、四川西北部、宁夏南部、西藏东部和陕西西部边缘。(2)高海拔、寒冷和干燥是矩镰荚苜蓿适生区的主要环境特征。(3)不同气候下潜在适生区的总面积变化相对稳定,但高度适生区对气候变化较敏感,从末次间冰期到末次盛冰期,高度适生区从青海东部的河湟谷地向甘肃中部的洮河谷地东移,全新世纪中期又西移至河湟谷地,但始终没有迁离出陇中盆地。(4)未来气候(2070s)背景下,矩镰荚苜蓿的高度和中度适生区面积较当前气候有小幅增加,但潜在适生区面积和分布格局仍保持稳定。研究表明,在青藏高原东缘地带,由昆仑山、祁连山和秦岭三大山脉造就的高原盆谷,为矩镰荚苜蓿提供了安全的就地避难所,形成了其独特而稳定的狭域分布格局,未来气候变化(2070s)对该植物不会造成很大威胁。     

木荷适生区分析及未来气候下在中国潜在适生区预测

目的：木荷(Schima superba)是植被演替过程中的先锋树种,构建森林防火带的理想树种。研究木荷的生态特征及预测未来气候下木荷在中国的潜在适生区,为我国培育大径级储备林、增加森林碳储量、助力碳中和提供理论依据。方法：基于375个木荷分布点,以气候、土壤、地形为环境因子,采用MaxEnt模型结合GIS技术进行研究。结果：模型测试集AUC平均值0.952,训练集AUC平均值0.957,模型预测精度较高,可以准确预测环境因子对木荷分布区的影响。气候因子对木荷的分布影响最大,其中最冷季度的降雨量是影响我国木荷适生区分布最主要的环境因子,模型贡献率达76.3%,其次是年降雨量、高程、土壤类别、季节性温度变化标准差,以上5个因子贡献率累计达98.9%,对木荷的分布起决定性作用。结论：木荷在我国的潜在适生区面积约为1.818×10⁶ km²,约占国土陆地面积的18.94%,主要集中在长江以南地区的第三阶梯及第二阶梯,主要包括浙江、江西、福建、湖南、广东、广西、台湾、海南、贵州等地。在未来气候不同路径下,2060s、2080s木荷极高、高、中、低适生...     

气候变化背景下基于MaxEnt模型的蒙古莸潜在适生区预测北大核心CSCD

蒙古莸(Caryopteris mongholica)被广泛应用于中国北方干旱、半干旱地区造林和绿化中,但对决定其适生区的主要生境因子及适生区分布特征知之甚少。该研究基于当前和未来气候情景的高分辨率环境数据,通过MaxEnt模型评估了生境因子在蒙古莸适生区形成中的重要性,并模拟当前及未来气候变化情景下的适生区分布变化,为应对全球气候变化的挑战,保护、栽培和利用蒙古莸提供理论依据。结果表明:(1)当前气候条件下,蒙古莸中度和高度适生区分别为34.18×10^(4) km^(2)和15.91×10^(4) km^(2);海拔、最湿月份降雨量和最热季度平均温度被认为是影响蒙古莸分布的最关键因素。(2)在共享社会经济路径SSP245情景下,蒙古莸适生区在2021-2060年向高纬度地区扩张,2061-2100年向低纬度地区收缩。总体来看,气候变暖促进了蒙古莸适生区面积的扩张,然而,受城市发展和人为因素影响,这些适生区实际上可能无法获得,迫切需要建立有效的管理战略。     

气候变化下毛榛在中国的潜在适生区预测

气候变化影响着植物物种的地理分布,研究气候变化对物种地理分布格局的影响对物种的保护和合理利用具有重要意义。本研究通过ENMeval数据包调整特征组合和调控倍率参数来优化MaxEnt模型,利用221条毛榛有效分布点数据和16个环境因子,模拟预测毛榛在当前气候和未来(2050s、2070s)气候条件下的潜在分布区,并分析影响毛榛地理分布的主导环境因子。结果表明:当特征组合为LQPH、调控倍率为1.5时,模型复杂度和过拟合程度较低,预测结果准确性较高。当前气候条件下,毛榛高度适生区主要集中于长白山、太行山、秦巴山区及甘肃南部等地区;未来不同气候情景下,陕西中北部、中国西南地区、甘肃南部等地区毛榛的适生区逐渐减少,内蒙古东部与黑龙江等地区开始出现较多的毛榛高度适生区,毛榛适生区的质心有向东北方向迁移的趋势;影响毛榛地理分布的主导环境因子为年降水量、最干季均温、海拔和年均温,累计贡献率达78.8%,其适宜范围分别为430～970 mm、-21～3℃、40～2800 m和0.8～13℃。     

气候变化下2种银胶菊属入侵植物在中国的潜在适生区分析

结合多个时期CMIP6气候变量数据和两种银胶菊属Parthenium物种在全球的分布数据,运用MaxEnt模型和Arc GIS软件,模拟分析两种银胶菊属植物在中国的潜在适生区。结果表明,各时期模拟预测结果的AUC值均大于0.9,模型预测准确,结果可靠;影响银胶菊P. hysterophorus在中国分布的主导因子依次为最湿季降雨量、最冷季平均温度、温度季节性、等温性,影响灰白银胶菊P. argentatum的主导因子为平均气温日较差、等温性、最干月降雨量、最冷季平均温度。在气候变化影响下,银胶菊的潜在适生区在未来有扩大,灰白银胶菊潜在适生区变化不大;银胶菊潜在适生区迁移方向主要为南北方向,纬度有所变化;当前及未来银胶菊的高适生区主要在华南及西南地区,未来气候下银胶菊在华中、华东、华北都存在适生区。相对于灰白银胶菊,银胶菊在我国的入侵危害更严重,应重点关注其入侵动态,加强监测与防控。     

气候变化情景下长序榆在中国的潜在适生区预测

长序榆(Ulmus elongata)是我国重点保护珍稀濒危植物,具有重要的科研与经济价值,但受自然及人为等因素影响,现有野生植株少且分布零星.植物地理分布受到气候变化的深刻影响.本研究旨在准确理解并揭示气候变化对长序榆分布的影响,为长序榆天然资源的保护与引种栽培提供理论依据.以长序榆在国内的42个天然分布点和16个环...     

基于MaxEnt模型的广东省红树林潜在适生区和保护空缺分析

红树林是分布在热带、亚热带海岸潮间带的木本群落,具有重要的生态功能。广东省是中国红树林分布面积最大的省份,在红树林保护方面具有重要地位。最大熵(MaxEnt)模型是以生态位理论为基础的物种分布模型,目前被广泛应用于物种潜在适生区预测。本研究应用MaxEnt模型,根据广东省红树林分布数据和环境变量数据,预测了该省红树林的潜在适生区分布,分析了影响红树林分布的关键环境变量及其适生区间,识别了广东省红树林保护与修复空缺区域。结果表明,在气候、地形、底质类型、海表盐度、海表温度5组变量中,影响广东省红树林分布的最主要环境变量为气温、海表温度和降水。关键环境变量的最佳适生区间为年平均温度22.37～23.58℃、最冷季平均海表温度23.15～23.34℃、年平均降水量1647.14～1809.61 mm、最干月降水量23.6～27.2 mm。广东省红树林的高适生区域主要集中于珠江口-大亚湾沿岸和雷州半岛-阳江沿岸,保护空缺主要出现在阳江港、镇海湾、珠江口、红海湾等地。本研究结果可为今后广东省红树林保护和修复行动与规划的空间布局提供科学依据。     

气候变化条件下曲纹紫灰蝶在中国的潜在适生区预测

曲纹紫灰蝶(Chilades pandava)是一种以幼虫危害苏铁(Cycas revolute)嫩枝嫩叶的园林害虫,对苏铁的生长繁殖、生产者的经济效益以及城市园林的美观造成严重影响。基于曲纹紫灰蝶和苏铁的现存分布点,利用最大熵模型(MaxEnt)、ArcGIS、R软件对当前和未来气候条件下曲纹紫灰蝶在中国的潜在适生区分布及当前气候条件下寄主苏铁在中国的潜在适生区分布进行了预测,其中当前气候数据基于1970—2000年的历史数据,未来气候数据(2021—2040年、2041—2060年和2061—2080年)选择第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中中国北京气候中心中等分辨率气候系统模式(BCC-CSM2-MR)下的3种共享社会经济路径(SSP126(属于低强迫情景), SSP370(属于中等至高等强迫情景), SSP585(属于高强迫情景))。结果表明：(1)模型预测结果非常好,各组模型的受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)值均高于0.95,昼夜温差月均值(bio2)、等温性(bio3)、最热季平均温度(bio10)、最湿月份降水量(bio13)是影响曲纹紫灰蝶分布的主导...     

Shifts in potential geographical distribution of Pterocarya stenoptera under climate change scenarios in China

Climate change poses a serious threat to biodiversity. Predicting the effects of climate change on the distribution of a species' habitat can help humans address the potential threats which may change the scope and distribution of species. Pterocarya stenoptera is a common fast‐growing tree species often used in the ecological restoration of riverbanks and alpine forests in central and eastern China. Until now, the characteristics of the distribution of this species' habitat are poorly known as are the environmental factors that influence its preferred habitat. In the present study, the Maximum Entropy Modeling (Maxent) algorithm and the Genetic Algorithm for Ruleset Production (GARP) were used to establish the models for the potential distribution of this species by selecting 236 sites with known occurrences and 14 environmental variables. The results indicate that both models have good predictive power. Minimum temperature of coldest month (Bio6), mean temperature of warmest quarter (Bio10), annual precipitation (Bio12), and precipitation of driest month (Bio14) were important environmental variables influencing the prediction of the Maxent model. According to the models, the temperate and subtropical regions of eastern China had high environmental suitability for this species, where the species had been recorded. Under each climate change scenario, climatic suitability of the existing range of this species increased, and its climatic niche expanded geographically to the north and higher elevation. GARP predicted a more conservative expansion. The projected spatial and temporal patterns of P. stenoptera can provide reference for the development of forest management and protection strategies.     

气候变化情景下大花杓兰在中国的适生区预测

大花杓兰(Cypripedium macranthos)隶属兰科杓兰属,是国家二级重点保护野生植物,与大多数杓兰属植物分布在我国西南山区不同,主要分布于我国的华北、东北和台湾等地区。多年来,过渡采挖等导致了大花杓兰种群数量和个体数目急剧下降。鉴于大花杓兰特殊的分布格局和濒危现状,选择过去、当前和未来8个气候情景,利用MaxEnt物种分布模型结合38个环境变量及来源于数据库和最新实地调查的80个分布位点进行建模,分析了影响大花杓兰分布的关键环境变量,预测了其在当前、过去和未来气候情景下的适生区及其分布中心和迁移趋势。结果表明：当前情景下,大花杓兰适生区主要分布在我国东北和华北地区。影响其分布的5个关键环境变量分别是：UV-B最强月份均值(UV-B3,贡献率：54.0%)、森林覆盖率(FOR,贡献率：14.3%)、降水量季节性变化(BIO15,贡献率：7.4%)、温度季节性变动系数(BIO4,贡献率：6.8%)和草/灌木/林地(GRS,贡献率：4.6%)。其中,紫外辐射相关变量是首次被运用在杓兰属植物的适生区分布预测中,并被证实对大花杓兰的分布具有重要影响。过去3个气候情景下大花杓兰总适生...     

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...     

气候变化情景下天宝岩国家级自然保护区森林景观演替长期动态模拟

气候变化将会对森林树种结构、空间结构以及林龄结构等产生重大影响,准确预测森林景观演替对未来气候变化的响应,不仅能够为科学管理森林生态系统提供理论依据,而且对制定生物多样性保护与珍稀物种保护策略也具有重要意义。本文运用LANDIS Pro 7.0与LINKAGES模型,模拟天宝岩国家级自然保护区8个树种在2种不同气候变化情景(RCP4.5和RCP8.5)下未来300年的森林植被演替动态,分析森林景观格局变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：毛竹、马尾松、猴头杜鹃、长苞铁杉以及杉木的潜在面积分布与景观格局指数对气候变化的响应较为显著。在气候变化情景下,各树种的景观分维度均介于1.03—1.08,保护区内各景观斑块相对简单规则。毛竹、猴头杜鹃和杉木聚集度下降趋势明显而斑块密度显著上升,长苞铁杉随演替进行面积逐渐减少而聚集度相对较高且斑块密度剧增,马尾松斑块密度缓慢增加而聚集度先降后升,随气候变化这些树种的景观完整度都遭到了不同程度的破坏,且在RCP8.5气候情景下景观破碎化更严重。而气候变化对阔叶林与柳杉的影响则较小,且阔叶林在演替期间斑块密度下降而聚集度稳中有增,潜在面积分布呈现出良好的...     

Simulation of the potential distribution of rare and endangered Satyrium species in China under climate change

Satyrium is an endangered and rare genus of plant that has various pharmacodynamic functions. In this study, optimized MaxEnt models were used in analyzing potential geographical distributions under current and future climatic conditions (the 2050s and 2070s) and dominant environmental variables influencing their geographic distribution. The results provided reference for implementation of long‐term conservation and management approaches for the species. The results showed that the area of the total suitable habitat for Satyrium ciliatum (S. ciliatum) in China is 32.51 × 10⁴ km², the total suitable habitat area for Satyrium nepalense (S. nepalense) in China is 61.76 × 10⁴ km², and the area of the total suitable habitat for Satyrium yunnanense (S. yunnanense) in China is 89.73 × 10⁴ km² under current climatic conditions. The potential suitable habitat of Satyrium is mainly distributed in Southwest China. The major environmental variables influencing the geographical distribution of S. ciliatum were isothermality (bio3), temperature seasonality (bio4), and mean temperature of coldest quarter (bio11). Environmental variables such as isothermality (bio3), temperature seasonality (bio4), and precipitation of coldest quarter (bio19) affected the geographical distribution of S. nepalense; and environmental variables such as isothermality (bio3), temperature seasonality (bio4), and lower temperature of coldest month (bio6) affected the geographical distribution of S. yunnanense. The distribution range of Satyrium was extended as global warming increased, showing emissions of greenhouse gases with lower concentration (SSP1‐2.6) and higher concentration (SSP5‐8.5). According to the study, the distribution of suitable habitat will shift with a change to higher elevation areas and higher latitude areas in the future.     

Predicting the potential global distribution of Ageratina adenophora under current and future climate change scenarios

AimInvasive alien species (IAS) threaten ecosystems and humans worldwide, and future climate change may accelerate the expansion of IAS. Predicting the suitable areas of IAS can prevent their further expansion. Ageratina adenophora is an invasive weed over 30 countries in tropical and subtropical regions. However, the potential suitable areas of A. adenophora remain unclear along with its response to climate change. This study explored and mapped the current and future potential suitable areas of Ageratina adenophora.LocationGlobal.TaxaAsteraceae A. adenophora (Spreng.) R.M.King & H.Rob. Commonly known as Crofton weed.MethodsBased on A. adenophora occurrence data and climate data, we predicted its suitable areas of this weed under current and future (four RCPs in 2050 and 2070) by MaxEnt model. We used ArcGIS 10.4 to explore the potential suitable area distribution characteristics of this weed and the “ecospat” package in R to analyze its altitudinal distribution changes.ResultsThe area under the curve (AUC) value (>0.9) and true skill statistics (TSS) value (>0.8) indicated excelled model performance. Among environment factors, mean temperature of coldest quarter contributed most to the model. Globally, the suitable areas for A. adenophora invasion decreased under climate change scenarios, although regional increases were observed, including in six biodiversity hotspot regions. The potential suitable areas of A. adenophora under climate change would expand in regions with higher elevation (3,000–3,500 m).Main conclusionsMean temperature of coldest quarter was the most important variable influencing the potential suitable area of A. Adenophora. Under the background of a warming climate, the potential suitable area of A. adenophora will shrink globally but increase in six biodiversity hotspot regions. The potential suitable area of A. adenophora would expand at higher elevation (3,000–3,500 m) under climate change. Mountain ecosystems are of special concern as they are rich in biodiversity and sensitive to climate change, and increasing human activities provide more opportunities for IAS invasion.     

基于最大熵模型预测气候变化下河蚬在中国的潜在分布

河蚬是一类在我国广泛分布的底栖贝类,具有重要的经济价值及生态价值。近年来,河蚬野生资源量锐减,了解河蚬在国内的潜在分布能为河蚬的保护和合理利用提供重要参考。基于河蚬在中国的136个分布点和8个环境因子,采用ENMeval包和biasfile优化后的最大熵模型(MaxEnt)预测分别河蚬现代和未来(2041—2060年和2081—2100年) 6个气候情景下的潜在分布。综合Jackknife检验、置换重要值和环境因子贡献率评估影响现代河蚬潜在分布的主要因子,比较未来气候情景下潜在适生区差异从而分析预测河蚬适宜分布的变化。结果表明：(1)优化后的MaxEnt模型预测准确度极高,平均AUC值为0.900±0.037,平均AUC_DIFF值为0.019,现代河蚬潜在分布区域总面积为188.33×10⁴ km²,主要集中在长江流域、海河流域、淮河流域、珠江流域、东南沿海区域以及黄河流域下游和渤海湾沿岸区域。(2)影响河蚬潜在分布的主要环境因子为海拔、温度(年均温和温度年较差)和降水(年降水量)。(3)在未来6种气候情景下,河蚬主要潜...     

孑遗植物长苞铁杉(Tsuga longibracteata)分布格局对未来气候变化的响应

长苞铁杉(Tsuga longibracteata)是中国特有的珍贵树种,不仅对研究裸子植物的系统发育、古生态和古气候具有重要作用,而且该树种具有造林、用材和药用等方面的较高价值。研究长苞铁杉在气候变化下的分布格局变化是制定其保护和可持续利用的重要基础。采用最大熵模型(MaxEnt),结合不同时期(当前、2050年和2070年)和不同二氧化碳排放情境下(RCP2.6和RCP8.5)的气候因子变量,探讨气候变化与物种地理分布格局的关系,预测长苞铁杉的潜在分布区变迁。本研究考虑了空间约束对物种分布的限制作用,构建了气候因子预测模型(C)和气候+空间约束因子预测模型(C+S)分别进行潜在分布区预测,比较其结果差异。结果显示,最干月降水量和温度年较差是影响长苞铁杉地理分布的主导气候因子,空间约束因子对长苞铁杉未来的地理分布有重要影响。随时间年限增加,长苞铁杉总潜在适生区面积降低,特别是中高等级的适生区面积有不同程度地减少,分布范围总体向北移动,这些变化趋势在RCP8.5情境下更加突出。这一结果表明未来气候变化会导致长苞铁杉种群分布范围收缩和生境适宜度下降,加剧其受胁程度。加入空间约束因子后,C+S模型的预测精度更高,结果更符合长苞铁杉的迁移、扩散特性。长苞铁杉未来的核心分布区仍位于现存的湘、桂、黔结合部,表明其具有"原地避难"的特性,应进一步加强对现有野生资源的保护。渝、川、鄂结合部的大巴山等地区是未来气候变化下长苞铁杉的理论分布区域,可作为长苞铁杉应对未来气候变化的引种地区,应提早进行人工引种、栽培等前期研究。研究结果可为气候变化背景下长苞铁杉的保护、物种迁地保存和可持续管理提供科学依据,也可为准确预测濒危、珍稀植物的地理分布范围提供方法参考。     

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.     

Projections of suitable habitat under climate change scenarios: Implications for trans-boundary assisted colonization

? Premise of the study: Climate change may threaten endemic species with extinction, particularly relicts of the Arcto-Tertiary Forest, by elimination of their contemporary habitat. Projections of future habitat are necessary to plan for conservation of these species. ? Methods: We used spline climatic models and modified Random Forests statistical procedures to predict suitable habitats for Brewer spruce (Picea breweriana), which is endemic to the Klamath Region of California and Oregon. We used three general circulation models and two sets of carbon emission scenarios (optimistic and pessimistic) for future climates. ? Key results: Our procedures predicted present occurrence of Brewer spruce perfectly. For the decades 2030, 2060, and 2090, its projected range within the Klamath Region progressively declined, to the point of disappearance in the decade 2090. The climate niche was projected to move north to British Columbia, the Yukon Territory, and southeastern Alaska. ? Conclusion: The results emphasize the necessity of assisted colonization and trans-boundary movement to prevent extinction of Brewer spruce. The projections provide a framework for formulating conservation plans, but planners must also consider regulations regarding international plant transfers.