物种分布区特征及其对生物多样性保育的意义

物种分布区表征物种所能分布的最大面积和最大范围,是物种重要的生态学和进化学特征,是生态学和生物地理相关学科最基本和最重要的研究内容之一.近20年来,基于更精确的数据和更先进的分析技术,物种分布区研究非常繁荣.在不同尺度、区域和类群的研究发现,物种分布区差异巨大,小分布区的物种多于大分布区的物种,物种分布区特征受物种扩散能力、种群密度、个体大小、气候、地形及土壤等因子的影响.在将来的研究中,需要更精确的大尺度物种分布数据,以生物自然地理区为研究对象,来探索物种分布区的格局及成因.物种分布区可以作为物种濒危状况的一个指示特征,指导保育策略的制定,但是具体的应用方式还需要在典型物种和典型区域上进一步探索.     

基于MaxEnt模型的中国马尾松分布格局及未来变化

气候因素是影响物种分布的决定性因素之一。根据现有的马尾松分布数据和19个全球气候因子变量数据,依托QGIS 2.18.3和ArcGIS 10.1等软件,运用MaxEnt模型,模拟了马尾松的现分布区,并对其未来分布进行预测,同时对影响马尾松的气候变量进行了分析。结果表明:(1)影响马尾松分布的19个气候变量中,最干燥月的降水量(bio14)和最冷季度的平均温度(bio11)对马尾松分布的影响贡献率超过70%;(2)依托气候数据,对马尾松未来分布进行预测,其未来的分布面积增加,增比为35.82%;(3)使用QGIS 2.18.3软件对未来的气候因子变化进行预测,结果显示,气候变化情况与马尾松未来分布格局相吻合。研究表明,马尾松适应能力较强,未来的气候变化对其分布呈正向影响。     

中国东北地区12个建群树种对气候变化响应的MaxEnt模型分析

气候变化是当前全球生物多样性面临的最大威胁之一,对物种地理分布格局具有较大影响。东北森林物种丰富度较高,目前尚缺乏基于主要树种、未来不同气候模式的综合研究。基于12种建群树种的分布数据及23个环境变量（19个生物气候因子、土地利用类型、海拔、坡度、坡向）数据,应用MaxEnt模型首次对东北地区乔木树种在3种气候变化情景下（SSP126可持续路径、SSP245中间路径、SSP585化石燃料为主发展路径）的潜在丰富度分布格局、主导环境变量以及树种损失、获得和周转情况进行了预测。结果表明：不同未来气候情景下东北地区各树种的潜在分布变化存在差异,适生区面积减小的树种有：兴安落叶松、山杨、春榆、白桦、水曲柳、胡桃楸、蒙古栎、辽东桤木,减小幅度达到10%-30%;适生区面积变化不大的树种有：红皮云杉、樟子松、黄檗,多数情况下低、中和高适生区面积变化发生了抵消,导致总适生区面积变化不大;适生区增加的树种有：红松,增加幅度达20%左右。环境因素将影响东北地区乔木树种潜在适宜性分布,其中,降水因素对东北地区树种分布格局起关键作用,尤其是降水量季节性变化,是影响东北地区50%左右树种分布格局的主导环境因子。东北地区乔木树种在无迁移和SSP585气候情景下受威胁程度相对较高,而在SSP126气候情景下大多处于低风险状态;物种迁移假设的对物种受威胁程度的影响先于气候变化情景的影响,树种发生适度迁移能够缓解树种受威胁的状况。网格单元中物种损失和周转的预测表明,东北地区树种高周转率主要由树种高损失率造成,损失率较高的地区往往树种周转率也相对较高。预测气候变化对东北地区树木分布格局的影响,有助于制定更有效的气候变化适应策略,以促进东北地区树木的可持续发展。     

中国亚热带地区4种极危冷杉属植物的地理分布特征及其与气候的关系

通过野外实地调查和文献调研, 分析4种极危冷杉属(Abies)植物的地理分布现状和特征, 构建其分布区的气候数据库, 采用国际上常用的研究植被与气候关系的指标和方法, 定量分析冷杉属地理分布与水热条件的关系, 并通过因子分析方法确定影响冷杉属地理分布的限制性气候因子。结果表明: 1)百山祖冷杉(Abies beshanzuensis)、梵净山冷杉(A. fanjingshanensis)、元宝山冷杉(A. yuanbaoshanensis)和资源冷杉(A. beshanzuensis var. ziyuanensis)零星分布于我国亚热带地区, 水平分布范围为25°25′-27°55′ N, 108°42′-119°12′ E , 分布范围狭窄; 垂直分布范围为1363-2390 m, 均分布于山体上部。海拔上限高度随着经度的减小而增加。2)整个分布区的气温较低, 年平均气温为7.4-11.2 ℃; 降水较为充沛, 年降水量为1265.4-1945.7 mm, 其中生长季降水量占74.78%; 湿度较大, 年相对湿度为77%-86%。气候指标范围狭窄, 表明对水热条件要求很高。分布区寒冷指数较低, 限制其垂直向下扩散, 呈现局限分布于山体上部的现状。3) 4种冷杉各分布区的气候条件基本相近, 梵净山冷杉分布区气温相对偏低, 元宝山冷杉分布区湿度相对偏大。4) 3个气候因子对这4种冷杉的地理分布影响较大, 其作用排序为: 低温因子>极端低温因子>湿度因子。在全球气候变暖的大背景下, 这4种冷杉自然分布区的适宜生境将进一步缩小, 直至物种灭绝, 急需开展迁地保护工作。     

基于组合模型预测吉林东部山区原麝的适宜分布区

原麝Moschus moschiferus为国家一级重点保护野生动物。本研究基于吉林省东部山区野外调查获得的68份原麝位点数据及17份环境变量数据,选择Biomod2平台集成表现较好的单一模型形成组合模型进行预测,分析不同气候条件下原麝潜在适宜分布区及中心变化。结果表明：组合模型较单一模型具有更高的精度（TSS=0.937,AUC=0.947）。原麝潜在适宜分布区主要位于珲春市、汪清县和长白县;偏好最暖季度均温和最冷季度均温适中、海拔较高且距水源距离较近的落叶针叶林及针阔混交林区域;在未来气候情景下,潜在适宜分布区收缩;分布中心呈先向西南后向东部迁移的趋势。本研究对未来加强生境保护及物种研究具有重要意义,对未来监测和评估我国原麝保护区的空间分布和迁移提供了数据基础。     

西南地区红花龙胆分布格局模拟与气候变化影响评价

应用最大熵(MaxEnt)模型,基于230条分布记录及33个气候因子数据,模拟全新世中期(约6000年前)、当前时期(1950—2000年)和未来(2050s、2070s)气候条件下,红花龙胆西南地区的潜在分布范围;结合多元统计分析和ArcGIS空间分析,筛选影响物种分布的关键气候因子,探讨不同分布区对气候变化的敏感性.结果表明: 模型训练集AUC值为0.942,验证集AUC值为0.849,表明模型预测的准确性较高.5个气候因子(7月最高气温、8月最低气温、昼夜温差与年温差比值、7月最低气温和6月最低气温)对模型贡献最大,累计贡献率达59.9%.随未来气候变化,红花龙胆适生区将呈现先减少后增加的变化趋势,在RCP 8.5情景下,至2070s阶段,西南地区红花龙胆适宜生境总面积与当前气候条件相比减少15.0%,但云南境内适生区和高适生区面积较当前分别增加32.8%和32.7%.红花龙胆适宜生长于温暖、湿润的气候条件下,气候变暖明显影响着适宜生境的面积和范围,尤其低海拔分布区对气候变化较敏感,适宜生境退缩严重,而高海拔地区由于降水、温度条件的改善适宜生境有所增加.随着全球气候的变化,未来西南地区红花龙胆主要分布区可能向西迁移,并向更高海拔扩张.     

物种潜在分布地预测系统PSDS的设计与实现

本研究设计并实现了一个基于地理信息系统(GIS)的仅用物种已知分布点数据预测物种潜在分布地的PSDS系统.在这一系统中,通过层次聚类算法对物种已知分布点数据进行处理,减少了异常值对预测结果的影响,从而解决了环境包络模型预测结果过于乐观的问题,在物种已知分布数据较少时也能取得较好的结果.该系统实现了数据加载与导出、图层浏览与显示、生态因子分析与分布地预测、结果展示等功能,操作方便,简单易用.本文以白冠长尾雉(Syrmaticus reevesii)为例,根据4个省的少量已知分布点数据对其在国内的潜在分布地进行了预测,获得了较理想的结果,可为该物种的保护提供科学依据.     

我国春玉米潜在种植分布区的气候适宜性

根据中国气象局216个春玉米农业气象观测站资料与1971—2000年10 km×10 km空间分辨率的气候资料,基于全国区域和年尺度筛选出了影响我国玉米种植分布的潜在气候指标,利用最大熵(Maximum Entropy,MaxEnt)模型和ArcGIS空间分析技术,构建了春玉米潜在种植分布与气候因子关系模型,研究了影响我国春玉米潜在种植分布区的主导气候因子及其气候适宜性。结果表明,影响我国春玉米潜在种植分布的主导气候因子有:≥10℃积温、≥10℃的天数、最热月平均温度、年平均温度、年降水、湿润指数和气温年较差;结合春玉米存在概率,将我国春玉米潜在种植分布区划分成4个等级:气候不适宜区、次适宜区、适宜区和最适宜区,给出了各气候适宜区的气候特征。选取作物在待预测地区的存在概率这一综合反映各主导气候因子影响的指标来划分作物潜在种植分布区,有助于更加准确地进行气候区划,从而可为制定玉米应对气候变化措施提供科学依据。     

基于Maxent和ARCGIS的醉鱼草属植物适生区预测

为分析园林观赏植物醉鱼草属Buddleja在中国的潜在适生区,和环境因子对其在地理分布上的影响,基于世界气候数据网提供的19个气候因子数据,以及中国地区内128份可查证的分布点,运用最大熵模型及相关生物地理软件,模拟醉鱼草属植物在中国的潜在分布区,并通过刀切法得出影响其分布的主导气候因子.结果表明:醉鱼草属植物潜在适生...     

基于物种分布模型评价土壤因子对我国毛竹潜在分布的影响

基于单类别支持向量机方法的物种分布模型, 利用政府间气候变化专门委员会(IPCC)气候情景模式和联合国粮食与农业组织(FAO)的全球土壤数据, 模拟1981-2099年我国毛竹(Phyllostachys edulis)的潜在空间分布及变化趋势, 比较考虑土壤因子前后模拟结果的差异, 旨在探究土壤因子对毛竹潜在空间分布模拟结果的影响。结果表明, 仅以气候因子为模拟变量和同时考虑气候与土壤因子为模拟变量的毛竹潜在空间分布模拟均具有较高精度, 毛竹潜在分布区表现为面积增加并向北扩张。模拟因子重要性分析表明表征温暖程度的气候因子在毛竹潜在分布模拟中起主导作用, 而表征土壤质地和酸碱性的土壤因子以限制性作用为主。同时考虑气候与土壤因子的模拟结果具有较高的模拟效率, 且在未来气候变化情景模式下毛竹潜在分布区面积增幅与向北迁移幅度均小于仅使用气候因子的模拟, 表明土壤要素对毛竹潜在分布具有明显的限制作用, 该结果对现在的毛竹潜在分布模拟研究具有重要的补充作用。     

新疆植物分布区特征及其与气候和丰富度的关系

结合新疆地区维管束植物分布本底数据,本文分析了新疆地区维管束植物的分布区特征.按照经纬度,将新疆地区划分为0.1°×0.1°的栅格,植物分布区以其所占据的栅格数表示;区域植物分布区指在一个区域(栅格)中出现的所有植物的分布区特征的中值.首先,计算新疆地区所有维管束植物的分布区特征及相互关系;其次,根据单个物种的分布范围,叠加每个栅格内分布的植物的分布区面积(RA)和分布幅度,其中值作为栅格的植物分布区属性,分析其地理分布格局;最后,分析栅格的植物分布区属性与气候和植物丰富度的关系.研究发现,新疆地区植物RA、南北和东西分布幅度的x分别是1344,51和89个栅格,中值分别是366,42和74个栅格,为右偏格局,即大部分的物种有较小的分布区和分布幅度;物种的RA和分布幅度为正相关关系;区域上,植物RA在北疆较小,尤其是阿尔泰山和伊犁地区,而在南疆较大,尤其是塔里木盆地;年降水和年均温均显著影响植物的分布区特征,随着年降水的增加,RA和分布幅度减小,而随着年均温的增加,RA和分布幅度先减少后增加;区域上,植物RA和分布幅度随植物丰富度的增加单调递减.     

新疆山地森林乔木和草地草本植物个体大小分布特征

个体大小是植物重要的特征之一,目前其受环境因子的影响还不十分清楚。基于样地实际调查数据,我们分析了新疆山地森林乔木和草地草本植物个体大小的特征(统称为乔木和草本,分别以平均胸径和平均株高表示),并在物种和区域尺度,分析了其与分布区特征和植物多样性的关系。研究发现:(1)在物种尺度上,森林植被中乔木物种的个体大小与其分布区特征正相关,即分布范围较广的乔木倾向于个体更大;草地植被中草本植物的特征与此类似;(2)在区域尺度上,乔木平均个体越大,区域植物平均分布区越小,反之亦然;草本植物的平均个体大小与区域植物分布区特征无显著相关性;(3)在区域尺度上,森林乔木和草地草本植物的个体大小与植物多样性均呈正相关关系,即森林乔木和草地草本植物平均个体较大时,其区域多样性更高。     

中国蜥蜴类生活史和生态学特征数据集

截至2020年底, 中国共有226种蜥蜴类(不包括外来入侵种), 是世界上蜥蜴类多样性最丰富的国家之一。系统整理中国现有蜥蜴类的特征数据在物种起源与进化、形成与灭绝、保护生物学等研究中具有重要意义。但是, 目前还没有关于我国蜥蜴类生活史、生态学和地理分布等物种特征的完整数据库。本文通过系统查阅文献和数据资料, 共收集整理了中国现有226种本土蜥蜴类19个特征数据: 描述年份、中国受威胁等级、全球受威胁等级、是否中国特有种、是否岛屿特有种、平均体长、平均体重、食性、窝卵数、繁殖模式、四肢发育、活动时间、栖息生境、栖息地类型、栖息地宽度、海拔分布范围、地理分布范围、动物地理界和分布省份。在上述特征中, 除了四肢发育、描述年份、是否中国特有种、是否岛屿特有种和分布省份外, 其余特征数据均存在不同程度的缺失, 数据完整度为47.14%-100%。本数据集是目前关于中国蜥蜴类最新和最全的物种特征数据库, 可为我国蜥蜴类生态学、进化生物学、生物地理学和保护生物学等研究领域提供数据支持。     

气候变化情景下基于最大熵模型的中国西南地区清香木潜在分布格局模拟

清香木(Pistacia weinmannifolia)是中国西南干旱河谷植被的特征种。本文利用野外调查的165个清香木分布点信息以及22个环境变量数据, 基于最大熵(Maxent)算法构建清香木分布的适宜生境预测模型, 并据此模拟清香木在我国西南地区的适宜分布区, 以及历史和未来不同气候情景下的分布格局变化。结果表明: 清香木生境预测的Maxent模型准确性非常高(AUC = 0.974), 温度季节性变化、极端低温和降水量是限制其分布的主要气候因子。清香木当前的潜在分布区集中在我国西南干旱河谷区, 其适宜生境的气候特征是降水少、温度季节性变化小且无极端低温。对清香木在末次间冰期和末次冰盛期分布的模拟结果表明, 其分布区范围均以诸大江河的河谷为中心, 随气候变化在我国西南地区主要呈现先向东扩张, 然后向西退缩的趋势, 并印证了“冰期走出横断山(glacial out-of-Hengduan Mts.)”的观点。在未来(2061-2080年) 3种典型浓度路径(representative concentration pathway, RCP)的气候情景下, 清香木在我国西南地区的分布都向东扩张, 主要分布在云贵高原与四川盆地结合地带的河谷, 以及云贵高原与广西西部交界地带的河谷中, 这也反映了这些地区河谷地段干旱化的可能, 而当前的潜在分布区趋于消失; 清香木的潜在适宜分布面积在中低浓度路径情景下均将减少约33%, 而在高浓度路径情景下有所增加。     

中国芦苇沼泽植物物种丰富度分布格局及其驱动因素

明确大尺度物种丰富度的分布格局及其影响因素一直是生态学及生物地理学领域的核心议题之一,其对于预测全球环境变化背景下生物多样性的响应和制定减少生物多样性丧失的保护方案有着重要意义。本文基于全国芦苇(Phragmites australis)沼泽野外调查数据,结合气候、地理、土壤等环境因子,探讨了中国芦苇沼泽植物物种丰富度的分布格局及其驱动机制。结果表明:(1)中国的芦苇沼泽植物物种丰富度总体表现为亚热带湿润区和温带湿润半湿润区较高,青藏高原区、温带干旱半干旱区和滨海区较低的特点;(2)芦苇沼泽植物物种丰富度与年降水、土壤有机碳、土壤总氮、纬度均呈显著正相关,而与年均温、最冷月最低温、土壤pH值、海拔之间表现为显著负相关;(3)土壤因子特别是土壤pH值是影响芦苇沼泽植物物种丰富度的最主要因素,其次分别为淹水状况、气候因子和地理因子;(4)结构方程模型结果表明土壤因子、淹水状况和气候因子直接影响植物物种丰富度,而地理因子通过调控土壤因子、淹水状况与气候因子间接影响植物物种丰富度。总体而言,中国芦苇沼泽植物物种丰富度具有空间异质性,其分布格局受到多种因素的共同影响,土壤因子是影响植物物种丰富度...     

闽楠(Phoebe bournei, Lauraceae)地理分布及随气候变化的分布格局模拟

掌握气候变化对珍稀濒危物种的分布和适应性变化趋势的影响,是开展保护生物学研究的基础。闽楠（Phoebe bournei）是我国东部亚热带森林的优势树种,也是金丝楠木的主要来源树种。它具有重要的经济、园林与生态价值,目前已被列为国家II级保护植物。预测不同气候背景下该物种的地理分布格局可为这一珍贵树种的资源保护、合理利用与开发提供指导依据,同时也为闽楠的起源与地理分化研究奠定基础。本研究基于闽楠的123个分布点信息与19个气候因子,采用最大熵模型（MaxEnt）与ArcGIS空间分析,构建闽楠于末次冰期（距今22000年）、当前（1950-2000年）以及未来（2050年与2070年）相应地潜在分布区格局,并确定未来受威胁的适生区、面积与影响分布的气候因子。结果表明：闽楠的适生区覆盖浙江、福建、江西、广东、广西、湖南、湖北、贵州及重庆,制约闽楠地理分布的气候因子主要是温度季节性变化标准差（Bio4）、最暖月最高温（Bio5）与最干季降水量（Bio17）;在末次盛冰期闽楠退缩到我国东部的许多山区,诸如武夷山、浙闽丘陵、武陵山、雪峰山、湘黔桂毗邻的山区;随着全球气候变暖,到2050年与2070年闽楠的适生区有着破碎化甚至丧失的风险。     

中国兜兰属宽瓣亚属植物地理分布格局及其主导气候因子

为明确兜兰属宽瓣亚属(Paphiopedilum Subgen. Brachypetalum)植物在中国的自然地理分布格局及其主导气候因子,该研究以7种宽瓣亚属植物为研究对象并利用Arc GIS技术提取其在中国194个地理分布点的气候数据,采用描述性统计分析宽瓣亚属植物在中国分布区的气候特点,采用逐步回归拟合各气候因子与其经纬度分布的线性关系,最后通过冗余分析(RDA)和蒙特卡洛(Monte-Carlo)检验量化各气候因子对宽瓣亚属植物地理分布的贡献率。结果表明:(1)宽瓣亚属植物在中国主要分布于滇东南、黔西南、黔南、黔东北、滇西北、桂北与黔南交界处以及桂西北至桂西南地区。(2)该亚属植物在中国分布区的昼夜温差月均值、年平均气温变化范围、最暖季度平均气温、最冷季度平均气温4项热量因子的平均值分别为8.13、23.70、23.62和9.23℃,降水量变异系数、最湿季度降水量、最干季度降水量、干旱指数4项水分因子平均值分别为75.66%、673.10 mm、73.97 mm和26.12%,整体上具有湿热的气候特点;各物种间,狭域分布的物种与广布种间的气候因子存在显著差异。(3)逐步回归分析...     

药用植物云南土沉香潜在适生区及其关键气候影响因子

基于中国西南地区河谷药用植物云南土沉香(Excoecaria acerifolia Didr.)的82条地理分布信息与67个气候因子,利用MaxEnt最大熵模型和ArcGIS,分析了该物种的潜在适生区及其关键气候因子。结果表明：云南土沉香的潜在适生区主要位于我国西南部的东喜马拉雅、横断山区以及四川盆地的河谷流域,其中,云南和四川省境内的横断山区河谷为该物种的核心分布区;4月份降水量、年温度变化范围、温度季节性变化系数、1月份最低温和12月份最高温为影响云南土沉香分布的关键气候因子,其中,4月份降水量尤为关键,贡献率占42.29%。当存在概率>0.5时,以上因子的范围分别为：49～95 mm、23～28℃、450～700、-5～5℃以及7.5～13℃。本研究结果与云南土沉香的分布记载基本一致,可为中国西南地区特殊生境-干热/干暖河谷药用植物种质资源调查、保护以及开发利用等提供一定的依据。     

基于MaxEnt模型的中国沙棘潜在适宜分布区分析

中国沙棘主要分布于我国华北、西北、西南等地森林—草原过渡地带,是我国北方地区退耕还林、生态修复等工程的重要造林树种,对维持干旱、半干旱地区的生态环境稳定具有重要意义。探讨限制中国沙棘分布的主导气候因子,模拟其潜在适宜分布区,以期为中国沙棘在林业生态工程和生态经济林建设中的合理种植和推广提供理论依据。基于中国沙棘自然分布的328个地理样点,利用最大熵(MaxEnt)模型对中国沙棘的潜在分布区的主导气候因子进行分析,并预测中国沙棘的潜在分布范围。结果表明,基于气候变量的MaxEnt模型训练集和测试集受试者工作特征曲线下面积(AUC值)分别为0.962±0.001和0.949±0.001,均大于0.9,表明MaxEnt模型对中国沙棘潜在分布区的预测具有极高的准确度,可信度好。基于环境变量贡献率和刀切法的结果表明年降雨情况、生长季的水热状况、最干季降雨和最冷月最低温等是限制中国沙棘分布的主要气候因素,其中年降雨是限制中国沙棘分布的主导气候因子。通过模拟得到现代中国沙棘潜在地理分布的总适生区面积为165.1万km~2;其中高适生区和中适生区面积共93.3万km~2,主要集中分布于河北西部、北部,...     

种间作用对物种分布模拟的影响及建模方法

物种分布模型(SDMs)通过量化物种分布和环境变量之间的关系,并将其外推到未知的景观单元,模拟、预测地理空间中生物的潜在分布,是生态学、生物地理学、保护生物学等研究领域的重要工具.然而,目前物种分布模型主要采用非生物因素作为预测变量,由于数据量化和建模表达困难,生物因素特别是种间作用在物种分布模型中常被忽略,将种间作用...