基于优化MaxEnt模型的我国淫羊藿潜在适生区预测研究

目的 预测当前气候条件下淫羊藿在我国的潜在适生区,为淫羊藿资源可持续利用及生产规划提供依据。方法 基于经筛选后的267个淫羊藿物种分布数据及8个环境因子,利用R语言kuenm包优化最大熵(MaxEnt)模型参数,分析影响淫羊藿分布的主要环境因子,并预测其潜在分布范围。结果 优化后模型运行结果遗漏率=0.044 8、Akaike信息量准则=6 409.884 5、曲线下面积=0.986,说明模型准确度较高。基于环境因子贡献率与刀切法表明,当前影响淫羊藿分布的关键环境因子主要有7月份平均降水量、2月份平均最高气温、9月份平均降水量、最冷季度降水量、降水量变异系数、温度季节性变化标准差及最暖季度降水量。模拟结果显示,当前气候条件下我国淫羊藿总适生区面积约221.14×10^(4)km^(2),集中分布在我国中部及中南部地区。其中高适生区面积约23.13×10^(4)km^(2),中适生区面积约73.78×10^(4)km^(2),低适生区面积约124.22×10^(4)km^(2)。结论 本研究可为淫羊藿资源人工栽培规划及可持续利用提供参考。

基于最大熵模型的甘肃省蒙古黄芪潜在适生区预测及生态特征分析

目的探究气候变化对甘肃省蒙古黄芪地理分布的影响,预测其潜在适生区,为甘肃省蒙古黄芪资源保护提供理论依据。方法基于实地调查的蒙古黄芪分布数据,采用最大熵模型和地理信息系统模拟当前(1970-2000)和未来(2041-2060)时期蒙古黄芪在甘肃省的潜在适生区,综合环境因子贡献率和刀切法检验结果评估影响蒙古黄芪分布的环境因子。结果影响甘肃省蒙古黄芪分布的主要环境因子有最湿月份降水量、最湿季度平均温度和海拔。当前气候条件下甘肃省蒙古黄芪潜在适生区面积为65902.66 km2,高适生区主要集中在定西市;未来时期SSP126、SSP370和SSP585情景下,甘肃省蒙古黄芪的适生区面积均呈缩小趋势,尤其是高适生区面积大幅缩小。结论未来气候变化导致甘肃省蒙古黄芪适生区大幅缩小,适生区主要向高海拔山区移动,可通过建立生态保护区保持蒙古黄芪资源连续性。

基于Maxent和ArcGIS的赤皮青冈在中国的潜在适生区预测

【目的】赤皮青冈是我国珍贵用材树种,大尺度预测和模拟赤皮青冈当前潜在分布区,并评估其适生范围,对赤皮青冈在中国未来不同时期的适生区进行模拟,得到未来不同气候情境下的适生区分布及其动态变化预测,为赤皮青冈的中长期造林规划提供指导。【方法】基于赤皮青冈的81条分布信息和7个环境因子,在MaxEnt模型基础上,使用R语言对其进行优化,同时利用ArcGIS软件对影响赤皮青冈分布的环境因子进行分析,探究影响赤皮青冈自然分布的主要环境因子,并预测赤皮青冈在中国不同时期下的适生区分布范围与面积。【结果】1)赤皮青冈当前适生区模型的平均AUC值为0.89,模型预测结果良好;2)赤皮青冈的适生区主要受最干月降水量、年平均降水量、温度年较差以及最冷季度平均温度影响;3)当前时期赤皮青冈的潜在适生区主要分布于我国贵州、四川、湖南、江西和台湾地区等地,其中高适生区占比最高的是湖南省;4)在未来2个时期4种升温情境下,赤皮青冈的分布区面积均有不同程度的扩增,且整体有向高纬度地区迁移的趋势。【结论】赤皮青冈的分布主要受水热条件所影响,尤其对水分要求较高;其当前及未来时期在我国的适生区面积均较高。可尽量在模型预测的中高适生区内开展赤皮青冈人工林扩繁工作,以提升造林效率,获得更好的生态及经济效益。

基于MaxEnt模型的兴安杜鹃在我国东北地区潜在适生区预测

兴安杜鹃为国家二级保护植物、东北早春珍稀观花树种,由于人为采挖导致种群数量减少、地理分布变窄.研究兴安杜鹃在东北地区的潜在适生区,为兴安杜鹃保育提供依据.基于兴安杜鹃54个地理分布信息和28个环境变量,将MaxEnt生态位模型和地理信息系统相结合,预测兴安杜鹃在我国黑龙江、吉林、辽宁3省的潜在适生区;通过ROC曲线检验模型精度,采用刀切法筛选主导环境变量及其适宜值.结果显示:模型预测的AUC为0.963,表明预测结果与兴安杜鹃实际分布地拟合度很高.高适生区主要位于辽宁省东部、吉林省中部及南部、黑龙江省东南部及大兴安岭、小兴安岭地区;中适生区和低适生区以高适生区为中心扩散.温度季节性变化标准差(bio4)、最暖季节降水量(bio18)、最干季节降水量(bio17)及土壤pH(t-ph)是影响兴安杜鹃潜在分布区的主要环境变量.

气候变化背景下茶角胸叶甲潜在适生区预测

基于茶角胸叶甲(Basilepta melanopus Lefèvre)截至2020年底的63个有效分布点和22个环境变量,分析筛选出影响茶角胸叶甲分布的8个重要环境变量,利用最大熵模型(MaxEnt)和ArcGIS软件,对茶角胸叶甲2021—2100年气候条件下的适生区进行预测。结果表明:MaxEnt模型的受试者工作曲线面积(AUC)达0.992;在目前气候条件下,茶角胸叶甲潜在的适生区总面积为6.69×10^(5)km^(2),主要位于中国南部和东南部地区,除已报道发生过的地区外,还包括湖北、安徽、浙江、江苏和中国台湾;影响茶角胸叶甲潜在适生区分布的重要环境因子主要包括最冷季降水量、坡向和平均气温年较差,其中最冷季降水量是影响茶角胸叶甲潜在适生区分布范围的最关键环境变量;在SSP126和SSP245情景下,茶角胸叶甲的总适生区面积在2061—2080年间达到峰值后下降;在SSP370情景下,茶角胸叶甲的总适生区面积在2041—2060年间达到峰值后下降;在SSP585情景下,茶角胸叶甲总适生区面积持续上升。总体来看,茶角胸叶甲的适生区中心主要向西、向北和高纬度等内陆地区转移。

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气候因子;(2)当前气候条件下曲纹紫灰蝶的适生区面积占国土面积的29.7%,其中高适生区主要分布于长江以南,如海南、广东、广西、香港地区、江西、湖南、福建、中国台湾、四川东南部、重庆北部、安徽南部、上海、江苏、浙江等区域;(3)曲纹紫灰蝶与其寄主苏铁的适生重叠区占国土面积的25.9%;(4)未来气候变化条件下曲纹紫灰蝶的总适生区面积均比当前气候条件下的总适生区面积大,尤其是山东、河北、河南、天津、北京等高适生区面积扩增明显,其中2061—2080年SSP585情景下的曲纹紫灰蝶总适生面积最大,占国土面积的41.33%,比当前气候条件下预测的多出111.57万km2。构建的MaxEnt模型预测结果可信度高,可以为制定防治曲纹紫灰蝶相关检疫措施以及保护中国苏铁资源提供理论依据。

最大熵模型在海洋生物适生区预测中的应用

最大熵模型是以最大熵理论为基础的一种物种分布模型。经过十几年的发展,最大熵模型的计算方法不断迭代并趋于稳定,并在陆地生物适生区预测中开展了系统的、成熟的应用。而在海洋环境中,最大熵模型的应用也已经进入到了快速发展的阶段。但是受限于数据量的匮乏,最大熵模型在海洋环境中的应用仍旧需要不断的探索。最大熵模型具有小样本量预测的优势,其相关应用成果为单一物种、生物群落、生物多样性的保护,生物入侵事件的管控和预警,渔业养殖的减耗增效等提供了关键性的数据支撑,同时在海洋古生态学研究、海洋基因资源获取、海洋极端环境生物多样性保护等方面极具发展前景。

基于MaxEnt模型的贵州萧氏松茎象适生区预测

萧氏松茎象是贵州省发生危害较大的一种钻蛀性害虫,对其在贵州的潜在适生区进行预测可以为后续该虫的预防提供科学依据。运用MaxEnt模型,结合地理信息系统(GIS)对萧氏松茎象在贵州的适生区进行分析。萧氏松茎象潜在适生区预测结果显示,其在贵州省的适生范围为24.92°—29.22°N,104.94°—109.59°E,总面积达13.89×10^(4) km^(2)。萧氏松茎象在贵州省高、中适生区分布于铜仁市、黔东南州,黔南州和贵阳市除西部的大部分地区及遵义市的东部地区。ROC曲线AUC值为0.993,标准差为0.001,本次构建的模型达到“极好”标准。通过刀切图分析,最冷季度平均温度、最暖季度平均降水量、最湿月份降水量、年均降水量和最冷月份最低温度是影响萧氏松茎象分布的主导环境因子。因此,温度和降水量是影响萧氏松茎象分布的决定性环境因子。

基于MaxEnt模型的西藏飞蝗在昌都市的适生区预测

世界上的飞蝗亚种有十余种,西藏飞蝗主要分布在青藏高原,是目前世界上分布海拔最高的亚种。研究并明确西藏飞蝗在昌都市的适生区预测,对该地区早期蝗虫的预警、监测有重要意义。基于西藏飞蝗的分布数据与环境变量,结合MaxEnt与ArcGIS对西藏飞蝗在昌都市的适生区进行预测,通过刀切法检验与Pearson相关性分析筛选出影响西藏飞蝗分布的主导环境变量,共计有11个主导环境变量参与模型的二次构建。两次模拟的AUC值为0.958和0.949,结果达到“极好”,符合昌都西藏飞蝗的实际分布。高适生区主要位于昌都南部,中适生区主要位于昌都中部河谷地带,低适生区位于昌都中部县区,不适生区位于昌都北部。

白蜡蚧天敌红点唇瓢虫(鞘翅目:瓢甲科)在贵州的适生区预测

红点唇瓢虫(Chilocorus kuwanae)是白蜡蚧最重要的捕食性天敌之一,对其在贵州的潜在适生区进行预测可以为全省白蜡蚧养殖合理布局和白蜡蚧天敌预防提供科学依据。运用MaxEnt模型,结合地理信息系统(GIS)对红点唇瓢虫在贵州的潜在分布区进行分析。红点唇瓢虫在贵州省的适生范围为104.75°~109.59°E,24.99°~29.21°N,其中,高、中适生区主要集中于铜仁市、黔东南州、黔南州大部、遵义市中东部和贵阳市东部等地。红点唇瓢虫高、中适生区与贵州的白蜡产蜡区高度重合,对区域白蜡产业发展构成影响,在规划、发展白蜡产业时应予以重视;与之相反,红点唇瓢虫的中、高适生区却与白蜡种虫产区分离,客观上有利于白蜡种虫生产。此外,最暖季节降水量、温度季节性变化、最湿季度降水量和年均降水量是影响红点唇瓢虫分布的主导环境因子。在4个主导环境变量中,最暖季节降水量、最湿季度降水量和年均降水量3个环境因子贡献率高达70.4%,约为温度季节性变化所占贡献率的3倍多,因此,降水量可能是影响红点唇瓢虫分布的决定性环境因子。

外来入侵植物意大利苍耳在我国适生区预测

意大利苍耳是20世纪90年代入侵我国的检疫性杂草,近年来呈快速扩散趋势。明确其适生区对科学监测和控制该杂草意义重大。本研究采用生态位模型预测了其在我国的适生区。首先利用原产地北美洲的分布点构建GARP生态位模型预测其在全球适生区,然后利用全球已知入侵点为独立检验数据通过ROC曲线检验模型的准确性。分析显示原产地数据构建生态位模型具有很强的预测能力(AUC=0.91)。进而将该模型投影到中国,结果显示除青海、西藏、新疆天山山脉以南和内蒙古北部地区外的区域都是意大利苍耳在我国的适生区。针对于意大利苍耳在我国广阔的适生区以及繁殖能力强、种子具钩刺等易于扩散的生物学特性和多样化的扩散途径,意大利苍耳在中国即将进入一个快速扩散阶段。建议对新入侵的地区采取早期根除措施,加大对适生区内港口、机场、旅游区等极易传入区域的监测力度,以预防其再度入侵和控制其在我国进一步的扩散。

气候变化下青藏高原两种云杉植物的潜在适生区预测

为了预测未来气候变化下云杉属植物的适宜生境,选择青藏高原暗针叶林的两种重要建群植物丽江云杉(Picea likiangensis)和紫果云杉(Picea purpurea)作为研究对象,采用MaxEnt模型预测21世纪50年代(2050s)和70年代(2070s)两物种在未来气候情景下的潜在分布,并结合Arc GIS计算物种分布面积和空间格局变化。结果表明:(1)丽江云杉的潜在适宜分布区主要集中在四川西南部和西藏东部。紫果云杉潜在适宜分布区主要集中在四川西北部、甘肃南部、青海东南部,以及西藏东部地区。(2)在未来两个时期丽江云杉的分布面积总体呈增加趋势,紫果云杉呈先增加后减少的趋势,但与其现代分布面积相比,两种云杉的总适生区面积都有不同程度的增加。(3)丽江云杉适宜生境未来可能会向北迁移,而紫果云杉可能会向西迁移。(4)影响丽江云杉和紫果云杉潜在地理分布的主要气候因子为最暖季降水量和最暖季均温。研究结果可为丽江云杉和紫果云杉在未来气候变化情景下的可持续管理提供一定的理论依据和参考价值。

基于Maxent生态位模型的外来入侵植物刺果瓜在我国的适生区预测

刺果瓜作为我国外来入侵植物之一,对我国农业生产和生态安全具有极大的潜在风险。本研究根据已报道的刺果瓜发生坐标信息,利用MaxEnt生态位模型研究了刺果瓜的发生与气候信息和生物气候因子之间的关系,并预测了其在中国的适生区范围。结果显示,以生物气候因子为环境变量所得模型精度较高(AUCTestdate/AUCTrainingdate=1.06),在所有可能影响刺果瓜发生环境因子中,与温度有关的环境因子占83.9%,与降雨量有关的环境因子占16.0%,表明刺果瓜的发生主要与温度和水分有关。刺果瓜在我国潜在适生区主要分布黄淮海地区、环渤海地区、南部沿海地区、东南沿海地区及中国台湾地区、云贵高原及重庆大部分地区。该研究结果可为刺果瓜的防控与治理提供参考依据。

气候变化背景下我国酸枣潜在适生区预测

【目的】预测我国酸枣适生区对气候变化的响应,为气候变化背景下酸枣种质资源开发与利用提供科学依据。【方法】基于GIS技术和R语言,筛选出酸枣121个地理调查数据和34个环境因子,利用R语言的ENMeval数据包,调整MaxEnt模型默认参数,并运用优化后的MaxEnt模型分析酸枣当前适生区的地理分布;采用Person相关分析和VIF方差膨胀因子筛选出参与建模的所需因子,刀切法筛选该适生区主导环境因子,根据IPCC发布的第5次气候模型,探讨在不同气候情景下酸枣未来地理分布的变化。【结果】模型优化结果表明,当模型参数中特征组合为线性、二次型与片段化,以及调控倍频为3.5时,MaxEnt模型的复杂度最低,受试者工作特征曲线分析法的AUC为0.946,模型预测的可靠性极高、精度极好;刀切法结果显示,年均气温、最湿季平均气温、最湿月降雨量、降水量变异系数、海拔和表层(0~30 cm)土壤盐基饱和度是影响酸枣分布的主要环境因子;当前酸枣适生区主要集中在陕西、河南北部、山西中南部、河北、宁夏北部、内蒙古东南部、四川东北部、辽宁西部和山东境内,在未来气候变化情景下,酸枣适生区分布会有不同程度变化,到2050s和2070s,酸枣适生区面积有一定增加,在RCP4.5和RCP8.5情景下响应敏感且呈递增趋势,而在RCP2.6情景下的递增趋势较其他2种情景小。【结论】气候、土壤和地形因子共同影响酸枣的潜在地理分布,其中气候因子所占权重最大,是最有可能引起酸枣地理分布区迁移的环境变量;模型经过参数优化能准确模拟预测出酸枣潜在地理分布区;未来全球变暖引起的气候变化将会改变酸枣的分布格局。MaxEnt模拟结果显示,适生区总面积趋于增加,且扩张区域主要位于中高纬度地区,减少区域主要位于低纬度地区;在3种气候变化情境下,2050s和2070s的酸枣适生区质心呈往高纬度迁移的趋势,酸枣适生区域整体迁移至华北平原和东北平原一带。

入侵植物飞机草在贵州的适生区预测及风险分析

飞机草于20世纪80年代入侵贵州以来,种群快速蔓延,给贵州的经济、社会及生态造成重大损失。为研究飞机草的扩散规律和风险等级,对其作了适生区预测和风险分析。采用MaxEnt生态位模型,以飞机草分布点的气候和海拔因子作为模型运算的基础数据进行适生区预测,得到飞机草在贵州省的高度、中度、低度适生区和非适生区。采用林业危险性有害生物风险分析指标体系,对飞机草进行定性和定量分析,确定其在贵州的风险等级。结果显示:对预测结果进行准确性分析,表明该模型具有较好的预测效果;飞机草在贵州省的高度、中度适生区分布范围为24.63°~26.72°N、104.35°~109.35°E,面积约26800 km^(2),占全省国土面积的15%;飞机草的风险评估值R=2.32,在贵州属高度危险的林业有害生物。飞机草在贵州的适生区主要是西南部的南亚热带河谷区域,适生区面积大,风险等级高,对区域经济、社会、生态均构成严重威胁。要阻止飞机草在贵州的进一步传播和危害,须加强检疫,在高、中适生区范围开展面上监测,加强对分布区飞机草种群的防控。

基于MaxEnt模型的北京浅山区珍稀植物适生区预测及管理

对北京浅山区珍稀植物分布生境进行研究可以掌握生境动态并使珍稀植物保护更具效率。文章利用最大熵生态位模型(MaxEnt)与地理信息系统(Arc GIS),结合108个珍稀植物分布数据、经相关性筛选后的各项气候因子及7个与珍稀植物生存相关性强的环境因子,对珍稀植物潜在分布和适宜等级作出预测,并据此构想相关管理策略。研究结果表明:(1) Maxent模型对珍稀植物在北京浅山区潜在分布区的预测效果较好,接近非常好的水平,地表起伏度、bio4、水(分)等因子对预测结果贡献率最大;(2)预测适生区集中分布在十渡、石花洞、九龙山、蟒山、唐指山、四座楼等区域,在此基础上,以"最适生区"和"较适生区"为重点关注对象,对于不同地区选择了不同的保护策略。

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区为西南云贵地区和东南江浙一带;暖季降雨量、冷季均温、温度季节变异系数、降雨季节变异系数是影响醉鱼草属植物分布的主导因子,其适宜生长在暖季降水量为200—2500 mm,冷季均温为-20—20℃的地区;醉鱼草适生区与年降水量具有一定的相关性,其分布边界与400 mm年等降水量线大致重合。

入侵植物紫茎泽兰在贵州的适生区预测

利用MaxEnt生态位模型,以紫茎泽兰Eupatorium adenophorum分布点的气候和海拔因子作为模型运算的基础数据进行适生区预测。结果表明:紫茎泽兰在贵州的高度、中度适生区主要位于贵州西南部(24.62。~27.76°N,103.62°〜108.95°E),面积约689.14万hm^(2),占全省行政区划面积的39.0%,适生区面积较大,对区域经济、社会、生态均构成严重威胁。要阻止紫茎泽兰在贵州的进一步传播和危害,须在高、中适生区范围开展面上监测,强化对分布区紫茎泽兰种群的防控。

基于MaxEnt生态位模型的小蜻蜓尺蛾在我国的适生区预测分析

利用MaxEnt生态位模型,结合ArcGIS软件,对小蜻蜓尺蛾在我国的适生区范围进行了预测分析。结果表明,该虫在我国的适生区占全国面积约32.71%,其中高、中、低适生区分别占8.62%、8.53%、15.55%,主要分布于我国东北平原、华北平原、长江中下游平原地区,温带季风气候以及亚热带季风气候区域。ROC评价结果表明,MaxEnt生态位模型的平均AUC值为0.984,预测结果具有较高的精度。各环境变量重要性的刀切法检验表明,温度因素对小蜻蜓尺蛾的潜在分布影响最大。

基于不同气候情景的美国白蛾适生区预测

【目的】通过预测分析美国白蛾在我国的适生区域,为美国白蛾的监测和防控提供理论依据。【方法】搜集并整理美国白蛾在我国县级的发生点数据,通过2003-2020年间月最高气温、月最低气温和月降水量等计算19个生物气候变量,结合全国高程数据,使用VIF和Spearman检验进行筛选保留9个最主要的环境变量,基于Biomod2的组合模型对当前美国白蛾适生区进行了预测;利用不同气候情景的未来气候数据,对我国未来一段时期的美国白蛾适生区进行了预测分析。【结果】当前时期的美国白蛾适生区集中在辽宁、山东、河北、安徽等省市,在不同气候情景的未来时期,美国白蛾在我国的适生区将有向我国东北和南部地区扩散,适生区面积将进一步扩大。【结论】研究结果为监测预警美国白蛾的扩散动态,也为科学防控并阻止其传播扩散提供理论支持。