基于MaxEnt模型的华东地区香果树地理分布预测

香果树(Emmenopterys henryi)是中国特有的单种属珍稀濒危树种,也是第四纪冰川孑遗植物之一。华东地区香果树种群退化,江苏境内濒临灭绝。预测香果树在华东地区当前及未来时期的潜在适生区,揭示其地理分布格局变化的关键因子,对有效保护香果树野生资源具有重要意义。该研究以ENMeval软件包确定MaxEnt最优参数,利用54条华东地区现代地理分布记录和7个环境变量,基于优化后的MaxEnt模型预测华东地区香果树在现代、2040年、2060年和2080年的潜在分布区。综合Jackknife检验、置换重要值和贡献率,探讨制约其在华东地区分布的主导环境因子。结果表明,受试者工作特征曲线下面积(AUC值)为0.801,说明MaxEnt模型预测结果良好;当前香果树在华东地区的中度和高度适宜分布区较小,主要分布于各省山地丘陵地区;在未来气候变化情景下,香果树适生区分布会有不同程度变化,华东地区香果树在未来20 a内分布区将进一步扩张,自2040年后迅速缩小,2080年后在平原地区消失。温度因子(年均温、平均日温差、最湿季均温、温度季节变化方差)和降雨因子(年降水量、最干季降雨量)均限制着香果树的分布。

气候变化对四合木适生区及空间迁移的影响

四合木(Tetraena mongolica)是中国特有的孑遗种植物,被誉为植物中的“大熊猫”,由于早期过度放牧、滥垦乱伐等人为因素,使这一物种一度濒临灭绝。预测气候变化对分布范围的影响可为四合木的野生资源保存与可持续利用提供科学基础和参考依据。利用27个地理分布点和从Worldclim网站下载的18个环境因子数据,基于优化后的MaxEnt模型预测四合木在中国的地理分布格局和限制其分布的主导环境因子。结果表明,通过调用R平台ENMeaval程序包进行模型优化,最终确定FC=LQHPT,RM=4,优化参数后的模型精度优于默认参数下的模型精度。优化后的MaxEnt模型预测测试数据集和训练数据集AUC值均在0.98以上;现代四合木潜在地理分布的总的适生区面积约为124.45×10^(4) km^(2),高适生区面积约为3.35×10^(4) km^(2),高适生区主要集中于内蒙古阿拉善左旗、鄂托克旗以北,黄河上游达拉特旗以南,乌海市、巴彦淖尔市以东,鄂尔多斯市以西;宁夏回族自治区北部石嘴山市及贺兰山北麓也有少量分布。最干月降水量(36.95%)、年降水量(14.83%)、表层土壤有机碳含量(11.21%)、海拔(9.38%)、最干季度平均气温(6.28%)、年均温(5.49%)、人类活动因子(3.10%)、表层土砾石含量(3.01%)、等温性(2.44%)、表层土壤碳酸盐或石灰含量(2.32%)、表层土壤酸碱度(2.02%)和最冷月最低气温(1.32%)是影响四合木分布的主要环境因子。分析发现,随着气候暖化,四合木新增适生面积将会逐步缩减,现代潜在高适生区可能依然是其未来的避难所,其分布重心可能将会向东迁移。本研究为进一步明确四合木适宜栖息地在中国的地理分布格局和制定有效的保护策略提供了科学参考。

基于最大熵模型的森林‑草原交错区野生东北马鹿分布区预测与参数优化研究

利用最大熵模型(MaxEnt)对内蒙古高格斯台罕乌拉国家级自然保护区内的东北马鹿Cervus elaphus xan‑thopygus潜在分布区和适宜生境进行预测,比较基于默认参数和优化参数的预测结果,探讨参数优化对东北马鹿种群潜在分布区和适宜生境预测结果的影响。研究结果表明:优化参数模型的特征组合选择线性、二次型、片段化、成积型和阈值型特征,调控倍率为4时,模型的拟合度和复杂度得到改善;优化参数建模下,温度季节性、距道路距离、距草地距离、最冷季平均温度、等温性、海拔和距河流距离是影响东北马鹿分布的主要环境因子;2种模型预测结果表明,东北马鹿均主要分布于保护区东北部,适宜生境面积分别为36.04 km^(2)和126.67 km^(2),占总面积的3.5%和12.6%。研究表明,使用MaxEnt模型进行濒危珍稀物种潜在适宜生境预测时,需根据影响物种分布的关键环境因子选择最合理的参数设置。

基于优化MaxEnt模型的黑木相思引种栽培区划

利用MaxEnt模型评估黑木相思在中国引种的潜在适生区,探讨影响其适生区分布的主要生态因子,并对适生区范围和类型进行划分,旨在为该树种在中国的引种区划提供依据。采用ENMeval数据包优化的MaxEnt模型,基于14个环境变量和159条黑木相思分布点,以我国95°-125°E、17°-38°N区域为模型投射空间范围,评估黑木相思的潜在适生地理分布;通过Spearman相关分析、方差膨胀因子(VIF)分析和刀切法检验,筛选出制约其潜在分布的主导环境因子。经ENMeval优化,当特征组合F C=Q HP,调控倍频R M=6时,A UC值为0.965,模型准确度极高。刀切法检验表明:最干月降雨量(40.1%)、月平均昼夜温差(26.9%)、年降水量(15.6%)、年均温(6.6%)、最冷月最低温(3.2%)和表层土壤酸碱度(2.8%)是影响黑木相思地理分布的重要生态因子,累计贡献率达95.2%。结果表明,黑木相思在中国适生区分为高(55.8354×10^(4) km^( 2))、中(152.9915×10^(4) km^( 2))、低(68.4567×10^(4) km^( 2))和非适生区(682.7165×10^(4) km^( 2)),其中高适生区为黑木相思引种栽培推广的重点地区,主要涵盖贵州、湖南、江西、福建、浙江东南部、台湾中部、云南西部和东部、广东北部和广西北部。该研究划分了黑木相思在中国适生分布范围,并分析了制约其分布的主要生态因子为水分和温度,为黑木相思在中国引种和推广提供科学依据。

基于MaxEnt优化模型的闽楠潜在适宜分布预测

闽楠是我国二级保护珍稀濒危植物,不仅是珍贵用材树种,还具有重要的生态价值,预测其潜在适生区变化具有重要意义。采用Enmeval优化包调用MaxEnt模型建立最优模型。基于186条分布记录和9个环境变量模拟闽楠现代2050和2090年代的6个气候情景潜在分布区。综合Jackknife检验、置换重要值和贡献率、多元相似度面和最不相似变量,探讨影响闽楠适生分布区的环境因子,并分析空间变换格局。结果表明:(1)最优模型的参数为:FC=PT,RM=0.5,Maxnnt模型的预测准确度极高,AUC=0.9846±0.0037,现代闽楠潜在适生区的面积为54.32×10^(4)km^(2),闽楠现代高度适生区集中分布在湖南南部和广西东北部;(2)在未来6种气候变化情景下,闽楠潜在适生分布区均有向北扩张的趋势,除2050s-SSP585外,其余情景适生区面积均增加较小,特别是情景2090s-SSP126下,高度适生区将减少40.32%;(3)最干月降水量(bio14)、降水季节性变化(bio15)、最冷月最低温(bio6)、最暖季降水量(bio18)和最暖月最高气温(bio5)是制约闽楠分布格局的主要环境因子;(4)闽楠各个时期的地理分布范围差别较大,说明闽楠对气候变化抗逆性较差,滥砍滥伐、生境破坏和自身繁育问题可能是致濒的重要原因,福建、江西、湖南和广西东北部是闽楠的稳定适生区和未来气候避难区,台湾中部、福建、江西、湖南、湖北西南部和浙南为理想的闽楠人工林引种区,随着气候变暖的日益加剧,粤桂黔三省(区)丧失区面积比较大,并建议对粤桂黔群体进行优先保护。

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。

末次间冰期以来濒危植物藤枣适生区空间迁移预测

【目的】预测气候变化下物种适生区的空间变化趋势对生物多样性保护具有重要意义。【方法】以国家I级濒危植物藤枣为研究对象,采用ENMeval数据包优化Max Ent默认参数,基于8个环境变量和19个地理分布位置,模拟预测藤枣在末次间冰期、末次盛冰期、全新世中期、RCP4.5气候情景下2050和2070年的潜在地理分布区;运用VIF方差膨胀因子、Spearman相关分析和刀切法挑选出主要环境因子。【结果】ENMeval结果表明:当特征组合为线性、二次型与片段化,调控倍率为2.5时,Akaike信息量准则AICc值为0,此时的模型为最优模型;刀切法结果表明:温度年较差、最冷季度降水量、年降水量和最冷月最低气温是影响藤枣分布的主要环境因子;Max Ent预测结果显示:末次间冰期以来藤枣适生区几何中心呈现往西北迁移的趋势,相邻2个时期最大的迁移距离为172.1 km,当前到2050和2070年的迁移距离分别为15.6、47.1 km。【结论】气候变化影响藤枣的地理分布变迁,未来气候变暖促使藤枣适生区向高纬度地区扩张,研究结果为有效保护藤枣提供了有利科学依据。

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个环境因子数据为基础,利用MaxEnt优化模型和地理信息系统共同构建其适生区分布模型,探讨影响长序榆潜在适生区分布的重要环境因子,同时预测长序榆在末次间冰期、末次盛冰期、全新世中期、当代以及2041—2060年(2050s)和2061—2080年(2070s)里RCP2.6、RCP8.5气候情景下的适生区分布范围与面积。结果显示:当特征组合FC=HPT(H:二次型Hinge;P:乘积型Product;T:阈值型Threshold),调控倍频RM=2时,模型预测准确,预测分布范围与现实分布相符。综合评估显示,最干月降水量、年降水量、海拔、表层土壤pH、最冷月最低气温、最热月最高气温对长序榆潜在地理分布变迁起着重要作用。在RCP2.6气候情景下,增温控制在2℃内可能为长序榆提供一个更适宜的生长环境;在RCP8.5气候情景下,长序榆质心从当代到2070s有从低纬向高纬迁移的趋势。

北美银钟花在中国的适宜栽培区研究

【目的】北美银钟花(Halesia carolina L.)是优良的园林景观树种,利用最大熵(Maxent)模型预测其在中国适宜引种栽培区,为北美银钟花合理引种栽培提供科学依据。【方法】通过ENMeval数据包优化Maxent模型参数设置,基于57条现代地理分布记录和7个生物气候变量模拟和预测北美银钟花在中国的适宜栽培区,综合使用百分比贡献率、置换重要值和多元方差分析等方法评价中国、美国适宜分布区的环境差异和主要气候限制因子。【结果】当特征组合为线性、二次型、乘积型和片段化,调控倍频为1. 5时,模型复杂度和过拟合程度较低,此时测试集受试者工作特征曲线下的面积值达到0. 956 7±0. 032 9,模拟准确度极高。北美银钟花在中国的适宜栽培区主要包括台湾岛东部和北部、海南岛东部、云南西部和西南部、中国大陆中东部4个区域。多元方差分析和稳健多元方差分析显示,中国和美国的适宜区之间具有显著的气候差异,其中,指示降水和气温变异程度的指标差异最大,指示气温极端特征的指标差异最小。【结论】降水因子与北美银钟花潜在地理分布的关联性更强,中国适宜区内不均匀的降雨季节性分配可能是限制其引种栽培的主要气候因素。