基于MaxEnt模型的中國豚草潛在適生區(qū)預(yù)測分析

何莉莉 丁寧

摘要：利用MaxEnt模型預(yù)測現(xiàn)代和未來氣候背景下豚草在中國的潛在分布格局。研究結(jié)果表明：年平均氣溫和年平均降水量對豚草生存的影響呈先上升后下降趨勢，豚草不適于特別炎熱且干旱地區(qū)生存，最干月降水量和土壤鹽基飽和度對豚草生存呈正影響;未來氣候變化背景下豚草的高適生區(qū)質(zhì)心移動軌跡為高緯度東北方向，有待重點監(jiān)測和控制。

關(guān)鍵詞：豚草;MaxEnt;適生區(qū);預(yù)測

中圖分類號：S718.5? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2022）01-0016-03

收稿日期：2021-11-20

作者簡介：何莉莉（1981—），女，教授研究員級高級農(nóng)藝師，從事農(nóng)村能源環(huán)保相關(guān)工作。

豚草（Ambrosia artemisiifolia L.）是一種原產(chǎn)于北美洲的惡性入侵雜草，在我國許多地區(qū)均有分布，2003年被收錄為我國第一批外來入侵物種。豚草不僅危害農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，而且開花后散發(fā)的花粉會引起過敏性變態(tài)反應(yīng)，成為過敏性鼻炎和季節(jié)性哮喘的主要病源，對我國生態(tài)安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民健康帶來嚴(yán)重威脅。這種外來入侵植物具有繁殖力和適應(yīng)性強(qiáng)的特性，一旦爆發(fā)難以根除，因此，早期發(fā)現(xiàn)并迅速綜合治理至關(guān)重要。然而，在入侵早期，關(guān)于特定目標(biāo)地區(qū)的重點入侵物種信息往往非常有限，獲取入侵物種及其目標(biāo)區(qū)域的詳細(xì)信息需要時間、精力和其他資源。在對眾多入侵植物的適生區(qū)預(yù)測研究中，MaxEnt模型表現(xiàn)優(yōu)異。通過實地調(diào)查數(shù)據(jù)證實，該模型所預(yù)測的適生區(qū)與物種的實際分布基本吻合，因此，MaxEnt模型成為一種以最小成本精準(zhǔn)解決上述問題的技術(shù)手段。鑒于20世紀(jì)30年代豚草傳入我國后一直呈擴(kuò)散蔓延趨勢，有必要運用MaxEnt模型提前預(yù)測豚草在中國的潛在適生區(qū)，以便提前布控，遏制豚草擴(kuò)散，減小其對生態(tài)環(huán)境、人身健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的危害。

1 材料與方法

1.1 材料

豚草分布數(shù)據(jù)主要來自全球生物多樣性信息平臺（http：//www.gbif.org）、國內(nèi)外公開發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)以及2019—2021年遼寧省農(nóng)業(yè)部門實地調(diào)查的分布點;地形以及現(xiàn)代和未來的氣候數(shù)據(jù)來自世界氣候數(shù)據(jù)庫（http：//www.worldclim.org），未來氣候2070s選用與全球經(jīng)濟(jì)框架相適應(yīng)的RCP4.5模式;土壤數(shù)據(jù)來自世界土壤數(shù)據(jù)庫（Harmonized World Soil Database version 1.2）（HWS，http：//www.fao.org），共設(shè)37個環(huán)境變量。

1.2 方法

1.2.1 分布數(shù)據(jù)篩選 為避免集群效應(yīng)導(dǎo)致模型結(jié)果過度擬合，在每個1 km×1 km網(wǎng)格中只保留1個分布點，同時剔除重復(fù)和落在海洋上的分布記錄，最終獲得1 847個分布數(shù)據(jù)，保存為CSV格式。

1.2.2 環(huán)境數(shù)據(jù)篩選 環(huán)境變量的選擇是使用MaxEnt模型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響預(yù)測結(jié)果。應(yīng)采用與預(yù)測結(jié)果高度相關(guān)的數(shù)據(jù)，而非所有可獲得的數(shù)據(jù)，因此，需對環(huán)境因子進(jìn)行兩次篩選。首先，將氣候和地形變量（20個）、土壤變量（17個） 分別導(dǎo)入模型，舍去貢獻(xiàn)率為0的環(huán)境因子后，對比這兩項環(huán)境變量的相關(guān)系數(shù)。當(dāng)相關(guān)系數(shù)≥0.8時，剔除貢獻(xiàn)率小的環(huán)境變量。其次，將篩選后剩下的環(huán)境變量再次導(dǎo)入模型，結(jié)合貢獻(xiàn)率、刀切圖以及豚草生物學(xué)特性，選定年平均氣溫（bio1）、年降雨量（bio12）、最干月降水量（bio14）、降雨量季節(jié)性變異系數(shù)（bio15）、海拔及土壤鹽基飽和度（T_BS）、土壤中可交換的鈉離子（T_ESP）、土壤容積密度（T_REF_BULK_DENSITY）、酸堿度（pH）共9個主導(dǎo)環(huán)境因子，用作后續(xù)分析，見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 現(xiàn)代氣候下豚草在中國的潛在地理分布

MaxEnt模型模擬出豚草在中國的潛在入侵分布區(qū)見圖1。豚草在中國的高適生區(qū)面積為255.3×104 km2，

約占中國總土地面積的27%;中適生區(qū)面積為105.3×104 km2，約占中國總土地面積的11%;低適生區(qū)面積為103.9×104 km2，約占中國總土地面積的11%;不適生區(qū)面積為496.5×104 km2，約占中國總土地面積的52%。

多種外來入侵植物實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分布點包含原產(chǎn)地和入侵地且數(shù)量足夠多時，預(yù)測結(jié)果與實際分布基本吻合。本研究所涉獵的分布數(shù)據(jù)共1 847個，涵蓋原產(chǎn)地和入侵地，滿足上述條件。由圖1也可看出，豚草的實際分布點均位于適生區(qū)內(nèi)，這說明本研究結(jié)果具有較高的可信度與研究價值。因此，對于高、中、低適生區(qū)內(nèi)還未發(fā)現(xiàn)豚草的地區(qū)相關(guān)部門，應(yīng)積極開展普查與監(jiān)測工作，以防治豚草區(qū)域定植且形成種群，給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)和人民健康帶來威脅。

2.2 影響豚草分布格局的重要環(huán)境因子

研究表明，影響豚草地理分布格局的主要環(huán)境因子包括：氣溫因子（年平均氣溫）、降水因子（年降雨量和最干月降水量）、土壤因子（土壤鹽基飽和度）。環(huán)境因子響應(yīng)曲線見圖2。

由圖2可以看出，年平均氣溫和年平均降水量對豚草生存的影響呈先上升后下降趨勢，當(dāng)年平均氣溫在5.7～22.5 ℃、年降雨量在352～3 750 mm時，豚草生存概率在0.5以上，這說明豚草不適于特別炎熱且干旱地區(qū)生存。最干月降水量和土壤鹽基飽和度對豚草生存呈正影響，這說明豚草是喜濕植物，且在偏酸或偏堿性土壤中均能生存。

2.3 未來氣候變化背景下豚草在中國的入侵趨勢及重心移動軌跡

氣侯變化背景下豚草在中國的蔓延趨勢見圖3，未來氣候變化背景下豚草的高適生區(qū)質(zhì)心移動軌跡見圖4。

由圖3可看出，未來氣候變化背景下，吉林北部和黑龍江南部豚草危害會加重，應(yīng)重點進(jìn)行監(jiān)測，而中國南部偏炎熱地區(qū)的豚草危害可能會有所減輕。9B94D02A-4BEC-4FAF-AF22-6440103A86F3

由圖4可以看出，未來氣候變化背景下，最適宜區(qū)域的重心呈現(xiàn)出向高緯度和東北方向轉(zhuǎn)移的變化趨勢。

3 結(jié)論

豚草適宜在我國東部及西部小部分地區(qū)生長，未來應(yīng)關(guān)注其繼續(xù)向黑龍江、內(nèi)蒙古方向擴(kuò)張。氣候變化背景下豚草的高適生區(qū)質(zhì)心移動軌跡為高緯度東北方向。豚草對除草劑敏感，對農(nóng)田危害并不嚴(yán)重，其主要威脅在于導(dǎo)致人類過敏，因此，即使某適生區(qū)域尚未發(fā)現(xiàn)豚草，也要加大多部門聯(lián)合重點監(jiān)測，及時控制并減緩其擴(kuò)散速度，以保護(hù)生物多樣性和人民群眾身體健康。

參考文獻(xiàn)

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Prediction and Analysis of Potential Suitable Areas of Ambrosia Artemisiifolia?L. in China Based on MaxEnt Model

HE Lili， DING Ning

（Rural Energy and Environmental Protection Department， Liaoning Agricultural Development Service Center， Shenyang 110034， China）

Abstract： The MaxEnt model was used to predict the potential distribution pattern of Artemisia artemisiifolia in China under modern and future climatic background. The results showed that： The effects of annual mean temperature and annual mean precipitation on the survival of Ambrosia artemisiifolia L. increased firstly and then decreased， and Ambrosia artemisiifolia L. was not suitable for the survival of especially hot and arid areas. The precipitation in the driest month and soil salt base saturation had positive effects on the survival of Ambrosia artemisiifolia L.; Under the background of future climate change， moving track of gravity center in highly suitable distribution areas of Ambrosia artemisiifolia L. is in the northeast direction of high latitude， which needs to be monitored and controlled.

Key words： Ambrosia artemisiifolia L.; MaxEnt; suitable area; prediction9B94D02A-4BEC-4FAF-AF22-6440103A86F3