少花蒺藜草在遼寧省的地理分布與主要環(huán)境影響因子

王晶晶，何莉莉

（1.綏中縣政務(wù)服務(wù)中心小莊子鎮(zhèn)分中心，遼寧 綏中 125200；2.遼寧省農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110000）

少花蒺藜草（Cenchrus spinifex Cav.）原產(chǎn)北美洲及熱帶沿海地區(qū)的沙質(zhì)土壤，具有極強的環(huán)境適應(yīng)性和競爭能力，會嚴重破壞畜牧業(yè)、影響生物多樣性和人們的生產(chǎn)生活，先后被列入中華人民共和國進境植物檢疫性有害生物名錄和第一批國家重點管理外來入侵物種名錄。從遼寧省農(nóng)業(yè)部門多年的調(diào)查數(shù)據(jù)看，該外來入侵植物在遼寧省多個縣區(qū)有分布且部分地區(qū)發(fā)生較重，應(yīng)采取有效措施遏制其進一步擴散蔓延。有效控制外來入侵植物的擴散關(guān)鍵因素在于一個“早”字，早發(fā)現(xiàn)、早防治、早根除，而物種分布模型作為生態(tài)學研究的重要工具之一，常被眾多學者用于模擬外來入侵植物的適生區(qū)預測，揭示其潛在的擴散風險和擴散趨勢從而進行早期預警，而MaxEnt模型在穩(wěn)定性和精準性方面較其他模型更具優(yōu)越性，應(yīng)用最為廣泛。對于植物而言，土壤、溫度、濕度、海拔等環(huán)境因素是影響其分布的重要因子，在各種環(huán)境因素的共同作用下，產(chǎn)生了每種植物獨特的分布格局。本研究基于多年的實地調(diào)查、標本采集記錄、文獻報道的分布數(shù)據(jù)和土壤、氣候、高程三大環(huán)境因子，運用MaxEnt模型和GIS軟件，構(gòu)建了少花蒺藜草在遼寧省的實際和潛在地理分布，以及氣候變化背景下少花蒺藜草的擴散趨勢，篩選了影響少花蒺藜草分布格局的主導環(huán)境因子，以期對少花蒺藜草的生態(tài)適宜性和早期預警與監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

少花蒺藜草的分布數(shù)據(jù)主要來自全球生物多樣性信息平臺、國內(nèi)外公開發(fā)表的相關(guān)文獻、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，未來氣候2070s選用與全球經(jīng)濟框架相適應(yīng)的RCP4.5模式；土壤數(shù)據(jù)來自世界土壤數(shù)據(jù)庫，環(huán)境數(shù)據(jù)分辨率均為30弧秒。

1.2 數(shù)據(jù)處理

MaxEnt模型參數(shù)設(shè)置為將75%的隨機分布點用于模型預測，25%的隨機分布點對預測結(jié)果進行驗證，用ROC曲線下面積值以及2022年的普查數(shù)據(jù)驗證模型預測的準確性。AUC值為0.9～1表示模型的預測結(jié)果非常準確，0.8～0.9表示很準確，0.7～0.8表示較準確，小于0.7預測失敗。為避免運算結(jié)果過度擬合，在每1公里×1公里面積中只隨機保留一個分布數(shù)據(jù)，最終獲得原產(chǎn)地和入侵地的分布數(shù)據(jù)共1024個；在SPSS22.0中對環(huán)境數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，當兩個環(huán)境變量的相關(guān)系數(shù)絕對值≥0.8時，剔除對模型貢獻率小的。

1.3 適生區(qū)等級劃分標準

采用自然斷點分級法在GIS的重分類功能中，將模型的預測結(jié)果分為非適生區(qū)、低適生區(qū)、中適生區(qū)和高適生區(qū)，從而繪制少花蒺藜草在遼寧的適生等級圖，將現(xiàn)代氣候和未來氣候背景下的模型預測結(jié)果進行二值化處理，在GIS中計算高適生區(qū)的幾何質(zhì)心，判斷氣候變化背景下入侵植物分布格局的變化趨勢，以現(xiàn)代氣候的預測結(jié)果為底圖與未來氣候的預測結(jié)果進行疊加，將擴張、收縮、不變的適生區(qū)進行可視化表達。

2 結(jié)果與分析

2.1 現(xiàn)代氣候背景下少花蒺藜草在遼寧省的分布格局

模型的分析結(jié)果表明，AUC值為0.935，從圖1可以看出，2022年的踏查結(jié)果均在模型的高中適生區(qū)，說明模型的轉(zhuǎn)移程度良好，預測結(jié)果準確可靠。少花蒺藜草在遼寧省的高適生區(qū)面積為5.01×104平方公里，約占遼寧省總土地面積的32%，中適生區(qū)面積為3.71×104平方公里，約占遼寧省總土地面積的23%，低適生區(qū)面積為4.95×104平方公里，約占遼寧省總土地面積的31%，除鞍山、營口、大連的小部分不適生，其余地區(qū)均為適生區(qū)。

圖1 當前氣候情景下少花蒺藜草的分布區(qū)劃預測結(jié)果

2.2 影響少花蒺藜草分布格局的重要環(huán)境因子

根據(jù)模型的預測結(jié)果，對少花蒺藜草分布影響排在前四位的環(huán)境因子為，年平均氣溫、年平均降雨量、海拔和土壤有效含水量，以存在概率≥0.5作為適宜范圍。少花蒺藜草分布區(qū)的環(huán)境特征為，年平均氣溫8～23℃、年平均降雨量400～1300毫米、海拔3～1900米，土壤有效含水量0.4%～3.3%。

從環(huán)境因子響應(yīng)曲線（圖2）可以看出，年均溫和年平均降雨量對少花蒺藜草的存在概率呈先上升后下降趨勢，少花蒺藜草不適合在高溫高濕的地方生長；海拔的適生范圍比較寬，高海拔和低海拔地區(qū)均可生長，但海拔對其整體生存產(chǎn)生負影響，隨著海拔的升高，少花蒺藜草的存在概率會下降；土壤含水量對少花蒺藜草的生存呈負影響，土壤的有效含水量越高，越不利于其生存，證明少花蒺藜草的抗干旱性比較強，從實地踏查情況看，2021年遼寧省的降水量比往年明顯增多，少花蒺藜草成片生長的地區(qū)，長勢不如往年好。

圖2 少花蒺藜草環(huán)境因子響應(yīng)曲線

2.3 氣候變化背景下少花蒺藜草擴散趨勢及質(zhì)心移動軌跡

模型結(jié)果得出，未來氣候變化情景下，少花蒺藜草的適生范圍與基準氣候相比呈顯著增加趨勢，4.5RCP排放情景下高、中適生區(qū)面積均擴張了60%以上，低適生區(qū)和非適生區(qū)面積基本為0（表1）。少花蒺藜草的高適生區(qū)重心變化，揭示了未來氣候變化背景下，少花蒺藜草在遼寧省的擴張趨勢（圖3）。對少花蒺藜草的質(zhì)心變化分析表明，在RCP4.5排放情景下，少花蒺藜草的高適生區(qū)由現(xiàn)代的（122.48E,41.88N）轉(zhuǎn)移到（122.51E,41.82N），最適宜區(qū)域的重心在未來的排放情景下呈現(xiàn)出向低緯度和東南方向轉(zhuǎn)移的變化趨勢。

表1 氣候變化背景下少花蒺藜草的適生區(qū)面積 單位：萬平方公里

圖3 氣候變化背景下少花蒺藜草在遼寧省的分布格局變化

3 結(jié)論與監(jiān)測

少花蒺藜草在遼寧省有廣泛的適生區(qū)域，現(xiàn)代氣候背景下的高適生區(qū)主要集中在沈陽、鐵嶺的西部和遼西地區(qū)，影響少花蒺藜草分布的主要環(huán)境因子為年平均氣溫，年平均降雨量、海拔和土壤有效含水量。從環(huán)境因子響應(yīng)曲線可以看出，少花蒺藜草不適合在高溫高濕的地方生長，高海拔和低海拔地區(qū)均可生長，但隨著海拔的升高，少花蒺藜草的存在概率會顯著下降；土壤含水量對少花蒺藜草的生存呈負影響，土壤的有效含水量越高，越不利于其生存。未來氣候變化背景下，少花蒺藜草在遼寧省的適生范圍會顯著擴張，全省均為高中適生區(qū)，最適宜區(qū)域的重心呈現(xiàn)出向低緯度和東南方向轉(zhuǎn)移的變化趨勢。

少花蒺藜草屬于入侵性極強的有害雜草，其帶刺的種子能夠輕易地附著在牲畜、人體、農(nóng)機、車輛上四處擴散，對干旱、污染等不利條件抵抗能力極強。研究結(jié)果顯示，在現(xiàn)代氣候背景下，少花蒺藜草在遼寧省的入侵還遠沒有達到飽和，未來氣候變化會給該雜草提供更廣泛的適生空間，建議對遼寧省南部地區(qū)進行長期的重點監(jiān)控，這些地區(qū)將是少花蒺藜草未來入侵的高風險區(qū)域。