蒙古白丽蘑Leucocalocybe mongolica是国家重点保护珍稀濒危物种,具有重要的经济价值和生态价值,但目前还没有气候变化对蒙古白丽蘑分布格局的影响研究.本研究基于蒙古白丽蘑分布数据,采用最大熵(maximum entropy)模型研究了当前和未来条件下蒙古白丽蘑的适生分布区以及影响蒙古白丽蘑分布格局的气候因子.蒙古白丽蘑适生区预测模型的训练集和测试集的受试者工作特征曲线下面积(AUC)值分别为 0.997 和 0.998,模型预测结果极准确.最暖季度降水量、最冷季度降水量、温度季节性变化的标准差以及降水量变异系数是影响蒙古白丽蘑分布的主要气候因子,累计贡献率达 75.2%.全球来看,当前蒙古白丽蘑的最佳适生区和高适生区主要集中在中国北方、蒙古国北部和中部以及俄罗斯与中国和蒙古国接壤的蒙古高原.在我国则分布在内蒙古、黑龙江和新疆,内蒙古是蒙古白丽蘑资源分布的核心区域,且可分为北部的呼伦贝尔草原区和南部的锡林郭勒草原区 2 个区域.在未来 4 种气候情景下,蒙古白丽蘑最佳适生区和高适生区向高纬度转移,形成我国分布面积下降而蒙古分布面积增加的格局.基于参考文献、实地调查分布点数据和筛选后的环境变量构建的蒙古白丽蘑的适生区分布特征模型可信度高,结合未来气候变化分布区预测可为蒙古白丽蘑的野生资源保护提供理论依据.

物种分布模型是物种研究和保护者常用的工具.不同模型的预测结果可能相差很大,对研究者选择模型造成一定的难度.本研究使用大熊猫的实际分布数据评估了两种常见物种分布模型Biomod2和最大熵模型(MaxEnt)的表现,运用ROC曲线下面积(area under the curve,AUC)、真实技巧统计值(true skill statistics,TSS)、KAPPA统计量3种指标综合评估了两种模型预测结果的准确度.结果表明:当使用的物种分布数据和模拟重复次数足够多的时候,两者都能够给出相当准确的预测.相对于MaxEnt,Biomod2的预测准确度更高,尤其是在物种分布点稀少的情况下.然而,Biomod2使用难度较大,运行时间较长,数据处理能力有限.研究者应基于对预测结果的误差要求来选择模型.在误差要求明确且两个模型都能满足误差要求时,建议使用MaxEnt,否则应优先考虑使用Biomod2.

单一空间尺度构建的最大熵(maximum entropy,MaxEnt)模型是否具有代表性,是MaxEnt模型应用与发展中面临的重要问题.本研究基于有效的地理分布位点数据,利用最小凸多边形法(the minimum convex polygon method)在三江并流、云南省及全国3个空间尺度下分别识别了红色木莲(Manglietia insignis)的建模区域,并进一步建立MaxEnt模型:使用ROC曲线分析法与遗漏率(omission rate,OR)检验评估MaxEnt模型预测精度;基于ArcGIS分析分布概率及其热点区域的分布趋势,并通过分区统计工具Zonal识别潜在适宜分布区域的质心位置;采用刀切法检验环境因子贡献率.结果表明:(1)不同尺度下红色木莲的MaxEnt模型都有良好的预测效果,三江并流、云南省及全国尺度下的AUC值分别为0.936、0.887和0.930,OR值分别为0.18、0.15和0.20;(2)各尺度红色木莲的适生区格局呈现一致性分布趋势,集中在独龙江、怒江和澜沧江3个流域;(3)3个空间尺度下红色木莲的地理分布受不同环境因子影响,存在着尺度依赖效应.由此可见,红色木莲在不同空间尺度下的预测模型有着稳定的性能表现与良好的预测效果.此外,我们建议在野外实地调查与野生生物资源保护中加强对普通物种的关注,在预测物种地理分布的研究中将MaxEnt模型与热点分析结合使用.

长苞铁杉(Tsuga longibracteata)是中国特有的珍贵树种,不仅对研究裸子植物的系统发育、古生态和古气候具有重要作用,而且该树种具有造林、用材和药用等方面的较高价值.研究长苞铁杉在气候变化下的分布格局变化是制定其保护和可持续利用的重要基础.采用最大熵模型(MaxEnt),结合不同时期(当前、2050年和2070年)和不同二氧化碳排放情境下(RCP2.6和RCP8.5)的气候因子变量,探讨气候变化与物种地理分布格局的关系,预测长苞铁杉的潜在分布区变迁.本研究考虑了空间约束对物种分布的限制作用,构建了气候因子预测模型(C)和气候+空间约束因子预测模型(C+S)分别进行潜在分布区预测,比较其结果差异.结果显示,最干月降水量和温度年较差是影响长苞铁杉地理分布的主导气候因子,空间约束因子对长苞铁杉未来的地理分布有重要影响.随时间年限增加,长苞铁杉总潜在适生区面积降低,特别是中高等级的适生区面积有不同程度地减少,分布范围总体向北移动,这些变化趋势在RCP8.5情境下更加突出.这一结果表明未来气候变化会导致长苞铁杉种群分布范围收缩和生境适宜度下降,加剧其受胁程度.加入空间约束因子后,C+S模型的预测精度更高,结果更符合长苞铁杉的迁移、扩散特性.长苞铁杉未来的核心分布区仍位于现存的湘、桂、黔结合部,表明其具有“原地避难”的特性,应进一步加强对现有野生资源的保护.渝、川、鄂结合部的大巴山等地区是未来气候变化下长苞铁杉的理论分布区域,可作为长苞铁杉应对未来气候变化的引种地区,应提早进行人工引种、栽培等前期研究.研究结果可为气候变化背景下长苞铁杉的保护、物种迁地保存和可持续管理提供科学依据,也可为准确预测濒危、珍稀植物的地理分布范围提供方法参考.

明确区域尺度上外来入侵植物的潜在分布格局及入侵风险区对入侵种的预防和控制具有重要意义.以国家重点管理外来人侵物种黄花刺茄(Solanum rostratum Dunal)为研究对象,以其扩散蔓延的新疆地区为研究区域,基于生物气候、土壤、地形等60个自然环境因子和人类活动强度因子,应用MaxEnt模型和ArcGIS空间分析技术分别构建了现代气候情景及人类活动干扰下的黄花刺茄适宜生境预测模型,分析探讨了人类活动及自然环境因子对黄花刺茄空间分布的影响.结果表明:人类活动干扰下的训练集和测试集的AUC值均大于无人类活动干扰的AUC值,无人类活动干扰下黄花刺茄在新疆的总适生面积为327784.36 km2,人类活动干扰下总适生面积为445619.96 km2;阿勒泰地区北部、塔城中部和南部、博州中部和东部、伊犁州中部、克州西部、五家渠市、阜康市、玛纳斯县、呼图壁县为高危入侵风险区;影响黄花刺茄潜在分布的主导变量为年降雨量、人类活动强度、海拔、下层土沙含量、降雨量的季节性变化和年平均温,黄花刺茄在新疆的扩散与人类活动强度呈正相关;黄花刺茄在新疆的分布未达到饱和且处于逐步扩散态势,呈现以昌吉州和乌鲁木齐市为中心,向天山以北和新疆以西的区域辐射状扩散.

MaxEnt模型是过去几年最为流行的物种分布预测模型之一.针对一些濒危物种、入侵种和模拟数据的研究表明,MaxEnt模型均能在小样本的分布数据下得到较准确的预测结果.此外,研究范围的变化也会影响Max-Ent模型的构建.然而,基于动物的实际分布数据来评估MaxEnt模型的研究甚少.我们以黑白仰鼻猴(Rhi-nopithecus bieti为例,以1 1个猴群的分布数据为训练数据(样本量从1到10个猴群),在不同研究范围内构建MaxEnt模型,通过其它5个的猴群分布数据验证,分析样本量和研究范围变化对模型准确度产生的影响.结果表明,随样本量和研究范围增大,MaxEnt模型准确度及稳定性都有增加.此外,研究范围变化对模型准确度有一定影响.应用Maxent进行物种分布预测时,训练数据应尽可能涵盖该物种可能出现的全部环境梯度.构建模型所需的背景数据点选择,应与建模使用的物种出现点形成有效对照.

模拟物种的潜在分布区是保护管理受威胁物种的重要手段.该研究对海南岛石灰岩特有种、濒危植物——海南凤仙花(Impatiens hainanensis)的潜在适宜生境分布进行预测,旨在为海南凤仙花的有效保护及重引入工作提供基础的科学依据.研究基于海南凤仙花8个种群分布点和12个环境变量,利用最大熵模型(MaxEnt)和GIS技术构建海南凤仙花适宜生境预测模型,模拟了当前时期海南凤仙花在海南岛的潜在分布区;同时基于5个实际分布数据和5个不存在数据,采用受试者工作特征曲线下的面积(AUC)、Kappa系数、真实技巧统计值(TSS)及总体精度4个评估指标综合评价模型的预测精度.研究结果表明:4个评估指标值均在0.9以上,说明MaxEnt模型能够很好地预测海南凤仙花潜在适宜生境的分布.限制其分布的主要环境因子为坡度、最干季降水量、降水量季节性变异系数.当前,海南凤仙花的最适宜生境占海南岛总面积的1.8％,主要分布于白沙西部与南部、昌江中部和南部、东方东部、乐东东北部.海南凤仙花潜在适宜生境分布狭窄,且破碎化严重,迫切需要保护.因此建议:收集海南凤仙花各种群种子,建立种质资源库;将东方天安乡、江边乡及乐东东北部(佳西保护区)等可能存在最适宜生境的地区,作为今后野外深入调查的首选区域和重引入的重点区域.

物种分布信息对野生动物的保护和管理至关重要.基于物种访查数据和气候数据,采用基于物种生境偏好、利比希最小因子定律和谢尔福德耐受性定律构建的生态位模型,综合考虑物种出现点和环境变量,预测了高黎贡山白尾梢虹雉Lophophorus sclateri、血雉Ithaginis cruentus、白鹇Lophura nycthemera、白腹锦鸡Chrysolophus amherstiae的潜在分布区域.结果 表明,模型对4种雉类的预测均达到较好效果;白尾梢虹雉、血雉、白鹇和白腹锦鸡的潜在生境总面积分别为6 432 km2、8 464 km2、9 573 km2和13 691 km2,白鹇和白腹锦鸡的潜在生境面积大于白尾梢虹雉和血雉,但后两者具有更多的高质量生境.高黎贡山北段是4种雉类潜在生境的重叠区,为高黎贡山雉类保护的优先区域,尤其是白尾梢虹雉,建议加大该区域的雉类调查和保护力度.

东北地区木生真菌物种资源丰富,包括了数十种林木干基腐朽病原真菌.过去对该类真菌曾进行多次调查,获取了大量物种分布数据,但对于非重点调查区域是否存在某种真菌物种却不明确.本文选取东北地区具有代表性的4种林木干基腐朽病原真菌,即红缘拟层孔菌(Fomitopsis pinicola)、落叶松锈迷孔菌(Porodaedalea laricis)、桦剥管孔菌(Piptoporus betulinus)和香栓孔菌(Trametes suaveolens),根据其地理分布数据和分布地的环境因子数据,以最大熵模型(MaxEnt)对这些种类在东北地区可能的分布范围进行了模拟预测,以曲线下面积(area under the receiver operating characteristic curve,AUC)对模型有效性进行评价,并对各物种的生态位进行了分析.结果 显示,以MaxEnt方法获得的各物种预测模型均获得了较高的AUC值,分别为0.990,0.990,0.989和0.967,表明4种林木干基腐朽病原真菌预测模型的有效性较高.物种分布模型涉及的环境变量对模型的贡献率显示,最暖季降水量(Biol8)、温度的年较差(Bio7)、最干季均温(Bio9)等变量对各物种模型贡献率较高.该研究结果为预测4种病原真菌在东北地区的分布范围和科学防治该类病原真菌提供了依据.

作为对温度等相关环境条件要求较高的温水性鱼类,全球气候变化引起栖息水域环境的改变可能会对黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)自然资源的分布产生影响.研究基于黄颡鱼物种分布信息、WorldClim气候数据(BCC-CSM1-1、CCSM4和MRI-CGCM3气候变化模型以及RCP2.6和RCP8.5温室气体排放情景)与集成学习算法随机森林(Random forest)对黄颡鱼当前、2050s和2070s潜在栖息地进行预测.所研究结果表明:(1)预测模型的Area Under the Curve(AUC)高达0.971,指示模型的泛化能力较好,结果可靠性较高;(2)结点纯度(Node purity)评判表明平均温度日较差和最暖季度降水量是预测黄颡鱼潜在分布的最重要环境因子;(3)在未来气候变化条件下,黄颡鱼的栖息地中心逐渐脱离我国的东部和中部等地并北移,且其高适生区面积逐渐减少.就黄颡鱼潜在栖息地以及影响其分布的主要生态条件进行相关研究,对于黄颡鱼种质资源保护区的划分、渔业管理和潜在的生物入侵防控具有现实意义,并可为东亚地区其他淡水鱼类应对气候变化的响应提供参考依据.