马尾松分布格局对未来气候变化的响应

【目的】分析并预测未来气候变化对马尾松适宜分布范围,探讨影响马尾松潜在地理分布的主要气候因子,为马尾松潜在分布区种质资源管理和保护提供参考与指导。【方法】以中国数字植物标本馆记录的马尾松分布数据为基础,利用MaxEnt模型及地理信息系统ArcGIS 10.3软件探讨马尾松当前地理分布特征及其潜在分布区,并针对代表性浓度路径(RCP) 2.6及RCP 8.5两种气候情景下未来(2050年和2070年)马尾松适宜分布范围及主要气候因子进行分析。【结果】当前马尾松高适生区覆盖的地区主要分布于秦岭—淮河线以南。浙江、福建、江西、湖北西南部、湖南、重庆、四川东南部、贵州北部、广西中部、广东北部等地区为马尾松主要分布区,海南、云南及台湾等地为零星分布区。在未来气候情景下,马尾松适生区向我国北部地区迁移,包括河南西部、山东半岛、辽东半岛、河北东部、山西南部等地区,而在云南南部零星地区不会再有马尾松自然分布。在未来两种气候情景4个条件中,相同RCP情景下,不同年限各适生区之间的差异并不明显,变化趋势大致相同;但相同年限的不同RCP情景对应的各适生区面积变化存在明显区别,RCP 8.5的影响要高于RCP 2.6。影响马尾松地理分布的主导生物气候变量为年均降水量、最干月降水量及平均气温日较差,且降水较温度的影响更大。【结论】未来气候变化将导致马尾松分布范围进一步扩大,新增分布区主要集中于当前分布区北部。应以当前马尾松适生环境为基础,针对当地气候类型、土壤条件等环境因素合理建立保护区,以便马尾松能够顺利适应新环境。     

华中樱桃适生区模拟和生态特征分析

【目的】华中樱桃[Cerasus conradinae (Koehne) Yü et Li]为中国特有樱属植物资源,具有极高的观赏价值和利用前景,分析当前和未来(2050s,2070s)气候变化对其地理分布的影响,以期为华中樱桃的保护和利用提供理论依据。【方法】基于华中樱桃的201个实际地理分布点数据,结合气候特征,采用MaxEnt模型和Arc-GIS软件对其在中国的潜在适生区进行预测,构建预测模型,检验其精确度,确定环境因子贡献率,并使用主成分分析、相关性分析等方法对其主导环境因子进行定性定量的分析。【结果】MaxEnt模型精度检测极为可靠,训练集的AUC为0.945,测试集的为0.949,当前华中樱桃潜在适生区主要在西南、华中、华东地区,两大核心适生区主要集中于重庆市及以西至四川盆地、东至武陵山、南至大娄山、北至大巴山脉一带等呈不规则块状区域,以及云贵高原东部、苗岭山脉以及雪峰山脉西部边缘地区长条状区域。影响其分布的主要环境因子是最湿季降水量(bio 16)、年降水量(bio 12)、温度季节变化方差(bio 4)、温度年较差(bio 7)。在2050s未来气候(CCSM4)情境变化下,总适宜区相较于当代面积呈减少状态,但在2070s未来气候情境变化下总适宜面积增加,且极高适宜区有向高纬度和东北方向扩散,高适宜区有向低纬度方向扩散的趋势。【结论】MaxEnt模型可以准确预测华中樱桃的潜在适生区,华中樱桃适生分布区连续且较为广泛,西南、华中与华东地区为华中樱桃种质资源保护与利用的核心区域。这可为华中樱桃种质保护、亲缘地理与资源利用的后续研究奠定重要基础。     

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。     

云南广西蒜头果适生区预测及环境影响因子

【目的】蒜头果(Malania oleifera)是一种兼有很高经济和生态价值的濒危植物。本研究旨在揭示云南、广西蒜头果的潜在适生区的空间分布格局,并且明确其主要环境影响因子,为蒜头果的保护与开发利用提供理论基础。【方法】通过野外调查、数字标本植物馆、全球生物多样性信息网络等方式获取了蒜头果样本136个。选取常见的20个主要环境因子作为参数,基于最大熵模型(MaxEnt)和ArcGIS地理信息系统平台构建了蒜头果潜在适生区预测模型,模拟蒜头果在云南和广西壮族自治区的潜在适生区。【结果】笔者构建的MaxEnt模型预测得到蒜头果的潜在适生区分布范围为104°~107°E及22°~26°N,预测适生区验证结果的受试者工作特征曲线下方的面积(AUC)均超过0.9。MaxEnt预测的蒜头果潜在适生区前4个环境影响因子及贡献率依次为:气温季节性变动系数因子(39.6%)、等温性因子(16.7%)、平均气温因子(13.7%)、气温年较差因子(11.5%)。【结论】云南文山州东南部以及广西西部是蒜头果的集中分布区,温度是影响蒜头果分布的主要因素,MaxEnt模型在蒜头果适生区预测中表现出极高的精度和可靠性。该研究将为蒜头果资源保护利用和人工繁育选址提供重要依据。     

基于MaxEnt模型的苦槠潜在地理分布格局变迁预测

【目的】苦槠(Castanopsis sclerophylla)为壳斗科栲属常绿阔叶树种,广布于中国长江以南五岭以北各省区,被视为我国南北方气候的“分界树”。研究苦槠潜在地理分布格局变迁及其对气候变化的响应对于保护其野生资源具有重要意义。【方法】运用MaxEnt模型,模拟和预测苦槠在末次盛冰期(last glacial maximum, LGM)、现代和2070年3个时期的潜在分布区,评估了气候因子变化对其潜在地理分布的影响。【结果】MaxEnt模型模拟现代分布区准确度极高,受试者工作特征曲线下的面积(AUC值)达0.971;苦槠现代高度适宜区主要是皖南山区、大别山区、天目山至北雁荡山地区;中度适宜区扩展到了苏南山区、江西及福建沿海地区;末次盛冰期退缩分布在我国华南北部地区,以及东海大陆架东部。2070年,苦槠的分布受气候影响预测适生区会急剧缩小,生境出现破碎化,高、中度适宜区残存于高海拔地区。Jackknife检验表明,最干季降雨量、最干季均温是影响苦槠地理分布的最主要气候因子。【结论】探讨不同气候因子对苦槠潜在地理分布的影响,利用其生物属性监测亚热带最北缘范围动态变化,可为苦槠的种源保护、生境恢复、繁育驯化等提供科学依据。     

应用MaxEnt模型预测辣椒果实蝇在中国的潜在地理分布

采用MaxEnt模型和ArcGIS地理信息系统,将影响辣椒果实蝇生存条件因子的环境数据(降水、温度、海拔)等作为模型的变量,以现有分布区的最大相似度来预测辣椒果实蝇在中国的潜在地理分布。     

白榆在我国的潜在分布格局及未来变化

【目的】研究影响白榆(Ulmus pumila)在我国分布的气候条件、分布范围及未来变化,为白榆的科学保护和合理开发提供理论依据。【方法】采用MaxEnt和ArcGIS软件对当代、2050s和2070s(RCP2.6和RCP6.0)3个时期气候情景下白榆的潜在分布区进行预测。【结果】MaxEnt模型对白榆潜在分布区的预测具有很高的准确度,其训练集和测试集的AUC值分别为0.921和0.911。其中温度季节性变化(Bio4)、年降水量(Bio12)和降水量季节性变化(Bio15)对白榆的影响贡献率累计高达88.4%。依托气候环境变量,对白榆当前时期潜在分布区进行预测,中适生区主要集中在我国新疆、内蒙古中部、甘肃等西北地区,吉林、辽宁和内蒙古呼伦贝尔市等东北地区有少量分布;高适生区主要集中在我国河北、陕西、山西、山东等华北地区。未来2050s和2070s时期RCP2.6和RCP6.0气候情景下,白榆高适生区面积减小,中低适生区面积增大且会出现新的潜在适生区。【结论】以年为单位的温度和降水是白榆分布的主要因子,当前白榆的适生区主要集中在我国华北、西北和东北地区,未来其分布有向高纬度、高海拔区...     

东亚四照花群体中国潜在适生区预测研究

【目的】四照花属(Cornus)是具有较好发展潜力的园艺观赏树种。通过生态位模型分析评价东亚四照花在中国的分布情况及主要限制环境因子,可为其资源的保护和利用提供理论依据。【方法】以343个东亚四照花的地理分布记录和19个环境因子为预测数据,采用 MaxEnt 模型对东亚四照花潜在适宜分布区进行预测。【结果】采用 MaxEnt 模型预测东亚四照花适宜分布区准确度极高(AUC值达 0.933)。东亚四照花的现代极高适宜分布区为四川与云南交界部分地区(100°~104°E,26°~27°N),四川省盆地西缘的部分地区(102°~103°E,29°~32.5°N),陕西省南部地区及陕西、四川、甘肃和湖北交界地区(105°~112°E,32°~34°N),湖南、湖北和重庆交界部分地区(108°~112°E,29°~32°N),四川、云南和贵州3省交界区(105°~108°E,26°~27°N),广东北部、广西北部、湖南南部和江西南部的部分地区(110°~118°E,25°~26°N),福建、 江西和浙江3省交界的部分地区(117°~122°E,25°~28°N)。影响东亚四照花分布的主要因子应为综合环境因子,主要为季节性的降水和温度变化以及极端低温。【结论】随着气候变暖,东亚四照花适生区不会发生迁移,只会逐渐破碎化并且越来越小。该模型的预测结果可以在大尺度上为东亚四照花种质资源的收集保护及适生区的区划提供科学依据。     

基于MaxEnt模型的云南红豆杉潜在适宜分布预测

云南红豆杉(Taxus yunnanensis)是国家一级保护植物,具有重要的经济价值和药用价值,预测其潜在适宜分布区域具有重要的理论和实际意义。选择云南红豆杉的主要分布区云南省作为研究区域,基于有效的地理分布数据及筛选后的环境变量,运用最大熵模型(MaxEnt)与地理信息系统(GIS)对云南红豆杉的潜在适宜分布区域进行了预测,进而以刀切法(Jackknife)分析影响其分布的主要环境因子,并采用受试者工作特征曲线(ROC)对预测结果进行检验。结果表明,云南红豆杉在云南省有较广的适宜分布区域,主要集中在滇西北、滇西及滇北等地;海拔和年平均温度对云南红豆杉适宜分布的影响最大;AUC值为0.864,说明模型预测效果良好。     

基于Biomod2组合模型的我国山杨潜在分布区研究

【目的】通过探究环境变化对山杨(Populus davidiana)分布的影响,为山杨资源的保护和开发提供理论支撑。【方法】根据山杨的134条地理分布数据,结合18个气候、土壤及地形因子,基于Biomod2软件包构建组合模型,模拟我国山杨潜在分布区在未来3种气候条件模式下的空间分布格局变化,并确定影响山杨分布的主要环境变量。【结果】我国山杨当前潜在适生分布区主要位于400 mm等降水线两侧较高纬度或较高海拔地区,总面积约为1 560 340.9 km²,约占我国陆地面积的16.2%,其中大兴安岭、长白山、太行山、秦岭、祁连山南麓、横断山、云贵高原等地区为山杨高度适生区;在未来气候条件下,山杨适生区整体呈向西南方向收缩趋势,生境适宜度总体呈下降趋势;影响山杨分布主要环境变量为最热月最高气温、年降水量和海拔;基于5个最优单一模型构建的组合模型比单一模型对山杨适生区预测结果更好,训练集平均受试者工作特征曲线下面积和真实技巧统计值分布为0.91和0.73,预测准确度较高。【结论】我国山杨空间分布格局主要受水热条件影响,海拔也是影响山杨分布的重要因素。在未来气候条件下,山杨...     

The climatic suitability for maize cultivation in China

To provide scientific support for planning maize production and designing countermeasures against the effects of climate change on the national maize crop, we analyzed the climatic suitability for cultivating maize across China. These analyses were based on annual climate indices at the Chinese national level; these indices influence the geographical distribution of maize cultivation. The annual climate indices, together with geographical information on the current cultivation sites of maize, the maximum entropy (MaxEnt) model, and the ArcGIS spatial analysis technique were used to analyze and predict maize distribution. The results show that the MaxEnt model can be used to study the climatic suitability for maize cultivation. The eight key climatic factors affecting maize cultivation areas were the frost-free period, annual average temperature, ≥0°C accumulated temperature, ≥10°C accumulated temperature continuous days, ≥10°C accumulated temperature, annual precipitation, warmest month average temperature, and humidity index. We classified climatic zones in terms of their suitability for maize cultivation, based on the existence probability determined using the MaxEnt model. Furthermore, climatic thresholds for a potential maize cultivation zone were determined based on the relationship between the dominant climatic factors and the potential maize cultivation area. The results indicated that the importance and thresholds of main climate controls differ for different maize species and maturities, and their specific climatic suitability should be studied further to identify the best cultivation zones. The MaxEnt model is a useful tool to study climatic suitability for maize cultivation.     

District prediction of cholera risk in China based on environmental factors

The epidemics of cholera are impacted by many climatic and environmental factors such as precipitation, temperature, elevation and so on. The paper analyzed the suitable degree of V. cholerae in China using MaxEnt based on some geographic and climatic factors, and predicted the cholera risk in each district of China according to the suitable degree. The result shows that the areas in coastal southeast, central China and western Sichuan Basin are relatively suitable for V. cholerae and the suitable degree is higher in the Xinjiang Basin than in surrounding areas. The variables of precipitation, temperature and DEM are three main environmental risky factors that affecting the distribution of cholera in China. The variables of relative humidity, the distance to the sea and air pressure also have impacts on cholera, but sunshine duration and drainage density have little impact. The AUC value of MaxEnt based model is above 0.9 which indicates a high accuracy.     

青钱柳胸径生长和木材密度的地理变异规律

【目的】青钱柳是我国特有的单种属植物和具有开发利用前景的珍贵树种,通过探讨青钱柳胸径生长和木材基本密度的地理变异及径向变异规律,为青钱柳材用优良地理种源筛选提供依据。【方法】以天然分布的不同地理种源青钱柳为研究对象,选择群落中的优势木和亚优势木,用生长锥在树高1.3 m(胸径位置)处同一方位钻取单株木芯,共计钻取木芯197条,测定22个地理种源各单株木芯的胸径部年轮生长量和木材基本密度。【结果】22个青钱柳地理种源的胸径生长存在极显著差异(P<0.01)。林龄为20年生时,22个青钱柳地理种源胸径平均生长量为18.6 cm,变幅在16.7～20.9 cm,总体呈现出从西北到东南生长量递增的趋势; 青钱柳的胸径连年生长量在0.69～1.24 cm,随林木年龄递增,其连年生长量在波动中逐渐下降。不同地理种源青钱柳的平均木材基本密度存在极显著差异(P<0.001),22个地理种源青钱柳木材基本密度的平均值为0.470 g/cm³,变幅在0.400～0.510 g/cm³; 不同生长年轮间平均基本密度存在显著差异,其木材的平均基本密度随生长年轮的递增呈现径向递增的趋势,但前18 a其木材基本密度不存在显著差异。相关分析表明,青钱柳胸径生长与木材基本密度间存在显著线性负相关(P<0.05)。【结论】不同地理种源青钱柳的胸径生长和木材基本密度存在显著差异,为青钱柳材用优良地理种源筛选提供了良好空间和可能性。     

光质和光强对青钱柳生长和抗氧化酶活性的影响

【目的】 青钱柳是我国特有的单种属植物,具有材用、观赏和药用价值,通过研究青钱柳在不同光质和光强处理下的生理生化适应性,为青钱柳叶用人工林定向培育提供理论依据。【方法】以青钱柳当年生实生苗为试验材料,在人工气候室恒温恒湿的条件下,设置白光、红光、蓝光、绿光和紫光5种光质和低(500 μmol/(m²·s))、中(750 μmol/(m²·s))、高(1 000 μmol/(m²·s))3种光强梯度处理,测定青钱柳的生长指标和抗氧化酶活性。【结果】不同光质和光强处理对青钱柳幼苗各项生长指标和抗氧化酶活性有显著影响,且光质、光强两者存在显著的交互作用(P<0.05)。不论在何种光质条件下,青钱柳苗木的苗高、地径增长量和生物量等生长指标均随着光强的增加呈上升趋势,而SOD、POD和CAT的活性则随着光强的增加呈现下降趋势。红光和蓝光处理下的青钱柳幼苗长势最好,但抗氧化酶活性显著较低; 而绿光和紫光处理的青钱柳苗木长势较差,但抗氧化酶活性显著较高。【结论】 光质和光强显著影响青钱柳幼苗生长和抗氧化酶活性,高光强水平下的红光和蓝光对青钱柳幼苗的生长有利,可为青钱柳复合经营林分结构构建提供参考。     

冲泡条件对青钱柳茶主要内含物浸出规律的影响

【目的】青钱柳是我国特有的多功能树种,其叶制成的茶是一种重要的保健茶,研究旨在优化青钱柳茶的冲泡条件,发挥茶叶最大功效。【方法】在研究茶水质量体积比、冲泡温度、冲泡时间等单因素对青钱柳茶主要内含物质(总黄酮、总三萜和粗多糖)浸出规律影响的基础上,采用L₉(3⁴)正交设计以优化青钱柳茶冲泡的最佳条件。【结果】茶水质量体积比对青钱柳茶中总黄酮、总三萜浸出量有显著影响,冲泡时间对青钱柳茶中总黄酮、总三萜和粗多糖的浸出量均有显著影响,而冲泡温度仅对青钱柳茶中粗多糖的浸出量有显著影响(P <0.05)。通过正交试验优化出的青钱柳茶最佳冲泡条件为:茶水质量体积比1:250,70 ℃水冲泡15 min。采用该冲泡条件,青钱柳茶叶中总黄酮、总三萜和粗多糖的浸出量均达到最大值,分别为9.83 mg/g、27.46 mg/g、108.67 mg/g。【结论】冲泡条件(茶水质量体积比、冲泡温度和冲泡时间)直接影响青钱柳茶中生物活性物质的溶出,所优化出的青钱柳茶冲泡条件可科学指导饮茶,充分发挥青钱柳茶的保健作用。     

青钱柳叶多糖不同组分体外降血糖及抗氧化活性研究

【目的】研究青钱柳叶多糖的体外降血糖及抗氧化活性。【方法】以对α-葡萄糖苷酶的抑制作用表示青钱柳叶多糖体外降血糖活性,以总抗氧化能力、清除DPPH自由基、羟基自由基能力和Fe²⁺螯合能力评价其体外抗氧化活性。【结果】青钱柳叶多糖各组分对α-葡萄糖苷酶均有一定的抑制作用,且呈现一定的剂量-效应关系。不同醇沉多糖组分中,50%醇沉组分对α-葡萄糖苷酶的抑制作用最强; 青钱柳叶多糖各组分均具有一定的抗氧化活性,不同醇沉组分清除DPPH自由基能力以及总抗氧化能力由强到弱依次为50% 组分、60% 组分、70%组分、80%组分,而清除羟基自由基能力以及对Fe²⁺螯合能力的强弱正好相反。【结论】青钱柳叶中含有的多糖组分具有良好的体外降血糖和抗氧化活性,可进一步加工利用。     

外来观赏植物大花金鸡菊在中国的 潜在地理分布预测

大花金鸡菊(Coreopsis grandiflora Hogg.)被引种后,因具有较强繁殖和适应能力,在我国山东等地区成为入侵物种,对当地植物多样性造成了一定威胁。笔者运用Maxent生态学模型,基于全球海拔变量及19个生物环境变量,结合地理信息系统ArcGIS,对大花金鸡菊在中国的潜在地理分布区做了预测。结果表明,大花金鸡菊在我国的适生范围主要集中在98°～125°E、21.5°～43°N水分充沛、温度适宜的暖温带、亚热带地区。其中,华东、华中大部,即江苏、安徽、上海市、山东等地为大花金鸡菊的集中分布区,为高适生区; 西南、华南北部与华东、华中地区相接的区域,以及华北南部邻接华东地区的局部地区为中适生区,西南、华南南部地区则为低适生区; 其他地区不适于大花金鸡菊生长。ROC 曲线分析表明,Maxent 生态位模型预测大花金鸡菊潜在地理分布的训练数据和测试数据的AUC值分别为0.960和0.965,达到了极高的精度。各环境变量重要性的刀切法检验表明,影响大花金鸡菊地理分布的环境变量依次为年均温、年平均降水量和最冷季平均温度。根据 Maxent 模型预测结果,以及大花金鸡菊的生物学特性和在中国的入侵现状,在我国中东部地区需要采取一定的有效措施对该物种的扩张进行控制。