基于MaxEnt模型的青钱柳潜在适宜栽培区预测

【目的】 青钱柳是集药用、材用和观赏价值于一身的多用途树种。通过应用贡献率、置换重要值比较以及Jackknife检验等综合分析方法,评价制约青钱柳现代地理分布的主要因子,可为青钱柳资源的科学保护和合理利用提供理论依据。【方法】基于183个青钱柳地理分布记录和8个气候环境因子数据,采用MaxEnt模型软件对青钱柳潜在适宜分布区进行预测,并在此基础上划分适宜栽培区。【结果】采用MaxEnt模型预测青钱柳潜在适宜分布区准确度极高,受试者工作特征曲线下的面积(AUC值)达0.964±0.006。目前,青钱柳高度适宜分布区为浙江南部、福建西北部、安徽南部、湖北东部、江西东部和西部、湖南东部和西部、贵州东部、重庆东部、陕西南部和四川东北部; 随着未来气温的升高,青钱柳有向高纬度和高海拔地区迁移的趋势。【结论】 影响青钱柳分布的主要气候因子是温度,包括年均温、季节温度变异系数和平均日温差,其中年均温为最主要因子。     

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。     

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...     

近40年中国北方农牧交错带气候时空分异特征

目的探讨中国北方农牧交错带气候时空分异特征。方法采用定量方法,分析近40年气温、降水的年与季节的变化特征及气候变化趋势;借助于GIS空间分析技术探讨研究区气候类型与气候时空分异特征。结果通过对气温、降水及气候类型的分析,得出研究区气候各因子及气候的空间分布规律。结论①中国北方农牧交错带包括7种气候类型,东、中、西部分别以中温带森林草原气候、暖温带大陆性森林草原气候和温带草原气候为主;②中国北方农牧交错带气温近40年有升高的趋势,冬季和夏季气温增加,春秋两季气温变化不大;③中国北方农牧交错带降水有减少的趋势,秋季降水减少明显,冬季降水基本不变,夏季和春季降水波动较大;④研究区气候变化在空间上可以划分为三大区域和4种类型。     

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。     

北美海棠6品种在南方地区的引种研究

【目的】探索北美海棠在南方地区的适应性和观赏性,为有效引种和培育新品种提供理论依据。【方法】以6个新优北美海棠品种(‘黛玉’、‘白兰地’、‘丰盛’、‘王族’、‘草莓果冻’和‘紫宝石’)为引种试材,在南方地区进行物候期、观赏性及耐热性观测和试验。【结果】6个北美海棠品种均能正常萌芽、展叶、开花、结果,且具有较高的观赏价值。夏季生长适应性观测显示,6个品种在南方高温环境下叶片出现不同程度的皱缩、卷曲、叶缘枯焦等变化。生理适应性表明,各品种均能通过自身质膜热稳定性、抗氧化系统及渗透调节方式应对南方夏季高温环境。【结论】6种北美海棠在南方地区夏季高温环境下生长受到一定影响,但通过自身的生理调节,能正常完成生活史,且表现出较高的观赏价值。引种的6种北美海棠表现最好的为‘黛玉’,其次是‘白兰地’和‘紫宝石’。南方地区可根据需要在苗木生产和景观绿化中选择适宜的北美海棠品种栽培。     

气候变化对湖南省马尾松适宜生境影响分析

【目的】气候变化会导致树种适宜生境发生变化,从而对准确地制定长期森林经营规划方案产生影响。为了在制定长期森林经营规划中贯彻适地适树原则,需要研究气候变化对树种适宜生境分布的影响。【方法】以湖南省马尾松(Pinus massoniana)为研究对象,利用2016年湖南省连续清查森林资源档案更新数据中的马尾松空间分布数据、高程数据和气候数据,采用最大熵法(Maxent)模型,分温度变化、降水量不变,降水量变化、温度不变,降水量和温度均变化3种情景模拟马尾松在湖南省适宜生境的动态变化。【结果】① Maxent模型模拟结果中,训练精度、模拟精度的AUC(area under the ROC curve)值在AUC评估标准中属于良好(0.80～0.90)水平,可以较好地模拟马尾松适宜生境; ② 2016年马尾松适宜生境主要分布于湖南省中部和西北部,小部分分布于东部和南部。适宜生境、低适宜生境和不适宜生境所占面积比例分别为28.30%、40.10%、31.60%; ③ 2016—2050年温度和降水量均有所增加,年平均温度增加2.30 ℃,年平均降水量增加19.9 mm。在温度升高、降水量不变,降水量升高、温度不变和温度、降水量均升高3种气候情景下,湖南省马尾松适宜生境面积比例分别变化了0.58%、0.53%和-0.65%,不适宜生境相比2016年均有所减少,分别减少了7.22%、2.00%和0.15%; ④ 刀切法确定了最湿季均温(Bio8)、最暖季均温(Bio10)、最冷季降水量(Bio19)为影响马尾松分布的主导气候因子,其中最冷季降水量为最主要的气候因子。【结论】湖南省马尾松种植区主要分布在该省中部和西北部,当未来气候呈现温度增加、降水量不变的情景时,种植区域适当向东扩展; 当未来气候呈现降水量增加、温度不变或二者均增加的情景时,种植区域适当向北扩展。     

重庆市花椒气候生态区划研究

为探讨影响花椒生长发育的主要气候资源和气象灾害,根据不同品种的花椒对气候生态条件要求的差异,确定影响重庆市花椒区域分布差异的主要气候生态区划指标,并利用Arcgis和数字高程模型(DEM)对气候生态区划进行扩建扩展,得到重庆市年平均气温、年平均空气相对湿度100m×100m空间分布;制作了花椒气候生态区划,将重庆市划分为喜热型花椒适宜栽培区、喜热型及喜凉忌湿型花椒次适宜栽培区、喜热型及喜凉耐湿型花椒次适宜栽培区、喜凉忌湿型花椒适宜栽培区、喜凉耐湿型花椒适宜栽培区、喜凉忌湿型花椒次适宜栽培区、喜凉耐湿型花椒次适宜栽培区和气候寒冷花椒不适宜栽培区等8个类型.     

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。     

气候变化下我国蔓藓属(Meteorium)适生分布的预测

基于我国蔓藓属6种166个地理分布记录和19个生物气候变量,利用ArcGIS和Maxent模型预测、比较不同气候情景下该属物种适生区及其变化,以期为气候变化对苔藓植物地理分布的影响提供科学依据.结果表明:气温年变化范围、最冷季度平均气温、温度季节性变化(标准差)和最热月最高气温是影响我国蔓藓属分布的主要气候因子.在近代气候条件下,蔓藓属的适生分布区集中在秦岭淮河以南的各省大部分地区.在未来气候情景下(21世纪50年代和21世纪70年代),蔓藓属适生分布区均将略微减少,分别将是近代气候情景下适生区面积的94.48%和95.78%.     

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。     

基于随机森林模型的美国白蛾在中国的潜在生境预测

【目的】基于随机森林模型原理,对当前气候环境以及21世纪50年代的美国白蛾在中国的空间分布、环境因子重要性、发生面积及迁移情况进行预测和分析,为美国白蛾有效防控提供理论参考。【方法】获取2011—2017年美国白蛾发生的县市级数据, 利用地理信息系统ArcGIS中随机点生成工具生成未发生点数据。采用随机森林模型原理,选择19个气候因子以及海拔、坡度、坡向、植被覆盖率、有效光合辐射等5个环境因子,通过ArcGIS中的提取值工具提取发生点和未发生点的24个环境变量的值,将海拔、坡度、坡向进行离散化。使用R语言模拟2011—2030年美国白蛾的潜在生境分布模型,以ROC曲线验证模型的精度;利用构建好的模型分析环境因子重要性并排序,预测在2050s(2041—2060年)时期两种气候情景(RCP2.6、RCP4.5)下全中国范围内美国白蛾的潜在生境分布。【结果】ROC曲线分析表明,随机森林模型预测美国白蛾潜生境分布的训练数据和测试数据的AUC值分别为0.997和0.963,模型精度较高;当前时期下美国白蛾潜在生境(适生区)占中国国土面积的8.74%,其中低适生区、中适生区、高适生区和极高适生区面积分别占适生区总面积的41.47%、20.85%、18.90%和18.78%,适生区主要集中在华北地区东南部、中南地区北部、华东地区北部和东北地区南部。对美国白蛾潜在生境分布影响较大的环境因子依次是:海拔、植被覆盖率、最湿季平均气温、最暖季平均气温。在2050 s时期RCP2.6气候情景下,美国白蛾适生区总面积占中国国土面积的14.38%,其中低适生区、中适生区、高适生区和极高适生区面积分别占适生区总面积的51.87%、20.37%、16.49%和12.27%;在RCP4.5气候情景下,美国白蛾适生区总面积占中国国土面积的19.06%,其中低适生区、中适生区、高适生区和极高适生区面积分别占适生区总面积的51.14%、15.11%、20.36%和13.39%;2050s时期美国白蛾潜在生境质心平均向北迁移93.65 km,新增适生区有黑龙江省、吉林省、四川省、湖北省、山西省、河南省、内蒙古东部、台湾岛等地区。【结论】美国白蛾适宜生活在海拔较低、夏季高温多雨、拥有较为丰富的森林资源的地区。随着气候变化,美国白蛾潜在生境整体向中国北部和内陆湿度较高地区偏移,发生面积逐渐扩大,发生程度逐渐加重。     

1976年以来丹顶鹤在我国的分布变迁及就地保护状况

目的 了解近40年来丹顶鹤(Grus japonensis)在我国的主要分布情况及变化,探讨我国现阶段丹顶鹤的就地保护状况,分析丹顶鹤分布变迁的可能原因,为今后丹顶鹤的保护和研究提供理论基础。方法 基于1976年《中国鸟类分布名录》中记述我国丹顶鹤的分布情况,通过文献查询、部门咨询等方式,系统搜集丹顶鹤的历史分布资料,将分布信息按照时间顺序进行分类,分析丹顶鹤繁殖地、越冬地分布的时空变化特征,比较不同时间阶段丹顶鹤保护区的就地保护成效。结果 自1976年以来,我国丹顶鹤新的分布地在多个省区逐渐增加,截至2019年,有丹顶鹤分布记录的自然保护区达119个,分布在16个省区,丹顶鹤繁殖与越冬分布界限也发生了改变。其中,丹顶鹤繁殖分布区由以往广泛分布于我国东部区域转换为现在集中分布的繁殖地所在自然保护区,丹顶鹤越冬分布区由以往长江中下游的多地分布转换为现在的三地分布,即盐城湿地珍禽国家级自然保护区、黄河三角洲国家级自然保护区、辽河口国家级自然保护区。目前,全国已建立57个丹顶鹤保护区,国家级、省级、县市级自然保护区的数量分别为30、18、9个,各占总数的52.6%、31.6%、15.8%。结论 近40年来,我国丹顶鹤种群的新分布时有报道,其分布现状已经发生了较大变化。由此推测,人为因素的干扰与自然气候的变化是导致丹顶鹤分布变迁的主要原因,自然保护区的管理、其他突发事件也共同影响着丹顶鹤的分布。     

樱花新品种‘胭脂绯’

【目的】尾叶樱桃[Cerasus dielsiana (Schneid.) Yu et Li]为中国特有分布野生樱属植物资源,具有广阔的应用前景,对杂交选育出适合中国栽培的樱花新品种有重要意义。【方法】樱花新品种‘胭脂绯’选自于福建省武平县大禾镇帽布村的尾叶樱桃变异植株,2016—2018年春季嫁接无性繁殖苗木100株。【结果】‘胭脂绯’为选育出的樱花新品种,具有花瓣开展、花色艳丽、花径大、花量多而密集,树形开张的特点,通过观察对比,嫁接苗性状表现一致、稳定。【结论】‘胭脂绯’为观赏价值高的樱花品种之一,在园林和景观方面应用前景广阔。     

栎树猝死病在中国的入侵风险评估

【目的】栎树猝死病是一种为害林木和观赏植物的毁灭性病害,发病迅速,短期内即可造成寄主植物大量死亡,寄主范围非常广泛,主要为害阔叶树树种。对其在我国的适生区范围进行预测,并系统评估其入侵风险,有助于更好地制定针对性的防治及检疫措施。【方法】采用MaxEnt生态位模型,以栎树猝死病菌现有分布点的环境变量为基础运算预测模型,结合地理信息系统ArcGIS绘制其在中国的适生预测图;并以南京林业大学有害生物入侵预防与控制重点实验室建立的多指标综合评价体系为标准,从5个准则层下设18个指标层因子,对栎树猝死病菌在我国的入侵风险进行了定性和定量的分析。【结果】MaxEnt模型测试遗漏率与预测遗漏率基本吻合,ROC(receiver operating characteristic, ROC)曲线的AUC值(area under curver, AUC)为0.974,标准差为0.008,明显高于随机分布模型,说明该模型对栎树猝死病菌在我国的适生区预测结果可信度较高,可作为后续评估依据。栎树猝死病菌在中国的适生范围在101.9°~122.9° E,18.9°~38.0° N,主要位于我国秦岭淮河以南的南方地区,集中在长江中下游平原和武夷山脉、南岭以南的沿海地区,约占中国行政区划面积的19.6%。栎树猝死病菌在中国的入侵风险指标值R为2.64,属于极高风险的有害生物。【结论】模型预测结果的可信度较高,鉴于栎树猝死病菌在我国暂无分布记录,且在多指标评价体系中被归为极高风险等级,建议在进境检疫中对其可能寄主植物实施严格检疫及2年以上的隔离试种,防止其进入中国。     

杉木三维模型各方向枝下高分布研究

【目的】通过分析实测枝下高分布方向与空间竞争强度的关系,解决基于传统林学研究调查数据所构建的林木三维模型对不同方向枝下高分布差异难以直观表达,林木三维模型多态性表现不足的问题。【方法】以江西省新余市分宜县亚热带林业实验中心山下林场8块杉木临时样地为数据源,以已有枝下高模型为理论基础,将空间分析方法缓冲区构建与林分空间结构单元构建结合,构建对林木造成直接影响的水平空间结构参数与垂直空间结构参数,分析空间结构参数与枝下高相关性,并以此计算各方向空间竞争强度,建立空间竞争强度与实测枝下高的分布关系,再按照枝下高模型求解剩余方向枝下高,最终按照实测数据与分析计算结果加载分枝、主干模型,构建林木三维模型。【结果】所选模型变量包括林木属性与空间结构参数,原始模型决定系数为0.720,消除树高影响的调整后实测枝下高与水平空间结构参数相关系数为0.410、与垂直空间结构参数相关系数为0.782,且均呈正相关;将各自相关系数为权重计算对应方向空间竞争强度,将最小竞争强度方向空间结构参数代入模型,拟合结果决定系数为0.790,相比原始模型拟合精度有所提高;将实测枝下高分配到竞争强度最小的方向,根据模型可对其他方向枝下高进行估算。【结论】以杉木为例,通过空间竞争强度判别枝下高分布,在提高已有数据利用率、减小外业工作强度的基础上,可直观表现林木不同方向枝下高分布的差异性,增强了林木三维模型的多态性表达。