史浩伯,李 路,陸海燕,孫桂麗,2,王桂華

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園藝學(xué)院,烏魯木齊 830000;2.干旱區(qū)林業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830052；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院,呼和浩特 010018)

植被恢復(fù)與生態(tài)修復(fù)作為恢復(fù)生態(tài)學(xué)的范疇[1],自20世紀(jì)80年代以來得到了足夠的重視并開始了迅速地發(fā)展。為減少生態(tài)系統(tǒng)過度退化對人類可持續(xù)發(fā)展的影響,經(jīng)過前人的反復(fù)實(shí)踐與摸索,對一些退化、受損或毀壞的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的必要性在部分領(lǐng)域已形成主流認(rèn)識(shí),相關(guān)的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)與研究也得到了廣泛關(guān)注,例如,對礦山廢棄土地的復(fù)墾與重建[2],天然次生林的人工更新[3],以生態(tài)發(fā)展為中心的造林工程[4],促進(jìn)河岸荒漠林有效恢復(fù)的生態(tài)輸水[5]以及為維持生物多樣性對退化植物群落的種群再植[6]等。由于生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)是要幫助系統(tǒng)獲得自我發(fā)展與維持的能力,因此,促進(jìn)生境的恢復(fù)成為退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的基礎(chǔ)條件。根據(jù)熊黑鋼等[7]的研究結(jié)果可知,植物群落的覆蓋能夠在一定尺度范圍內(nèi)對生境進(jìn)行優(yōu)化,從而促進(jìn)植物恢復(fù)?；诖死碚?對退化種群選擇適生區(qū)再植以及對退化植物群落采取的物種填補(bǔ)工作對于生態(tài)修復(fù)都具有積極的意義。

胡楊(Populuseuphratica)是一種楊柳科,楊屬,落葉中型喬木,具有抗旱耐澇、生命頑強(qiáng)的特點(diǎn)。我國有91%的胡楊分布在新疆,是當(dāng)?shù)胤里L(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、促進(jìn)水土保持的重要樹種,具有維護(hù)新疆生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)的重要地位。鈴鐺刺(Halimodendronhalodendron)隸屬于豆科,鈴鐺刺屬,是胡楊林下常見的伴生灌木,表現(xiàn)出極強(qiáng)的抗旱抗鹽特性,具有改良鹽堿土質(zhì)與固沙的作用,與胡楊在生態(tài)林的定位中具有一定的協(xié)同性。黑果枸杞(Lyciumruthenicum)、甘草(Glycyrrhizauralensis)作為我國沙漠特有的藥用植物品種,長期生活在高山沙林、鹽化沙地、河湖沿岸、干河床、荒漠河岸林中,除具有極高經(jīng)濟(jì)價(jià)值外,還具有改良土壤、防止水土流失等作用。以上4種植物是新疆干旱區(qū)群落中常見的物種,在生態(tài)脆弱環(huán)境下均表現(xiàn)出較好的適應(yīng)能力,對促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)具有積極意義。

最大熵模型MaxEnt基于生態(tài)位理論[8],能夠?qū)ξ锓N進(jìn)行最大熵建模,通過物種的實(shí)際分布數(shù)據(jù)與環(huán)境變量相結(jié)合的方式,以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)對物種的潛在分布區(qū)域進(jìn)行模擬,從而能快捷有效地預(yù)測物種的潛在地理分布。該方法具有建模時(shí)間短、成本低廉、精度高等優(yōu)勢特點(diǎn)。本文將采用地理信息處理軟件Arcgis與MaxEnt模型相結(jié)合的方式,以喬、灌、草的完整植物群落結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),選取新疆常見群落中的胡楊、鈴鐺刺、黑果枸杞與甘草4個(gè)物種進(jìn)行適生區(qū)預(yù)測,明確以上物種的具體適宜度水平,確定影響各物種地理分布的主要環(huán)境因子及其閾值,為干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)與物種保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

新疆維吾爾自治區(qū)地處亞歐大陸腹地,地理坐標(biāo)介于34°25′～48°10′N,73°40′～96°18′E之間。新疆北部擁有阿爾泰山,南部為昆侖山系,天山橫亙于新疆中部地區(qū),獨(dú)特的山勢走向與位置分布將新疆分為南北兩半,同時(shí)形成了位于北部的準(zhǔn)噶爾盆地與南部的塔里木盆地。新疆具有溫帶大陸性氣候條件,日照時(shí)間充足但早晚溫差較大,年日照時(shí)間可達(dá)2 500～3 500h。受地理位置影響,新疆水汽來源不足,年平均降水量為150 mm左右,但不同區(qū)域降水量相差很大,在地域分布上極不均勻,全年氣候干燥,蒸發(fā)強(qiáng)烈,具有明顯的干旱、半干旱地區(qū)的環(huán)境特征。

2 材料與方法

2.1 軟件及地圖數(shù)據(jù)

本文采用MaxEnt模型軟件version 3.4.1版本,并在Java環(huán)境下運(yùn)行。采用由美國環(huán)境系統(tǒng)研究所公司研發(fā)的ArcGIS 軟件10.2版本,從國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)下載中國地圖并裁剪,最終獲取新疆維吾爾自治區(qū)地圖。

2.2 樣本數(shù)據(jù)

胡楊、鈴鐺刺、黑果枸杞與甘草4個(gè)植物種群的樣本數(shù)據(jù)主要通過中國植物標(biāo)本館、教學(xué)標(biāo)本資源共享平臺(tái)與實(shí)地調(diào)查相結(jié)合的方式獲取,通過對塔里木河下游沿岸、阿瓦提縣、吐魯番鄯善縣、喀什地區(qū)野外的實(shí)地調(diào)查,結(jié)合標(biāo)本平臺(tái)整理到的樣本分布信息進(jìn)行篩選,刨除位置不明確的樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)并去除重復(fù)的位置數(shù)據(jù),最終獲取本次實(shí)驗(yàn)所需的有效數(shù)據(jù)。經(jīng)過篩選后的胡楊樣本數(shù)據(jù)共計(jì)35條,鈴鐺刺共計(jì)35條,黑果枸杞共計(jì)48條,甘草共計(jì)36條,將整理好的樣本位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)以CSV格式文件進(jìn)行保存并備用。

2.3 環(huán)境因子

本次實(shí)驗(yàn)共選擇環(huán)境因子12個(gè),包括海拔、年平均氣溫、年溫范圍、年平均晝夜溫差、等溫性、氣溫標(biāo)準(zhǔn)差、最熱月最高溫、最冷月最低溫、年日照時(shí)數(shù)、月日照百分率、平均相對濕度與平均氣壓。以上數(shù)據(jù)均來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng),下載1980—2010年的年值與月值的氣象數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)均值,運(yùn)用ArcGIS軟件中的克里金法將氣象信息進(jìn)行空間插值,再經(jīng)掩膜提取,將處理好的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為ASCⅡ格式以作備用。

2.4 數(shù)據(jù)分析

2.4.1模型參數(shù)選擇

本次實(shí)驗(yàn)所采用的MaxEnt模型是基于最大熵理論進(jìn)行預(yù)測,最大熵理論認(rèn)為,當(dāng)一個(gè)事物的熵值達(dá)到最大的條件下,那么該事物會(huì)越接近它的準(zhǔn)確狀態(tài)[9],以此方法來不斷地疊加運(yùn)算,使其預(yù)測失誤的風(fēng)險(xiǎn)性降到最低,也就得到更加可靠的預(yù)測結(jié)果。MaxEnt模型正是運(yùn)用該特點(diǎn),通過獲取已知的環(huán)境數(shù)據(jù)與物種分布數(shù)據(jù),探究由這兩者產(chǎn)生的非隨機(jī)關(guān)系,在有限的條件下獲得熵值最大的運(yùn)算結(jié)果,直到達(dá)到其收斂閾值,以此來獲得較為準(zhǔn)確的物種概率分布。實(shí)驗(yàn)中選取25%的物種分布數(shù)據(jù)作為測試集,剩余的75%樣本數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集[10],最大迭代次數(shù)設(shè)為500次,選取交叉驗(yàn)證法(cross validate)抽取測試樣本,并引入約束均值(linear features)、約束方差(quadratic features)、約束協(xié)方差(product features)3個(gè)參數(shù),增加對環(huán)境變量的約束水平,以此來提高模型預(yù)測精度。最后加入刀切法(jackknife method)對產(chǎn)生的預(yù)測結(jié)果中不同環(huán)境因子的貢獻(xiàn)程度進(jìn)行檢驗(yàn)[11]。

2.4.2模型精度評價(jià)

對MaxEnt模型預(yù)測的結(jié)果需要進(jìn)行精度檢驗(yàn),一般通過對ROC曲線的橫縱坐標(biāo)軸取值進(jìn)行連線,所取得的面積大小作為檢驗(yàn)預(yù)測精度的可視化手段,稱之為AUC值。AUC值越大,則預(yù)測結(jié)果偏離隨機(jī)性的可能性越高,精度也就越好。一般認(rèn)為AUC值處于0.6以下,則實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果失敗；0.6～0.7之間說明精度較差；0.7～0.8之間說明精度一般；0.8～0.9之間說明精度準(zhǔn)確；0.9～1.0之間則具有極高的精度[12]。

2.4.3適生區(qū)劃分

采用MaxEnt模型進(jìn)行預(yù)測,根據(jù)不同等級(jí)的適生強(qiáng)度對分布概率P進(jìn)行劃分,其中當(dāng)P值位于0.8～1.0之間時(shí),為高度適生；當(dāng)P值位于0.5～0.7之間時(shí),為中度適生；當(dāng)P值位于0.2～0.4之間時(shí),為低度適生；當(dāng)P值位于0.1時(shí),則為不適生[13]。

3 結(jié)果與分析

3.1 適生區(qū)預(yù)測結(jié)果

對當(dāng)前4個(gè)物種在新疆的適生區(qū)進(jìn)行劃分,最終得到各物種的適生區(qū)分布結(jié)果如圖1所示。

圖1 4種植物在新疆的適生區(qū)預(yù)測結(jié)果Fig.1 Prediction results of 4 plants in the suitable area of Xinjiang

1)胡楊的高度適生區(qū)在全疆均有分布,占地面積為125 980.36 km2,約占全疆面積的7.72%。北部主要包括阿爾泰山西側(cè)的阿勒泰市,北屯市一帶；天山北側(cè)的烏魯木齊、石河子、吐魯番等周邊地區(qū)；博爾塔拉蒙古自治州與伊犁哈薩克自治州的尼勒克縣、鞏留縣一帶；南部則是包括以阿圖什市為中心的部分地區(qū)。2)中度適生區(qū)占地面積為539 659.41 km2,約占全疆面積的33.07%,主要分布于高適生區(qū)的鄰域地帶,同時(shí)包括新疆南部的阿克蘇地區(qū)、圖木舒克市、塔克拉瑪干沙漠南部的和田地區(qū)、沙漠北部的庫爾勒市與尉犁縣一帶,以及新疆北部的塔城地區(qū)。3)低度適生區(qū)則是基于中度適生區(qū)呈擴(kuò)散狀分布且范圍廣泛,占地面積為870 276.27 km2,約占全疆面積的53.33%,其分布特征具有明顯向新疆東南方向推移的趨勢。

2)鈴鐺刺適生區(qū)主要集中在新疆的西北方向,新疆北部的適生性明顯高于南部,其與胡楊的適生區(qū)分布范圍較為接近。其中:1)高度適生區(qū)占地面積為97 912.2 km2,約占全疆面積的6%,主要分布在以阿勒泰地區(qū)為主的阿勒泰市、北屯市、青河縣一帶,天山北側(cè)的吐魯番市,博爾塔拉蒙古自治州與伊犁哈薩克自治州的大多數(shù)地區(qū)以及新疆南部的阿克蘇市、和田市一帶。2)中度適生區(qū)占地面積531 010.5 km2,約占全疆面積的32.54%,其主要位于天山北部的大部分地區(qū)以及南部的阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)。3)低度適生區(qū)則是分布于以上地區(qū)的鄰域地帶,同時(shí)也包括新疆西南方向的大部分地區(qū),占地面積為723 571.16 km2,約占全疆面積的44.34%。4)非適生區(qū)主要分布于新疆的東南部,包括塔克拉瑪干沙漠與昆侖山一帶,約占全疆面積的17.11%。

3)黑果枸杞的適生區(qū)具有塊狀擴(kuò)散分布的特點(diǎn),以天山為界,新疆北部具有1塊,南部具有3塊。其中:1)高度適生區(qū)占地面積115 046.84 km2,約占全疆面積的7.05%,主要分布在北部的烏魯木齊、昌吉、托克遜、高昌,新疆南部的庫爾勒、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)以及以阿圖什市為主的喀什部分地區(qū)。2)中度適生區(qū)除上述地區(qū)的相鄰部分外還包括塔城地區(qū),阿克蘇與庫爾勒之間的連接地段以及喀什地區(qū)與和田地區(qū)相連的大部分地區(qū)；同時(shí),在新疆東北方向的哈密附近也存在中度適生區(qū),總體占地面積為570 175.38 km2,約占全疆面積的34.94%。3)低度適生區(qū)則以擴(kuò)散形式分布在以上地區(qū)的相鄰地帶,占地面積為660 417.79 km2,占新疆總面積的40.47%。通過色塊比對能夠發(fā)現(xiàn),基于新疆整個(gè)地域進(jìn)行分析,黑果枸杞在新疆西南部的適生性明顯好于新疆北部。

4)甘草的適生區(qū)地域差異明顯,適生地區(qū)主要集中于新疆的西北部。1)高度適生區(qū)占地面積為145 562.80 km2,約占新疆面積的8.92%,主要分布在塔城地區(qū)、博爾塔拉蒙古自治州與伊犁哈薩克自治州一線,同時(shí)還包括新疆北部的吐魯番地區(qū),新疆南部以喀什市、阿圖什市為主的周邊地區(qū)。2)中度適生區(qū)占地面積為352 973.48 km2,約占新疆面積的21.63%,包括新疆北部塔城地區(qū)的外緣、石河子、烏魯木齊與博斯騰湖相連的中間地段；新疆南部則是包括阿克蘇市為中心周邊地區(qū)。3)低度適生區(qū)作為上述地區(qū)的領(lǐng)域地帶,占地面積為637 245.24 km2,占新疆面積的39.05%,呈分散狀向新疆東南方向分布。其余部分為非適生區(qū),占地面積為495 925.29 km2,約占新疆面積的30.39%。

3.2 模型精度評價(jià)

根據(jù)MaxEnt模型對胡楊、鈴鐺刺、黑果枸杞、甘草的預(yù)測結(jié)果(圖2),4種植物預(yù)測的AUC平均值分別為0.834,0.837,0.808,0.903。胡楊、鈴鐺刺與黑果枸杞的預(yù)測結(jié)果精度達(dá)到了準(zhǔn)確水平,甘草的預(yù)測結(jié)果精度達(dá)到了極準(zhǔn)確的水平。以上精度檢驗(yàn)結(jié)果證明此次模型測算的結(jié)果不具有隨機(jī)性,物種適生區(qū)預(yù)測準(zhǔn)確,所取得的結(jié)果精度較高。

(a)胡楊

(b)鈴鐺刺

(c)黑果枸杞

(d)甘草圖2 MaxEnt模型對4種植物預(yù)測結(jié)果的ROC曲線驗(yàn)證Fig.2 Validation of ROC curves of 4 plants predicted results by MaxEnt model

3.3 環(huán)境因子對4種植物適生區(qū)預(yù)測的影響

如圖3所示,根據(jù)刀切法檢驗(yàn)得到的正規(guī)化訓(xùn)練增益結(jié)果,4種植物的單變量對其地理分布的重要性略有不同。胡楊正規(guī)化訓(xùn)練增益值最高的兩項(xiàng)分別是平均相對濕度與等溫性；鈴鐺刺正規(guī)化訓(xùn)練增益值最高的兩項(xiàng)是最冷月最低溫與等溫性；黑果枸杞正規(guī)化訓(xùn)練增益值最高的兩項(xiàng)是年均晝夜溫差與等溫性；甘草正規(guī)化訓(xùn)練增益值最高的兩項(xiàng)是平均相對濕度與等溫性。以上變量表現(xiàn)了對所屬物種對應(yīng)數(shù)據(jù)的良好匹配性,并包含了較為有效可靠且重要的信息。

圖3 基于刀切法環(huán)境變量對4種植物分布增益的重要性Fig.3 Importance of jackknife method about environmental variables to the distribution gain of 4 plants

根據(jù)表1所示,對胡楊適生區(qū)劃具有重要作用并累計(jì)貢獻(xiàn)前2名的氣候變量分別是平均相對濕度和年均晝夜溫差,占影響胡楊分布的環(huán)境因子總貢獻(xiàn)的48.3%以上；對鈴鐺刺分布累計(jì)貢獻(xiàn)前2名的氣候變量分別是等溫性與最冷月最低溫,占影響鈴鐺刺分布的環(huán)境因子總貢獻(xiàn)的71.4%以上；對黑果枸杞分布累計(jì)貢獻(xiàn)前2名的氣候變量同樣是等溫性與最冷月最低溫,占影響黑果枸杞分布的環(huán)境因子總貢獻(xiàn)的59.0%以上；對甘草適生區(qū)分布累計(jì)貢獻(xiàn)前2名的氣候變量是等溫性與年均晝夜溫差,占影響甘草分布的環(huán)境因子總貢獻(xiàn)的62.0%以上。

為明確具有主導(dǎo)作用的環(huán)境因子對4個(gè)物種存在概率上具體的相關(guān)關(guān)系,選取累計(jì)貢獻(xiàn)率前2名的環(huán)境因子,繪制受其單一因素影響的物種分布響應(yīng)曲線,如圖4所示。

表1 模型中各環(huán)境因素累積貢獻(xiàn)率Tab.1 Cumulative contribution rate of environmental factors in the model

圖4 胡楊分布對氣候因子的響應(yīng)曲線Fig.4 Response curve of Populus euphratica distribution to climate impact factors

由圖4(a)—(b)可知,對胡楊來說,其對影響因子的響應(yīng)略有不同,平均濕度與胡楊分布概率呈正相關(guān)趨勢,當(dāng)平均濕度達(dá)到61%的情況下,胡楊的分布區(qū)域穩(wěn)定,在此之前,平均濕度越高,胡楊分布概率越高。在胡楊分布概率與年均晝夜溫差關(guān)系曲線中,溫差小于25.5℃的情況下分布概率最高,其次是在曲線下降之后出現(xiàn)了第二個(gè)峰值,即溫差在27.25～27.75℃之間時(shí),胡楊的分布概率也有顯著提升。另外,當(dāng)溫差處于25.50～27.25℃之間時(shí),胡楊的分布概率隨之增高,當(dāng)溫差大于27.25℃時(shí),胡楊的分布概率逐漸下降。

圖5 鈴鐺刺分布對氣候因子的響應(yīng)曲線Fig.5 Response curve of Halimodendron halodendron distribution to climate impact factors

由圖5(a)—(b)可知,對鈴鐺刺來說,其分布概率與其對等溫性的響應(yīng)呈下降趨勢,且當(dāng)?shù)葴匦赃_(dá)到40以上的情況下,下降速度更快,在41.5以上時(shí)分布概率達(dá)到最低值,而在等溫性為36～37.5之間時(shí),最符合鈴鐺刺的分布條件。分布概率與最冷月最低溫之間的響應(yīng)呈下降趨勢,即最低溫度越高,鈴鐺刺的分布概率下降,證明鈴鐺刺對于干旱環(huán)境中的極端低溫具有較好的耐受性；但當(dāng)最冷月最低溫達(dá)到-20℃以上時(shí),鈴鐺刺的分布概率達(dá)到峰值,為鈴鐺刺最適生的氣候條件。

由圖6(a)—(b)可知,對黑果枸杞分布概率影響最大的同樣是等溫性與最冷月最低溫,與鈴鐺刺不同的是,等溫性對黑果枸杞分布的影響出現(xiàn)了一個(gè)峰值,當(dāng)?shù)葴匦越橛?7～38.5之間時(shí),黑果枸杞的分布概率隨等溫性的提高做正向分布；當(dāng)?shù)葴匦越橛?8.5～39.5之間時(shí),黑果枸杞的分布概率最高；等溫性大于39.5時(shí),分布概率開始下降,并在等溫性達(dá)到41.5時(shí),分布概率達(dá)到最低值。黑果枸杞的分布概率對最冷月最低溫的響應(yīng)曲線表現(xiàn)為正態(tài)分布,當(dāng)最低溫度處在-50～-25℃之間時(shí),分布概率隨溫度的升高緩慢上升；在最低溫度達(dá)到-25℃以上時(shí),分布概率大幅度上升并在-20℃時(shí)達(dá)到峰值,即黑果枸杞同樣具有較好的低溫耐受能力,但最低溫度越高,越符合黑果枸杞的適生條件。

圖6 黑果枸杞分布對氣候因子的響應(yīng)曲線Fig.6 Response curve of Lycium ruthenicum distribution to climate impact factors

由圖7(a)—(b)可知，等溫性與年均晝夜溫差對甘草的分布概率影響最大,其中等溫性與甘草的分布概率呈負(fù)相關(guān)趨勢,等溫性大于37的條件下分布概率隨之減小,并在等溫性41.5時(shí)達(dá)到最低值。在甘草分布對年均晝夜溫差的響應(yīng)中,溫差處于25.5℃以下以及在27～27.5℃時(shí)均出現(xiàn)了甘草分布概率的峰值；在此之前的25.5～27℃之間時(shí),分布概率隨之升高；當(dāng)溫差高于27.5攝氏度時(shí),分布概率隨之不斷下降并在29.5℃時(shí)達(dá)到最低值,即25.5℃以下與27～27.5℃的溫差為甘草的最適生條件。

圖7 甘草的氣候影響因子與分部值的響應(yīng)曲線Fig.7 Response curve of Glycyrrhiza uralensis distribution to climate impact factors

4 討論與結(jié)論

本次利用Arcgis與MaxEnt模型對新疆地區(qū)4個(gè)主要且常見,具有恢復(fù)價(jià)值與一定經(jīng)濟(jì)用途的物種進(jìn)行適生區(qū)劃分,根據(jù)Arcgis對適生區(qū)預(yù)測結(jié)果的重分類,可將已有區(qū)域分為10類,各占總分類數(shù)量的十分之一,并最終按照梯度排序劃分為高度適生區(qū)、中度適生區(qū)、低度適生區(qū)與非適生區(qū)。王雨生等[14]對珙桐在中國的潛在適生區(qū)進(jìn)行劃分,最終劃分為4個(gè)等級(jí),其等級(jí)劃分方式與本次實(shí)驗(yàn)的劃分等級(jí)指標(biāo)較為一致；杜超群等[15]在對日本落葉松做湖北省栽培氣候區(qū)劃時(shí),將適生區(qū)等級(jí)分為3個(gè)等級(jí),分別是非適生區(qū)、較適生區(qū)與最適生區(qū),其主要原因在于采用的環(huán)境因子均為氣候因子,適生等級(jí)劃分過細(xì)并不適用,因此采用三等級(jí)劃分法更能有效避免實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的誤差。本次在對新疆做適生區(qū)劃分時(shí),多數(shù)采用的同樣是氣象因子,考慮將海拔作為環(huán)境因子之一,故劃分為4個(gè)等級(jí)。雖然將低度適生區(qū)單獨(dú)作為1個(gè)等級(jí)進(jìn)行分類,但在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,低度適生區(qū)與非適生區(qū)均不適合被檢驗(yàn)物種的生長,因此也可將低度適生與非適生區(qū)并作一類,具體的劃分精度還有待于日后做物種對環(huán)境響應(yīng)方面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

經(jīng)過對胡楊、鈴鐺刺、黑果枸杞與甘草進(jìn)行適生區(qū)預(yù)測,得到了高度適生區(qū)與中度適生區(qū)具體的劃分情況,可以將二者進(jìn)行合并,統(tǒng)稱為適生區(qū),作為以上4個(gè)物種潛在分布的區(qū)域或適合生存的基準(zhǔn)點(diǎn),以便更好地與低度適生區(qū)、非適生區(qū)劃好界限。1)胡楊的適生區(qū)面積為665 639.77 km2,占新疆總面積的40.79%,主要集中于天山北部、新疆西北部、新疆南部的阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)以及喀什以阿圖什市為中心的部分地區(qū)；模型受試者工作特征曲線(ROC)下的面積值(AUC)為0.834,達(dá)到了準(zhǔn)確水平；對胡楊生長最重要的兩個(gè)氣象因子分別是平均相對濕度與平均晝夜溫差。2)鈴鐺刺的適生區(qū)面積為628 922.7 km2,占新疆總面積的38.54%,主要集中于新疆北部、新疆西北部、新疆南部的阿克蘇市、和田市一帶以及喀什部分地區(qū)；模型受試者工作特征曲線(ROC)下的面積值(AUC)為0.837,達(dá)到準(zhǔn)確水平；對鈴鐺刺生長最重要的兩個(gè)氣象因子分別是等溫性與最冷月最低溫。3)黑果枸杞的適生區(qū)面積為685 222.22 km2,占新疆總面積的41.99%,主要集中于新疆西南部與新疆中部；模型受試者工作特征曲線(ROC)下的面積值(AUC)為0.808,達(dá)到準(zhǔn)確水平；對黑果枸杞生長最重要的兩個(gè)氣象因子分別是等溫性與最冷月最低溫。4)甘草的適生區(qū)面積為498 536.28 km2,占新疆總面積的30.55%,主要集中于新疆西北部、新疆西部、新疆中部與喀什的部分地區(qū)；模型受試者工作特征曲線(ROC)下的面積值(AUC)為0.903,達(dá)到極準(zhǔn)確水平；對甘草生長最重要的兩個(gè)氣象因子分別是等溫性與年均晝夜溫差。綜上所述,將適生條件的生長因子進(jìn)行匯總,新疆適合胡楊、鈴鐺刺、黑果枸杞與甘草共同適生的氣象條件為:平均濕度60%以上,年均晝夜溫差25.5℃以下或27.25～27.5℃,等溫性介與36～36.5之間,最冷月最低溫大于-20℃。

本次新疆的適生區(qū)劃分采用的是1980—2010年的氣象因子,隨著氣候的不斷變化,全球的氣象條件也會(huì)隨之改變[16],當(dāng)前的適生區(qū)劃分雖不具有長期性,但在生態(tài)群落的重構(gòu)以及人工栽培選址方面依然具有實(shí)際意義。以防風(fēng)固沙林的營造為例,根據(jù)當(dāng)前4個(gè)物種的適生區(qū)劃分能夠看出,胡楊與鈴鐺刺的適生區(qū)分布具有極大的相似性,均分布于塔克拉瑪干沙漠外緣以北地區(qū)。鈴鐺刺作為較常見的胡楊林下植物,可以在防風(fēng)固沙功能上填補(bǔ)胡楊林的垂直結(jié)構(gòu),阻滯新疆南部的荒漠化土地進(jìn)一步向新疆北部擴(kuò)散的趨勢。黑果枸杞雖與以上兩種植物的適生區(qū)存在一定差異,但對于環(huán)境表現(xiàn)出良好的耐受性,同樣在塔里克拉瑪干沙漠北緣存在適生區(qū),在提供經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),也能夠與防護(hù)固沙林的構(gòu)造相契合。甘草雖然在新疆南部有所分布,但其適生區(qū)主要分布于新疆西北部,在作為改良土壤,防止水土流失的首選草本植物外,還可以提供較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此,以胡楊、鈴鐺刺、黑果枸杞、甘草組成的植物群落既然能夠提供生態(tài)價(jià)值,同時(shí)具有一定的經(jīng)濟(jì)效益,能夠作為當(dāng)前新疆生態(tài)環(huán)境建設(shè)的典型物種與配置方式,從而發(fā)揮出物種的功能性優(yōu)勢。而具體的各物種適生區(qū)變化規(guī)律以及該搭配方式是否存在動(dòng)態(tài)更新,則需要結(jié)合未來氣象條件的動(dòng)態(tài)規(guī)律做進(jìn)一步的分析研究。