韋建杏，黃川騰，黎國運(yùn)，林玲，陳侯鑫

（海南省林業(yè)科學(xué)研究院，海南?？?71100）

坡壘（Hopea hainanensis），別名海南柯比木、石梓公，屬龍腦香科坡壘屬，常綠喬木。本種是海南島鄉(xiāng)土樹種，瀕危種，國家I 級保護(hù)植物。按照IUCN 評估標(biāo)準(zhǔn)，坡壘可列為“瀕危滅絕”（EN）等級[1]。坡壘為珍貴用材樹種，較耐陰，林冠下天然更新良好，生長比較慢。目前在廣東、云南、廣西和福建等地，以及南亞熱帶地區(qū)均有引種。坡壘野生資源零星分布于海南島南部，2015 年被列入全國極小種群野生植物，對我國熱帶植物區(qū)系的研究有重要的科研價(jià)值。

試驗(yàn)前期進(jìn)行坡壘母樹調(diào)查，記錄其母樹坐標(biāo)，調(diào)查到的野生坡壘零星分布于海拔192.1～881.3 m 的溝谷、山地雨林和低地雨林之中，為上層喬木或優(yōu)勢樹種之一，偶見種。其大多與野荔枝（Litchi chinensisvar.euspontanea）、雞毛松（Podocarpus imbricatus）、海南山竹子（Garcinia oblongifolia）、蝴蝶樹（Heritiera parvifolia）、厚殼桂（Cryptocarya chinensis）和海南楊（Adinandra hainanensis）等樹種混生，灌木以大葉蒲葵（Livistona saribus）、杖藤（Pentaphylaxeuryoides）、九節(jié)（Psychotria asiatica）和野牡丹（Melastoma malabathricum） 為主，周圍草本以五節(jié)芒（Miscanthus floridulus）和粽葉蘆（Thysanolaena latifolia）為主。

記錄坡壘母樹坐標(biāo)后，利用軟件MaxEnt 和ArcGIS 對海南島坡壘進(jìn)行潛在適宜生境分布區(qū)域預(yù)測。預(yù)測的區(qū)域?qū)儆跓o人為干擾且適合野生坡壘自然生長的環(huán)境，目的是為野外坡壘回歸試驗(yàn)提供依據(jù)。目前物種分布模型（SDM）中預(yù)測效果比較好的物種分布模型是以最大熵理論為基礎(chǔ)的最大熵模型（MaxEnt），預(yù)測物種的潛在適宜生境分布區(qū)域需要收集調(diào)查到的已知物種分布信息，較多地保存物種已有分布的環(huán)境變量數(shù)據(jù)的信息，物種的未知分布信息可較大程度不受約束，即使在該物種分布信息缺乏的情況下也能進(jìn)行較好的預(yù)測[2]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

海南島位于中國南端的南海北部，地理位置為18°10'～20°10' N，108°37'～111°03' E，總面積35 400 km2，是中國僅次于臺灣的第二大島。地形是由丘陵、山地、臺地、平原組成的環(huán)形層狀地貌，具有明顯的中部高四周低的梯級結(jié)構(gòu)[3-4]。海南島是熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，高溫且多雨，幾乎無明顯冬季，具有明顯的干濕季[5]。海南島有多種土壤類型，主要是磚紅壤，其次是黃壤、赤紅壤、濱海沙土等。海南島屬于熱帶雨林區(qū)域，主要含有溝谷雨林、熱帶山地雨林、熱帶低地雨林、紅樹林等植被類型。物種豐富度較高，高等植物共計(jì)5 860 種[6-7]。海南島的中南部生物多樣性豐富，北部及沿海地區(qū)植被類型以人工林和各種農(nóng)業(yè)形式的景觀類型為主，生物多樣性較少[8-9]。

1.2 野生坡壘在海南的地理分布調(diào)查數(shù)據(jù)

野生坡壘在海南島的地理分布位點(diǎn)主要通過查閱文獻(xiàn)及實(shí)地調(diào)查獲得，共得到54 個(gè)分布記錄點(diǎn)（已設(shè)置41個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行建模，13 個(gè)樣本點(diǎn)用于測試結(jié)果精度），涵蓋海南島6 個(gè)林區(qū)的野生坡壘，包括樂東縣尖峰嶺、昌江縣霸王嶺、白沙縣鸚哥嶺、陵水縣吊羅山、五指山市五指山和瓊中縣黎母山林區(qū)（表1）。記錄點(diǎn)為野生坡壘母樹地理坐標(biāo)，野生坡壘地理分布數(shù)據(jù)按照MaxEnt 模型要求進(jìn)行處理，將表格中的物種名、十進(jìn)制的經(jīng)度和十進(jìn)制的緯度信息輸入Excel 表格，保存格式為csv.，最后將表格輸入MaxEnt 軟件得出結(jié)果。

表1 海南野生坡壘分布調(diào)查信息

1.3 環(huán)境變量數(shù)據(jù)來源

試驗(yàn)使用的環(huán)境變量數(shù)據(jù)參考世界氣候數(shù)據(jù)網(wǎng)站(http://www.worldclim.org/)，其分辨率為0.008 3°×0.008 3°（在赤道附近約為1 km×1 km）。該網(wǎng)站的20 個(gè)環(huán)境變量數(shù)據(jù)是1950—2000 年海南島已有的氣候站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，配合三維地理空間計(jì)算插值，此氣候數(shù)據(jù)庫較為準(zhǔn)確[10]。用于MaxEnt 模型的環(huán)境變量數(shù)據(jù)圖層共計(jì)20 個(gè)：BIO1 年平均溫度、BIO2 平均日較差、BIO3 等溫性、BIO4 溫度的季節(jié)性、BIO5 最暖月份最高氣溫、BIO6 最冷月最低溫度、BIO7 溫度年變化范圍、BIO8 濕季平均溫度、BIO9 最干季平均溫度、BIO10 最熱季節(jié)的平均溫度、BIO11 最冷季平均溫度、BIO12 年降水量、BIO13 最濕月降水量、BIO14 最干月降水量、BIO15 降水季節(jié)性、BIO16 最濕季降水量、BIO17 最干季降水量、BIO18 最熱季降水量、BIO19 最冷季降水、dem 海拔。海南島地形數(shù)據(jù)是利用ArcGIS 軟件提取坡向、坡度、總曲率、剖面曲率、平面曲率、地形粗糙度和地表起伏度7 個(gè)數(shù)據(jù)圖層，然后以Worldclim 的海拔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行處理。

1.4 MaxEnt 模型建立與檢驗(yàn)

將調(diào)查到的海南島坡壘地理分布點(diǎn)的數(shù)據(jù)與20 個(gè)環(huán)境變量一起導(dǎo)入MaxEnt。輸入文件類型為ASCII，再用刀切法（Jackknife）分析每一個(gè)環(huán)境因子對預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生的影響大小。輸出文件運(yùn)用ArcGIS 軟件，將ASCII 格式文件轉(zhuǎn)換為柵格，再對海南島坡壘潛在適宜生境分布區(qū)進(jìn)行劃分。評價(jià)海南島坡壘樹種潛在分布預(yù)測模型精度是使用MaxEnt 的ROC 曲線分析法。ACU 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：0.5≤AUC＜0.6，失?。?.6≤AUC＜0.7，較差；0.7≤AUC＜0.8，一般；0.8≤AUC＜0.9，好；0.9≤AUC＜1.0，極好。ROC 曲線下面積AUC 值越大，則預(yù)測精度越高，預(yù)測結(jié)果越好，則表明MaxEnt 模型預(yù)測的潛在分布預(yù)測結(jié)果可信。

2 結(jié)果與分析

2.1 MaxEnt 模型精度測評

試驗(yàn)設(shè)置14 個(gè)樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)用于測試結(jié)果精度，使用MaxEnt 的ROC 曲線分析法得出AUC 值（受試者工作特征曲線下面積）為0.942（圖1），說明MaxEnt 模型預(yù)測結(jié)果可信，且海南島野生坡壘潛在分布區(qū)域具有較高的精度。

2.2 海南島坡壘的適宜生境分布

坡壘在海南島潛在適宜生境分布的適宜性等級劃分為2 類（表2）。參照海南島縣級行政區(qū)劃圖，坡壘在海南島的潛在適宜生境分布區(qū)如圖2 所示。坡壘潛在適宜生境（存在概率＞0.50）達(dá)海南島陸地面積的6.44%，主要集中于海南島南部、西南部與中部山區(qū)等地（市縣包括昌江、白沙、儋州、瓊中、東方、樂東、五指山、保亭和三亞），除此以外陵水縣吊羅山也有零散的潛在適宜生境。

表2 預(yù)測適宜生境分布區(qū)面積統(tǒng)計(jì)

2.3 影響坡壘分布的主導(dǎo)環(huán)境因子

由圖3 可知，年平均溫度、最暖月份最高氣溫、最冷月最低溫度、濕季平均溫度、最干季平均溫度、最熱季節(jié)的平均溫度、最冷季平均溫度和海拔因子8 個(gè)因子對最終預(yù)測結(jié)果的貢獻(xiàn)最為顯著，而平均日較差、溫度年變化范圍、最濕月降水量和最濕季降水量對最終預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生的影響相對較小。海南島坡壘潛在分布影響較大的8 個(gè)環(huán)境因子數(shù)值范圍（表3）：年平均溫度范圍（21.87±1.00）℃、最暖月份最高氣溫范圍（29.71±1.05）℃、最冷月最低溫度范圍（12.41±1.18）℃、濕季平均溫度范圍（24.25±0.88）℃、最干季平均溫度范圍（16.85±1.12）℃、最熱季節(jié)的平均溫度范圍（25.67±1.01）℃、最冷季平均溫度范圍（16.79±1.04）℃和海拔因子范圍（676.04±205.20）m。

表3 適宜分布區(qū)環(huán)境因子數(shù)值統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論與討論

適合野生坡壘自然生長的環(huán)境越來越少，所以坡壘被列入全國極小種群野生植物，該試驗(yàn)采用的坡壘母樹54 個(gè)分布記錄點(diǎn)，只涵蓋海南島6 個(gè)林區(qū)的野生坡壘，具體是樂東縣尖峰嶺、昌江縣霸王嶺、白沙縣鸚哥嶺、陵水縣吊羅山、五指山市五指山和瓊中縣黎母山林區(qū)，會(huì)存在不充分的分布信息導(dǎo)致模型預(yù)測產(chǎn)生誤差[11]。目前的數(shù)據(jù)分析結(jié)果只表明海南島野生坡壘潛在適宜生境分布區(qū)達(dá)海南島陸地面積的6.44%，此區(qū)域?qū)儆跓o人為干擾且適合野生坡壘自然生長的環(huán)境，目的是為野外坡壘回歸試驗(yàn)提供依據(jù)。數(shù)據(jù)分析出坡壘主要集中于海南島南部、西南部與中部山區(qū)等地（市縣包括昌江、白沙、儋州、瓊中、東方、樂東、五指山、保亭和三亞），除此以外海南島東南也有零散的潛在適宜生境；排除人為干擾破壞的因素，預(yù)測出來的適生分布區(qū)面積比較小，這可能是野生坡壘在熱帶雨林里僅僅是偶見種，長期比較難于擴(kuò)散的因素之一。使用刀切法檢驗(yàn)20 個(gè)環(huán)境變量，發(fā)現(xiàn)對海南島野生坡壘潛在分布影響較大的環(huán)境因子為年平均溫度、最暖月份最高氣溫、最冷月最低溫度、濕季平均溫度、最干季平均溫度、最熱季節(jié)的平均溫度、最冷季平均溫度和海拔因子8 個(gè)因子。