劉津岐，劉永萍，張俊逸，文陽(yáng)興家，楚光明

（1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆 石河子 832003；2.新疆林業(yè)科學(xué)院造林治沙研究所,新疆 烏魯木齊 830000）

物種的地理分布是物種在進(jìn)化過(guò)程中與環(huán)境之間長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果[1]。中國(guó)西北干旱區(qū)植物區(qū)系種類相對(duì)貧乏，但是其廣闊的面積、特殊的干旱地理和歷史成分，使其在中國(guó)植物區(qū)系乃至歐亞及北溫帶植物區(qū)系中都占有重要地位[2]。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，中國(guó)西北地區(qū)人口急劇增長(zhǎng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁，城市化進(jìn)程不斷加快。在全球氣候變暖的背景下，造成生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，嚴(yán)重影響了物種的地理分布、生理生態(tài)特性以及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、穩(wěn)定性[3-5]。因此，研究氣候變化、土壤和地形等因素對(duì)西北地區(qū)物種的潛在分布，對(duì)物種的保護(hù)及資源利用有重要意義[6]。

物種分布模型(species distribution model,SDM)，又稱生態(tài)位模型(ecological niche models,ENMs)[7]，是個(gè)體生態(tài)學(xué)研究的一個(gè)重要工具，能夠識(shí)別物種分布數(shù)據(jù)與環(huán)境變量之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系[8]。生態(tài)位理論受到國(guó)內(nèi)外眾多生態(tài)學(xué)者的關(guān)注，并對(duì)該理論開展了廣泛的研究，使得該理論在生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)和演替、種群進(jìn)化和種間關(guān)系等方面得到廣泛應(yīng)用[9]。對(duì)于某個(gè)特定物種來(lái)說(shuō)，除氣候以外，其他非生物因素(如土壤、地形、土地利用等)和生物因素(如種間相互作用等)均會(huì)對(duì)物種的預(yù)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生重大影響[10-11]。在已有的物種分布模型中，有許多不同的分布模型能夠?qū)ξ锓N的潛在分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中，最大熵(maximum entropy,MaxEnt)模型已經(jīng)被證實(shí)在分布點(diǎn)較少的情況下仍能夠獲得較為精確的結(jié)果[12-14]，目前該模型也被成功地運(yùn)用于干旱區(qū)荒漠植物的潛在分布研究[15-16]。

鹽爪爪屬(Kalidium)包括鹽爪爪(K.foliatum)、尖葉鹽爪爪(K.cuspidatum)、細(xì)枝鹽爪爪(K.gracile)、里海鹽爪爪(K.caspicum)和圓葉鹽爪爪(K.schrenkianum)，其中尖葉鹽爪爪、鹽爪爪和細(xì)枝鹽爪爪對(duì)鹽的耐受性較強(qiáng)，而里海鹽爪爪和圓葉鹽爪爪對(duì)鹽的耐受性較弱。鹽爪爪屬植物在中國(guó)主要分布于西北干旱及半干旱的鹽堿地區(qū)，是我國(guó)北方牧區(qū)冬季補(bǔ)飼的主要牧草[17]；作為稀鹽型真鹽生植物，其對(duì)阻止水土流失及鹽堿地的改良具有重要的生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前對(duì)于鹽爪爪屬物種的研究主要集中在種苗繁育與組織培養(yǎng)技術(shù)、耐鹽性、遺傳多樣性及譜系地理學(xué)等，并沒有涉及到系統(tǒng)地探究鹽爪爪屬地理分布預(yù)測(cè)方面的內(nèi)容。因此，本研究以鹽爪爪屬5 種植物為研究對(duì)象，通過(guò)查閱中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館(CVH)、中國(guó)植物圖像庫(kù)(PPBC)、全球生物多樣信息網(wǎng)絡(luò)(GBIF)和1∶1 000 000 中國(guó)植被圖集，整理了鹽爪爪屬5 種植物的地理分布數(shù)據(jù)；選取地形因子、土壤因子和氣候因子作為環(huán)境變量，運(yùn)用MaxEnt 模型和ArcGIS 軟件分別預(yù)測(cè)鹽爪爪屬5 種植物在不同氣候情景下的潛在適生范圍及其變化情況，并且將土地利用類型數(shù)據(jù)和鹽爪爪屬基準(zhǔn)氣候情景下適生分布區(qū)的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行疊加分析，進(jìn)一步縮小鹽爪爪屬植物的適生范圍，為鹽爪爪屬分布區(qū)的管理、保護(hù)與利用奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 地理分布數(shù)據(jù)的獲取與處理

本研究所用鹽爪爪屬5 種植物的分布數(shù)據(jù)有3 個(gè)來(lái)源。一是從中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館(http://www.cvh.org.cn)中查找具體分布地點(diǎn)，通過(guò)在谷歌地圖中獲取具體的經(jīng)緯度坐標(biāo)。二是查閱《中國(guó)植被圖集》和《植物志》等，包括《1∶1 000 000 中國(guó)植被圖集》、《新疆植物志》、《中國(guó)沙漠植物志》、《內(nèi)蒙古植物志》和《寧夏植物志》。三是從GBIF 全球生物多樣性數(shù)據(jù)庫(kù)(http://www.gbif.org)下載帶有經(jīng)緯度坐標(biāo)的鹽爪爪屬分布數(shù)據(jù)[18]?；谝陨戏植紨?shù)據(jù)，進(jìn)一步整合和去重，總結(jié)出鹽爪爪屬每個(gè)種在中國(guó)西北地區(qū)的地理分布點(diǎn)(尖葉鹽爪爪88 個(gè)、里海鹽爪爪34 個(gè)、細(xì)枝鹽爪爪127 個(gè)、鹽爪爪199 個(gè)、圓葉鹽爪爪55 個(gè))，并利用ArcGIS 軟件繪制出鹽爪爪屬5 種植物在中國(guó)西北地區(qū)的地理分布圖(圖1)。

圖1 鹽爪爪屬5 種不同植物在中國(guó)西北地區(qū)的地理分布Figure 1 Geographical distribution of five different species of Kalidium in Northwest China

1.2 環(huán)境變量的獲取與處理

氣候因子來(lái)源于世界氣候數(shù)據(jù)庫(kù)Worldclim(http://www.worldclim.org/)，從中選取基準(zhǔn)(1970-2000)、未來(lái)2050 (2041-2060)及2070 (2061-2080)時(shí)段下RCP2.6 (低濃度排放)和RCP8.5 (高濃度排放)的19 個(gè)生物氣候數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分辨率為30″ (約1 km)。地形因子主要包括3 個(gè)，即海拔(DEM)、坡度和坡向，DEM 數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)，由原始ASTER 數(shù)據(jù)使 用ArcGIS 的Mosaic To New Raster工具鑲嵌而成，坡度和坡向數(shù)據(jù)則由DEM 數(shù)據(jù)選用Slope、Aspect 工具分別處理獲得[19]，分辨率為30 m。土壤因子數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)“國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.geodata.cn)”第2次土壤普查的《1∶1 000 000中國(guó)土壤圖》和8 595 個(gè)土壤剖面，選取對(duì)鹽爪爪生長(zhǎng)發(fā)育有顯著作用的7 個(gè)土壤因子數(shù)據(jù)，其分辨率為30″(約1 km)。

在ArcGIS 軟件中將以上29 個(gè)環(huán)境變量(表1)圖層的坐標(biāo)統(tǒng)一投影為WGS-1984，將柵格大小統(tǒng)一重采樣為1 km，并將圖層邊界統(tǒng)一。

表1 環(huán)境變量Table 1 Environmental variables

1.3 地圖數(shù)據(jù)的獲取與處理

鹽爪爪屬空間分布分析所用的《1∶4 000 000 中國(guó)行政區(qū)劃圖》，從中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心下載獲得。本研究所用中國(guó)西北五省的行政區(qū)劃圖從《中國(guó)行政區(qū)劃圖》中裁剪生成[20]。

1.4 土地利用遙感信息提取與處理

本研究土地利用遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)云平臺(tái)(http://www.dsac.cn)。土地利用遙感數(shù)據(jù)是中國(guó)科學(xué)院在國(guó)家資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，以美國(guó)陸地衛(wèi)星Landsat 遙感影像數(shù)據(jù)作為主信息源，通過(guò)人工目視解譯建立的1∶10 比例尺多時(shí)期土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。本研究選取研究區(qū)1980、1990 和2000 三期土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按照一級(jí)分類進(jìn)行分析(一級(jí)分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地)。

1.5 環(huán)境變量相關(guān)性分析

在進(jìn)行物種分布預(yù)測(cè)時(shí)，因?yàn)楦鳝h(huán)境變量之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，所以環(huán)境變量預(yù)處理所得的29 種環(huán)境變量并不能全部用于MaxEnt 模型，需要進(jìn)行變量間的多重共線性檢驗(yàn)。將 29 種環(huán)境變量分為生物氣候變量、土壤變量、地形變量3 組，應(yīng)用ArcGIS 的Composite Bands 工具將3 組環(huán)境變量各融合為一個(gè)圖層，使用Band Collection Statisitcs 工具獲得各個(gè)圖層所包含環(huán)境變量的皮爾森相關(guān)性系數(shù)[18]，最終得到3 組環(huán)境變量的相關(guān)性矩陣(表2、表3、表4)。

表2 生物氣候變量相關(guān)性矩陣Table 2 Correlation matrix for bioclimatic variables

表3 土壤變量相關(guān)性矩陣Table 3 Correlation matrix for soil variables

表4 地形變量相關(guān)性矩陣Table 4 Correlation matrix for terrain variables

若兩個(gè)變量的皮爾森相關(guān)性系數(shù) |r|＞0.8[21]，認(rèn)為其是對(duì)鹽爪爪屬5 種植物生長(zhǎng)發(fā)育的相關(guān)性更為密切的變量，最終選取了16 個(gè)環(huán)境變量用于MaxEnt模型對(duì)鹽爪爪屬的5 個(gè)種進(jìn)行分布區(qū)預(yù)測(cè)與生境評(píng)價(jià)。這些變量包括晝夜溫差月均值(bio2)、年溫的變化范圍(bio7)、最暖季平均溫度(bio10)、最冷季平均溫度(bio11)、降水量變化的方差(bio15)、最暖季的平均降水量(bio18)和最冷季的平均降水量(bio19)共7 個(gè)生物氣候變量；海拔(Alt)、坡度(slope)和坡向(aspect)共3 個(gè)地形變量；有效磷(AP)、有效鉀(AK)、土壤容重(BD)、酸堿性(pH)、孔隙度(POR)和有機(jī)質(zhì)含量(SOM)共6 個(gè)土壤變量。

1.6 MaxEnt 軟件參數(shù)設(shè)定及精度檢驗(yàn)

本研究所用物種預(yù)測(cè)軟件版本為MaxEnt v3.4.1。首先將鹽爪爪屬5 種植物的地理分布數(shù)據(jù)和已經(jīng)篩選出的16 個(gè)環(huán)境變量的ASCII 格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型。在模型預(yù)測(cè)時(shí)，其中75%的分布點(diǎn)被選擇作為訓(xùn)練集，而剩余25%的分布點(diǎn)被用來(lái)作為測(cè)試集，用于對(duì)模型的預(yù)測(cè)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。獲得的測(cè)試集數(shù)據(jù)被輸入受試者工作曲線(ROC)計(jì)算曲線下面積(AUC)。AUC 評(píng)價(jià)是一種閾值獨(dú)立的評(píng)價(jià)模型表現(xiàn)力的方法，其取值范圍一般為0.5 到1.0。其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) 為：AUC 在0.5～0.6 為 失 ??；0.6～0.7 為 較 差；0.7～0.8 為一般；0.8～0.9 為好；0.9～1 為非常好[20]。在環(huán)境參數(shù)設(shè)置中選擇刀切法(jackknife)、繪制響應(yīng)曲線(response curves)和制作預(yù)測(cè)圖(make picture of predictions)，設(shè)置10 次重復(fù)，其余參數(shù)為軟件默認(rèn)值[11]。對(duì)于10 次重復(fù)結(jié)果，取其平均值作為最終模擬結(jié)果。

1.7 適生區(qū)劃分及其與土地利用類型的疊加

MaxEnt 運(yùn)行結(jié)果輸出的是鹽爪爪屬在中國(guó)西北地區(qū)的適生概率的連續(xù)柵格圖，其值范圍為0～1。參照曹雪萍等[22]的劃分方法并結(jié)合鹽爪爪屬的實(shí)際分布情況，將鹽爪爪屬適生區(qū)分為4 個(gè)等級(jí)：＜0.1為非適生區(qū)；0.1～0.3 為低度適生區(qū)；0.3～ 0.5 為中度適生區(qū)；＞0.5 為高度適生區(qū)[22]，分別計(jì)算各等級(jí)對(duì)應(yīng)分布區(qū)面積比例，并將5 種鹽爪爪屬植物的高適生區(qū)分別提取出來(lái)，將其與不同時(shí)期的土地利用類型進(jìn)行疊加分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 MaxEnt 模型對(duì)鹽爪爪屬適生區(qū)預(yù)測(cè)

2.1.1 模擬結(jié)果的精度評(píng)價(jià)

采用受試者工作曲線ROC 分析法對(duì)MaxEnt 模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證。本次模型對(duì)不同氣候情景下鹽爪爪屬5 種植物預(yù)測(cè)結(jié)果的AUC 值均大于0.8 (表5)，故滿足精度要求，并且模型在10 次重復(fù)間的穩(wěn)定性相對(duì)較好，因此，在本研究中MaxEnt模型預(yù)測(cè)的不同氣候情景下鹽爪爪屬5 種植物的適生范圍具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。

表5 MaxEnt 模型在不同氣候下的AUC 值Table 5 AUC value of MaxEnt under different climates

2.1.2 環(huán)境變量貢獻(xiàn)率分析

MaxEnt 模型估算出了不同環(huán)境變量對(duì)鹽爪爪屬潛在分布區(qū)預(yù)測(cè)貢獻(xiàn)率的大小，每種植物本研究只統(tǒng)計(jì)了貢獻(xiàn)率排在前8 的環(huán)境變量。結(jié)果表明：影響鹽爪爪屬5 種植物潛在分布的首要環(huán)境變量皆為氣候因子，其中最暖季平均降水量(bio18)對(duì)鹽爪爪、尖葉鹽爪爪和細(xì)枝鹽爪爪潛在分布的影響最大，圓葉鹽爪爪和里海鹽爪爪潛在分布受降水量變化的方差(bio15)影響最大。地形因子中只有坡度(slope)對(duì)鹽爪爪、圓葉鹽爪爪、里海鹽爪爪和細(xì)枝鹽爪爪的潛在分布有著不同程度的影響，而對(duì)尖葉鹽爪爪潛在分布影響很?。煌寥酪蜃訉?duì)鹽爪爪屬不同植物的潛在分布的貢獻(xiàn)率存在很大的差異(圖2)。

圖2 環(huán)境變量對(duì)鹽爪爪屬5 種植物在MaxEnt 模型中的貢獻(xiàn)率Figure 2 Contribution rate of environmental variables in five different Kalidium species based on the MaxEnt model

2.1.3 5 種不同鹽爪爪屬植物在中國(guó)西北地區(qū)的潛在分布預(yù)測(cè)

MaxEnt 運(yùn)行結(jié)果表明，在基準(zhǔn)氣候情景下鹽爪爪的中、高適生區(qū)主要分布在塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、甘肅省中部地區(qū)、寧夏北部、青海省海西蒙古族自治州中部和內(nèi)蒙古西南部；尖葉鹽爪爪主要分布在新疆阿圖什和阿克蘇西部邊緣、甘肅省中部、寧夏南部、青海省中部和內(nèi)蒙古鄂爾多斯；細(xì)枝鹽爪爪主要分布在甘肅省中部、寧夏和內(nèi)蒙古鄂爾多斯；圓葉鹽爪爪分布較少，在塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地以及甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古交界處有零星分布；里海鹽爪爪主要分布在新疆阿勒泰北部、塔城地區(qū)、內(nèi)蒙古巴彥卓爾北部和寧夏北部，甘肅及青海分布較少(圖3)。

圖3 基準(zhǔn)氣候情景下鹽爪爪屬植物在中國(guó)西北地區(qū)的潛在分布Figure 3 Potential distribution of Kalidium in Northwest China under the baseline climate

與基準(zhǔn)氣候情景相比，只有2050 時(shí)段RCP8.5氣候情景下里海鹽爪爪的中、高適生區(qū)面積之和有所減少，其余各時(shí)間段不同氣候情景下鹽爪爪屬5 個(gè)種的中、高適生區(qū)面積之和都出現(xiàn)了不同程度的增加(表6)。其中鹽爪爪在RCP2.6 氣候情景下未來(lái)2050 和2070 時(shí)段在新疆準(zhǔn)噶爾盆地?cái)U(kuò)張較為明顯；尖葉鹽爪爪在未來(lái)不同氣候情景下主要在甘肅省呈現(xiàn)出由東向西擴(kuò)張的趨勢(shì)；細(xì)枝鹽爪爪、圓葉鹽爪爪、里海鹽爪爪與以上兩個(gè)種相比中、高適生區(qū)面積之和增加不明顯(圖4、圖5、圖6、圖7)。

圖4 2050 RCP2.6 情景下鹽爪爪屬植物在中國(guó)西北地區(qū)的潛在分布Figure 4 Potential distribution of Kalidium in Northwest China under the 2050 RCP2.6 scenario

圖5 2070 RCP2.6 情景下鹽爪爪屬植物在中國(guó)西北地區(qū)的潛在分布Figure 5 Potential distribution of Kalidium in Northwest China under the 2070 RCP2.6 scenario

圖6 2050 RCP8.5 情景下鹽爪爪屬植物在中國(guó)西北地區(qū)的潛在分布Figure 6 Potential distribution of Kalidium in Northwest China under the 2050 RCP8.5 scenario

圖7 2070 RCP8.5 情景下鹽爪爪屬植物在中國(guó)西北地區(qū)的潛在分布Figure 7 Potential distribution of Kalidium in Northwest China under the 2070 RCP8.5 scenario

表6 不同氣候情景鹽爪爪屬植物各適生區(qū)面積占中國(guó)西北五省的面積百分比Table 6 Percentage of suitable areas of Kalidium species in five provinces of Northwest China under different climate scenarios

2.1.4 鹽爪爪屬5 種植物潛在適生區(qū)生態(tài)位參數(shù)

通過(guò)對(duì)MaxEnt 模型輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同氣候情景下影響鹽爪爪屬中、高適生區(qū)主要環(huán)境變量的生態(tài)位參數(shù)基本一致，所以本研究只統(tǒng)計(jì)了基準(zhǔn)氣候情景下的生態(tài)位參數(shù)變化范圍(表7)。數(shù)據(jù)表明，bio18 (最暖季平均降水量)是影響鹽爪爪屬5 種植物適生區(qū)分布的主要環(huán)境變量之一，圓葉鹽爪爪的值較低，其他4 個(gè)種的變化范圍基本相近；bio11 (最冷季平均溫度)也是影響鹽爪爪屬5 種植物適生區(qū)分布的主要環(huán)境變量之一，且變化范圍的上限皆為9 ℃；bio19 (最冷季平均降水量)是影響鹽爪爪、尖葉鹽爪爪、細(xì)枝鹽爪爪和圓葉鹽爪爪4 個(gè)種適生區(qū)分布的主要環(huán)境變量之一，其中圓葉鹽爪爪變化范圍較大(7～76 mm)；slope (坡度)是影響鹽爪爪、細(xì)枝鹽爪爪、圓葉鹽爪爪和里海鹽爪爪適生分布區(qū)的主要環(huán)境變量之一，其變化范圍的均值分別為16.5 °、15 °、1 °、15 °；土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響尖葉鹽爪爪、圓葉鹽爪爪和里海鹽爪爪適生區(qū)分布的主要環(huán)境變量之一，其變化范圍基本一致；影響鹽爪爪屬5 種植物適生區(qū)分布的主要環(huán)境變量中，其他地形因子和土壤因子的差異較大。

表7 鹽爪爪屬5 種植物中適生區(qū)和高適生區(qū)主要環(huán)境變量的生態(tài)位參數(shù)Table 7 Niche parameters of major environmental variables in mid-and high-suitability areas for Kalidium

2.2 鹽爪爪屬5 種植物潛在高適宜分布區(qū)與土地利用類型疊加分析

通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)氣候情景下5 種不同鹽爪爪屬植物高適生區(qū)和1980、1990、2000 三期土地利用類型數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析(圖8、圖9、圖10)，發(fā)現(xiàn)5 種不同鹽爪爪屬植物的高適生區(qū)部分土地已經(jīng)被開發(fā)利用。其中，鹽爪爪高適生區(qū)三期未利用土地的平均面積為17.54 萬(wàn)km2，占其高適生區(qū)面積的47.98%；尖葉鹽爪爪高適生區(qū)三期未利用土地的平均面積為7.14 萬(wàn)km2(表8)，占其高適生區(qū)面積的30.59%；細(xì)枝鹽爪爪高適生區(qū)三期未利用土地的平均面積為4.89 萬(wàn)km2，占其高適生區(qū)面積的24.08%；圓葉鹽爪爪高適生區(qū)三期未利用土地的平均面積為0.82 萬(wàn)km2，占其高適生區(qū)面積的18.89%；里海鹽爪爪高適生區(qū)三期未利用土地的平均面積為8.61 萬(wàn)km2，占其高適生區(qū)面積的45.36%。

表8 5 種不同鹽爪爪植物高適生區(qū)分別占三期土地利用各地類的面積Table 8 High-adaptation areas for five Kalidium species according to land-use types in the third phase

圖8 1980年土地利用類型與基準(zhǔn)氣候情景下鹽爪爪屬植物的高適生區(qū)(白色多邊形)Figure 8 High suitability areas (the blue polygon is the high fitness area) of five Kalidium species according to land-use types in 1980 and benchmark climate scenarios

圖9 1990年土地利用類型與基準(zhǔn)氣候情景下鹽爪爪屬植物的高適生區(qū)(黃色多邊形)Figure 9 High suitability areas (the blue polygon is the high fitness area) of five Kalidium species according to land-use types in 1990 and benchmark climate scenarios

圖10 2000年土地利用類型與基準(zhǔn)氣候情景下鹽爪爪屬植物的高適生區(qū)(藍(lán)色多邊形)Figure 10 High-suitability areas (the blue polygon is the high fitness area) of five Kalidium species according to land-use types in 2000 and benchmark climate scenarios

3 討論與結(jié)論

本研究通過(guò)綜合參考中國(guó)植物圖像庫(kù)、植被圖集、GBIF、CHV 及已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)資料，統(tǒng)計(jì)了5 種不同鹽爪爪屬植物的地理分布數(shù)據(jù)。結(jié)果表明鹽爪爪在西北地區(qū)跨新疆、青海、甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古分布，其中在新疆和甘肅分布較廣，是鹽爪爪屬中分布最為廣泛的一個(gè)種；尖葉鹽爪爪主要分布于寧夏和甘肅；細(xì)枝鹽爪爪主要分布于甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古；里海鹽爪爪主要分布在新疆天山北部；而圓葉鹽爪爪分布面積最少，主要在新疆和甘肅有零星分布。本結(jié)果與劉得成[23]的研究結(jié)果基本一致。

從5 種不同鹽爪爪屬植物的生境來(lái)看，有可能是隨著環(huán)境的變化，其分布范圍也發(fā)生了一定的變化，特別是在當(dāng)前全球氣候變暖的大背景下，溫度、降水等氣候因子作為限制植物地理分布的非生物因子，對(duì)其分布有一定的影響，同時(shí)地形因子和土壤因子對(duì)植物的地理分布也有很大的影響[5]。本研究在選取19 個(gè)氣候因子的基礎(chǔ)上還選擇了3 個(gè)地形因子和6 個(gè)土壤因子參與建模，對(duì)5 種不同的鹽爪爪屬植物潛在分布區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，所有的環(huán)境變量中氣候因子是影響鹽爪爪屬適生區(qū)分布的主導(dǎo)因子，地形和土壤因子對(duì)適生區(qū)分布的貢獻(xiàn)率相對(duì)較小，這也證實(shí)了植物在區(qū)域尺度上的地理分布主要受環(huán)境因子的制約，其中水熱條件起主導(dǎo)作用的觀點(diǎn)[24]；另外，本研究結(jié)果表明：5 種不同鹽爪爪屬植物潛在地理分布的主要驅(qū)動(dòng)因子(前8 位)不同，且主要驅(qū)動(dòng)因子的生態(tài)位參數(shù)存在差異，這可能是造成鹽爪爪屬地理分布差異的原因。

模型預(yù)測(cè)所考慮的環(huán)境指標(biāo)帶有一定的局限性，不能包含實(shí)際物種生境中的所有環(huán)境變量及其他控制因子[25]。本研究沒有考慮地下水位以及人類干擾等因素，這些因素對(duì)物種適生區(qū)的變化肯定會(huì)有不同程度的影響，如果考慮地下水位的因素，一些物種的適生區(qū)面積可能會(huì)有所減小[7]。此外，鹽爪爪屬植物的實(shí)際變化面積還應(yīng)考慮該地區(qū)物種之間的相互作用、擴(kuò)散能力、植被類型、病蟲害等非生物因素的綜合影響，所以本研究預(yù)測(cè)的未來(lái)不同氣候情景下的5 種不同鹽爪爪屬植物的適生區(qū)不能夠說(shuō)明該物種在未來(lái)能夠自然生長(zhǎng)在這些區(qū)域，是否會(huì)有這些物種的分布，是由物種遷移和景觀屏障等因素共同決定[7]，預(yù)測(cè)適生區(qū)的范圍旨在為決策者和研究學(xué)者提供更為精確、更有價(jià)值的理論數(shù)據(jù)。

本研究在模型預(yù)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取土地利用數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)氣候情景下物種的潛在高適生區(qū)進(jìn)行疊加分析，旨在構(gòu)建更加符合實(shí)際的物種生態(tài)位模型?？紤]到基準(zhǔn)氣候情景與土地利用相互對(duì)應(yīng)，所以只選取1980、1990、2000年三期土地利用數(shù)據(jù)。結(jié)果表明基準(zhǔn)氣候情景下鹽爪爪屬5 種植物的高適生區(qū)內(nèi)部分土地已經(jīng)被開發(fā)利用。遵循生態(tài)治理原則，首先應(yīng)選擇未利用土地作為鹽爪爪屬植物的最佳種植區(qū)或者優(yōu)先保護(hù)區(qū)，包括沙地、戈壁、鹽堿地、裸土地等符合鹽爪爪屬植物生境的土地。因?yàn)槟壳皩?duì)未來(lái)氣候變化下的土地利用類型變化還不明確，故本研究只對(duì)當(dāng)前土地利用類型和基準(zhǔn)氣候情景下的適生區(qū)做了疊加分析，如果將未來(lái)氣候變化情景下的潛在適生區(qū)與未來(lái)土地利用的預(yù)測(cè)結(jié)果疊加，這可能會(huì)更精確地探究物種在未來(lái)氣候條件下的適生區(qū)范圍變化[26]。未來(lái)土地利用注定發(fā)生很大的變化，在土地利用開發(fā)時(shí)決策者應(yīng)考慮鹽爪爪屬等荒漠植物的適生區(qū)不被破壞，尤其是目前分布面積較少的圓葉鹽爪爪和細(xì)枝鹽爪爪。

經(jīng)過(guò)梁笑輝[17]對(duì)鹽爪爪屬進(jìn)行物種的界定后，認(rèn)為黃毛頭(Kalidium cuspidatumvar.Sinicum)應(yīng)該是鹽爪爪屬的一種，而不是尖葉鹽爪爪的一個(gè)變種，而中國(guó)植物志記載鹽爪爪屬共5 種，黃毛頭屬于尖葉鹽爪爪變種。因黃毛頭與尖葉鹽爪爪生物學(xué)特征不夠明顯，不排除標(biāo)本鑒定過(guò)程中存在失誤，將黃毛頭鑒定為尖葉鹽爪爪。綜上兩個(gè)原因，本文沒有對(duì)黃毛頭進(jìn)行研究。

本研究運(yùn)用MaxEnt 模型和ArcGIS 軟件分別預(yù)測(cè)在不同氣候情景下鹽爪爪屬5 種植物的潛在適生范圍及其變化情況，并且將土地利用類型數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)出的基準(zhǔn)氣候情景下鹽爪爪屬適生分布區(qū)進(jìn)行疊加分析，得出以下結(jié)論：1) MaxEnt 模型預(yù)測(cè)結(jié)果表明，鹽爪爪屬5 種植物適生區(qū)分布的主要驅(qū)動(dòng)因子存在差異，但氣候因子是所有鹽爪爪屬植物適生區(qū)分布的主導(dǎo)因子，地形和土壤對(duì)適生區(qū)分布的貢獻(xiàn)率相對(duì)較小。2)與基準(zhǔn)氣候情景相比，只有2050 時(shí)段RCP8.5氣候情景下里海鹽爪爪的中、高適生區(qū)面積有所收縮，其余各時(shí)間段不同氣候情景下鹽爪爪屬5 個(gè)種的中、高適生區(qū)面積都出現(xiàn)了不同程度的擴(kuò)張。其中，2050 和2070 兩個(gè)時(shí)段鹽爪爪在RCP2.6 氣候情景下在新疆準(zhǔn)噶爾盆地?cái)U(kuò)張的較為明顯；尖葉鹽爪爪在未來(lái)不同氣候情景下主要在甘肅省呈現(xiàn)出由東向西擴(kuò)張的趨勢(shì)；細(xì)枝鹽爪爪、圓葉鹽爪爪和里海鹽爪爪與以上兩個(gè)種相比，中、高適生區(qū)面積擴(kuò)張不夠明顯。3)鹽爪爪屬5 種植物中、高適生區(qū)主要驅(qū)動(dòng)因子的生態(tài)位參數(shù)存在差異，這是造成鹽爪爪屬5 種植物適生區(qū)分布存在差異的重要原因。4)對(duì)MaxEnt 模型預(yù)測(cè)出的基準(zhǔn)氣候情景下鹽爪爪屬5 種植物的高適生區(qū)和1980、1990、2000 三期土地利用類型數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，結(jié)果表明鹽爪爪屬5 種植物的高適生區(qū)部分土地已經(jīng)被開發(fā)利用，各高適生區(qū)未利用土地的面積從大到小依次為：鹽爪爪＞里海鹽爪爪＞尖葉鹽爪爪＞細(xì)枝鹽爪爪＞圓葉鹽爪爪。