胡政香, 諾明達(dá)來, 余權(quán)威, 呼爾查, 3, 4,*

新疆地區(qū)草原革蜱MaxEnt分布預(yù)測分析

胡政香1, 諾明達(dá)來2, 余權(quán)威2, 呼爾查2, 3, 4,*

1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院, 烏魯木齊 830052 2. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830052 3. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830052 4. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)博士后流動(dòng)站, 烏魯木齊 830052

草原革蜱是新疆地區(qū)常見的蜱種之一。該蜱能夠攜帶和傳播多種人畜共患病原體。為了分析該蜱在新疆的潛在分布模式, 本次預(yù)測分布采用了生物氣候數(shù)據(jù)變量數(shù)據(jù), 以及草原革蜱GPS出現(xiàn)位點(diǎn)的元數(shù)據(jù), 其中包含48個(gè)甄選GPS位點(diǎn), 用以進(jìn)行MaxEnt分布預(yù)測分析和響應(yīng)曲線分析。預(yù)測分布結(jié)果顯示, 草原革蜱主要分布在新疆北部。最適宜生存的區(qū)域在準(zhǔn)噶爾盆地西緣、天山北坡、伊犁河谷地區(qū)、塔城地區(qū)、天山南坡以及巴音布魯克草原。模型的AUC值通過10折交叉驗(yàn)證得出, 最終輸出的MaxEnt模型的平均AUC值為0.856 ± 0.044(SD), 表明該模型較為可靠。響應(yīng)曲線及貢獻(xiàn)率結(jié)果表明, 6個(gè)生物氣候變量中, 最干月份降水量()、等溫性()和年平均氣溫()對模型的貢獻(xiàn)率總計(jì)達(dá)到了88.5%, 表明草原革蜱較適宜生存的區(qū)域分布在降水量和年均氣溫較高的區(qū)域。本次分布預(yù)測模型是基于MaxEnt算法得出的, 首個(gè)用于分析新疆地區(qū)草原革蜱分布的模型。該MaxEnt預(yù)測分布模型將有助于新疆地區(qū)蜱類種群分布研究、蜱傳病原體檢測以及蜱源性疾病的風(fēng)險(xiǎn)評估分析。

草原革蜱, MaxEnt, 分布預(yù)測, 新疆, 巴音郭楞地區(qū)

0 前言

草原革蜱()隸屬于硬蜱科, 革蜱屬。草原革蜱分布范圍較廣, 世界范圍內(nèi)主要分布在我國、蒙古國和俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)[1]。據(jù)研究研究資料顯示, 目前該蜱在我國的新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧、河北、寧夏、陜西、甘肅、青海、西藏以及云南均有發(fā)現(xiàn)記錄[2]。

草原革蜱能夠傳播巴貝斯蟲、立克次氏體、布魯氏菌、布尼亞病毒及森林腦炎病毒等病原體, 對野生動(dòng)物、家畜及人類構(gòu)成危害[3-6]。新疆維吾爾自治區(qū)生態(tài)環(huán)境豐富, 適合多種蜱類生存[7, 8]。草原革蜱同作為革蜱屬的一員具有相似而不同于其他革蜱屬成員的分布特性, 該蜱種在新疆自治區(qū)分布較為廣泛。具文獻(xiàn)報(bào)道新疆多個(gè)地區(qū)均有草原革蜱出現(xiàn), 對人畜造成危害和經(jīng)濟(jì)損失[9, 10]。特別是近些年在阿勒泰地區(qū)檢出了新型布尼亞病毒, 說明蜱傳病原具有潛在的公共衛(wèi)生安全風(fēng)險(xiǎn)[11]。草原革蜱在新疆主要出現(xiàn)在牧區(qū)和林區(qū), 牧群經(jīng)常在草原上被該蜱侵襲, 其傳播的人畜共患病危害當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民群眾的健康, 同時(shí)給當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

蜱在自然環(huán)境中的生存與其寄生宿主動(dòng)物的活動(dòng)以及氣候環(huán)境條件密切相關(guān)。硬蜱大部分時(shí)間在尋找適宜吸血的宿主, 大約90%的生存時(shí)間是在自然環(huán)境中度過[12]。因此, 氣候條件很大程度上決定蜱種能否適應(yīng)該自然環(huán)境。對于蜱寄生的野生動(dòng)物來說, 氣候因素也在很大程度上決定其分布。小型嚙齒類動(dòng)物和中小型哺乳動(dòng)物根據(jù)氣候條件的長期篩選, 適應(yīng)了當(dāng)?shù)丨h(huán)境。然而, 這些動(dòng)物的數(shù)量, 分布范圍和密度又決定了多數(shù)蜱種的分布范圍[13-15]。

MaxEnt的空間分布預(yù)測是通過已有的物種出現(xiàn)位點(diǎn)(GPS)所處位置的特殊生存環(huán)境, 從已知分布區(qū)出發(fā), 利用最大熵原理, 通過機(jī)器算法歸納或模擬目標(biāo)物種的生態(tài)位, 然后將預(yù)測數(shù)據(jù)可視化并投射到研究區(qū)域地圖上, 從而研究該物種潛在分布區(qū)的軟件[16]。MaxEnt預(yù)測模型的優(yōu)勢在于, 只需掌握一定樣本量已知目標(biāo)物種的GPS出現(xiàn)位點(diǎn), 就能夠預(yù)測出該物種在其他地區(qū)出現(xiàn)的概率。因該模型對位點(diǎn)樣本的獨(dú)立性要求較低, 在較少樣本量的情況下, 仍然能表現(xiàn)出較高的預(yù)測精度[17, 18]。MaxEnt具有較高的準(zhǔn)確度和用戶友好的操作界面, 致使MaxEnt生態(tài)位模型在蜱蟲棲息地適宜性研究[19]、新蜱種入侵[20]、全球氣候變化對蜱類分布范圍的影響[21]等方面得到應(yīng)用。

本研究基于MaxEnt模型和ArcGIS空間技術(shù)平臺(tái)對新疆草原革蜱的分布進(jìn)行了預(yù)測[16]。首次以新疆地區(qū)為研究范圍, 對草原革蜱的分布進(jìn)行了預(yù)測。該預(yù)測數(shù)據(jù)可為進(jìn)一步研究邊蜱傳病原體在新疆的分布以及草原革蜱的種群分布及防控提供研究數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 軟件及地理數(shù)據(jù)來源

預(yù)測分析中使用的MaxEnt軟件免費(fèi)下載自美國自然歷史博物館網(wǎng)站(https://www.cs.princeton. edu/～schapire/maxent/)。ArcGIS軟件的使用和指導(dǎo)由新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)特種動(dòng)物學(xué)系的時(shí)磊教授團(tuán)隊(duì)提供。預(yù)測分布中使用的國家地圖是經(jīng)過用戶實(shí)名登記后, 免費(fèi)下載自“全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)”網(wǎng)站(http://www.webmap.cn/main.do?method= index)的1: 400萬標(biāo)準(zhǔn)矢量地圖。以該地圖作為底圖, 使用ArcGIS軟件提取新疆自治區(qū)以及巴音郭楞自治州(巴州)行政區(qū)劃圖, 作為預(yù)測分析用模板地圖。

1.2 草原革蜱分布數(shù)據(jù)及研究區(qū)域

草原革蜱GPS位點(diǎn)數(shù)據(jù)下載于Figshare在線數(shù)據(jù)庫 (https://figshare.com/)[22]。截止到2017年8月, 該數(shù)據(jù)整理并包含了全國范圍內(nèi)的蜱類病原、形態(tài)以及生態(tài)分布研究等文獻(xiàn)中記載的GPS位點(diǎn)。其中包括256個(gè)草原革蜱GPS出現(xiàn)記錄, 68個(gè)位點(diǎn)出現(xiàn)在新疆。為減少重復(fù)采樣造成的模型結(jié)果的共線性問題[1, 23], 相同的GPS位點(diǎn)記錄只保留1個(gè)。最終從該數(shù)據(jù)中篩選出了48個(gè)不重復(fù)的草原革蜱GPS出現(xiàn)位點(diǎn)。將甄選的位點(diǎn)作為圖層疊加在新疆自治區(qū)地圖上, 之后通過AcrGIS進(jìn)行地理校準(zhǔn)和展示(圖 1)。

圖1 草原革蜱GPS位點(diǎn)分布示意圖(樣本分布區(qū)域?yàn)樾陆S吾爾自治區(qū), 青綠色地區(qū)代表巴音郭楞蒙古自治州)

Figure 1 The distribution map of GPS localities representing(The localities are indicated on the map of Xinjiang Uyghur Autonomous Region. The turquoise shape in the picture represents the Bayingol Autonomous Prefecture)

研究區(qū)域?yàn)樾陆灾螀^(qū)以及其包含的巴州。新疆其地形與氣候多樣, 較為適宜多種蜱類生存[24]。巴音郭楞蒙古自治州位于新疆南疆地區(qū), 天山南部, 塔克拉瑪干沙漠東部, 號稱“神州第一大州”。位于東經(jīng)82°38′至93°45′, 北緯35°38′至43°36′間[25]。

1.3 環(huán)境變量獲得與篩選

環(huán)境變量采用了Worldclim數(shù)據(jù)庫中的19個(gè)生物氣候變量數(shù)據(jù)[26]。該數(shù)據(jù)已被廣泛用于MaxEnt物種分布預(yù)測建模(http://www.worldclim.org)[27]。19個(gè)生物氣候變量圖層的辨率為2.5 arc·minute-1(在赤道附近約為5 km × 5 km 的像素格)(表 1)。環(huán)境變量的篩選通過預(yù)先運(yùn)行MaxEnt軟件, 保留貢獻(xiàn)率大于1%的環(huán)境變量。隨后將19個(gè)環(huán)境變量所處GPS位點(diǎn)的氣候數(shù)據(jù)通過ArcGIS軟件中的“點(diǎn)提取多重?cái)?shù)值(Extract Multi Values to Points)”導(dǎo)出。使用R語言的ggplot腳本制圖, 并進(jìn)行相關(guān)性分析。相關(guān)性0.7＜|R|的變量, 保留兩者中貢獻(xiàn)量較大的變量。最后, 共篩選了6個(gè)環(huán)境變量用于草原革蜱適生性分析(圖 2, 表 2), 包括年均氣溫()、晝夜溫差月均值()、等溫性()、最暖月份最低氣溫()、年降水量()以及最干月份降水量()。

1.4 MaxEnt模型構(gòu)建與模型評估

1.4.1 模型構(gòu)建

將包含草原革蜱GPS位點(diǎn)數(shù)據(jù)的.CSV文件和生物氣候數(shù)據(jù)的.ASC文件導(dǎo)入MaxEnt模型中, 在默認(rèn)參數(shù)下運(yùn)行。模型驗(yàn)證采用10折交叉驗(yàn)證方法。即GPS位點(diǎn)樣本被劃分為10個(gè)等份, 取其中一份作為測試集來檢測其余的GPS位點(diǎn)組成的訓(xùn)練集。依次進(jìn)行其余的9次檢測, 從而完成所有運(yùn)算次數(shù)。最后, 通過10次運(yùn)行的平均值作為最終模型[1, 28]。

表1 下載自Worldclim數(shù)據(jù)庫的19個(gè)生物氣候變量

圖2 生物氣候變量之間的相關(guān)性分析圖

Figure 2 The diagram of correlation between bioclimatic variables

表2 下載自Worldclim數(shù)據(jù)庫的19個(gè)生物氣候變量

1.4.2 模型評估

使用特征曲線(receiver operating characteristic, ROC)的曲線下方面積(area under curve, AUC)值檢測預(yù)測模型的準(zhǔn)確性。AUC值的輸出范圍介于0.5—1之間, 越接近1則說明預(yù)測結(jié)果越為準(zhǔn)確。通常AUC值在0.5—0.7之間為精度較低, 0.7—0.9之間為精度較高, 0.9以上為高精度預(yù)測。

1.5 草原革蜱適生等級區(qū)分與環(huán)境變量響應(yīng)曲線

MaxEnt生成的原始圖像文件的數(shù)值為邏輯值(logistic), 即邏輯值0表示不可能出現(xiàn)分布, 邏輯值1表示必有分布。將模型輸出的ASCⅡ文件導(dǎo)入到Arc GIS 10.2 中, 轉(zhuǎn)化成為柵格文件。使用掩膜提取工具, 分別利用新疆自治區(qū)和巴州地圖為模具, 掩模提取預(yù)測分布圖進(jìn)行分析。模型文件經(jīng)過ArcGIS軟件的優(yōu)化, 調(diào)整邏輯值的顏色, 以深色表示高邏輯值的像素格, 淺色代表低邏輯值像素格。巴州范圍的MaxEnt模型通過自然間斷分段法, 將草原革蜱在該地區(qū)的適生區(qū)劃分為非適生區(qū)、低適生區(qū)、中適生區(qū)以及高適生區(qū)。

為了解環(huán)境變量對草原革蜱分布產(chǎn)生的影響, 在模型運(yùn)行時(shí)進(jìn)行刀切法(Jecknife)檢測。預(yù)測模型在多次運(yùn)行過程中, 會(huì)省略一個(gè)生物氣候變量, 得出被省略的生物氣候變量與遺漏誤差之間的相關(guān)性來確定最佳的生物氣候變量。如該生物氣候變量的存在與遺漏誤差間呈正相關(guān), 說明這個(gè)變量會(huì)導(dǎo)致模型整體預(yù)測能力的降低[26, 29]。因此, 該生物氣候變量會(huì)在進(jìn)一步的分析中剔除, 將每個(gè)生物氣候變量通過上述運(yùn)算即可確定影響草原革蜱分布的主導(dǎo)生物氣候變量及適生區(qū)范圍, 并生成草原革蜱對環(huán)境變量的響應(yīng)曲線, 包括年均氣溫()、晝夜溫差月均值()、等溫性()、最暖月份最低氣溫()、年降水量()以及最干月份降水量()。

2 結(jié)果與分析

2.1 MaxEnt預(yù)測模型準(zhǔn)確性評價(jià)

MaxEnt預(yù)測結(jié)果顯示, 模型的平均值A(chǔ)UC為0.856±0.044(SD), 表明該模型的預(yù)測結(jié)果較為準(zhǔn)確, 可以用于草原革蜱的預(yù)測分布分析(圖 3)。

2.2 草原革蜱的分布預(yù)測

草原革蜱MaxEnt預(yù)測模型輸出為邏輯值, 即該物種在此像素格中的出現(xiàn)概率。MaxEnt分布預(yù)測結(jié)果顯示, 在全疆范圍內(nèi)主要草原革蜱分布區(qū)域?yàn)檗r(nóng)牧業(yè)較為發(fā)達(dá)的新疆北部地區(qū)。從新疆草原革蜱MaxEnt預(yù)測模型中得出, 該蜱在新疆適宜生長的地區(qū)主要為伊犁河谷地區(qū), 博爾塔拉自治州, 塔城地區(qū), 阿勒泰地區(qū)西部, 天山北麓, 準(zhǔn)格爾盆地西部及巴州北部區(qū)域。新疆南部地區(qū)整體顯示出不適宜草原革蜱生存的狀態(tài)。南疆地形主要地形為沙漠與戈壁灘(圖 4)。

新疆巴州的北部是草原地帶, 南部是沙漠與戈壁。以往的研究表明巴州北部的巴音布魯克草原地區(qū)有較多的草原革蜱的發(fā)現(xiàn)記錄。本次MaxEnt預(yù)測分布中巴音布魯克地區(qū)也表現(xiàn)出較為適宜草原革蜱生存的情況。其主要適宜分布區(qū)域集中在山谷之間的草原地帶, 該預(yù)測結(jié)果與先前的研究報(bào)道相一致[2, 6]。這些區(qū)域主要覆蓋巴州北部四縣(和靜縣、和碩縣、焉耆縣和博湖縣)。巴州南部表現(xiàn)零星樣分布特點(diǎn)。同時(shí), 通過自然間斷分段法將巴州的分布區(qū)域劃分適宜性區(qū)域后得出, 不適宜草原革蜱分布的區(qū)域(< 5.47%)占所有巴州預(yù)測分布區(qū)域的69.01%, 低適宜區(qū)域(5.47% << 18.04%)占19.90%, 中適宜區(qū)域(18.04% << 34.89%)占6.16%, 高適宜區(qū)域(34.89% << 72.89%)占4.93% (圖 5)。

圖3 草原革蜱MaxEnt預(yù)測AUC值

Figure 3 The AUC value of MaxEnt prediction for

圖4 草原革蜱MaxEnt分布預(yù)測模擬圖

Figure 4 The MaxEnt predicted distribution map ofin Xinjiang, China

圖5 草原革蜱在巴音郭楞自治州的MaxEnt預(yù)測分布圖(非適生區(qū)為< 5.47%, 低適生區(qū)為5.47%—18.04%, 中適生區(qū)為18.04%—34.89%, 高適生區(qū)為34.89%—72.89%)

Figure 5 MaxEnt prediction model ofin Bayingol Autonomous Prefecture(Unsuitable area is < 5.47%; low suitable area is between 5.47%-18.04%; midium suitable area is between 18.04%-34.89%; high suitable area is between 34.89%-72.89%)

2.3 主要環(huán)境變量與草原革蜱環(huán)境適應(yīng)性分析

本次預(yù)測分布只采用了生物氣候數(shù)據(jù)作為變量。影響草原革蜱分布的主要環(huán)境變量依次為最干月份降水量(, )貢獻(xiàn)率59.7%、等溫性()貢獻(xiàn)率16.2%、晝夜溫差月均值()貢獻(xiàn)率12.6%、年平均氣溫()貢獻(xiàn)率8.41%、年降水量()貢獻(xiàn)率1.8%和最暖月份最低氣溫()貢獻(xiàn)率1.3%?？梢钥闯? 影響草原革蜱的分布因素主要為降水量, 其次是溫度。草原革蜱在最干季度降水量(, )升高時(shí)適應(yīng)性隨之升高, 在降水量19 mm時(shí)達(dá)最高。等溫性()對草原革蜱分布的影響浮動(dòng)較大, 但在23 ℃時(shí)浮動(dòng)最小。晝夜溫差月均值()越小, 草原革蜱越適宜該環(huán)境, 溫差在3 ℃ 以下, 其適生性達(dá)到最高。適生性在年平均氣溫()-5 ℃—15 ℃度出現(xiàn)上升并在15 ℃達(dá)到最高。適生性在年降水量()從0 mm—200 mm之間成上升狀態(tài), 從250 mm—600 mm之間逐漸下降至最低。最暖月份最低氣溫()在-20 ℃(圖 6)。在6個(gè)環(huán)境變量中, 降水條件是蜱預(yù)測模型的最重要影響因素。響應(yīng)曲線在一定程度上解釋了預(yù)測分布區(qū)域主要集中在北部草原地區(qū)及河谷地區(qū)。這些地區(qū)降水穩(wěn)定, 年平均氣溫較高且晝夜溫差較大, 構(gòu)成了草原革蜱理想的棲息地。

3 討論

物種分布軟件MaxEnt是個(gè)精度較高, 但同時(shí)該軟件也是個(gè)對于GPS數(shù)據(jù)輸入較為敏感的軟件[30]。在空間分布建模中, 參數(shù)輸入是非常重要的環(huán)節(jié), 其中以GPS位點(diǎn)來源為重[31]。在本次MaxEnt分布建模中使用的數(shù)據(jù)取來自預(yù)先通過文獻(xiàn)甄選過的元數(shù)據(jù), 其時(shí)間跨度大, 分布范圍廣, 而且來源可靠, 多數(shù)為形態(tài)學(xué)與分子生物學(xué)結(jié)合的方式獲取的蜱種鑒定資料。通過ArcGIS地理校準(zhǔn)后的位點(diǎn)所處位置大部分地區(qū)都在新疆自治區(qū)的城鎮(zhèn)及交通便利的區(qū)域, 其原因是, 在這些區(qū)域的蜱蟲樣本更易于研究人員采集。所有樣本均來源于家畜體表, 草場, 灌木, 樹林與草地結(jié)合處等。而非來自實(shí)驗(yàn)室或博物館的標(biāo)本。雖然采樣區(qū)域的偏好性能造成一定的預(yù)測分布偏差, 但采樣造成的偏差可以通過重復(fù)樣本的剔除而降低[32]。因此, 預(yù)測分析中使用的GPS位點(diǎn)具有較高的代表性。預(yù)測中使用的環(huán)境變量文件的分辨率較高, 在該分辨率下, 絕大多數(shù)草原革蜱GPS位點(diǎn)處于不同的像素格內(nèi), 從而減少采樣造成的建模偏差[26]。

圖6 新疆草原革蜱MaxEnt預(yù)測分布變量響應(yīng)曲線

Figure 6 The response curve of the variables generated in MaxEnt prediction ofdistribution in Xinjiang

本次預(yù)測模擬得出最適宜分布區(qū)域, 如準(zhǔn)格爾盆地西側(cè)邊緣、伊犁河谷地區(qū)與天山北坡一代的草原地帶。適宜分布區(qū)域包括農(nóng)田、草原以及城鎮(zhèn)。以農(nóng)業(yè)區(qū)域?qū)Σ菰矧绲姆植加绊憗砜?。農(nóng)田之間和道路兩側(cè)種植了成排的樹木[33]。這些隔離帶中的樹木一定程度上為蜱的生存提供了保障。具文獻(xiàn)記載, 闊葉樹木所在地表植被有利于蜱蟲的生存[34-36]。樹林與落葉的主要作用在于防止蜱蟲暴露在陽光下, 導(dǎo)致其體表的蠟質(zhì)層融化, 使其脫水死亡[37]。大面積的農(nóng)業(yè)區(qū)域在很大程度上改造了地表結(jié)構(gòu), 同時(shí)又減少了嚙齒類動(dòng)物在農(nóng)田中的活動(dòng)。因此, 幼齡期的草原革蜱(幼蜱和若蜱)也隨著寄生宿主的減少而減少。最終, 飽血若蜱經(jīng)過半變態(tài)反應(yīng), 蛻皮為成蟲的數(shù)量也大量減少[38]。雖然準(zhǔn)格爾盆地西側(cè)和天山北麓一帶的城鎮(zhèn)和農(nóng)業(yè)地區(qū)在MaxEnt分布預(yù)測中顯示是適宜草原革蜱生存區(qū)域, 但草原革蜱在該區(qū)域?qū)嶋H出現(xiàn)的概率較小。

同屬于草原革蜱適宜分布的區(qū)域, 如伊利河谷、阿勒泰西部以及天山南部的巴音布魯克地區(qū)等植被覆蓋較多的區(qū)域的牧民通常采用輪牧制度。牧民一年四季在不同的草長放牧。當(dāng)?shù)夭菰貐^(qū)的動(dòng)物流動(dòng)較大, 包括野生動(dòng)物和家畜。然而, 寄生在這些動(dòng)物體表的草原革蜱也會(huì)隨著動(dòng)物的遷移而移動(dòng), 進(jìn)入新的適生區(qū), 從而造成蜱種的擴(kuò)散[20]。草原上分布著數(shù)量和種類繁多的嚙齒類動(dòng)物和牧群, 能夠支持較大數(shù)量的草原革蜱生存[39]。因此, 牧場地區(qū)的草原革蜱的實(shí)際分布情況可能更為接近預(yù)測分布所顯示的狀態(tài)。

不適宜草原革蜱分布的區(qū)域主要集中在南疆地區(qū), 該地區(qū)平均氣溫高, 降水量少, 不利于草原革蜱的生存。同屬于革蜱類的變異革蜱()相關(guān)研究表明, 蜱蟲并不通過吸食液態(tài)水保持體內(nèi)水分, 而是吸收空氣中的水蒸氣來補(bǔ)充體內(nèi)蒸發(fā)的水分[40]。草原革蜱不適宜生存在南疆的原因可能是由于空氣濕度過低, 導(dǎo)致草原革蜱無法保持其體內(nèi)的水平衡造成, 但仍需進(jìn)一步研究驗(yàn)證該結(jié)論。

4 結(jié)論

本研究基于MaxEnt和ArcGIS空間技術(shù)平臺(tái), 利用權(quán)威的蜱蟲GPS位點(diǎn)元數(shù)據(jù)和生物氣候變量數(shù)據(jù)預(yù)測分析了草原革蜱在新疆的分布情況, 并得出該蜱主要分布在新疆準(zhǔn)噶爾盆地西緣、天山北坡、伊犁河谷地區(qū)、塔城地區(qū)、天山南坡以及巴音布魯克草原。草原革蜱較適宜生存的氣候條件是常年穩(wěn)定的降水量、較高的平均氣溫以及較大的晝夜溫差。該草原革蜱MaxEnt預(yù)測分析數(shù)據(jù)補(bǔ)充并豐富了新疆蜱類種群分布數(shù)據(jù), 為蜱類區(qū)系分布研究提供了新的思路。此外, 該數(shù)據(jù)也能為新疆蜱傳病原體的檢測以及蜱源性人畜共患病的風(fēng)險(xiǎn)評估提供數(shù)據(jù)參考。

[1] WANG Fang, WANG Duo, GUO Ge, et al. Species delimitation of the ticks based on phylogenetic clustering and niche modeling [J]. PeerJ, 2019, 7: e6911. DOI: 10.7717/peerj.6911

[2] 趙國平. 中國蜱類空間分布及其危害預(yù)測 [D]. 北京: 軍事科學(xué)院, 2018.

[3] 周鴻銘. 草原革蜱和森林革蜱的形態(tài)學(xué)與分子標(biāo)記及腸道菌群結(jié)構(gòu)研究 [D]. 長沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2019.

[4] 方耀輝. 青海省草原革蜱攜帶新型的RNA病毒的調(diào)查 [D]. 武漢:中國科學(xué)院武漢病毒研究所, 2019.

[5] 黃天鵬. 內(nèi)蒙古優(yōu)勢蜱種—草原革蜱的生物學(xué)特性及其潛在傳播人和動(dòng)物布魯斯菌病的風(fēng)險(xiǎn)分析 [D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 2017.

[6] 敖敦格日勒, 格日勒圖, 朱玉濤, 等. 內(nèi)蒙古和新疆兩地草原革蜱源性馬駑巴貝斯蟲病病原DNA檢測 [J]. 中國獸醫(yī)雜志, 2015, 51(5): 21–23.

[7] 于心. 新疆蜱類志 [M]. 烏魯木齊: 新疆科學(xué)技術(shù)衛(wèi)生出版社, 1997.

[8] 吳海霞, 劉小波, 岳玉娟, 等. 2018年全國蜱類監(jiān)測報(bào)告 [J]. 中國媒介生物學(xué)及控制雜志, 2019, 30(2): 146–150.

[9] 樊媛媛. 草原革蜱中的檢測及其對宿主遺傳多樣性的影響 [D]. 石家莊: 河北師范大學(xué), 2019.

[10] 段曉梅. 新疆部分地區(qū)鼠類及蜱類中感染蜱類媒病毒的調(diào)查研究 [D]. 烏魯木齊: 新疆大學(xué), 2015.

[11] LIU Xiafei, ZHANG Xu, WANG Zedong, et al. A Tentative Tamdy Orthonairovirus Related to Febrile Illness in Northwestern China [J]. Clinical Infectious Diseases, 2019, 70(10): 2155–2160.

[12] 王曉中, 黃琳. 氣候變化與蜱等媒介傳染病關(guān)系研究進(jìn)展 [J]. 口岸衛(wèi)生控制, 2012, 17(6): 51–55.

[13] 蘇比奴爾·艾力, 熱木圖拉·阿卜杜克熱木, 于蘇云江·嗎米提敏, 等. 基于MaxEnt模型的新疆鵝喉羚生境適宜性評價(jià) [J]. 野生動(dòng)物學(xué)報(bào), 2019, 40(1): 27–32.

[14] 孫洪濤, 彭程, 孫淑芳, 等. 新疆邊境跨界動(dòng)物疫病傳入風(fēng)險(xiǎn)因素調(diào)查 [J]. 中國動(dòng)物檢疫, 2016, 33(12): 27–30.

[15] 伊拉木江·托合塔洪, 阿迪力·艾合麥提, 單文娟, 等. 新疆兔屬三物種潛在生境分布及未來氣候變化的影響 [J]. 野生動(dòng)物學(xué)報(bào), 2020, 41(1): 70–79.

[16] PHILLIPS S J, ANDERSON R P, SCHAPIRE R E. Maximum entropy modeling of species geographic distributions [J]. Ecological Modelling, 2006, 190(3/4): 231–259.

[17] 陳新美, 雷淵才, 張雄清, 等. 樣本量對MaxEnt模型預(yù)測物種分布精度和穩(wěn)定性的影響 [J]. 林業(yè)科學(xué), 2012, 48(1): 53–59.

[18] PEARSON R G, RAXWORTHY C J, NAKAMURA M, et al. ORIGINAL ARTICLE: Predicting species distributions from small numbers of occurrence records: a test case using cryptic geckos in Madagascar [J]. J Biogeogr, 2006, 34(1): 102–117.

[19] ROCHLIN I. Modeling the Asian Longhorned Tick (Acari: Ixodidae) Suitable Habitat in North America [J]. Journal of Medical Entomology, 2019, 56(2): 384–391.

[20] ESTRADA-PE?A A. Climate, niche, ticks, and models: what they are and how we should interpret them [J]. Parasitology Research, 2008, 103: 87–95.

[21] OLIVEIRA S V D, ROMERO-ALVAREZ D, MARTINS T F, et al.ticks and future climate: Range contraction due to climate warming [J]. Acta Tropical, 2017, 176: 340–348.

[22] ZHANG Guanshi, ZHENG Duo, TIAN Yuqin, et al. A dataset of distribution and diversity of ticks in China [J]. Scientific Data, 2019, 6(1): 105.

[23] LI Guoqing, DU Sheng, GUO Ke. Evaluation of Limiting Climatic Factors and Simulation of a Climatically Suitable Habitat for Chinese Sea Buckthorn [J]. PloS one, 2015, 10(7): e0131659. doi: 10.1371/journal.pone.0131659

[24] 劉志強(qiáng). 新疆北疆地區(qū)蜱種分布、分子特征及重要蜱傳病原的分子檢測 [D]. 石河子: 石河子大學(xué), 2019.

[25] 陳月含雨. 巴音郭楞蒙古自治州旅游資源及其開發(fā)策略研究 [D]. 武漢: 華中師范大學(xué), 2016.

[26] MEROW C, SMITH M J, SILANDER J A. A practical guide to MaxEnt for modeling species’ distributions: what it does, and why inputs and settings matter [J]. Ecography, 2013, 36(10): 1058–1069.

[27] FICK S E, HIJMANS R J. WorldClim 2: new 1-km spatial resolution climate surfaces for global land areas [J]. Int J Climatol, 2017, 37(12): 4302–4315.

[28] PORRETTA D, MASTRANTONIO V, AMENDOLIA S, et al. Effects of global changes on the climatic niche of the tick Ixodes ricinus inferred by species distribution modelling [J]. Parasit Vectors, 2013, 6: 271.

[29] 張丹華, 胡遠(yuǎn)滿, 劉淼. 基于Maxent生態(tài)位模型的互花米草在我國沿海的潛在分布 [J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2019, 30(7): 2329–2337.

[30] FENG Xiao, PARK D S, WALKER C, et al. A checklist for maximizing reproducibility of ecological niche models [J]. Nature Ecology Evolution, 2019, 3(10): 1382–1395.

[31] MCGILL B J. Ecology. Matters of scale [J]. Science, 2010, 328(5978): 575–576.

[32] JAMES A M, BURDETT C, MCCOOL M J, et al. The geographic distribution and ecological preferences of the American dog tick,(Say), in the U.S.A [J]. Medical and Vetterinary Entomology, 2015, 29(2): 178–188.

[33] 趙英銘, 劉明虎, 周全來, 等. 綠洲農(nóng)田防護(hù)林單株新疆楊生物量及其根冠比變化 [J]. 中國水土保持科學(xué), 2020, 18(1): 35–41.

[34] BERTRAND M R, WILSON M L. Microclimate- dependent survival of unfed adult(Acari:Ixodidae) in nature: life cycle and study design implications [J]. Journal if Medical Entomology, 1996, 33(4): 619–627.

[35] DAS A, LELE S R, GLASS G E, et al. Modelling a discrete spatial response using generalized linear mixed models: application to Lyme disease vectors [J]. Internaitonal Journal of Geographical Information Science, 2002, 16(2): 151–166.

[36] SOUCY J R, SLATCULESCU A M, NYIRANEZA C, et al. High-Resolution Ecological Niche Modeling ofTicks Based on Passive Surveillance Data at the Northern Frontier of Lyme Disease Emergence in North America [J]. Vector Borne and Zoonotic Diseases, 2018, 18(5): 235–242.

[37] NEEDHAM G R, SELIM M E, YODER J A. Impact of feeding, molting and relative humidity on cuticular wax deposition and water loss in the lone sta tick,[J]. Journal of Insect Physiology, 1997, 43(6): 547–51.

[38] REHMAN A, NIJHOF A M, SAUTER-LOUIS C, et al. Distribution of ticks infesting ruminants and risk factors associated with high tick prevalence in livestock farms in the semi-arid and arid agro-ecological zones of Pakistan [J]. Parasit Vectors, 2017, 10(1): 190.

[39] BURSALI A, KESKIN A, ?IM?EK E, et al. A survey of ticks (Acari: Ixodida) infesting some wild animals from Sivas, Turkey [J]. Experimental and Applied Acarology, 2015, 66(2): 293–9.

[40] YODER J A, ROSENDALE A J, BENOIT J B. Short day-triggered quiescence promotes water conservation in the American dog tick,[J]. Journal of Comparative Physiology B, 2016, 186(3): 287–96.

MaxEnt distribution prediction ofin Xinjiang region of China

HU Zhengxiang1, NUO Mingdalai2, YU Quanwei2, HU Ercha2, 3, 4,*

1. College of Grassland Science, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China 2.College of Veterinary Medicine, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China 3. College of Animal Science, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China 4.Xinjiang Agricultural University Post-doctoral Station of Veterinary Medicine, Urumqi 830052, China

is one of the common tick species in Xinjiang, China. The tick species is capable of carrying and transmitting a variety of zoonotic pathogens. To predict the potential distribution ofin Xinjiang, MaxEnt prediction was performed with bioclimate variables and 48 curated GPS localities extracted from a metadata containing tick occurrence records. The predicted distribution results indicated that the main distribution area ofwas located in northern Xinjiang. The most suitable areas were distributed in the western margin of Junggar Basin, north slope of Tianshan Mountain, Yili River Valley, Tacheng area, south slope of Tianshan Mountain and Bayinbulak grassland. The AUC value was obtained by 10-fold cross-validation, and the final output model showed a mean AUC of 0.856 ± 0.044 (SD) indicating that the model was reliable. The response curve and contribution rate of the six bioclimatic variables revealed that the precipitation of the driest month (), isothermality () and mean diurnal range () accounted for up to 88.5% of the model contribution, indicating that the regions with high precipitation and cool air temperature were very suitable for this tick species in Xinjiang. In total, this distribution prediction model is based on MaxEnt algorithm, which is the first model used to analyze the distribution ofin Xinjiang region. The MaxEnt predictive distribution model will be helpful in the study of tick population distribution, tick-borne pathogen detection and risk assessment of tick-borne diseases in Xinjiang.

; MaxEnt; Distribution prediction; Xinjiang; Bayingol area

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.04.012

S85539+1

A

1008-8873(2022)04-092-09

2020-08-06;

2020-09-18

新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2022D01A65); 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)“天池博士計(jì)劃”; 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目

胡政香(1992—), 女, 新疆博湖人, 碩士, 講師, 主要從事動(dòng)物寄生蟲研究, E-mail: 387857216@qq.com

通信作者:呼爾查(1986—), 男, 新疆烏魯木齊人, 博士, 講師, 主要從事動(dòng)物寄生蟲研究, E-mail: huercha300@qq.com

胡政香, 呼爾查. 新疆地區(qū)草原革蜱MaxEnt分布預(yù)測分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2022, 41(4): 92–100.

HU Zhengxiang, NUO Mingdalai, YU Quanwei, et al. MaxEnt distribution prediction ofin Xinjiang region of China[J]. Ecological Science, 2022, 41(4): 92–101.