楊森月，何莉莉

(1.綏中縣農(nóng)業(yè)事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 綏中 125200；2.遼寧省農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

氣候因素是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育和布局的重要因素之一，氣候的歷史變化塑造了各種植物的分布格局，近代以來(lái)，氣候變暖明顯加快，其對(duì)植物分布格局的變化起到了至關(guān)重要的作用。物種分布模型已被廣泛應(yīng)用于預(yù)測(cè)植物地理分布的研究，而MaxEnt模型在穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度方面較其他模型表現(xiàn)優(yōu)異，基于MaxEnt與地理信息系統(tǒng)對(duì)外來(lái)入侵植物的分布區(qū)域進(jìn)行研究，有助于減少外來(lái)入侵植物對(duì)生物多樣性和人民群眾身體健康帶來(lái)的危害。

刺萼龍葵（S o l a n u m rostratum Dunal.），茄科，一年生草本植物，原產(chǎn)新熱帶區(qū)北美洲和美國(guó)西南部，是20世紀(jì)80年代入侵我國(guó)的檢疫性外來(lái)植物，于2016年12月12日被我國(guó)生態(tài)環(huán)境部列入第四批外來(lái)入侵物種名單。刺萼龍葵具有較強(qiáng)的繁殖能力并可搶占其他植物的生存空間，可生長(zhǎng)于多種生境，耐瘠薄、干旱，蔓延速度極快，全株密被刺毛，植株有毒，家畜誤食后可引起嚴(yán)重的腸炎和出血，甚至死亡。本文利用GIS技術(shù)和最大熵模型，采用原產(chǎn)地和入侵地分布數(shù)據(jù)，結(jié)合氣候、土壤、高程三類(lèi)環(huán)境因子，對(duì)刺萼龍葵在遼寧省的地理分布區(qū)劃和擴(kuò)散趨勢(shì)進(jìn)行研究，以期為刺萼龍葵的早期預(yù)警、監(jiān)測(cè)和防治工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

刺萼龍葵的分布數(shù)據(jù)主要來(lái)自全球生物多樣性信息平臺(tái)（http：//www.gbif.org）、國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)、2019～2021年遼寧省農(nóng)業(yè)部門(mén)實(shí)地調(diào)查的分布點(diǎn)；地形以及現(xiàn)代和未來(lái)的氣候數(shù)據(jù)來(lái)自世界氣候數(shù)據(jù)庫(kù)（Worldclim，http：//www.worldclim.org)，未來(lái)氣候2070s選用與全球經(jīng)濟(jì)框架相適應(yīng)的RCP4.5模式；土壤數(shù)據(jù)來(lái)自世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（Harmonized World Soil Database version 1.2）(HWS，http：//www.fao.org)，環(huán)境數(shù)據(jù)的分辨率均為30″。

1.2 數(shù)據(jù)處理

MaxEnt模型參數(shù)設(shè)置為將75%的隨機(jī)分布點(diǎn)用于模型預(yù)測(cè)，25%的隨機(jī)分布點(diǎn)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，用ROC曲線下面積（area under curve，AUC）值以及2022年的普查數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。AUC值為0.9～1表示模型的預(yù)測(cè)結(jié)果非常準(zhǔn)確，0.8～0.9表示很準(zhǔn)確，0.7～0.8表示較準(zhǔn)確，小于0.7表示預(yù)測(cè)失敗。為避免運(yùn)算結(jié)果過(guò)度擬合，在每1千米×1千米面積中只隨機(jī)保留一個(gè)分布數(shù)據(jù)，最終獲得原產(chǎn)地和入侵地的分布數(shù)據(jù)共1285個(gè)；在SPSS 22.0中對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，當(dāng)兩個(gè)環(huán)境變量的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值≥0.8時(shí)，剔除對(duì)模型貢獻(xiàn)率小的。

1.3 適生區(qū)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法在GIS的重分類(lèi)功能中，將模型的預(yù)測(cè)結(jié)果分為非適生區(qū)、低適生區(qū)、中適生區(qū)和高適生區(qū)，從而繪制少花蒺藜草在遼寧的適生等級(jí)圖，將現(xiàn)代氣候和未來(lái)氣候背景下的模型預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行二值化處理，在GIS中計(jì)算高適生區(qū)的幾何質(zhì)心，判斷氣候變化背景下入侵植物分布格局的變化趨勢(shì)，以現(xiàn)代氣候的預(yù)測(cè)結(jié)果為底圖與未來(lái)氣候的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行疊加，將擴(kuò)張、收縮、不變的適生區(qū)進(jìn)行可視化表達(dá)。

2 結(jié)果與分析

2.1 現(xiàn)代氣候背景下刺萼龍葵在遼寧省的分布格局

模型結(jié)果顯示，AUC值為0.938，2022年的普查數(shù)據(jù)全部在刺萼龍葵的高、中適生區(qū)（見(jiàn)圖1），說(shuō)明模型的轉(zhuǎn)移度好，預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。刺萼龍葵在遼寧省的高適生區(qū)面積為6.02×104平方公里，約占遼寧省總土地面積的39%，中適生區(qū)面積為3.33×104平方公里，約占遼寧省總土地面積的21%，低適生區(qū)面積為5.23×104平方公里，約占遼寧省總土地面積的34%，除大連、丹東、本溪、撫順的東部為低適生區(qū)，其余地區(qū)均為中、高適生區(qū)。

圖1 當(dāng)前氣候情景下刺萼龍葵的分布區(qū)劃預(yù)測(cè)結(jié)果

2.2 影響刺萼龍葵分布格局的重要環(huán)境因子

根據(jù)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，按照對(duì)模型的貢獻(xiàn)率排序，排在前四位的環(huán)境因子為，年平均氣溫，年平均降雨量、溫度年較差和土壤有效含水量（見(jiàn)圖2）。以存在概率≥0.5作為適宜范圍，刺萼龍葵分布區(qū)的環(huán)境特征為，年平均氣溫6.5～21.8℃、年平均降雨量299～1169毫米、溫度年較差≥19.5℃，土壤有效含水量0.4%～3.2%。從環(huán)境因子響應(yīng)曲線可以看出，年均溫和年平均降雨量對(duì)刺萼龍葵的存在概率呈先上升后下降趨勢(shì)，刺萼龍葵不適合在高溫高濕的地方生長(zhǎng)，但比較適合在溫度年較差較大的溫帶大陸性氣候地區(qū)生長(zhǎng)；土壤含水量對(duì)刺萼龍葵的存在概率呈負(fù)影響，土壤的有效含水量越高，越不利于其生存。

圖2 刺萼龍葵環(huán)境因子響應(yīng)曲線

2.3 氣候變化背景下刺萼龍葵擴(kuò)散趨勢(shì)及質(zhì)心移動(dòng)軌跡

模型結(jié)果得出，未來(lái)氣候變化情景下，刺萼龍葵的適生范圍與基準(zhǔn)氣候相比呈顯著增加趨勢(shì)，4.5RCP排放情景下高、中適生區(qū)面積略呈擴(kuò)張趨勢(shì)，低適生區(qū)會(huì)收縮，非適生區(qū)面積基本為0（見(jiàn)表1）。刺萼龍葵的高適生區(qū)重心變化，揭示了未來(lái)氣候變化背景下，刺萼龍葵在遼寧省的擴(kuò)散趨勢(shì)。對(duì)刺萼龍葵的質(zhì)心變化分析表明（見(jiàn)圖3），在RCP4.5排放情景下刺萼龍葵的高適生區(qū)由現(xiàn)代的（121.90E，41.67N）轉(zhuǎn)移到（121.72E，42.02N），最適宜區(qū)域的重心在未來(lái)的排放情景下呈現(xiàn)出向高緯度和西北方向轉(zhuǎn)移的變化趨勢(shì)。

表1 不同時(shí)期的適生面積

圖3 氣候變化背景下刺萼龍葵在遼寧省的分布格局變化

3 結(jié)論

圖4 刺萼龍葵高適生區(qū)質(zhì)心變化

從研究結(jié)果可以看出，刺萼龍葵在遼寧省全區(qū)域適生，高適生區(qū)域主要集中在沈陽(yáng)市以及遼中地區(qū)，從實(shí)際的調(diào)查結(jié)果看刺萼龍葵在遼寧省的擴(kuò)張遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到飽和，未來(lái)應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)測(cè)沈陽(yáng)、鐵嶺地區(qū)，該雜草對(duì)除草劑敏感，對(duì)管理規(guī)范的農(nóng)田危害不重，但會(huì)嚴(yán)重破壞畜牧業(yè)，因此建議在高適生區(qū)范圍的草原地帶做好監(jiān)測(cè)預(yù)警。根據(jù)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，影響其分布的主環(huán)境因子為，年平均氣溫，年平均降雨量、溫度年較差和土壤有效含水量（見(jiàn)圖2），刺萼龍葵分布區(qū)的環(huán)境特征為，年平均氣溫6.5～21.8℃、年平均降雨量299～1169毫米、溫度年較差≥19.5℃，土壤有效含水量0.4%～3.2%。從環(huán)境因子響應(yīng)曲線可以看出，年均溫和年平均降雨量對(duì)刺萼龍葵的存在概率呈先上升后下降趨勢(shì)，刺萼龍葵不適合在高溫高濕的地方生長(zhǎng)，但容易定殖在溫度年較差較大的溫帶大陸性氣候地區(qū)，土壤含水量對(duì)刺萼龍葵的存在概率呈負(fù)影響，土壤的有效含水量越高，越不利于其生存。在氣候變化背景下，刺萼龍葵的高、中適生區(qū)會(huì)擴(kuò)張，但擴(kuò)張面積不大，鐵嶺和朝陽(yáng)的建平縣等地區(qū)刺萼龍葵的危害會(huì)加重，應(yīng)該引起有關(guān)部門(mén)的重視。通過(guò)對(duì)高適生區(qū)質(zhì)心變化分析得出，在未來(lái)氣候變化情景下，最適宜區(qū)域的重心呈現(xiàn)出向高緯度和西北方向轉(zhuǎn)移的變化趨勢(shì)。