中國(guó)特有種天山豬毛菜的地理分布及潛在分布區(qū)預(yù)測(cè)

聞志彬, 張　杰,2， 張明理,3,①

(1. 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 中國(guó)科學(xué)院干旱區(qū)生物地理與生物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊 830011;2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 中國(guó)科學(xué)院植物研究所, 北京 100093)

?

中國(guó)特有種天山豬毛菜的地理分布及潛在分布區(qū)預(yù)測(cè)

聞志彬1, 張杰1,2， 張明理1,3,①

(1. 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 中國(guó)科學(xué)院干旱區(qū)生物地理與生物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊 830011;2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 中國(guó)科學(xué)院植物研究所, 北京 100093)

基于野外調(diào)查的居群分布信息和20個(gè)環(huán)境變量(包括海拔及19個(gè)氣候變量)，采用最大熵模型(MaxEnt)和地理信息系統(tǒng)(ArcGIS)對(duì)中國(guó)特有種天山豬毛菜(SalsolajunatoviiBotsch.)的潛在分布區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)；并采用受試者工作特征曲線(ROC)和刀切法(jackknife test)分別檢驗(yàn)MaxEnt模型的精度和評(píng)估各環(huán)境變量在決定潛在分布區(qū)時(shí)的貢獻(xiàn)量。結(jié)果顯示：天山豬毛菜主要分布在中國(guó)新疆南部的12個(gè)縣(包括托克遜縣、和碩縣、和靜縣、焉耆縣、拜城縣、庫(kù)車縣、溫宿縣、烏什縣、阿合奇縣、阿圖什縣、烏恰縣和阿克陶縣)，但在相關(guān)文獻(xiàn)記載的曾有分布的阿克蘇市、柯坪縣和喀什市則本調(diào)查中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。通過(guò)MaxEnt模型預(yù)測(cè)，天山豬毛菜的潛在適生區(qū)主要集中在新疆南部(包括天山南坡和塔里木盆地西南緣)以及甘肅的西部和東部等，新疆西部地區(qū)有零星分布；在調(diào)查的15個(gè)居群中，除居群14(位于烏恰縣西部)外，其他14個(gè)居群均位于潛在適生區(qū)內(nèi)，其中的7個(gè)居群位于非常適宜的潛在適生區(qū)內(nèi)，表明利用MaxEnt模型預(yù)測(cè)天山豬毛菜的潛在適生區(qū)效果較好。在20個(gè)環(huán)境變量中，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果貢獻(xiàn)量位居前3位的環(huán)境變量為最冷季度平均溫度、最冷月最低溫和最干季度平均溫度，表明該種的分布與低溫相關(guān)。此外，對(duì)天山豬毛菜潛在適生區(qū)與實(shí)際分布區(qū)差異的成因進(jìn)行了分析。

天山豬毛菜; 最大熵模型(MaxEnt); 潛在適生區(qū); 中國(guó)特有種; 藜科; 環(huán)境變量

天山豬毛菜(SalsolajunatoviiBotsch.)隸屬于藜科(Chenopodiaceae)豬毛菜屬(SalsolaLinn.)，為中國(guó)特有種，半灌木，僅狹域分布于新疆南部的8個(gè)市(縣)(包括和碩縣、焉耆縣、庫(kù)車縣、拜城縣、溫宿縣、阿克蘇市、柯坪縣和喀什市)[1]。目前在國(guó)內(nèi)的各大標(biāo)本館中，天山豬毛菜的標(biāo)本數(shù)量少，且采集年份久遠(yuǎn)(http:∥www.cvh.org.cn/splatin/99966)。雖然荒漠植物區(qū)系中的特有種以及單(寡)型分類群是地方政府重點(diǎn)研究和保護(hù)的對(duì)象[2]，但自1987年以后并未對(duì)天山豬毛菜進(jìn)行采集和摸底調(diào)查，因此，人們對(duì)天山豬毛菜的分布和生存狀況等相關(guān)信息并沒(méi)有進(jìn)一步的深入了解。對(duì)于天然植被稀疏的南疆地區(qū)來(lái)說(shuō)，木本植物尤為珍貴，因此開(kāi)展天山豬毛菜的地理分布調(diào)查研究對(duì)了解南疆區(qū)域的植被分布狀況具有重要意義。

在全球或區(qū)域尺度上，氣候因素是影響物種分布的限制性因子[3-4]，也是影響生物繁衍生息的關(guān)鍵因素。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，特別是工業(yè)革命以來(lái)，人類活動(dòng)對(duì)物種的存在和分布產(chǎn)生了重大的影響：一方面人類活動(dòng)通過(guò)直接破壞物種的生境影響其分布[5]；另一方面，人類活動(dòng)導(dǎo)致大氣中溫室氣體效應(yīng)逐年加重，引起全球氣候呈現(xiàn)變暖的趨勢(shì)特征，從而間接影響植物生長(zhǎng)和分布區(qū)域[6]。因而，在全球氣候變化的形勢(shì)下，探討物種分布格局與氣候的關(guān)系以及預(yù)測(cè)物種的潛在分布區(qū)，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。

最大熵模型(MaxEnt，the maximum entropy model)是目前最常用的預(yù)測(cè)物種潛在分布的生態(tài)位模型之一[7-9]，與規(guī)則集遺傳算法模型(GARP)、生態(tài)位因子分析模型(ENFA)和生物氣候模型(BIOCLIM)等生態(tài)位模型相比，該模型預(yù)測(cè)結(jié)果更精確[10-11]；更重要的是，MaxEnt模型非常適合模擬具有較少分布數(shù)據(jù)的稀有或?yàn)l危物種[12]，在5個(gè)及以上樣本的條件下即可成功模擬[13]。因此，MaxEnt模型可廣泛應(yīng)用于動(dòng)植物保護(hù)尤其是瀕危植物的調(diào)查研究[12,14]。

作者在研究前期對(duì)天山豬毛菜的地理分布進(jìn)行本底調(diào)查，確定其實(shí)際分布區(qū)，然后依據(jù)實(shí)地調(diào)查和標(biāo)本資料整理的結(jié)果，采用地理信息系統(tǒng)(ArcGIS)結(jié)合MaxEnt模型模擬并分析天山豬毛菜的潛在分布區(qū)及格局，揭示天山豬毛菜潛在分布區(qū)與實(shí)際分布區(qū)之間的差異，以期為摸清天山豬毛菜的分布狀況和深入了解該中國(guó)特有種對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)提供參考和依據(jù)。

1　研究區(qū)概況和研究方法

1.1研究區(qū)概況

天山豬毛菜分布范圍狹窄，僅分布于新疆南部天山南坡焉耆盆地至喀什間的中山帶，海拔1 700～2 200 m的礫石洪積扇、山間盆地及干旱山坡[1]。研究區(qū)年平均氣溫10.1 ℃，1月份平均氣溫-7.8 ℃， 7月份平均氣溫24.1 ℃；年平均降水量73.7 mm；年日照時(shí)數(shù)2 826 h[15]；土壤為灰棕荒漠土或棕色荒漠土礫石戈壁；具有干旱少雨、日照強(qiáng)烈、溫差大和風(fēng)大沙多的特點(diǎn)。該區(qū)植被具有典型的溫帶荒漠屬性，地面芽植物和一年生植物占據(jù)生活型的主導(dǎo)[16]。

1.2研究方法

1.2.1數(shù)據(jù)來(lái)源采用的環(huán)境變量包括1個(gè)地形變量和19個(gè)氣候變量，具體包括海拔(alt)、年平均氣溫(bio_1)、平均日溫差(bio_2)、等溫性(bio_3)、溫度季節(jié)性變化的標(biāo)準(zhǔn)差(bio_4)、最暖月最高溫(bio_5)、最冷月最低溫(bio_6)、年均溫變化范圍(bio_7)、最濕季度平均溫度(bio_8)、最干季度平均溫度(bio_9)、最暖季度平均溫度(bio_10)、最冷季度平均溫度(bio_11)、平均降水量(bio_12)、最濕月降水量(bio_13)、最干月降水量(bio_14)、降水量季節(jié)性的變異系數(shù)(bio_15)、最濕季度降水量(bio_16)、最干季度降水量(bio_17)、最暖季度降水量(bio_18)和最冷季度降水量(bio_19)。上述氣候數(shù)據(jù)的分辨率為2.5分，免費(fèi)下載于世界氣候數(shù)據(jù)庫(kù)(http:∥www.worldclim.org/)。

通過(guò)以下2種途徑獲取天山豬毛菜的分布地理信息：1)通過(guò)中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館獲得相關(guān)標(biāo)本信息，標(biāo)本采集地包括柯坪縣、庫(kù)車縣、拜城縣、烏恰縣、阿圖什縣、和碩縣和喀什市，僅覆蓋《新疆植物志》[1]記載的部分分布區(qū)。但由于采集時(shí)間久遠(yuǎn)、采集地點(diǎn)不詳細(xì)等原因，僅整理獲得1份具有有效信息的標(biāo)本，并據(jù)此實(shí)地調(diào)查了分布在和碩縣的1個(gè)天山豬毛菜居群(表1)并采集標(biāo)本；2)于2014年10月進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，根據(jù)《新疆植物志》[1]的記載和天山豬毛菜的生境，共調(diào)查了15個(gè)居群，記錄各分布點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和海拔等基本信息(表1)。憑證標(biāo)本存放于中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所標(biāo)本館(XJBI)。

1.2.2預(yù)測(cè)模型的建立從國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)下載1∶4 000 000的中國(guó)地圖作為分析地圖，提取對(duì)應(yīng)的中國(guó)環(huán)境圖層。根據(jù)MaxEnt模型的要求，將天山豬毛菜15個(gè)居群的分布信息數(shù)據(jù)保存為“物種+經(jīng)度+緯度”的csv格式。將天山豬毛菜15個(gè)居群的分布信息數(shù)據(jù)和20個(gè)環(huán)境變量導(dǎo)入MaxEnt v3.3.3程序(http:∥www.cs.princeton.edu/～schapire/maxent)進(jìn)行潛在分布區(qū)模擬。采用受試者工作特征曲線(ROC)對(duì)模型進(jìn)行精度檢驗(yàn)，其中，以AUC值(ROC曲線與橫坐標(biāo)圍成的面積)作為模型預(yù)測(cè)能力的準(zhǔn)確性指標(biāo)：AUC值為0.5～0.7時(shí)模型的預(yù)測(cè)價(jià)值較低，AUC值為0.7～0.9時(shí)模型的預(yù)測(cè)價(jià)值中等，AUC值大于0.9時(shí)模型的預(yù)測(cè)價(jià)值優(yōu)秀[17-18]。在MaxEnt模型中，利用刀切法(jackknife test)計(jì)算每個(gè)環(huán)境變量在決定潛在分布區(qū)時(shí)的貢獻(xiàn)量，從而了解各環(huán)境變量的重要性。采用MaxEnt模型計(jì)算出的預(yù)測(cè)圖可自動(dòng)劃分適生性等級(jí)的間距，但為了直觀且便于應(yīng)用，將預(yù)測(cè)模擬圖導(dǎo)入DIVA-GIS中，并根據(jù)需要重新設(shè)定適生性等級(jí)的間距。

表1分布于新疆的15個(gè)天山豬毛菜居群的基本信息

Table 1Basic information of 15 populations ofSalsolajunatoviiBotsch. distributed in Xinjiang

編號(hào)No.居群Population地點(diǎn)Location經(jīng)度Longitude緯度Latitude海拔/mAltitude生境1)Habi-tat1)1托克遜縣ToksunCounty托克遜縣城至庫(kù)米什鎮(zhèn)途中OntheroadfromToksunCountytoKumuxTownE88°24'N42°23'900SS2和碩縣HoxudCounty和碩縣曲惠鄉(xiāng)至紅蝶谷途中OntheroadfromQuhuiTownofHoxudCountytoHongdieValleyE87°05'N42°20'1220SS3和靜縣HejingCounty和靜縣城至巴倫臺(tái)鎮(zhèn)途中OntheroadfromHejingCountytoBaluntaiTownE86°15'N42°26'1250SS4焉耆縣YanqiCounty和靜縣巴倫臺(tái)鎮(zhèn)至焉耆縣七星峽途中OntheroadfromBal-untaiTownofHejingCountytoSevenStarGorgeofYanqiCountyE86°17'N41°59'1020SS5拜城縣BaichengCounty拜城縣鹽水溝隧道旁NeartheYanshuigoutunnelofBaichengCountyE82°49'N41°51'1380SS6庫(kù)車縣KucheCounty庫(kù)車縣阿格鄉(xiāng)至天山大峽谷途中OntheroadfromAgeTownofKucheCountytoTianshanGrandCanyonE83°02'N42°05'1420GAF7拜城縣BaichengCounty拜城縣城至鐵熱克鎮(zhèn)途中OntheroadfromBaichengCountytoTierekeTownE81°42'N41°50'1360SS8溫宿縣WensuCounty溫宿縣佳木鎮(zhèn)至塔格拉克牧場(chǎng)途中OntheroadfromJiamuTownofWensuCountytoTagelakeRanchE80°30'N41°31'1460SD9烏什縣WushiCounty烏什縣境內(nèi)S306省道23～24km之間At23-24kmofS306highwayinWushiCountyE79°59'N41°08'1070SS10 烏什縣WushiCounty烏什縣城旁NearWushiCountyE79°15'N41°13'1370SS11 阿合奇縣AkqiCounty阿合奇縣色帕爾鄉(xiāng)SepaerTownofAkqiCountyE78°35'N40°56'1880SS12 阿圖什縣ArtuxCounty阿圖什縣哈拉峻鄉(xiāng)HalajunTownofArtuxCountyE76°44'N40°05'1600SD13 烏恰縣WuqiaCounty烏恰縣巴音庫(kù)魯提鄉(xiāng)BayinkulutiTownofWuqiaCountyE75°34'N39°50'2340SS14 烏恰縣WuqiaCounty烏恰縣烏魯克恰提鄉(xiāng)至吉根鄉(xiāng)途中OntheroadfromWulukeqiatiTowntoJigenTownofWuqiaCountyE74°26'N39°49'2370SS15 阿克陶縣AktoCounty阿克陶縣城前往布倫口鄉(xiāng)途中OntheroadfromAktoCountytoBulunkouTownE75°30'N38°57'1740SS

1)SS: 礫石山坡Stony slope; GAF: 礫石洪積扇Gravel diluvial fan; SD: 礫石戈壁Stony desert.

2　結(jié)果和分析

2.1天山豬毛菜的實(shí)際分布區(qū)

根據(jù)標(biāo)本記錄及實(shí)地調(diào)查結(jié)果，確定天山豬毛菜的實(shí)際分布區(qū)(圖1)。天山豬毛菜的分布范圍比較狹窄，分布區(qū)間為北緯38°～43°、東經(jīng)74°～88°；其分布區(qū)的西界為烏恰縣，東界為托克遜縣。該種主要分布在新疆天山南坡的12個(gè)縣，包括托克遜縣、和碩縣、和靜縣、焉耆縣、拜城縣、庫(kù)車縣、溫宿縣、烏什縣、阿合奇縣、阿圖什縣、烏恰縣和阿克陶縣，生于海拔900～2 400 m的礫石山坡、礫石洪積扇和礫石戈壁。伴生種主要有藜科合頭草屬(SympegmaBunge)的合頭草(S.regeliiBunge)和戈壁藜屬(IljiniaKorov.)的戈壁藜〔I.regelii(Bunge) Korov.〕、蒺藜科(Zygophyllaceae)霸王屬(ZygophyllumLinn.)的霸王〔Z.xanthoxylon(Bunge) Maxim.〕和石竹科(Caryophyllaceae)裸果木屬(GymnocarposForssk.)的裸果木(G.przewalskiiBunge ex Maxim.)等。

2.2天山豬毛菜的潛在分布區(qū)及適生區(qū)

為了細(xì)致區(qū)分天山豬毛菜在各區(qū)域的適生程度并便于應(yīng)用，根據(jù)最大熵生境適生度值將預(yù)測(cè)圖的適生性分為3個(gè)等級(jí)：最大熵生境適生度值小于0.5為不適宜，最大熵生境適生度值在0.5～0.7之間為較適宜，最大熵生境適生度值大于0.7為非常適宜。在天山豬毛菜的潛在分布區(qū)中，適生區(qū)對(duì)探討其分布與氣候變化的格局意義較大，因此在預(yù)測(cè)圖上僅顯示天山豬毛菜潛在分布區(qū)中的適生區(qū)(最大熵生境適生度值大于0.5)(圖1)。

1: 托克遜縣Toksun County; 2: 和碩縣Hoxud County; 3: 和靜縣Hejing County; 4: 焉耆縣Yanqi County; 5: 拜城縣Baicheng County; 6: 庫(kù)車縣Kuche County; 7: 拜城縣Baicheng County; 8: 溫宿縣Wensu County; 9: 烏什縣Wushi County; 10: 烏什縣Wushi County; 11: 阿合奇縣Akqi County; 12: 阿圖什縣Artux County; 13: 烏恰縣Wuqia County; 14: 烏恰縣Wuqia County; 15: 阿克陶縣Akto County.

圖1天山豬毛菜的實(shí)際分布區(qū)及其最大熵模型(MaxEnt)預(yù)測(cè)的潛在分布區(qū)

Fig. 1Actual distribution areas ofSalsolajunatoviiBotsch. and its potential distribution areas predicted by the maximum entropy model (MaxEnt)

根據(jù)MaxEnt模型獲得的天山豬毛菜適生區(qū)包括新疆南部天山南坡的部分地區(qū)(主要從托克遜縣到阿克陶縣)和塔里木盆地西南緣的部分地區(qū)(主要從英吉沙縣到于田縣)以及甘肅西部(主要在酒泉市部分轄區(qū))和東部的部分地區(qū)(主要在定西市部分轄區(qū))，新疆西部有零星分布。除居群14(位于烏恰縣西部)外，實(shí)地調(diào)查中有14個(gè)居群的分布點(diǎn)均在MaxEnt模型預(yù)測(cè)的較適宜的潛在適生區(qū)內(nèi)，其中有7個(gè)居群的分布點(diǎn)在MaxEnt模型預(yù)測(cè)的非常適宜的潛在適生區(qū)中，分別是居群3(位于和靜縣)、居群4(位于焉耆縣)、居群10(位于烏什縣)、居群11(位于阿合奇縣)、居群12(位于阿圖什縣)、居群13(位于烏恰縣)和居群15(位于阿克陶縣)。

2.3天山豬毛菜潛在分布區(qū)的預(yù)測(cè)精度及主導(dǎo)環(huán)境變量分析

設(shè)定25%的天山豬毛菜的實(shí)際分布數(shù)據(jù)被隨機(jī)抽取作為測(cè)試數(shù)據(jù)集，其余作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，隨機(jī)預(yù)算10次制作ROC曲線，得到的平均訓(xùn)練集AUC值為0.999，表明MaxEnt模型對(duì)天山豬毛菜潛在分布區(qū)的預(yù)測(cè)效果非常好。

根據(jù)20個(gè)環(huán)境變量對(duì)MaxEnt模型的貢獻(xiàn)量，對(duì)模擬結(jié)果的貢獻(xiàn)量排列前3位的依次為：最冷季度平均溫度(bio_11)、最冷月最低溫(bio_6)和最干季度平均溫度(bio_9)(圖2)，這3個(gè)環(huán)境變量均是與溫度相關(guān)的變量。

alt: 海拔Altitude; bio_1: 年平均氣溫Annual mean temperature; bio_2: 平均日溫差Mean diurnal range of temperature; bio_3: 等溫性Isothermality; bio_4: 溫度季節(jié)性變化的標(biāo)準(zhǔn)差Standard deviation of variation of temperature seasonality; bio_5: 最暖月最高溫The maximum temperature of the warmest month; bio_6: 最冷月最低溫The minimum temperature of the coldest month; bio_7: 年均溫變化范圍Annual mean temperature range; bio_8: 最濕季度平均溫度Mean temperature of the wettest quarter; bio_9: 最干季度平均溫度Mean temperature of the driest quarter; bio_10: 最暖季度平均溫度Mean temperature of the warmest quarter; bio_11: 最冷季度平均溫度Mean temperature of the coldest quarter; bio_12: 平均降水量Annual precipitation; bio_13: 最濕月降水量Precipitation of the wettest month; bio_14: 最干月降水量Precipitation of the driest month; bio_15: 降水量季節(jié)性的變異系數(shù)Coefficient of variation of precipitation seasonality; bio_16: 最濕季度降水量Precipitation of the wettest quarter; bio_17: 最干季度降水量Precipitation of the driest quarter; bio_18: 最暖季度降水量Precipitation of the warmest quarter; bio_19: 最冷季度降水量Precipitation of the coldest quarter.

圖2基于刀切法檢測(cè)20個(gè)環(huán)境變量對(duì)最大熵模型(Maxent)預(yù)測(cè)天山豬毛菜潛在分布區(qū)的貢獻(xiàn)量

Fig. 2Contributions of 20 environmental variables to potential distribution areas ofSalsolajunatoviiBotsch. predicted by the maximum entropy model (Maxent) based on jackknife test

3　討　　論

3.1天山豬毛菜的實(shí)際分布區(qū)與潛在適生區(qū)的差異及其成因分析

調(diào)查研究結(jié)果顯示：天山豬毛菜主要分布在新疆南部的12個(gè)縣(市)，補(bǔ)充的分布地包括托克遜縣、和靜縣、烏什縣、阿合奇縣、阿圖什縣、烏恰縣和阿克陶縣，擴(kuò)大了《新疆植物志》[1]有關(guān)該種的分布記載。而在實(shí)際調(diào)查過(guò)程中，在《新疆植物志》中記載有天山豬毛菜分布的阿克蘇市、柯坪縣和喀什市并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該種的分布居群，其可能原因?yàn)椋阂皇怯捎谶@3個(gè)地方的標(biāo)本信息不詳且?jiàn)A雜一些舊地名，使作者的實(shí)地調(diào)查區(qū)域內(nèi)沒(méi)有覆蓋這些地點(diǎn)；二是環(huán)境變遷及人為活動(dòng)破壞了天山豬毛菜的原棲息地，使該區(qū)域分布的天山豬毛菜居群遭到破壞；三是由于天山豬毛菜與其伴生種合頭草形態(tài)相似，已有的標(biāo)本信息可能有誤。

利用MaxEnt模型獲得的天山豬毛菜潛在適生區(qū)主要集中分布在新疆的南部(包括天山南坡和塔里木盆地西南緣)及甘肅的西部和東部等區(qū)域，新疆西部有零星分布。但作者對(duì)天山豬毛菜潛在適生區(qū)的甘肅和新疆西部進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，但均未發(fā)現(xiàn)有天山豬毛菜的分布，說(shuō)明估測(cè)的天山豬毛菜潛在適生區(qū)與實(shí)際分布范圍存在一定的差異，造成這一現(xiàn)象的主要原因包括：1)目前調(diào)查的天山豬毛菜實(shí)際分布點(diǎn)可能不全面，由此造成估測(cè)的潛在適生區(qū)與實(shí)際分布區(qū)有一定的差異；2)用MaxEnt模型進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)涉及的環(huán)境變量除海拔外，其余變量均為氣候變量，均取自天山豬毛菜實(shí)際分布地的氣候極值，即最大值和最小值，因而，MaxEnt模型所顯示的是物種分布的最大可能性，無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)物種在現(xiàn)實(shí)分布的主要地區(qū)[19]；3)作者在用MaxEnt模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析時(shí)選取了20個(gè)環(huán)境變量，僅包括海拔和氣候因素2類環(huán)境因素，并不包括其他對(duì)物種分布有影響的環(huán)境變量，如土壤、基質(zhì)和人為干擾等外界因素，導(dǎo)致估測(cè)結(jié)果有一定的誤差。因此，上述預(yù)測(cè)結(jié)果更側(cè)重于理解和展現(xiàn)天山豬毛菜的潛在地理分布以及揭示適于該種分布的生物氣候特征。

3.2MaxEnt模擬的有效性評(píng)價(jià)及影響分布的關(guān)鍵因子

ROC精度檢驗(yàn)結(jié)果顯示AUC值為0.999，表明通過(guò)MaxEnt模型，可以利用有限的數(shù)據(jù)對(duì)天山豬毛菜的潛在分布區(qū)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。MaxEnt模型算法明確，而且其規(guī)則化的程序可以阻止在小樣本的情景下發(fā)生過(guò)擬合[10,20]，所以，MaxEnt模型更適合模擬分布數(shù)據(jù)有限的物種[12,21]。模擬結(jié)果顯示：已有14個(gè)天山豬毛菜居群的分布記錄均在最大熵生境適生度值大于0.5的高分布值預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)，因此，天山豬毛菜潛在適生區(qū)的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步開(kāi)展天山豬毛菜的深入調(diào)查具有指導(dǎo)作用。利用刀切法對(duì)20個(gè)環(huán)境變量的貢獻(xiàn)量進(jìn)行分析，結(jié)果表明：對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果貢獻(xiàn)量最大的3個(gè)環(huán)境變量(最冷季節(jié)平均溫度、最冷月最低溫和最干季度平均溫度)中，有2個(gè)環(huán)境變量與低溫相關(guān)，即最冷季節(jié)平均溫度和最冷月最低溫。王娟等[22]的研究也顯示：冬季低溫是控制檸條錦雞兒(CaraganakorshinskiiKom.)和狹葉錦雞兒(C.stenophyllaPojark.)地理分布差異的主導(dǎo)因子；而吳建國(guó)等[23]對(duì)荒漠植物潛在分布的研究結(jié)果則表明植物分布范圍主要與水分因子和年均氣溫相關(guān)。

作者運(yùn)用MaxEnt模型獲得中國(guó)特有種天山豬毛菜的潛在分布區(qū)，為該種的深入調(diào)查、合理保護(hù)和利用提供了一定的參考依據(jù)。但預(yù)測(cè)結(jié)果仍存在一定的不足，因?yàn)槲锓N的分布除了受海拔和氣候因素的影響外，還受到其他非生物因子(如地形和土壤等)和生物因子(如競(jìng)爭(zhēng)和捕食等)的共同影響。因此，若綜合考慮諸多因子的作用，天山豬毛菜的潛在適應(yīng)分布范圍將會(huì)縮小，也會(huì)更加準(zhǔn)確。因而，為了精確的模擬天山豬毛菜的潛在分布區(qū)，在今后的研究中應(yīng)加入更多的變量或運(yùn)用機(jī)制性的綜合生物氣候模型進(jìn)行深入研究[6]。

[1]新疆植物志編輯委員會(huì). 新疆植物志: 第二卷第一分冊(cè)[M]. 烏魯木齊: 新疆科技衛(wèi)生出版社, 1994: 89-90.

[2]尹林克. 中國(guó)溫帶荒漠區(qū)的植物多樣性及其易地保護(hù)[J]. 生物多樣性, 1997, 5(1): 40-48.

[3]朱耿平, 劉國(guó)卿, 卜文俊, 等. 生態(tài)位模型的基本原理及其在生物多樣性保護(hù)中的應(yīng)用[J]. 生物多樣性, 2013, 21(1): 90-98.

[4]WOODWARD F I, WILLIAMS B G. Climate and plant distribution at global and local scales[J]. Vegetatio, 1987, 69: 189-197.

[5]王婧, 王少波, 康宏樟, 等. 東亞地區(qū)栓皮櫟的地理分布格局及其氣候特征[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào): 農(nóng)業(yè)科學(xué)版, 2009, 27(3): 235-241.

[6]張興旺, 李垚, 方炎明. 麻櫟在中國(guó)的地理分布及潛在分布區(qū)預(yù)測(cè)[J]. 西北植物學(xué)報(bào), 2014, 34(8): 1685-1692.

[7]王娟娟, 曹博, 白成科, 等. 基于MaxEnt和ArcGIS預(yù)測(cè)川貝母潛在分布及適宜性評(píng)價(jià)[J]. 植物研究, 2014, 34(5): 642-649.

[8]王雷宏, 楊俊仙, 徐小牛. 基于MaxEnt分析金錢(qián)松適生的生物氣候特征[J]. 林業(yè)科學(xué), 2015, 51(1): 127-131.

[9]于晶, 唐艷雪, 郭水良. 基于GIS和MaxEnt比較中國(guó)砂蘚屬與紫萼蘚屬植物地理分布[J]. 植物科學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 30(5): 443-458.

[10]PHILLIPSS J,ANDERSON R P,SCHAPIRE R E.Maximum entropy modeling of species geographic distributions[J]. Ecological Modelling, 2006, 190: 231-259.

[11]雷軍成, 徐海根. 基于MaxEnt的加拿大一枝黃花在中國(guó)的潛在分布區(qū)預(yù)測(cè)[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2010, 26(2): 137-141.

[12]ADHIKARI D, BARIK S K, UPADHAYA K. Habitat distribution modelling for reintroduction ofIlexkhasianaPurk., a critically endangered tree species of northeastern India[J]. Ecological Engineering, 2012, 40: 37-43.

[13]PEARSON RG,RAXWORTHY CJ,NAKAMURA M, et al.Predicting species distributions from small numbers of occurrence records: a test case using cryptic geckos in Madagascar[J]. Journal of Biogeography, 2007, 34: 102-117.

[14]馬松梅, 張明理, 張宏祥, 等. 利用最大熵模型和規(guī)則集遺傳算法模型預(yù)測(cè)孑遺植物裸果木的潛在地理分布及格局[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 34(11): 1327-1335.

[15]蘇培璽, 解婷婷, 周紫鵑. 我國(guó)荒漠植被中的C4植物種類分布及其與氣候的關(guān)系[J]. 中國(guó)沙漠, 2011, 31(2): 267-276.

[16]潘曉玲. 塔里木盆地植物區(qū)系的研究[J]. 新疆大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 1994, 11(4): 77-83.

[17]HANLEY J A, McNEIL B J. The meaning and use of the area under a receiver operating characteristic (ROC) curve[J]. Radiology, 1982, 143: 29-36.

[18]胡秀, 吳福川, 郭微, 等. 基于MaxEnt生態(tài)學(xué)模型的檀香在中國(guó)的潛在種植區(qū)預(yù)測(cè)[J]. 林業(yè)科學(xué), 2014, 50(5): 27-33.

[19]蔣霞, 倪健. 西北干旱區(qū)10種荒漠植物地理分布與大氣候的關(guān)系及其可能潛在分布的預(yù)測(cè)[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 29(1): 98-107.

[21]陳新美, 雷淵才, 張雄清, 等. 樣本量對(duì)MaxEnt模型預(yù)測(cè)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.

[22]王娟, 倪健. 中國(guó)北方溫帶地區(qū)5種錦雞兒植物的分布模擬[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 33(1): 12-24.

[23]吳建國(guó), 呂佳佳, 周巧富. 氣候變化對(duì)6種荒漠植物分布的潛在影響[J]. 植物學(xué)報(bào), 2010, 45(6): 723-738.

(責(zé)任編輯： 張明霞)

Geographical distribution and prediction on potential distribution areas of Chinese endemic speciesSalsolajunatovii

WEN Zhibin1, ZHANG Jie1,2, ZHANG Mingli1,3,①

(1. Key Laboratory of Biogeography and Bioresource in Arid Land of Chinese Academy of Sciences, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China),J.PlantResour. &Environ., 2016, 25(1): 81-87

Based on population distribution information and 20 environmental variables (including altitude and 19 climatic variables) in field investigation, potential distribution areas of Chinese endemic speciesSalsolajunatoviiBotsch. were predicted by the maximum entropy model (MaxEnt) and archaeological geographical information system (ArcGIS), MaxEnt model precision was tested by receiver operating characteristic curve (ROC), and contribution of each environmental variable in deciding potential distribution areas was evaluated by jackknife test. The results show thatS.junatoviiis mainly distributed in 12 counties (including Toksun County, Hoxud County, Hejing County, Yanqi County, Baicheng County, Kuche County, Wensu County, Wushi County, Akqi County, Artux County, Wuqia County and Akto County) of the south of Xinjiang of China, butS.junatoviiever distributed and recorded in related literatures is not found in Akesu City, Keping County and Kashi City in this investigation. Based on prediction of MaxEnt model, the potential suitable distribution areas ofS.junatoviiis mainly located in the south of Xinjiang (including the south slope of Tianshan Mountain and the southwest rim of Tarim Basin) and the west and east of Gansu, and is also sporadically distributed in the west of Xinjiang. Among 15 populations investigated, except population 14 (locating in the west of Wuqia County), other 14 populations all are located in potential suitable distribution areas, in which 7 populations are located in very suitable potential distribution areas. It is indicated that the effect of MaxEnt model using to predicting potential suitable distribution areas ofS.junatoviiis better. Among 20 environmental variables, the environmental variables ranked the top three of contribution to prediction results are mean temperature of the coldest quarter, the minimum temperature of the coldest month and mean temperature of the driest quarter, which means that distribution ofS.junatoviiis related to low temperature. Besides, reason for difference between potential suitable distribution areas and actual distribution areas ofS.junatoviiis analyzed.

SalsolajunatoviiBotsch.; the maximum entropy model (MaxEnt); potential suitable distribution areas; Chinese endemic species; Chenopodiaceae; environmental variable

10.3969/j.issn.1674-7895.2016.01.10

2015-09-01

新疆維吾爾自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程“青年博士科技人才培養(yǎng)項(xiàng)目”(2013731030)

聞志彬(1983—)，女，河南新鄉(xiāng)人，博士，副研究員，主要從事藜科植物系統(tǒng)與進(jìn)化方面的研究。

Q948.2; Q949.745.1

A

1674-7895(2016)01-0081-07