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祁连山北坡青海云杉的潜在分布
Potential distributions of Picea crassifolia on the north slope of Qilian Mountains
【目的】确定适宜环境下青海云杉的分布潜力,可以为区域生态恢复、生态潜力评估提供重要依据。【方法】基于祁连山国家自然保护区的物种分布数据及相关环境数据,利用生态位物种分布模型对青海云杉进行较高空间精度的潜在分布模拟,并对影响其分布特征的关键因子进行分析。【结果】最大熵模型(MaxEnt)、生物气候模型(Bioclim)、域模型(Domain)、生态位因子分析模型(ENFA)的受试者工作特征曲线(ROC)的下面积值(AUC)分别为0.977、0.936、0.959、0.904,均有较高的诊断价值,结合物种实际分布与模型AUC值,MaxEnt模型模拟效果最佳。【结论】运用空间分析,归纳多种环境要素与青海云杉之间的定量关系,并通过标准差椭圆方法,界定祁连山国家自然保护区内青海云杉分布的环境要素边界,可为区域生态建设提供支撑,具有重要的科学与实践价值。
【Objective】Determining the distribution potential of Picea crassifolia in a suitable environment can provide an important basis for a regional ecological restoration and potential assessment. 【Method】Based on the species distribution data and related environmental data in the study area, a species distribution model based on the ecological niche was used to simulate the potential distribution of P. crassifolia with high spatial accuracy, and the key factors affecting its distribution characteristics were analyzed. 【Result】The results showed that the area under curve (AUC) values of the receiver operating characteristic (ROC) curves of the MaxEnt, Bioclim, Domain, and ecology niche factor analysis (ENFA) models were 0.977, 0.936, 0.959, and 0.904, respectively, which had high diagnostic values. Combined with the actual distribution of species and AUC values, the MaxEnt model had the best simulation effect. 【Conclusion】Using spatial analysis, the quantitative relationship between various environmental factors and P. crassifolia was summarized, and the boundary of environmental factors in the distribution area of P. crassifolia on the northern slope of the Qilian Mountains was defined using the standard deviation ellipse method, which provides a support for the regional ecological construction and has an important scientific and practical value.
青海云杉 / 潜在分布 / 生态位 / 最大熵模型 / 祁连山
Picea crassifolia / potential distribution / ecological niche / MaxEnt model / Qilian Mountains
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最大熵原理(the principle of maximum entropy)起源于信息论和统计力学, 是基于有限的已知信息对未知分布进行无偏推断的一种数学方法。这一方法在很多领域都有成功应用, 但只是近几年才被应用到生态学研究中, 并且还存在很多争论。我们从基本概念和方法出发, 用掷骰子的例子阐明了最大熵原理的概念, 并提出运用最大熵原理解决问题需要遵从的步骤。最大熵原理在生态学中的应用主要包括以下方面: (1)用群落水平功能性状的平均值作为约束条件来预测群落物种相对多度的模型; (2)基于气候、海拔、植被等环境因子构建物种地理分布的生态位模型; (3)对物种多度分布、种–面积关系等宏生态学格局的推断; (4)对物种相互作用的推断; (5)对食物网度分布的研究等等。最后我们综合分析了最大熵原理在生态学应用中所存在的争议, 包括相应模型的有效性、可靠性等方面, 介绍了一些对最大熵原理预测能力及其局限性的检验结果, 强调了生态学家应用最大熵原理需要注意的问题, 比如先验分布的选择、约束条件的设置等等。在物种相互作用、宏生态学格局等方面对最大熵原理更广泛的讨论与应用可能会给生态学带来新的发展机会。
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选择面积广阔、地理位置特殊、气候干旱、地形地貌多样、生态系统脆弱以及人类活动长期干扰,而且目前面临着西部大开发和环境保护双重矛盾的西北干旱区作为研究区域,通过收集西北干旱区多种优势种和常见种的地理分布资料,选取10 种分布范围相对明确、资料相对齐备的荒漠植物种：短叶假木贼（Anabasis brevifolia）、木蓼（Atraphaxis frutescens）、沙拐枣（Calligonum mongolicum）、膜果麻黄（Ephedra przewalskii）、裸果木（Gymnocarpos przewalskii）、梭梭柴（Haloxylon ammodendron）、白梭梭（Haloxylon persicum）、尖叶盐爪爪（Kalidium cuspidatum）、松叶猪毛菜（Salsola laricifolia）和合头草（Sympegma regelii）,定量分析其地理分布与气候因子的关系,并据此估测其潜在中心分布区和潜在最大分布范围,与实际分布范围进行比较。结果表明,10种荒漠植物的Holdridge生物温度、降水量和可能蒸散率的平均值、标准差、最大值和最小值比较准确地反映了我国荒漠地区的典型气候特征,说明植物种分布与气候的定量对应关系较好。其可能潜在分布的估测中,中心分布估测图与植物种的实际分布范围有较好的对应性,而在最大可能分布的估测图中,与实际有一定误差及存在一些不合理的地方,但种与种之间有差异。究其原因,首先在于目前所拥有的植物种分布和气象资料的限制,而且植物种的实际分布范围受到人为活动的影响较大,所以无法完全把握植物种与气候的准确定量关系；其次,气候极值所预测的只是植物种分布的最大可能性,而不能表现出植物种现实分布的主要地区,气候均值与标准差所反映的中心分布区,其准确性更可靠；再者,模拟预测仅考虑了植物种与大气候的关系,而没有考虑决定植物分布的其它环境因素,如土壤、基质、地形等地理因素。
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