少花蒺藜草在遼寧省的地理分布與主要環境影響因子

王晶晶，何莉莉

（1.綏中縣政務服務中心小莊子鎮分中心，遼寧 綏中 125200；2.遼寧省農業發展服務中心，遼寧 沈陽 110000）

少花蒺藜草（Cenchrus spinifex Cav.）原產北美洲及熱帶沿海地區的沙質土壤，具有極強的環境適應性和競爭能力，會嚴重破壞畜牧業、影響生物多樣性和人們的生產生活，先后被列入中華人民共和國進境植物檢疫性有害生物名錄和第一批國家重點管理外來入侵物種名錄。從遼寧省農業部門多年的調查數據看，該外來入侵植物在遼寧省多個縣區有分布且部分地區發生較重，應采取有效措施遏制其進一步擴散蔓延。有效控制外來入侵植物的擴散關鍵因素在于一個“早”字，早發現、早防治、早根除，而物種分布模型作為生態學研究的重要工具之一，常被眾多學者用于模擬外來入侵植物的適生區預測，揭示其潛在的擴散風險和擴散趨勢從而進行早期預警，而MaxEnt模型在穩定性和精準性方面較其他模型更具優越性，應用最為廣泛。對于植物而言，土壤、溫度、濕度、海拔等環境因素是影響其分布的重要因子，在各種環境因素的共同作用下，產生了每種植物獨特的分布格局。本研究基于多年的實地調查、標本采集記錄、文獻報道的分布數據和土壤、氣候、高程三大環境因子，運用MaxEnt模型和GIS軟件，構建了少花蒺藜草在遼寧省的實際和潛在地理分布，以及氣候變化背景下少花蒺藜草的擴散趨勢，篩選了影響少花蒺藜草分布格局的主導環境因子，以期對少花蒺藜草的生態適宜性和早期預警與監測提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 數據來源

少花蒺藜草的分布數據主要來自全球生物多樣性信息平臺、國內外公開發表的相關文獻、2019～2021年遼寧省農業部門實地調查的分布點地形以及現代和未來的氣候數據來自世界氣候數據庫，未來氣候2070s選用與全球經濟框架相適應的RCP4.5模式；土壤數據來自世界土壤數據庫，環境數據分辨率均為30弧秒。

1.2 數據處理

MaxEnt模型參數設置為將75%的隨機分布點用于模型預測，25%的隨機分布點對預測結果進行驗證，用ROC曲線下面積值以及2022年的普查數據驗證模型預測的準確性。AUC值為0.9～1表示模型的預測結果非常準確，0.8～0.9表示很準確，0.7～0.8表示較準確，小于0.7預測失敗。為避免運算結果過度擬合，在每1公里×1公里面積中只隨機保留一個分布數據，最終獲得原產地和入侵地的分布數據共1024個；在SPSS22.0中對環境數據進行相關性分析，當兩個環境變量的相關系數絕對值≥0.8時，剔除對模型貢獻率小的。

1.3 適生區等級劃分標準

采用自然斷點分級法在GIS的重分類功能中，將模型的預測結果分為非適生區、低適生區、中適生區和高適生區，從而繪制少花蒺藜草在遼寧的適生等級圖，將現代氣候和未來氣候背景下的模型預測結果進行二值化處理，在GIS中計算高適生區的幾何質心，判斷氣候變化背景下入侵植物分布格局的變化趨勢，以現代氣候的預測結果為底圖與未來氣候的預測結果進行疊加，將擴張、收縮、不變的適生區進行可視化表達。

2 結果與分析

2.1 現代氣候背景下少花蒺藜草在遼寧省的分布格局

模型的分析結果表明，AUC值為0.935，從圖1可以看出，2022年的踏查結果均在模型的高中適生區，說明模型的轉移程度良好，預測結果準確可靠。少花蒺藜草在遼寧省的高適生區面積為5.01×104平方公里，約占遼寧省總土地面積的32%，中適生區面積為3.71×104平方公里，約占遼寧省總土地面積的23%，低適生區面積為4.95×104平方公里，約占遼寧省總土地面積的31%，除鞍山、營口、大連的小部分不適生，其余地區均為適生區。

圖1 當前氣候情景下少花蒺藜草的分布區劃預測結果

2.2 影響少花蒺藜草分布格局的重要環境因子

根據模型的預測結果，對少花蒺藜草分布影響排在前四位的環境因子為，年平均氣溫、年平均降雨量、海拔和土壤有效含水量，以存在概率≥0.5作為適宜范圍。少花蒺藜草分布區的環境特征為，年平均氣溫8～23℃、年平均降雨量400～1300毫米、海拔3～1900米，土壤有效含水量0.4%～3.3%。

從環境因子響應曲線（圖2）可以看出，年均溫和年平均降雨量對少花蒺藜草的存在概率呈先上升后下降趨勢，少花蒺藜草不適合在高溫高濕的地方生長；海拔的適生范圍比較寬，高海拔和低海拔地區均可生長，但海拔對其整體生存產生負影響，隨著海拔的升高，少花蒺藜草的存在概率會下降；土壤含水量對少花蒺藜草的生存呈負影響，土壤的有效含水量越高，越不利于其生存，證明少花蒺藜草的抗干旱性比較強，從實地踏查情況看，2021年遼寧省的降水量比往年明顯增多，少花蒺藜草成片生長的地區，長勢不如往年好。

圖2 少花蒺藜草環境因子響應曲線

2.3 氣候變化背景下少花蒺藜草擴散趨勢及質心移動軌跡

模型結果得出，未來氣候變化情景下，少花蒺藜草的適生范圍與基準氣候相比呈顯著增加趨勢，4.5RCP排放情景下高、中適生區面積均擴張了60%以上，低適生區和非適生區面積基本為0（表1）。少花蒺藜草的高適生區重心變化，揭示了未來氣候變化背景下，少花蒺藜草在遼寧省的擴張趨勢（圖3）。對少花蒺藜草的質心變化分析表明，在RCP4.5排放情景下，少花蒺藜草的高適生區由現代的（122.48E,41.88N）轉移到（122.51E,41.82N），最適宜區域的重心在未來的排放情景下呈現出向低緯度和東南方向轉移的變化趨勢。

表1 氣候變化背景下少花蒺藜草的適生區面積 單位：萬平方公里

圖3 氣候變化背景下少花蒺藜草在遼寧省的分布格局變化

3 結論與監測

少花蒺藜草在遼寧省有廣泛的適生區域，現代氣候背景下的高適生區主要集中在沈陽、鐵嶺的西部和遼西地區，影響少花蒺藜草分布的主要環境因子為年平均氣溫，年平均降雨量、海拔和土壤有效含水量。從環境因子響應曲線可以看出，少花蒺藜草不適合在高溫高濕的地方生長，高海拔和低海拔地區均可生長，但隨著海拔的升高，少花蒺藜草的存在概率會顯著下降；土壤含水量對少花蒺藜草的生存呈負影響，土壤的有效含水量越高，越不利于其生存。未來氣候變化背景下，少花蒺藜草在遼寧省的適生范圍會顯著擴張，全省均為高中適生區，最適宜區域的重心呈現出向低緯度和東南方向轉移的變化趨勢。

少花蒺藜草屬于入侵性極強的有害雜草，其帶刺的種子能夠輕易地附著在牲畜、人體、農機、車輛上四處擴散，對干旱、污染等不利條件抵抗能力極強。研究結果顯示，在現代氣候背景下，少花蒺藜草在遼寧省的入侵還遠沒有達到飽和，未來氣候變化會給該雜草提供更廣泛的適生空間，建議對遼寧省南部地區進行長期的重點監控，這些地區將是少花蒺藜草未來入侵的高風險區域。