基于Maxent和ArcG...青冈在中国的潜在适生区预测_欧阳泽怡.pdf

Vol.43 No.2Feb.2023第 43 卷 第 2 期2023 年 2 月中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Journal of Central South University of Forestry&Technologyhttp:/收稿日期：2022-09-30基金项目：国家科技支撑计划项目（2012BAD21B03）；湖南省自然科学基金青年基金项目（2021JJ41069）；湖南省林业科技攻关项目“珍贵用材树种良种选育及栽培技术研究与示范”（XLK201706）。第一作者：欧阳泽怡（），博士研究生，工程师。通信作者：吴际友（），研究员。引文格式：欧阳泽怡,李志辉,欧阳硕龙,等.基于 Maxent 和 ArcGIS 的赤皮青冈在中国的潜在适生区预测 J.中南林业科技大学学报,2023,43(2):19-26.OUYANG Z Y,LI Z H,OUYANG S L,et al.Prediction of the potential distribution of Cyclobalanopsis gilva in China based on the Maxent and ArcGIS modelJ.Journal of Central South University of Forestry&Technology,2023,43(2):19-26.基于 Maxent 和 ArcGIS 的赤皮青冈在中国的潜在适生区预测欧阳泽怡1，2，李志辉1，欧阳硕龙3，程 勇3，周志春4，吴际友3（1.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；2.湖南省植物园，湖南 长沙 410116；3.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004；4.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400）摘 要：【目的】赤皮青冈是我国珍贵用材树种，大尺度预测和模拟赤皮青冈当前潜在分布区，并评估其适生范围，对赤皮青冈在中国未来不同时期的适生区进行模拟，得到未来不同气候情境下的适生区分布及其动态变化预测，为赤皮青冈的中长期造林规划提供指导。【方法】基于赤皮青冈的 81 条分布信息和 7 个环境因子，在MaxEnt 模型基础上，使用 R 语言对其进行优化，同时利用 ArcGIS 软件对影响赤皮青冈分布的环境因子进行分析，探究影响赤皮青冈自然分布的主要环境因子，并预测赤皮青冈在中国不同时期下的适生区分布范围与面积。【结果】1）赤皮青冈当前适生区模型的平均 AUC 值为 0.89，模型预测结果良好；2）赤皮青冈的适生区主要受最干月降水量、年平均降水量、温度年较差以及最冷季度平均温度影响；3）当前时期赤皮青冈的潜在适生区主要分布于我国贵州、四川、湖南、江西和台湾等地，其中高适生区占比最高的是湖南省；4）在未来 2 个时期 4种升温情境下，赤皮青冈的分布区面积均有不同程度的扩增，且整体有向高纬度地区迁移的趋势。【结论】赤 皮青冈的分布主要受水热条件所影响，尤其对水分要求较高；其当前及未来时期在我国的适生区面积均较高。可尽量在模型预测的中高适生区内开展赤皮青冈人工林扩繁工作，以提升造林效率，获得更好的生态及经济效益。关键词：赤皮青冈；MaxEnt 模型；适生区预测中图分类号：S771.8 文献标志码：A 文章编号：1673-923X(2023)02-0019-08Prediction of the potential distribution of Cyclobalanopsis gilva in China based on the Maxent and ArcGIS modelOUYANG Zeyi1,2,LI Zhihui1,OUYANG Shuolong3,CHENG Yong3,ZHOU Zhichun4,WU Jiyou3(1.College of Forestry,Central South University of Forestry&Technology,Changsha 410004,Hunan,China;2.Hunan Botanical Garden,Changsha 410116,Hunan,China;3.Hunan Academy of Forestry,Changsha 410004,Hunan,China;4.Research Institute of Subtropical Forestry,CAF,Fuyang 311400,Zhejiang,China)Abstract:【Objective】As a precious timber tree species in China,the current and future potentially suitable area for Cyclobalanopsis gilva was predicted,in order to provide guidelines for the medium and long-term afforestation of C.gilva.【Method】Based on 81 distribution information and 7 environmental factors,R language was used to optimize the MaxEnt model.Meanwhile,ArcGIS software was used to analyze the environmental factors affecting the distribution of C.gilva,and the main environmental factors affecting the natural distribution of C.gilva were explored.In addition,the distribution of C.gilva and its suitable areas in China in different periods were predicted.【Result】The result showed that the average AUC value of the current suitable area model for C.gilva was 0.89,which indicated that the results of the model were good.The distribution of C.gilva was mainly influenced by environmental factors,i.e.precipitation in the driest month,annual precipitation,annual temperature range and mean temperature of the coldest quarter.In China,the suitable areas for C.gilva were mainly distributed in Guizhou,Sichuan,Hunan,Taiwan and so on.The potentially suitable areas for C.gilva would be increased in 2021-2040 and 2041-2060,according to four different climate models.【Conclusion】The distribution of C.gilva is mainly influenced by water and temperature factors,and its suitable areas in China are large in the current and future periods.Hence,increasing the planting rate of C.gilva in highly suitable areas is important for the improvement of afforestation efficiency and ecological and economic benefits.Keywords:Cyclobalanopsis gilva;MaxEnt;potentially suitable area predictionDoi:10.14067/ki.1673-923x.2023.02.003欧阳泽怡，等：基于 Maxent 和 ArcGIS 的赤皮青冈在中国的潜在适生区预测20第 2 期赤皮青冈 Cyclobalanopsis gilva，又名红椆，隶属于壳斗科 Fagaceae 青冈属 Cyclobalanopsis 常绿乔木1。其木材坚硬美丽，材质优良，能培育成大径材，可用于运动器材、高档家具和地板的制作，果实可食用，具有潜在的开发前景2-3。然而，赤皮青冈的野生资源较为稀缺，加之市场需求不断提升造成过度采伐，赤皮青冈资源日益减少，故被列为濒危树种4。在加强天然林保护的同时加大人工林扩繁力度，扩大赤皮青冈分布面积，符合国家储备林建设规划实施需要5。目前，针对赤皮青冈的研究主要集中在种群生态学与群落特征、生长与生理特性、繁育技术以及分类与鉴定方面6，虽然对赤皮青冈的资源分布做了初步的调查与整理，但对其大尺度潜在自然分布区与生境因子的研究尚未见报道。目前，研究物种分布状态与生境条件多采用野外调查的方式，该方法虽直观且准确，但历时一般较长，人力成本较高，也难以精确反映物种的所有分布区。近年来，基于物种分布信息和环境变量来预测物种适生区的分布已成为生物学研究中的热点之一，由此也开发出了众多物种分布模型，如 BIOCLIM（Bioclimatic prediction system）、DOMAIN（Domain model）、GLMs（Generalized linear models）等7-9。其中，MaxEnt 因其在较小样本量的情况下仍能进行无偏判断，得出较精准的预测结果，因而在众多模型中脱颖而出，成为物种适生区模拟预测的热点工具之一10。本研究在 MaxEnt 模型的基础上，利用 R 语言对其进行优化，同时与地理信息系统 ArcGIS 相结合，大尺度预测和模拟赤皮青冈当前的潜在分布区并评估其适生范围，有助于揭示赤皮青冈自然分布特征，探究影响赤皮青冈自然分布的主要环境因子，进行赤皮青冈天然林自然保护区规划，更好地维持生态多样性。对赤皮青冈在中国未来不同时期的适生区进行模拟，得到未来不同气候情境下的适生区分布及其动态变化预测，相关结果可应用于中长期造林工程规划，为该树种培育引种地选择提供参考，对未来进一步开展赤皮青冈人工林扩繁与研究具有重要意义。1 数据与方法1.1 赤皮青冈地理分布数据及处理赤皮青冈的地理分布数据主要有以下 3 个来源：1）对赤皮青冈进行实地采样所记录的经、纬度信息；2）国内标本数据库，包括中国国家标本资源共享平台（NSII,http:/）、中国教学标本资源共享平台（http:/）以及中国植物图像库（http:/ 193条。对所获得的分布数据进行筛选，剔除重复、无效（位置记录模糊且年代久远）的分布点，利用 GPS 定位系统对没有经、纬度记录的分布点进行经、纬度信息提取，最终获得赤皮青冈分布数据 81 条。1.2 环境变量数据及处理环境变量数据包括气候和土壤变量。气候变量为世界气候数据库（http:/worldclim.org）提供的 19 个生物气候因子。当前时期气候变量的分辨率为 30 s，约 1 km；未来气候数据为基于联合国政府间气候变化专门委员会在第 6 次气候变化评估报告中发表的在共享社会途径（SSPs）下的气候模型，包括 20202040 和 20402060 两个时间段，每个时间段分别使用 4