少花蒺藜草在辽宁省的地理分布与主要环境影响因子

王晶晶，何莉莉

（1.绥中县政务服务中心小庄子镇分中心，辽宁 绥中 125200；2.辽宁省农业发展服务中心，辽宁 沈阳 110000）

少花蒺藜草（Cenchrus spinifex Cav.）原产北美洲及热带沿海地区的沙质土壤，具有极强的环境适应性和竞争能力，会严重破坏畜牧业、影响生物多样性和人们的生产生活，先后被列入中华人民共和国进境植物检疫性有害生物名录和第一批国家重点管理外来入侵物种名录。从辽宁省农业部门多年的调查数据看，该外来入侵植物在辽宁省多个县区有分布且部分地区发生较重，应采取有效措施遏制其进一步扩散蔓延。有效控制外来入侵植物的扩散关键因素在于一个“早”字，早发现、早防治、早根除，而物种分布模型作为生态学研究的重要工具之一，常被众多学者用于模拟外来入侵植物的适生区预测，揭示其潜在的扩散风险和扩散趋势从而进行早期预警，而MaxEnt模型在稳定性和精准性方面较其他模型更具优越性，应用最为广泛。对于植物而言，土壤、温度、湿度、海拔等环境因素是影响其分布的重要因子，在各种环境因素的共同作用下，产生了每种植物独特的分布格局。本研究基于多年的实地调查、标本采集记录、文献报道的分布数据和土壤、气候、高程三大环境因子，运用MaxEnt模型和GIS软件，构建了少花蒺藜草在辽宁省的实际和潜在地理分布，以及气候变化背景下少花蒺藜草的扩散趋势，筛选了影响少花蒺藜草分布格局的主导环境因子，以期对少花蒺藜草的生态适宜性和早期预警与监测提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 数据来源

少花蒺藜草的分布数据主要来自全球生物多样性信息平台、国内外公开发表的相关文献、2019～2021年辽宁省农业部门实地调查的分布点地形以及现代和未来的气候数据来自世界气候数据库，未来气候2070s选用与全球经济框架相适应的RCP4.5模式；土壤数据来自世界土壤数据库，环境数据分辨率均为30弧秒。

1.2 数据处理

MaxEnt模型参数设置为将75%的随机分布点用于模型预测，25%的随机分布点对预测结果进行验证，用ROC曲线下面积值以及2022年的普查数据验证模型预测的准确性。AUC值为0.9～1表示模型的预测结果非常准确，0.8～0.9表示很准确，0.7～0.8表示较准确，小于0.7预测失败。为避免运算结果过度拟合，在每1公里×1公里面积中只随机保留一个分布数据，最终获得原产地和入侵地的分布数据共1024个；在SPSS22.0中对环境数据进行相关性分析，当两个环境变量的相关系数绝对值≥0.8时，剔除对模型贡献率小的。

1.3 适生区等级划分标准

采用自然断点分级法在GIS的重分类功能中，将模型的预测结果分为非适生区、低适生区、中适生区和高适生区，从而绘制少花蒺藜草在辽宁的适生等级图，将现代气候和未来气候背景下的模型预测结果进行二值化处理，在GIS中计算高适生区的几何质心，判断气候变化背景下入侵植物分布格局的变化趋势，以现代气候的预测结果为底图与未来气候的预测结果进行叠加，将扩张、收缩、不变的适生区进行可视化表达。

2 结果与分析

2.1 现代气候背景下少花蒺藜草在辽宁省的分布格局

模型的分析结果表明，AUC值为0.935，从图1可以看出，2022年的踏查结果均在模型的高中适生区，说明模型的转移程度良好，预测结果准确可靠。少花蒺藜草在辽宁省的高适生区面积为5.01×104平方公里，约占辽宁省总土地面积的32%，中适生区面积为3.71×104平方公里，约占辽宁省总土地面积的23%，低适生区面积为4.95×104平方公里，约占辽宁省总土地面积的31%，除鞍山、营口、大连的小部分不适生，其余地区均为适生区。

图1 当前气候情景下少花蒺藜草的分布区划预测结果

2.2 影响少花蒺藜草分布格局的重要环境因子

根据模型的预测结果，对少花蒺藜草分布影响排在前四位的环境因子为，年平均气温、年平均降雨量、海拔和土壤有效含水量，以存在概率≥0.5作为适宜范围。少花蒺藜草分布区的环境特征为，年平均气温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%。

从环境因子响应曲线（图2）可以看出，年均温和年平均降雨量对少花蒺藜草的存在概率呈先上升后下降趋势，少花蒺藜草不适合在高温高湿的地方生长；海拔的适生范围比较宽，高海拔和低海拔地区均可生长，但海拔对其整体生存产生负影响，随着海拔的升高，少花蒺藜草的存在概率会下降；土壤含水量对少花蒺藜草的生存呈负影响，土壤的有效含水量越高，越不利于其生存，证明少花蒺藜草的抗干旱性比较强，从实地踏查情况看，2021年辽宁省的降水量比往年明显增多，少花蒺藜草成片生长的地区，长势不如往年好。

图2 少花蒺藜草环境因子响应曲线

2.3 气候变化背景下少花蒺藜草扩散趋势及质心移动轨迹

模型结果得出，未来气候变化情景下，少花蒺藜草的适生范围与基准气候相比呈显著增加趋势，4.5RCP排放情景下高、中适生区面积均扩张了60%以上，低适生区和非适生区面积基本为0（表1）。少花蒺藜草的高适生区重心变化，揭示了未来气候变化背景下，少花蒺藜草在辽宁省的扩张趋势（图3）。对少花蒺藜草的质心变化分析表明，在RCP4.5排放情景下，少花蒺藜草的高适生区由现代的（122.48E,41.88N）转移到（122.51E,41.82N），最适宜区域的重心在未来的排放情景下呈现出向低纬度和东南方向转移的变化趋势。

表1 气候变化背景下少花蒺藜草的适生区面积 单位：万平方公里

图3 气候变化背景下少花蒺藜草在辽宁省的分布格局变化

3 结论与监测

少花蒺藜草在辽宁省有广泛的适生区域，现代气候背景下的高适生区主要集中在沈阳、铁岭的西部和辽西地区，影响少花蒺藜草分布的主要环境因子为年平均气温，年平均降雨量、海拔和土壤有效含水量。从环境因子响应曲线可以看出，少花蒺藜草不适合在高温高湿的地方生长，高海拔和低海拔地区均可生长，但随着海拔的升高，少花蒺藜草的存在概率会显著下降；土壤含水量对少花蒺藜草的生存呈负影响，土壤的有效含水量越高，越不利于其生存。未来气候变化背景下，少花蒺藜草在辽宁省的适生范围会显著扩张，全省均为高中适生区，最适宜区域的重心呈现出向低纬度和东南方向转移的变化趋势。

少花蒺藜草属于入侵性极强的有害杂草，其带刺的种子能够轻易地附着在牲畜、人体、农机、车辆上四处扩散，对干旱、污染等不利条件抵抗能力极强。研究结果显示，在现代气候背景下，少花蒺藜草在辽宁省的入侵还远没有达到饱和，未来气候变化会给该杂草提供更广泛的适生空间，建议对辽宁省南部地区进行长期的重点监控，这些地区将是少花蒺藜草未来入侵的高风险区域。