基于GIS的生态位模型预测源自北美的菊科入侵物种的潜在适生区

论文摘要

外来生物入侵的危险性在全球范围内日益增加,我国目前也面临着非常大的生物入侵压力。随着我国与全球各地间商业文化交流越来越频繁,也使外来有害生物传播可能性大大提高。为防止入侵物种的进一步扩散,利用基于GIS的MaxEnt生态位模型对其进行潜在适生区的预测分析有着重大的现实意义和理论意义。目前我国已发现的外来入侵植物中,从物种分类上看,以菊科的种类为最多；从来源地域上看,以起源美洲(尤其是北美洲)的最多。其中,源自北美洲的菊科入侵植物有28种,均已在我国造成了不同程度的危害。本文应用生态位模型(MaxEntGARP)与GIS技术相结合,对源自北美的28种菊科入侵种：胜红蓟Ageratum conyzoides L.,熊耳草Ageratum houstonianum Mill.,豚草Ambrosia artemisiifolia L.,三裂叶豚草Ambrosia trifida L.,窄叶紫菀Aster subulatus Michx,狼把草Bidens tripartita L,大狼把草Bidens frondosa L,小飞蓬Conyza canadensis (L.) Cronq.,大花金鸡Coreopsis grandiflora Hogg.,线叶金鸡菊Coreopsis lanceolata L.,秋英Cosmos bipinnatus Cav.,蛇目菊Coreopsis tinctoria Nutt.,硫黄菊Cosmos sulphureus Cav.,梁子菜Erechtites hieracifotia (L.) Raf.ex DC. Prodr,一年蓬Erigeron annuus (L.) Pers,春飞蓬Erigeron philadelphicus L.,紫茎泽兰Eupatorium adenophorum Spreng,黄顶菊Flaveria bidentis (L.) Kuntze,天人菊Gaillardia pulchella Foug,菊芋Halianthus tuberosus L.,堆心菊Helenium autumnale L.,假苍耳Iva xanthifolia Nutt,加拿大一枝黄花Solidago canadensis L.,万寿菊Tagetes erecta L.,孔雀草Tagetes patula L.,肿柄菊Tithonia diversifolia (A.) Gray,百日菊Zinnia elegans Jacq,多花百日菊Zinnia peruviana (L.) L.,进行了适生区预测和分析。结果表明：(1)春飞蓬在我国有广泛的潜在分布区,主要适生区包括上海、江苏、浙江、安徽、河南、湖北、湖南、江西等地区。目前的实际分布远未达其最大潜在分布范围,仍有可能继续扩散。潜在入侵区分布可能主要受温度和湿度的影响。应高度重视春飞蓬的危害性,采取灭除已经发生的种群、严格监控向最适分布区入侵等措施阻止春飞蓬的扩散蔓延。(2)加拿大一枝黄花在我国的适生范围主要分布在华东和华中地区,地理位置大致处于北纬24°至北纬35°,东经108°至东经123°之间。包括上海、江苏、安徽、湖北、重庆、湖南、江西、浙江两市五省的绝大部分地区,以及山东、河南、山西、四川、贵州、福建的部分地区。水分和温度因子对加拿大一枝黄花分布的影响最大。一方面低温与干旱对加拿大一枝黄花在我国北部、西部、高海拔的气候干旱寒冷地区的扩散起到限制作用,另一方面,湿热和温差因素也影响了加拿大一枝黄花在我国南部沿海热带地区的扩散。与原差地环境的对比分析,加拿大一枝黄花入侵我国后已经发生了生态位漂移。(3)小飞蓬在我国的生态位与其原产地的生态位有显著的差异,即其已经发生了明显的生态位漂移。从GARP模型和MaxEnt模型的对比来看,当分布数据包含入侵地分布信息时,MaxEnt模型的预测结果会优于GARP模型,但缺失这些信息后,MaxEnt模型的这种优越性会消失。再者,当训练点分布发生变化时,MaxEnt的灵敏度高于GARP。(4)源自北美的28个菊科入侵种在我国皆有广泛的适生区,主要分布于我国的华东、华南、华中、西南地区。对环境因子的分析显示,影响这些入侵种扩散的主要环境因子有：低温、年均温、生长日长度、蒸腾强度。已发现8种入侵种发生了明显的生态位漂移。种子的传播方式不能直接决定潜在适生区的分布和广度。从入侵地域上看,大致可以分为西南、长江流域等六类,而秦岭淮河一带与我国的西南地区尤其容易受到这些入侵种的入侵,包括江苏、安徽、湖北、江西、重庆、云南等地。从目前分布区域和潜在适生区面积的对比上看,这28种源自北美的菊科入侵种大致可以分为三类：第一类,极限种,其目前的分布区与潜在分布区已经达到2/3以上,包括一年蓬、小飞蓬、天人菊、万寿菊、孔雀草、窄叶紫菀；第二类,扩张种,其目前分布区达到潜在适生区的半数面积左右,包括胜红蓟、熊耳草、豚草、紫茎泽兰、大狼把草、狼把草、线叶金鸡菊、蛇目菊、秋英、硫黄菊、肿柄菊、菊芋、加拿大一枝黄花、百日菊、多花百日菊；第三类,定植种,该类入侵种当前的分布区域远未达到其潜在的适生区的最大范围,包括三裂叶豚草、大花金鸡菊、梁子菜、春飞蓬、黄顶菊、堆心菊、假苍耳。其中三裂叶豚草、春飞蓬、黄顶菊、假苍耳既具有广泛的潜在适生区,自身又具有极强的入侵性,尤其需要人们提高警惕。为实现对源自北美的菊科入侵种的有效防控,建议从完善法规、检疫和预警机制,积极开展相关研究和科学防除,强化教育等方面着重开展工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1 生物入侵概述
• 1.1 生物入侵的概念
• 1.2 生物入侵的机制
• 2 中国的植物入侵现状
• 2.1 中国外来入侵植物概述
• 2.2 生物入侵在我国造成的影响
• 2.3 中国外来入侵植物的组成
• 2.4 我国菊科外来杂草
• 3 外来入侵物种风险评估及适生区分析
• 3.1 外来入侵物种风险评估
• 3.2 适生区预测
• 3.3 适生区分析常用模型
• 3.4 GIS在适生区预测中的应用
• 第二章 用MAXENT模型预测入侵杂草春飞蓬Erigeron philadelphicus在中国的入侵范围
• 1 材料方法
• 1.1 数据获取与处理
• 1.1.1 入侵生物物种分布数据
• 1.1.2 环境数据
• 1.1.3 地图数据
• 1.1.4 软件平台
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 预测结果
• 2.2 精度测评
• 2.3 春飞蓬适生区生态环境因子分析
• 3 讨论
• 第三章 基于MAXENT模型的加拿大一枝黄花Solidago canadensis适生区预测
• 1 数据获取与处理
• 1.1 入侵生物物种分布数据
• 1.2 环境数据
• 1.3 地图数据
• 1.4 软件平台
• 1.5 模型设置
• 2 结果与分析
• 2.1 预测结果
• 2.2 模型测评
• 2.3 加拿大一枝黄花适生区生态环境因子分析
• 2.4 基于原生地分布数据的预测结果
• 3 讨论
• 第四章 研究入侵地记录对入侵预测结果的影响,以小飞蓬Conyza canadensis为例
• 1 材料方法
• 1.1 数据获取与处理
• 1.1.1 入侵物种分布数据
• 1.1.2 环境数据
• 1.1.3 地图数据
• 1.1.4 软件平台
• 1.2 技术路线
• 2 结果与分析
• 2.1 预测结果
• 2.2 模型预测结果的AUC值比较
• 3 讨论
• 第五章 源自北美洲的菊科入侵种在我国的潜在入侵范围及入侵规律
• 1 材料方法
• 1.1 数据采集与处理
• 1.1.1 入侵生物物种分布资料
• 1.1.2 环境数据
• 1.1.3 地图数据
• 1.1.4 软件平台
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 当前分布图
• 2.2 预测结果
• 2.3 预测结果精度测评及环境因子刀切法分析
• 2.4 GIS叠加分析
• 3 讨论
• 3.1 当前分布
• 3.2 环境因子
• 3.3 种子传播方式及生境
• 3.4 入侵地域
• 3.5 入侵性与防控措施
• 参考文献
• 致谢