基于MaxEnt模型的津巴布韦Vernonanthura polyanthes入侵适生区当前与未来时空分布预测及生态风险预警

《Discover Agriculture》：Modelling the current and future spatial distribution of suitable areas for V. polyanthes using maxent in Zimbabwe

本研究针对气候变化背景下入侵植物Vernonanthura polyanthes在津巴布韦的扩散风险，通过MaxEnt模型结合19种生物气候变量，揭示年降水量（贡献度65.3%）和最冷月均温（贡献度34.7%）为关键驱动因子。预测显示当前至2085年持续适生区达4895.66 km2（占55%），新增适生区1532.42 km2（17%），模型AUC值0.87证实预测可靠性，为入侵物种防控提供空间决策支持。

　　

随着全球气候变化持续加剧，入侵植物物种的扩散已成为威胁生态安全的重大挑战。原产于南美洲的Vernonanthura polyanthes（俗称“巴西铁苋”）自2000年热带气旋“伊莱恩”登陆后入侵津巴布韦，迅速在曼尼卡兰省的奇马尼马尼、穆塔雷和穆塔萨地区形成入侵种群。这种灌木状植物具有强大的适应能力，可在海拔345-1710米的干扰地带、路边次生植被及废弃林地快速扩张，不仅挤占原生植被生态位，还可能改变土壤氮磷循环格局。然而，目前针对该物种在非洲的扩散机制和潜在风险缺乏系统评估，亟需通过空间显式模型预测其分布轨迹，为早期防控提供科学依据。

研究团队通过GPS设备采集218个物种分布点，利用Africlim平台获取19种生物气候变量数据，采用最大熵模型（MaxEnt）分析当前与未来（2085年）适生区变化。关键技术方法包括：通过刀切法（Jackknife）和相关性分析筛选关键变量（最终保留年降水量和最冷月均温）；使用受试者工作特征曲线下面积（AUC=0.87）和连续博伊斯指数（CBI=0.5）验证模型精度；基于最大训练敏感性与特异性阈值（0.360）划分适生等级；利用ArcGIS 10.4空间叠加分析量化时空变化格局。

环境与气候变量对V. polyanthes分布的影响机制

模型结果显示，干旱季度湿度指数（Miaq）和最冷月均温（bio6）是决定物种分布的核心因子。尽管干旱季度湿度指数贡献度达43.5%，但其置换重要性仅0.6%，表明该变量与其他气候参数存在信息重叠；而年降水量（bio12）虽单独贡献度居次（65.3%），但置换重要性高达74%，揭示其包含不可替代的生态信息。刀切法检验进一步证实，最冷月均温的单独使用可获得最高训练增益，而移除年降水量会导致模型性能显著下降，说明二者分别承担温度适应性和水分依赖性的表征功能。

栖息地适宜性地图的精度验证

模型训练集AUC值达0.921，测试集为0.870（标准差0.031），且测试曲线始终高于随机预测基线，证明模型具备良好的外推能力。CBI指数0.5表明模型能有效区分存在点与背景环境。通过最大敏感特异性阈值生成的适生区地图显示，当前高适生区集中分布于穆塔萨和奇马尼马尼地区，穆塔雷部分区域呈现斑块化适宜特征，与实地调查记录高度吻合。

V. polyanthes未来分布趋势预测

2085年情景预测表明，该物种适生区将向高海拔冷湿区域扩张，新增适生区1532.42 km2（占17%），主要分布于现有适生区周边山地。当前适生但未来丧失适宜性的区域仅265.16 km2（3%），而持续适生区达4895.66 km2（55%），暗示气候变化将强化其在曼尼卡兰省的定居优势。空间演化模式显示，温度季节性（bio4）和等温性（bio3）等变量在未来场景中的贡献度提升，反映物种对气候波动敏感度的转变。

生态启示与管理意义

研究证实V. polyanthes对低温高湿环境的偏好性，其入侵风险与津巴布韦东部高原地带（如尼扬加、马龙德拉）的气候条件高度匹配。尽管模型未纳入土壤因子（如氮磷含量）和生物互作（传粉者活动）等局部变量，但通过气候约束框架已能识别75%的潜在扩散风险区。该成果为构建早期预警系统提供关键参数，建议优先监测年降水量>1000 mm且最冷月均温>10℃的生态系统过渡带。此外，研究示范的“MaxEnt+GIS”技术路径可推广至其他入侵物种风险评估，尤其适用于监测数据稀缺的非洲地区。

综上所述，本研究通过多尺度气候建模揭示V. polyanthes在津巴布韦的入侵动力学机制，证实该物种在气候变化背景下具有持续扩张的生态潜力。研究成果发表于《Discover Agriculture》期刊，不仅为当地生物多样性保护提供空间规划依据，也为全球热带山地生态系统的入侵物种管理树立了方法论典范。未来需结合遥感监测与群落调查，进一步解析人为干扰（如林业活动）与气候因子的耦合效应。