气候变化对南非和莱索托入侵性针茅属植物分布的潜在影响研究

《Rangeland Ecology & Management》：Implications of Climate Change for the Distribution of the Invasive Grass Genus Nassella in South Africa and Lesotho

本研究针对气候变化背景下三种南美入侵性针茅属植物(Nassella)在南非和莱索托的分布风险展开系统分析。研究人员运用MaxEnt物种分布模型，结合CHELSEA数据库的9个非共线性预测因子，模拟了当前及未来三种SSPs情景下的潜在分布格局。结果显示温度相关变量（特别是平均日较差）是影响物种分布的关键因子，预测表明虽然总体适宜面积将收缩，但Maloti-Drakensberg等高海拔地区适宜性将显著增加，这对当地生物多样性热点和牧场生产力构成严重威胁。研究成果为跨境入侵物种防控提供了科学依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，生物入侵已成为威胁生态系统稳定性和生物多样性的重要因素。南美洲特有的针茅属植物（Nassella）——包括智利针茅（Nassella neesiana）、墨西哥羽毛针茅（N. tenuissima）和纳索针茅（N. trichotoma），自19世纪末偶然引入南非后，已成为当地温带草原的严重入侵物种。这些植物不仅难以根除（因其种子寿命长、根系深），还会降低牧场质量，威胁当地特有的生物多样性。尽管南非已对其中两种物种实施管控，但其分布范围可能被低估，且邻近的莱索托王国尚未有入侵记录，存在跨境传播风险。更令人担忧的是，气候变化可能改变这些入侵物种的分布格局，进而影响防控策略的有效性。为此，研究人员在《Rangeland Ecology》发表论文，系统评估了当前和未来气候情景下这三种针茅属植物在南非和莱索托的潜在分布，为早期预警和跨境管理提供科学依据。

本研究主要采用了物种分布模型（Species Distribution Modelling, SDM）中的最大熵模型（MaxEnt），从全球多个数据库（如GBIF、iNaturalist等）获取物种分布记录，并利用CHELSEA数据库的9个关键生物气候变量进行建模。通过五折交叉验证和空间分块验证确保模型稳健性，并整合了五种全球环流模型（GCMs）在三种共享社会经济路径（SSP1-2.6、SSP3-7.0、SSP5-8.5）下的未来气候预测，模拟了2071–2100年期间的潜在分布变化。

变量贡献

模型分析显示，温度相关变量是影响三种针茅属植物分布的主导因素。其中，平均日较差（bio2）对所有物种的贡献最大（N. neesiana: 34.45%；N. tenuissima: 39.43%；N. trichotoma: 28.68%）。此外，等温性（bio3）和温度季节性（bio4）对N. tenuissima和N. trichotoma分布有显著影响，而最干月降水量（bio14）对N. trichotoma分布也较为重要（贡献率18.07%）。响应曲线表明，所有物种在平均日较差10°C–15°C、等温性40%–60%的范围内出现概率最高，其中N. trichotoma对干旱更敏感（最干月降水量需＞20 mm）。

潜在分布

研究表明，在当前气候条件下，三种针茅属植物的潜在适宜面积均远大于已知分布范围。高风险区域主要集中在东开普省、自由州、莱索托及西开普省的部分地区。未来气候情景下，适宜面积总体呈收缩趋势，且收缩程度随碳排放增加而加剧。例如，在SSP5-8.5情景下，N. tenuissima的适宜面积将减少82%。然而，莱索托的Maloti-Drakensberg等高海拔地区适宜性反而显著增加，可能成为气候变暖下的“避难所”。同时，西开普冬季降雨区的低海拔沿海地带因气候凉爽，仍将保持较高的适宜性。

讨论与结论

本研究首次系统评估了三种针茅属植物在南非和莱索托的分布对气候变化的响应。结果表明，尽管总体适宜面积收缩，但入侵风险将向高海拔生物多样性热点区域（如Maloti-Drakensberg）集中，这些区域同时是南非重要的水源涵养区和特有物种栖息地。针茅属植物作为C₃植物，虽可能从大气CO₂浓度上升中获益，但升温对其分布的负面影响更为显著。研究强调，当前分布范围可能处于滞后阶段，需加强监测以防其向莱索托等未入侵地区扩散。建议采取跨境合作、控制放牧扰动、探索生物防治（如利用锈菌Uromyces pandanus）等综合管理措施。该研究为制定气候变化下的入侵物种防控策略提供了关键科学依据，对保护南部非洲高山生态系统的生物多样性和牧场安全具有重要意义。