气候变化对墨西哥东南部两种采木属植物（豆科）的影响：我们正在失去自然遗产吗？

《Ecology and Evolution》：Climate Change Effect on Haematoxylum campechianum and Haematoxylum calakmulense (Fabaceae): Are We Losing Our Natural Heritage in South-Eastern Mexico?

本文利用生态位模型（ENM）探讨气候变化对中美洲具有重要经济与社会文化价值的两种采木属植物——坎佩采木（Haematoxylum campechianum）和卡拉穆尔采木（Haematoxylum calakmulense）潜在分布的影响。研究发现，尽管两种植物生态位相似（Schoener's D），但气候响应特征迥异：坎佩采木分布受年均温（bio1）主导，未来适生区将向墨西哥东南部、伯利兹和危地马拉扩张；而卡拉穆尔采木对最冷季度均温（bio11）更敏感，适生区显著萎缩。研究强调需将气候变化预测纳入现有造林规划，以提升关键物种保护效率。

　　

引言

植物物种分布受历史因素、生态适应（如扩散策略）及种间关系共同影响。气候变化作为近年最令人担忧的现象之一，威胁生物多样性与生态系统平衡。面对快速气候变迁，植物难以在短期内适应变异，导致个体存活率下降、栖息地缩减与破碎化，并影响生态系统服务。生态位模型（Ecological Niche Models, ENMs）成为探索气候变化对物种分布格局影响的有效工具，尤其适用于经济或遗产价值关键物种的保护规划。

本研究聚焦墨西哥东南部湿润低地分布的两种采木属植物：坎佩采木（Haematoxylum campechianum）与卡拉穆尔采木（Haematoxylum calakmulense）。前者具悠久染料利用历史，为地区文化遗产物种；后者为其形态近似姊妹种，集中分布于尤卡坦半岛中部。两种植物均具蜜源价值，对当地养蜂业至关重要。研究旨在：（1）表征两种物种的气候生态位并识别重叠区；（2）评估气候变化对墨西哥东南部两种物种潜在分布的冲击。

材料与方法

研究收集卡拉穆尔采木53条与坎佩采木604条有效分布记录，结合WorldClim版本2.1数据库的15组气候变量（分辨率约1公里），剔除bio8、bio9、bio18、bio19等易产生共线性的变量。通过相关分析、方差膨胀因子（VIF）及主成分分析（PCA）筛选变量组合，最终采用MaxEnt算法构建生态位模型。模型校准以50公里缓冲区内 Occurrence 点为基础，评估504种参数配置（含18种正则化乘数、7种特征组合及4组环境变量），依据统计显著性（部分ROC）、遗漏率（OR）与校正赤池信息量准则（AICc）筛选最优模型。

未来预测涵盖2041–2060与2061–2080两个时段，结合ssp245（中度变化）与ssp585（极端变化）情景及MPI-ESM1-2-HR、EC-Earth3-Veg两种环流模型，采用钳制外推法限制预测值范围，并以“训练存在点10分位数”为阈值生成二值分布图。生态位重叠分析通过PCA将环境空间转化为100×100网格，计算Schoener's D统计量，并进行生态位等效性与相似性检验。

结果

气候生态位模型

模型表现优于随机预期，坎佩采木与卡拉穆尔采木的受试者工作特征曲线下面积（AUC）分别为0.75与0.66，且部分ROC检验显著（p<0.001），遗漏率低于0.1。坎佩采木最优模型包含bio1（年均温）、bio2（平均日较差）、bio3（等温性）、bio12（年降水量）及bio15（降水季节性），其中bio1贡献超70%；卡拉穆尔采木模型则涉及bio2、bio3、bio11（最冷季度均温）、bio15、bio16（最湿季度降水）与bio17（最干季度降水），各变量贡献均高于10%。

当前情景下，卡拉穆尔采木适生区面积（1.89×10⁷公顷）大于坎佩采木（1.77×10⁵公顷）。前者高适生区集中于尤卡坦半岛中部（坎佩切与金塔纳罗奥州交界）及尤卡坦州北部海岸；后者适生区偏向半岛西侧（坎佩切与塔巴斯科海岸）及伯利兹北部沿海。未来预测显示，卡拉穆尔采木适生区在所有情景下均萎缩，尤以MPI-ESM1-2-HR模型在2041–2060年ssp245情景下损失最大（862万公顷）；相反，坎佩采木适生区将持续向半岛中部、塔巴斯科、恰帕斯及伯利兹、危地马拉扩张。

生态位宽度与重叠

PCA显示两物种生态位在环境空间中均处于可用条件边缘区域（第一主成分解释率41.89%，第二主成分28.25%）。尽管生态位分布区重叠（均位于第一主成分<3、第二主成分>?0.3区间），但存在空间分离：卡拉穆尔采木高密度区集中于第一主成分>0区域，而坎佩采木偏向<0区域。生态位等效性检验表明两物种生态位不等效（p<0.05），但相似性检验支持其生态位相似性（p>0.05）。

讨论

气候生态位模型的意义

本研究揭示了气候变化对两种采木属植物分布的差异化影响：坎佩采木表现出对暖化环境的适应性，其分布扩张可能与年均温升高促进土壤微生物活性及养分矿化有关；而卡拉穆尔采木对降水格局及极端温度（如最冷季度均温）的敏感性使其更易受未来干旱加剧的威胁。尤卡坦半岛日益频繁的极端干旱事件可能进一步压缩其适生区。

模型未纳入海平面上升、土地利用变化等非气候因子，可能低估沿海种群受海水入侵的影响。此外，物种扩散能力、种子休眠特性（坎佩采木种子具顽拗性）及种间竞争等未量化因素亦会增加预测不确定性。

保护启示

坎佩采木的气候韧性使其成为造林计划的优选物种，但应限制在其历史与潜在分布区内种植，避免生态位替代加剧卡拉穆尔采木的生存压力。后者作为分布区狭窄的准特有物种，可能因生态位特化与扩散能力有限而面临更高灭绝风险。当前再造林计划需整合气候预测，优先保护卡拉穆尔采木现存种群栖息地，并监测其种群动态与病虫害压力。

结论

气候变化将重塑墨西哥东南部两种采木属植物的分布格局：坎佩采木适生区扩张而卡拉穆尔采木适生区萎缩。这一差异源于两物种对主导气候因子的响应策略不同。研究结果强调，基于生态位模型的预测可为区域生物多样性保护与可持续资源管理提供关键科学依据，尤其在面临气候变化的遗产物种保护中具有迫切应用价值。