模拟气候变化和入侵过程中红火蚁（Solenopsis invicta Buren）的潜在分布及生态位变化

《Frontiers in Forests and Global Change》：Modelling the potential distribution and niche shift of Solenopsis invicta Buren under climate change and invasion process

中国与美国的气候 niche 分析显示，红火蚁（S. invicta）在中国东部和南部沿海及美国东南部沿海具有适宜栖息地，且温度与降水是关键驱动因素。未来气候情景下，中国适宜栖息地面积扩大，而美国则可能缩小。通过MaxEnt模型和ecospat包分析，发现温度日变化（Bio2）和降水季节性（Bio15）是主要 niche差异，表明该物种在入侵过程中通过 niche shift 适应新环境，强调需动态评估气候驱动的入侵风险。

　　### 生物入侵与气候变化的关系

生物入侵作为全球生态问题之一，对生物多样性和人类社会造成了深远的影响。随着国际贸易、交通运输和旅游的不断发展，外来物种的引入已成为一个日益严峻的环境挑战。这些外来物种不仅威胁本地生态系统，还可能对农业、林业、公共安全和人类健康带来严重后果。中国的地理环境和气候多样性为外来物种的建立和扩散提供了有利条件，目前有超过一半的国际自然保护联盟（IUCN）认定的100种最具威胁的入侵物种已经在中国境内定居。因此，如何有效预测和防控外来物种的扩散成为全球生态管理的重要课题。

在众多入侵物种中，红火蚁（*Solenopsis invicta* Buren）因其强大的适应能力和广泛的影响范围，被视为高风险外来昆虫。它最初于20世纪初通过检疫疏漏被引入美国南部，随后在农业和生态环境中造成严重破坏。2004年，红火蚁首次在中国广东被发现，并迅速扩展至12个省份。由于其对新环境的快速适应能力，红火蚁能够在短时间内占据新的生态位，对本地生物多样性和生态平衡构成威胁。近年来，随着气候变化的加剧，红火蚁的分布范围和扩散速度也受到显著影响，这种变化对生态系统的稳定性提出了新的挑战。

### 生态位与环境变量的比较分析

在研究红火蚁的生态位时，科学家们首先比较了中国和美国之间的生物气候变量。生物气候变量是决定物种适宜栖息地的重要因素，包括年平均温度、年降水量、日温差、降水季节性等。研究发现，中国和美国在年平均温度和年降水量方面具有相似性，这为红火蚁的入侵提供了重要的生态和环境基础。然而，在其他气候变量上，两者存在显著差异，如中国冬季最冷月的平均温度比美国高4.86°C，且日温差和降水季节性更小，表明红火蚁在入侵过程中对温度变化的敏感性更高。

通过使用MaxEnt模型和“ecospat”软件包，研究者能够预测红火蚁在中国和美国的潜在分布区域，并量化其生态位的变化。MaxEnt是一种基于最大熵原理的机器学习算法，能够高效地整合物种出现数据与环境变量，构建预测模型。与传统的物种分布模型（如Bioclim、Climex等）相比，MaxEnt在模拟精度和预测性能方面表现更优，因此被广泛应用于生物多样性保护和入侵物种评估。而“ecospat”软件包则用于量化和可视化生态位的变化，通过主成分分析（PCA-env）和核密度估计（KDE）等方法，揭示了红火蚁在入侵过程中如何调整其生态位。

### 红火蚁的生态位变化与适应能力

研究发现，红火蚁的生态位在入侵过程中表现出显著的保守性与扩展性。尽管其在新环境中的适应能力较强，但在最初的入侵阶段，其生态位与原生环境相似，呈现出较强的保守性。这种保守性可能源于红火蚁在原生环境中形成的稳定适应机制，使其在入侵初期仍依赖于类似的环境条件。然而，随着红火蚁在新环境中的持续扩展，其生态位逐渐发生改变，适应更广泛的气候条件，尤其是在温度和降水季节性方面。

通过比较中国和美国的生态位重叠度（Schoener’s D），研究发现两者之间存在一定的生态位差异。生态位等价性测试表明，红火蚁在中国和美国的生态位并不完全相同，而生态位相似性测试则显示其在某些方面具有较高的重叠。这表明，红火蚁在入侵过程中虽然保留了部分原生生态位的特征，但也通过生态位调整扩展了其适应范围。这种动态变化对于制定有效的防控措施至关重要，因为传统的静态模型可能无法准确反映其生态位的变化趋势。

### 红火蚁的当前与未来潜在分布

在当前气候条件下，红火蚁主要分布在中国东部和南部沿海地区，以及美国东南部。这些区域具有适宜的温度和降水条件，有利于红火蚁的生存和繁殖。在中国，适宜区域主要集中在海南、广东、广西和福建等地，总面积约为1.769×10^5平方公里，占全国土地面积的1.83%。而美国的适宜区域则主要位于佛罗里达州、德克萨斯州东南部、路易斯安那州、密西西比州和阿拉巴马州的沿海平原，以及佐治亚州、南卡罗来纳州和北卡罗来纳州的东部沿海地区，总面积约为3.2781×10^5平方公里，占美国土地面积的3.57%。

随着全球气候变化，红火蚁的潜在分布区域可能发生变化。研究预测，在未来气候条件下，中国的适宜区域将扩大，而美国的适宜区域则可能缩小。这一趋势可能与气候变化对降水模式和温度范围的影响有关。在中国，随着全球变暖，年降水量可能增加，这将有利于红火蚁向西北方向扩展。而在美国，降水减少和温度升高可能使红火蚁的适宜区域逐渐缩小，特别是在低纬度沿海地区，如路易斯安那州的巴吞鲁日等地。此外，红火蚁的分布还受到地形和人类活动的影响，例如中国的青藏高原和美国的洛基山脉可能对红火蚁的扩散路径产生限制作用。

### 气候变化对红火蚁入侵的影响

气候变化对红火蚁的入侵过程产生了深远的影响。一方面，温度的升高可能促进红火蚁的繁殖和扩散，使其在适宜的环境中更容易建立种群。另一方面，降水的变化可能影响红火蚁的生存环境，尤其是在干旱或极端降水条件下，红火蚁的存活率可能受到影响。此外，气候变化还可能改变生态系统的稳定性，从而影响红火蚁与其他物种的相互作用，进而影响其入侵速度和范围。

研究还指出，红火蚁的入侵并非完全依赖于气候条件，其自身的适应能力、繁殖特性以及人类活动也是影响其扩散的重要因素。例如，红火蚁具有较强的觅食和繁殖能力，能够在多种环境中生存。同时，人类活动，如交通运输和土地利用变化，可能加速红火蚁的扩散。因此，未来红火蚁的防控策略需要综合考虑气候变化、生态位调整以及人类活动的多重影响。

### 生态位动态变化与防控策略

为了更准确地预测红火蚁的未来分布，研究者采用了MaxEnt模型和“ecospat”软件包，结合历史和未来气候数据，对红火蚁的生态位变化进行了系统分析。研究结果表明，红火蚁的生态位在入侵过程中表现出显著的动态调整，这使得其适应能力更强。然而，这种动态变化也意味着传统的预测方法可能无法准确反映其未来的潜在分布。因此，研究建议在制定防控策略时，应结合动态生态位模型，而非简单地套用美国的经验数据。

此外，研究还强调了生态位保守性与扩展性之间的平衡。红火蚁在入侵初期表现出较强的生态位保守性，但随着其适应能力的增强，其生态位逐渐扩展。这种动态变化为未来的生态预警系统提供了重要依据，有助于识别高风险区域并采取针对性的防控措施。同时，研究还指出，中国的地形复杂性和人类活动强度可能影响红火蚁的分布模式，因此未来的预测模型应结合高分辨率的地形数据和人类活动数据，以提高预测的准确性。

### 结论与展望

综上所述，红火蚁的入侵过程是一个复杂的动态变化过程，受到气候变化、生态位调整和人类活动的多重影响。研究通过比较中国和美国的生物气候变量，结合MaxEnt模型和“ecospat”软件包，揭示了红火蚁在入侵过程中的生态位变化趋势。这些结果不仅为红火蚁的防控提供了科学依据，也为其他入侵物种的生态位研究提供了参考。未来的研究应进一步探索生态位动态变化的机制，并结合多源数据，构建更加精确的预测模型，以应对全球气候变化带来的生态挑战。