基于MaxEnt模型的河北省沿海县域互花米草扩散风险评估及防控策略

《Ecological Indicators》：County-scale assessment of Spartina alterniflora spread risk in Hebei’s coastal areas using the MaxEnt model

本研究针对县域尺度互花米草防控政策缺乏针对性指导的问题，采用MaxEnt模型评估了河北省沿海县域互花米草的扩散风险。研究发现黄骅和丰南为高风险核心区，明确了6月平均日较差、表层沉积物可交换钠盐等关键环境驱动因子，并提出了分区防控建议，为县域尺度入侵物种管理提供了科学依据。

　　

在渤海湾畔的河北沿海地区，一种名为互花米草（Spartina alterniflora）的外来植物正悄然改变着海岸带生态格局。自1997年引入中国以来，这种原产北美的盐沼植物凭借其强大的竞争力和繁殖能力，已沿中国海岸线快速扩张。虽然它在海岸防护和碳固存方面展现出积极价值，但更带来了严重的生态后果——大规模排挤本土植物，导致水鸟关键栖息地退化。为此，互花米草在2003年被列入中国首批外来入侵物种名单。

尽管全球和国家尺度对互花米草的研究已较为充分，但落实到实际防控执行层面的县域尺度，却缺乏有针对性的指导。中国政府通常以县为单位实施生态修复项目，而现有大尺度研究成果难以支撑县级防控措施的具体实施。这一矛盾在2023年《互花米草防治专项行动计划（2022-2025年）》发布后愈发凸显，河北沿海各县陆续启动治理项目，却苦于缺乏科学依据。正是为了解决这一迫切需求，华北科技学院化学安全学院的研究团队开展了这项针对河北沿海县域的互花米草扩散风险评估研究，相关成果发表在《Ecological Indicators》期刊。

研究人员综合运用多源遥感影像数据（高分二号GF-2、哨兵一号Sentinel-1 SAR、谷歌地球GE影像）与野外实地调查数据，通过面向对象支持向量机（SVM）分类、目视解译和动态时间规整（DTW）时间序列相似性分析等技术，精确识别了2024年河北沿海互花米草的当前分布。在此基础上，采用最大熵模型（MaxEnt）对沿海县域的扩散风险进行预测，通过刀切法（Jackknife test）和相关性分析筛选出11个关键环境变量，包括气象因子（如6月平均日较差Bio4、3-6月积温Bio5）、沉积物特性（如表层沉积物可交换钠盐Bio20）和海拔（Bio30）等，最终以受试者工作特征曲线（ROC曲线）下面积（AUC值）评估模型预测精度。

研究结果揭示了河北沿海互花米草扩散风险的时空格局和关键驱动机制：

4.1. 模型预测精度评价和主导环境变量识别

模型预测表现出色，测试数据集AUC值达0.935，训练数据集为0.934。刀切法测试显示，6月平均日较差（Bio4）贡献度最高，其次是表层沉积物可交换钠盐（Bio20）、6月平均地温日较差（Bio8）、3-6月积温（Bio5）和海拔（Bio30）。这些变量在高低风险区间表现出明显差异，是驱动互花米草分布的关键因素。

4.2. 互花米草潜在分布对各环境变量的响应

响应曲线分析揭示了环境因子与入侵概率的复杂关系。6月平均日较差（Bio4）超过10.53℃时入侵概率急剧下降；海拔（Bio30）与入侵风险呈强负相关，-12.43至-4.39米高程区间风险概率达0.9以上；表层沉积物可交换钠盐（Bio20）则呈现双峰响应模式，在11.33%和28.08%处出现峰值。

4.3. 互花米草空间扩散风险及环境关联

风险分布呈现"西南高、东北低"的格局。黄骅市黄骅县高风险区占7%，中风险区占32%；唐山市丰南县高风险区比例高达29%，中风险区占37%。与之相邻的山东无棣县和天津滨海新区也呈现较高风险。而秦皇岛沿海多数区域为非风险区，仅在北戴河和昌黎南部有零星低风险斑块。环境变量对比发现，高风险区和中风险区在多数环境变量上响应模式相似，但与无风险区存在显著差异，特别是在温度、盐分和海拔等关键指标上。

讨论部分深入分析了环境驱动机制并提出了针对性管理建议。温度相关变量（Bio4、Bio8、Bio5）对入侵风险的显著影响与6月渤海湾地区明显的昼夜温差和雨季开始期相吻合，积温通过促进光合作用影响生物量积累。表层沉积物可交换钠盐（Bio20）反映了沉积物中可溶性养分状况，适度盐分促进生长而过高浓度会产生抑制。海拔（Bio30）通过决定潮水淹没时长直接影响生存适宜性，中潮带为最适生长区。

基于研究结果，团队提出分区防控策略：黄骅、丰南等高风险核心区应优先实施生态修复工程，并通过微地形改造改变水动力条件和沉积物特性；中低风险区需加强监测预警，防范邻省交叉重复入侵；无风险区则需建立早期监测体系。研究还指出，受潮汐监测数据精度限制，未来需纳入潮位和水动力条件以提升预测准确性。

这项研究首次在县域尺度系统评估了河北沿海互花米草的扩散风险，不仅明确了关键环境驱动因子，还建立了高精度的风险预测模型，为地方政府制定针对性防控措施提供了直接科学支撑。特别是在国家强化生物入侵防控的背景下，该研究填补了从宏观政策到微观实践之间的科学空白，对维护渤海湾生态安全具有重要意义。随着海岸带人类活动日益频繁，这种基于环境变量精准预测入侵风险的研究思路，也可为其他沿海地区的生物入侵防控提供借鉴。