气候变化对不同气候情景下Belamcanda chinensis潜在分布的影响

《Ecology and Evolution》：Impact of Climate Change on the Potential Distribution of Belamcanda chinensis Under Multiple Climatic Scenarios

Belamcanda chinensis的潜在分布及生态位变化研究利用MaxEnt模型分析显示，其适宜生境主要分布在中国的亚热带和温带地区，未来气候变化导致分布重心北移，适宜面积变化范围4.27%-40.65×10^4 km2，主要受干旱月降水量（56.7%贡献率）、坡度、最热季度和最冷季度温度影响，生态位重叠下降但适应能力增强。

　　本研究聚焦于一种名为“黄花石蒜”（*Belamcanda chinensis*）的多年生草本植物，探讨其在不同气候条件下的潜在分布区域，并评估其生态环境的变化趋势。作为鸢尾科植物，黄花石蒜在传统中医中具有重要地位，其根茎被广泛用于治疗发热、毒素清除、痰液排出和发汗等病症，已有超过两千年的应用历史。现代研究进一步表明，该植物还具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗肿瘤以及神经保护等多种生物活性。这些特性使得黄花石蒜不仅在医学领域具有重要价值，同时因其鲜艳的橙红色花朵，也具备一定的观赏价值。然而，随着市场需求的增加，野生种群面临显著减少的威胁，因此，研究其生态分布和未来气候变化对栖息地的影响，对于保护其资源和实现可持续利用具有重要意义。

黄花石蒜的潜在分布区域主要集中在亚热带和温带地区，特别是中国南方的多个省份，如福建、浙江、广东、广西、陕西、四川、贵州、湖北、河南和云南。这些地区具备适宜的气候条件，包括适度的温度变化、足够的降水以及合理的地形条件。研究采用MaxEnt模型，结合物种分布数据和多种环境变量，预测其在不同气候情景下的适宜栖息地。MaxEnt模型是一种基于最大熵原理的生态位建模工具，它通过迭代采样和优化，找出与当前分布最接近的分布模式，从而预测物种在不同环境条件下的潜在分布区域。研究还结合生态位理论，探讨物种在不同气候条件下的生态位变化及其对资源利用的影响。

在环境变量的选择上，研究考虑了气候、土壤和地形三类因素。其中，气候变量包括年均温、年均降水、季节性温度变化、最热月和最冷月的平均温度等，这些变量对物种的分布具有显著影响。土壤变量则包括土壤的有机质含量、pH值、阳离子交换容量以及钙含量等，反映了土壤的肥力和对植物生长的支持能力。地形因素主要考虑坡度和海拔，这些变量对植物的生长环境具有直接影响。通过相关性分析和jackknife测试，研究排除了对模型预测影响较小的变量，最终选择了八个关键环境变量用于建模。

研究结果显示，黄花石蒜的适宜栖息地在当前气候条件下覆盖了约435.5万平方公里，占中国总面积的43.55%。其中，高度适宜的区域约占9.21%，主要分布在贵州、重庆、台湾、福建和江苏等地。这些地区通常具备较为温和的气候和适宜的土壤条件，有利于黄花石蒜的生长。此外，坡度和降水也是影响其分布的重要因素，特别是最干旱月份的降水（bio14）对黄花石蒜的生存具有决定性作用。通过模型预测，研究发现未来气候变化可能对黄花石蒜的分布产生深远影响。在不同的气候情景下，适宜区域的变化趋势存在差异。例如，在SSP126情景下，适宜区域面积略有减少；而在SSP245和SSP585情景下，适宜区域面积则呈现出扩展趋势。这种变化趋势表明，随着全球变暖，黄花石蒜可能向更高纬度或更内陆地区迁移，以适应新的气候条件。

进一步的分析表明，未来气候情景下的适宜区域变化主要集中在不同地区的空间分布上。例如，在SSP585情景下，2061–2080年期间，适宜区域面积将显著增加，而高适宜区域的面积则出现明显下降。这一变化可能对黄花石蒜的传统生长区域产生影响，一些原本适宜的地区可能逐渐变得不适宜，而新的适宜区域则可能出现在其他地区。此外，研究还发现，随着气候变暖，黄花石蒜的分布中心可能向北迁移，这与全球变暖背景下植物普遍向高纬度迁移的趋势一致。然而，这种迁移并非完全均匀，不同地区的适应能力存在差异，因此，适宜区域的分布变化可能因地理位置的不同而有所区别。

生态位分析进一步揭示了黄花石蒜在不同气候条件下的资源利用能力和环境适应性。研究采用Schoener’s D系数评估生态位重叠程度，结果显示，当前与未来气候情景下的生态位重叠度总体呈下降趋势，表明未来气候条件下，黄花石蒜可能面临更多资源竞争和环境适应压力。然而，同时，生态位宽度（B1和B2）则呈现上升趋势，这说明黄花石蒜在未来气候条件下可能具有更广泛的资源利用能力和更强的环境适应性。这一结果可能与黄花石蒜较强的抗旱性和耐寒性有关，使其能够在较宽泛的环境条件下生存和繁衍。

研究还探讨了多变量环境相似度表面（MESS）和最不相似变量（MoD）分析，以评估未来气候情景下黄花石蒜适宜区域的变化程度。结果显示，不同气候情景下的MESS值存在差异，其中SSP245情景下的MESS值最高，表明该情景下的气候变化对黄花石蒜的适宜性影响最小，而SSP585情景下的MESS值最低，表明该情景下的气候变化对黄花石蒜的适宜性影响最大。这说明，在高排放情景下，黄花石蒜的适宜区域可能会受到更大程度的挑战。此外，最不相似变量分析表明，最干旱月份的降水（bio14）和最热季度的平均温度（bio10）是影响黄花石蒜适宜区域变化的主要因素，尤其在南部地区，这些变量的变化对适宜区域的影响更为显著。

本研究的发现对于黄花石蒜的保护和可持续利用具有重要的指导意义。首先，研究明确了影响黄花石蒜分布的主要环境因素，这有助于进一步优化其栽培和保护策略。其次，预测了未来气候情景下的适宜区域变化趋势，为制定相应的资源管理计划提供了科学依据。最后，生态位分析表明，尽管未来气候条件可能对黄花石蒜的资源利用和生态位重叠产生一定影响，但其较强的环境适应性意味着它可能在未来面临更大的生存空间。因此，应加强对黄花石蒜的生态研究，以便更好地理解其在不同环境条件下的适应机制，并制定相应的保护和利用策略。

在方法学方面，研究采用MaxEnt模型结合ENMeval包进行参数优化，提高了模型的预测精度。通过随机选择75%的分布点作为训练数据，其余25%作为测试数据，确保了模型的稳定性和可靠性。模型的优化过程还考虑了不同的特征组合和正则化参数，以提高预测结果的准确性。此外，研究还结合GIS技术，对适宜区域进行分类和可视化，从而更直观地展示黄花石蒜的分布变化趋势。这些方法的应用不仅提高了研究的科学性，也为其他植物的生态位建模提供了参考。

尽管研究取得了一定成果，但仍有局限性。例如，模型未考虑生物因素，如物种间的相互作用、扩散限制和人为活动对黄花石蒜分布的影响。此外，虽然气候和地形因素对黄花石蒜的分布具有显著影响，但土壤条件的作用可能被低估。因此，未来的研究可以进一步扩展变量范围，引入更多生态因子，以提高模型的全面性和准确性。同时，研究还指出，不同的分类方法可能会影响适宜区域的划分结果，因此，选择合适的分类标准对于确保模型结果的可靠性至关重要。

总体而言，本研究通过生态位建模和气候情景分析，揭示了黄花石蒜的潜在分布区域及其未来变化趋势，为该植物的保护和可持续利用提供了重要的科学依据。研究结果表明，随着气候变化的加剧，黄花石蒜的适宜区域可能会发生显著变化，其分布范围可能向高纬度地区扩展，但高适宜区域的面积可能会减少。因此，需要采取相应的措施，如加强生态保护、优化栽培条件、合理规划种植区域，以确保黄花石蒜资源的可持续利用。此外，研究还强调了生态位理论在评估物种分布和资源利用中的重要性，为未来的研究提供了新的思路和方法。