在中国多种气候变化情景下，Wikstroemia indica适宜生境的预测扩展及向西北方向的迁移：一种优化的MaxEnt方法

《Ecology and Evolution》：Projected Expansion and Northwestern Shift of Wikstroemia indica Suitable Habitats in China Under Multiple Climate Change Scenarios: An Optimized MaxEnt Approach

传统中药材植物Wikstroemia indica的潜在分布受气候变化显著影响。研究采用优化MaxEnt模型，基于902个分布记录和9个关键环境因子（年均温贡献率69.4%，日温差12.6%），发现当前适宜面积153.31万km2，占中国陆地15.97%。在SSP1-2.6情景下，2090年适宜面积增至202.42万km2（+32%）；SSP5-8.5情景下增至229.39万km2（+49.6%）。分布中心2050-2090年西北迁移76.68-119.91km，显示植物对气候变化的适应性。该预测为物种保护和可持续利用提供科学依据。

　　本文围绕传统中药材植物——**Wikstroemia indica**（广西香青）在气候变化背景下的潜在分布格局变化进行了系统研究。研究采用了优化后的最大熵（MaxEnt）模型，结合902条真实分布记录以及关键的环境变量，首次对这一物种在不同气候情景下的分布变化进行了定量分析。研究不仅揭示了气候变化对植物栖息地的影响机制，还为该物种的保护与可持续利用提供了科学依据。通过模型预测，研究人员发现气候变化将显著改变该植物的分布范围，尤其是在中国境内，其适宜生长区域预计会扩大并逐渐向西北方向迁移。这些发现对未来的生态管理、物种保护以及药用资源的可持续利用具有重要的指导意义。

### 气候变化对植物分布的影响

气候变化正在深刻影响全球生物多样性格局，尤其体现在物种分布区域的变化上。随着全球气温的持续上升，降水模式的改变，以及极端天气事件的增加，植物的生长环境正在经历前所未有的变化。这些变化不仅影响植物的生存与繁衍，还可能对整个生态系统的结构与功能产生连锁反应，如竞争关系的调整、物候期的不一致以及植物与传粉者之间的相互作用变化等。对于药用植物而言，其分布范围的变化可能直接影响到其采集、种植和药用价值的稳定性。

在中国，许多森林植物的适宜分布区域正向北迁移，而高山植物则因气候变暖，向更高海拔地区移动。这种趋势表明，植物在面对环境压力时具有一定的适应能力，但同时也意味着其栖息地的范围可能发生变化，进而影响生态系统的组成和功能。因此，对于像**Wikstroemia indica**这样的重要药用植物，研究其在气候变化背景下的分布动态，对于科学规划其保护策略和资源管理具有重要意义。

### **Wikstroemia indica**的生态特性与药用价值

**Wikstroemia indica**是一种常绿灌木，属于茜草科，广泛分布于中国南方地区，如广西壮族自治区、广东省和福建省等地。它在中国传统医学中具有重要地位，被广泛用于治疗炎症和水肿等疾病。近年来，其药理作用得到了进一步研究，显示了在治疗接触性过敏和乳腺癌等疾病方面具有潜力。其化学成分主要包括黄酮类、生物碱类、挥发油和酚类物质，这些化合物赋予其显著的药理活性。

然而，尽管其药用价值日益受到重视，关于其地理分布如何响应未来气候变化的研究却相对不足。因此，本文通过建立一个优化的MaxEnt模型，结合高精度的分布数据和环境变量，对**Wikstroemia indica**的未来分布趋势进行了预测。研究发现，年平均温度和日温差是影响该植物分布的主要气候因素，分别贡献了69.4%和12.6%。这意味着，未来温度的升高和昼夜温差的变化将显著影响其适宜生长区域的范围和分布模式。

### 研究方法与模型优化

为了准确预测**Wikstroemia indica**的分布变化，研究团队首先收集了902条非重复的分布记录，并通过地理信息系统的（GIS）工具进行空间数据的筛选和处理。为避免空间自相关问题，研究采用了网格化方法，对每个分布点进行筛选，保留距离网格中心最近的记录，以确保分布点的代表性。最终，获得了624条有效分布数据。

在环境变量的选取上，研究团队整合了19个生物气候变量和3个地形变量，共22个环境参数。由于不同变量之间可能存在多重共线性，影响模型的预测准确性和解释性，研究采用了皮尔逊相关分析对变量进行筛选，仅保留相关系数绝对值低于0.75的变量。最终，保留了包括年平均温度、日温差、最冷季度降水量、年降水量、年温差等在内的9个关键环境变量。

为了提高模型的预测能力，研究还使用了ENMeval工具对MaxEnt模型进行优化。通过调整正则化乘数（RM）和特征组合（FC）等参数，最终确定了RM=0.5、FC=LQ（线性与二次特征）为最优参数组合。该模型在训练集和测试集上的AUC值分别为0.940，表明其预测能力较高，能够有效反映物种的分布规律。

### 当前适宜分布区域分析

根据当前的气候条件，研究预测了**Wikstroemia indica**在中国的潜在适宜分布区域。结果显示，该植物的适宜生长面积为153.31×10?平方公里，占中国陆地面积的15.97%。其中，低适宜区域约为78.45×10?平方公里，主要分布于重庆市、贵州省、浙江省、云南省南部、四川省东部、湖南省西部、湖北省东部、安徽省南部、江苏省南部以及西藏自治区南部。中等适宜区域约为41.97×10?平方公里，包括江西省、广西壮族自治区北部、湖南省南部和福建省西部。高适宜区域则相对较小，约为32.89×10?平方公里，主要集中在广西、广东、海南、台湾以及福建部分地区。而非适宜区域则主要分布在西北和北方地区。

这些结果表明，**Wikstroemia indica**目前主要分布在气候温暖湿润的南方地区，而北方地区由于气候条件不适宜，其分布范围有限。然而，随着全球气候的持续变化，这种分布格局可能会发生显著调整。

### 未来气候情景下的分布预测

研究基于CMIP6气候模型中的BCC-CSM2-MR模型，对三种未来共享社会经济路径（SSP）情景进行了模拟：SSP1-2.6（低排放情景）、SSP3-7.0（高排放情景）和SSP5-8.5（极高排放情景）。三种情景分别代表了2100年时2.6、7.0和8.5 W/m2的辐射强迫水平。

在SSP1-2.6情景下，2050年代适宜分布面积预计增加至191.30×10?平方公里，2090年代进一步扩大至202.42×10?平方公里。在SSP3-7.0情景下，适宜面积在2050年代达到203.22×10?平方公里，2090年代则增长至231.35×10?平方公里。而在SSP5-8.5情景下，适宜面积在2050年代为210.19×10?平方公里，2090年代达到229.39×10?平方公里。

值得注意的是，随着气候变暖，适宜分布区域不仅在面积上有所增加，其地理中心也呈现出向西北迁移的趋势。在2050年代，该植物的地理中心预计向西北移动约76.68公里，而在2090年代，这一迁移距离可能增加至119.91公里。这种趋势可能与气候变暖带来的环境条件变化密切相关，特别是温度和降水模式的改变。

### 分布变化的动态分析

研究通过构建多时间尺度的适宜分布区域变化矩阵，分析了**Wikstroemia indica**在不同气候情景下的分布变化趋势。矩阵中的值反映了适宜区域的增减变化，其中0到1代表适宜区域的扩展，1到0代表适宜区域的丧失，而1保持不变则表示区域的保留。这种分析方法能够清晰地展示出不同气候情景下，该植物分布区域的变化模式。

结果显示，在SSP1-2.6情景下，适宜分布区域的扩展幅度相对较小，但在SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下，扩展趋势更为明显。这表明，随着温室气体排放的增加，该植物的适宜区域可能进一步扩大。然而，值得注意的是，尽管适宜区域面积增加，但其地理中心的迁移却是一个不可忽视的趋势。这种迁移可能是由于气候变暖导致适宜区域的重新分布，而植物为了适应新的环境条件，可能向更凉爽的西北方向移动。

### 模型可靠性与适应性分析

在模型优化过程中，研究团队发现，使用ENMeval进行参数调整后，模型的预测精度显著提高。优化后的模型在训练集和测试集上的AUC值分别为0.940，远高于默认参数下的预测精度。这表明，经过优化的MaxEnt模型能够更准确地反映**Wikstroemia indica**的分布特征，并为未来的生态预测提供可靠依据。

此外，研究还分析了主要环境变量对分布的影响程度。结果显示，年平均温度对分布的影响最大，贡献率高达69.4%，其次是日温差（12.6%）、最冷季度降水量（9.6%）、年降水量（3.5%）和年温差（2.7%）。这些变量共同决定了该植物的适宜分布区域，其中温度因素占据主导地位，而降水和地形因素的影响相对较小。

研究还进一步探讨了**Wikstroemia indica**对气候变化的适应能力。尽管其分布受到温度和降水的显著影响，但整体来看，该植物表现出较强的适应性。其适宜分布区域的扩展趋势表明，即使在高排放情景下，该植物仍能适应新的气候条件，这为未来的种植和保护提供了新的思路。

### 保护与可持续利用的启示

本研究的结果对**Wikstroemia indica**的保护和可持续利用具有重要的指导意义。首先，它表明，该植物在面对气候变化时，具有一定的生存能力，其适宜分布区域可能会扩展。这意味着，未来的采集和种植活动可能需要考虑新的分布区域，尤其是在西北方向。

其次，研究预测了适宜分布区域的迁移趋势，这为制定保护策略提供了重要参考。例如，保护网络的设计应考虑未来适宜区域的变化，优先保护那些可能成为适宜区域扩展路径的区域。此外，研究还建议在适宜区域迁移过程中，加强监测和人工辅助迁移，以确保该植物的种群稳定和遗传多样性。

最后，本研究强调了气候变化对生态系统服务和功能的影响。随着适宜区域的扩展，生态系统可能会经历新的变化，如物种间的竞争关系调整、植物与传粉者之间的互动变化等。因此，在制定保护和管理策略时，应充分考虑这些生态变化，以实现生态系统的可持续发展。

### 未来研究方向与局限性

尽管本研究提供了重要的科学依据，但仍然存在一些局限性。首先，MaxEnt模型假设物种与气候之间的关系是静态的，可能无法完全反映长期气候变化带来的动态生态反馈过程。其次，模型未考虑生物因子（如物种间的竞争、共生关系）和非生物因子（如土壤特性、微气候变化、人为干扰）对适宜分布的影响。这些因素可能对模型预测结果产生重要影响。

此外，研究主要依赖宏观气候数据，可能忽略了复杂地形中微气候的异质性，从而影响局部尺度的分布预测精度。同时，研究仅使用了WorldClim数据库，虽然保证了全球一致性，但未能充分反映中国复杂的本地气候差异。最后，研究基于单一气候模型（BCC-CSM2-MR）进行预测，可能未能全面评估未来气候情景的不确定性。

因此，未来的研究应进一步改进模型，引入动态生态模型，以更准确地模拟物种的适应能力。同时，应整合生物因子和高分辨率的土壤及土地利用数据，提高模型的预测精度。此外，利用卫星遥感技术获取更详细的微气候数据，并在不同地形条件下进行实地验证，将有助于提高适宜分布区域预测的科学性与实用性。

### 结论

综上所述，本研究通过优化的MaxEnt模型，揭示了**Wikstroemia indica**在中国未来气候情景下的分布变化趋势。结果显示，该植物的适宜分布区域将在未来显著扩大，并逐渐向西北方向迁移。年平均温度和日温差是其分布的主要驱动因素，表明其对温度变化的敏感性较高。这些发现不仅为该植物的保护和可持续利用提供了科学依据，也对全球气候变化背景下其他药用植物的分布研究具有借鉴意义。

未来，研究者应更加关注气候变化对生态系统和物种分布的复杂影响，并结合多学科方法，如生态建模、地理信息系统分析和实地调查，以更全面地评估气候变化对植物资源的潜在影响。同时，政策制定者和生态管理者应根据这些科学预测，调整保护策略，确保药用植物资源的可持续利用。此外，研究结果还可以为其他药用植物的分布预测提供参考，从而推动全球范围内对药用植物资源的科学管理和生态保护。