入侵物种Arundo donax即将带来的风险：气候变化驱动的全球性扩散

《Frontiers in Ecology and Evolution》：Forthcoming risk of invasive species Arundo donax: global invasion driven by climate change

香蒲（Arundo donax）作为全球百大入侵物种，其分布受气候变暖和人类活动显著影响。研究基于MaxEnt模型分析发现，人类影响指数（HII）、年均温（Bio1）和紫外线辐射（UV-B）贡献率分别为59%、23.6%和7.3%，当前侵占全球10.15%土地，未来至2100年预计增至24.26%-25.66%。非洲增幅达312.08%，21国进入高风险区，需加强检疫和管控。

　　随着全球气候变化和人类活动的加剧，入侵物种对生态系统、农业以及经济带来的威胁日益显著。在众多入侵植物中，Arundo donax（巨芦苇）因其广泛的分布和显著的生态影响而被列为全球100种最具入侵性的杂草之一。该物种不仅对本地生物多样性构成威胁，还可能对水资源和土地利用产生深远影响。本研究通过物种分布模型（SDMs）结合最大熵算法（MaxEnt），对A. donax在当前和未来气候情景下的潜在分布进行了预测，并基于共享社会经济路径（SSPs）SSP2-4.5和SSP5-8.5，评估了其全球入侵风险的变化趋势。研究结果表明，人类影响指数（HII）、年平均温度（Bio1）和紫外线B辐射（UV-B）是模型输出的主要驱动因素，分别贡献了59%、23.6%和7.3%的权重，总贡献率达89.9%。这些变量的显著影响表明，人类活动和气候变化在A. donax的扩散过程中起着关键作用。

当前，A. donax已入侵全球约10.15%的陆地面积，涉及21个国家，其中法国、克罗地亚、意大利和西班牙等国的入侵风险较高，超过其国土面积的75%。然而，随着全球变暖和人类活动的持续增加，预计到2041–2060年，其潜在分布面积将扩大至18.40%，而到2081–2100年，这一比例可能进一步上升至24.26%（SSP2-4.5情景）或25.66%（SSP5-8.5情景）。这一趋势表明，A. donax的扩散范围将在未来几十年内显著扩大，尤其在非洲、亚洲和南美洲等地区，其入侵风险将出现大幅增长。在非洲，预计到2081–2100年，入侵风险将增加312.08%，成为全球范围内最具威胁的区域之一。

A. donax之所以具有高度的入侵性，与其独特的生态适应性和快速的生长能力密切相关。该物种能够适应广泛的气候和土壤条件，包括年降水量从300毫米到4000毫米，以及年平均温度在9°C至29°C之间。其强大的地下根系系统使其具备良好的抗旱能力，即使在水资源匮乏的环境中也能维持生长。此外，A. donax的繁殖方式主要依赖于无性繁殖，通过根茎和植物碎片迅速扩展种群，这种特性使得其在遭受干扰后能够快速恢复和扩散。因此，一旦入侵成功，该物种往往难以根除，给生态系统的恢复带来极大挑战。

在生态影响方面，A. donax对水资源的消耗尤为突出。其在水边生态系统中的快速生长会显著减少本地植物的水分供应，进而影响整个生态系统的水文循环。此外，该物种的高可燃性使其成为火灾风险的重要因素，特别是在人类活动频繁的区域，如农业区和城市周边，火灾的发生频率和严重程度可能因此而上升。在南非，A. donax已被列为最常见和最广泛的入侵植物之一，其在控制措施中的强制性体现出了其对生态系统的严重威胁。在加利福尼亚州，该物种的密集生长不仅增加了洪水风险，还通过形成垂直燃料源加剧了野火的蔓延速度和烈度。

为了更好地预测A. donax的潜在分布和入侵风险，本研究采用了多种环境变量进行建模，包括19个生物气候变量、人类影响指数（HII）和紫外线B辐射（UV-B）。通过Pearson相关分析，研究人员筛选出对模型结果贡献率较高的变量，并最终确定了六个主要气候变量和三个其他变量。这些变量的组合为理解A. donax的分布模式提供了重要依据，同时也揭示了人类活动和气候变化对物种扩散的双重影响。

模型验证结果显示，MaxEnt算法在预测A. donax的分布范围时表现出较高的准确性，尤其是在使用稀释后的物种发生数据时，其AUC值达到0.901，远高于使用所有数据时的0.755。这表明，通过减少数据重复和采样偏差，模型的预测能力得到了显著提升。此外，Jackknife测试进一步确认了HII、Bio1和UV-B这三个变量在模型中的关键作用，表明它们对A. donax的分布预测具有决定性影响。这种高度依赖于人类活动和气候条件的分布模式，使得A. donax成为全球气候变化和人类活动共同作用下的典型入侵物种。

从全球范围来看，A. donax的入侵风险在不同地区呈现出显著差异。在当前的气候条件下，全球约有145个国家被该物种入侵，覆盖了10.15%的陆地面积。然而，随着气候条件的变化，预计到2041–2060年，这一比例将上升至18.40%（SSP2-4.5情景）或19.39%（SSP5-8.5情景），到2081–2100年，这一比例可能进一步增加至24.26%和25.66%。这种趋势表明，全球范围内的潜在入侵区域正在不断扩大，特别是在气候条件更加适宜的地区，如非洲、亚洲和南美洲，这些地区的入侵风险预计将显著上升。

在国家层面，本研究对全球各国的入侵风险进行了分类，将其分为五个等级：无入侵风险、低入侵风险、中等入侵风险、高入侵风险和极高入侵风险。当前，全球有39个国家未被入侵，而21个国家面临极高入侵风险。然而，随着未来气候条件的变化，预计到2081–2100年，极高入侵风险的国家数量将大幅增加，达到71个（SSP2-4.5情景）或72个（SSP5-8.5情景）。这一变化趋势表明，全球范围内将有更多的国家面临A. donax的威胁，尤其是在那些气候变化和人类活动共同作用下，生态环境更为脆弱的地区。

尽管A. donax的入侵带来了严重的生态和经济问题，但它也具有一定的经济价值。该物种可用于生物质能源生产、食用和药用真菌培养、防风林建设、土壤保护和污染修复等领域。然而，由于其主要通过无性繁殖扩散，控制措施往往需要持续进行，且成本较高。目前，机械控制（如重复割草）和系统性除草剂应用是主要的控制手段，但这些方法的实施难度较大，且需要长期投入。因此，除了加强控制措施外，还需要在源头上采取严格的检疫和监管政策，以防止其进一步扩散。

本研究也指出了当前方法的一些局限性。例如，研究仅使用了一个全球气候模型（GCM），未能全面反映不同模型之间的差异；研究使用的2.5分钟分辨率可能无法准确捕捉小规模或地理孤立区域的入侵动态；模型预测结果缺乏实地验证，可能导致一定的偏差；此外，仅依赖MaxEnt模型可能忽略了物种扩散的物理限制，从而影响预测的准确性。因此，未来的研究应考虑引入多种气候模型，提高空间分辨率，结合实际数据进行验证，并探索其他物种分布模型的综合应用，以更全面地评估A. donax的入侵风险。

综上所述，A. donax作为全球范围内高度入侵的植物，其扩散趋势与气候变化和人类活动密切相关。随着全球变暖的加剧，该物种的潜在分布范围将不断扩大，尤其是在非洲、亚洲和南美洲等地区，其入侵风险将显著上升。为了有效应对这一威胁，需要采取更加积极的管理策略，包括加强边境检疫、推广有效的控制措施以及推动国际合作。通过这些措施，可以在一定程度上遏制A. donax的扩散，减少其对生态系统和经济的负面影响。同时，未来的研究应进一步优化模型方法，提高预测的准确性和实用性，以更好地指导实际管理行动。