预测入侵水生植物及其生物防治剂的分布：气候变化下的生态策略

研究人员通过 MaxEnt 模型等，研究入侵水生植物 Lagarosiphon major 及其生物防治剂 Hydrellia lagarosiphon 的分布，为生物防治提供依据。

　　

研究背景

在全球生态系统中，外来物种入侵已成为严重威胁生物多样性和生态平衡的重要问题。Lagarosiphon major（大聚藻）作为一种原产于南非的水生植物，在世界多地 “安营扎寨”，给当地生态环境带来了诸多麻烦。它就像一个 “生态霸主”，凭借强大的繁殖能力和适应能力，在新的栖息地迅速扩张，通过截留沉积物等方式改变周边环境，挤压其他水生植物的生存空间，破坏生态系统的正常运转。

传统的化学和机械除草方法在对付大聚藻时往往力不从心，即使将其大部分清除，残留的小碎片也能重新生长，让治理工作陷入困境。因此，生物防治成为了一种备受期待的解决方案，Hydrellia lagarosiphon（一种双翅目昆虫）被视为潜在的 “生物战士”，有望与大聚藻展开 “战斗”，控制其蔓延。

然而，气候变化就像一只无形的手，不断改变着环境条件。温度和降水模式的变化不仅影响大聚藻的生长和分布，也可能决定着生物防治剂能否在新环境中立足。所以，准确预测在当前和未来气候条件下，大聚藻的适宜生长区域以及生物防治剂的潜在生存空间，对于制定科学有效的生态管理策略至关重要。在这样的背景下，来自南非和新西兰等地的研究人员展开了深入研究，其成果发表在《Hydrobiologia》杂志上。

研究方法

研究人员运用了多种关键技术方法来开展此项研究。首先，通过全球生物多样性信息设施（GBIF）获取大聚藻在全球范围内的分布记录，并结合实地调查数据，为后续分析提供基础数据。其次，利用世界气候数据库 2.1（WorldClim 2.1）中的 19 个生物气候变量，包括温度、降水、海拔等信息，以及辐射数据，来描述当前的环境特征。对于未来气候预测，则采用了耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）数据集，具体使用 CNRM-CM6-1 气候模型在 SSP5-8.5 情景下的数据，该情景代表高温室气体排放路径，预测时段设定为 2061 - 2080 年。

在模型构建方面，运用最大熵物种分布模型（MaxEnt）算法来模拟大聚藻在当前和未来气候下的适宜栖息地。通过空间分区和棋盘法交叉验证，减少采样偏差，确保模型结果的可靠性。同时，利用主成分分析（PCA）来研究大聚藻在不同地区分布的环境差异。针对生物防治剂 Hydrellia lagarosiphon，由于分布数据有限，研究人员利用其发育数据和新西兰当地气象站的每日最低和最高温度数据，采用度 - 日模型预测其在新西兰不同地区的种群繁衍情况。

研究结果

1. 模型预测效果：MaxEnt 模型对大聚藻全球分布的预测效果良好，其高 AUC（曲线下面积）和 CBI（校准和偏差指数）分数分别为 0.991 和 0.987，表明模型预测结果与随机模型有显著差异，且准确性和可靠性较高。
2. 环境变量的影响：主成分分析显示，大聚藻在南非本土和欧洲、新西兰等入侵地区的分布在环境空间上存在明显差异。对大聚藻全球适宜性预测贡献最大的生物气候变量是最冷月份的最低温度（Bio 6）、最湿润季度的平均温度（Bio 8）和月平均太阳辐射（S_rad），它们共同贡献了超过 65% 的模型信息。大聚藻对低温有一定耐受性，对湿润期温度变化不太敏感，而太阳辐射增加会使其适宜性逐渐下降。
3. 不同地区的适宜性分析：在新西兰，大聚藻的适宜生长区域广阔，目前约 90% 的区域适合其生长，占所有水体的 97% 左右，未来气候变化对其适宜性影响较小，预计适宜面积占比将增至 95%。澳大利亚则相反，目前大聚藻适宜入侵的区域仅占全国的 8%，且未来在气候变化的影响下，适宜性将进一步降低，预计到 2061 - 2080 年，适宜面积占所有淡水水体的比例将降至 3.2% 或 1.4%。在欧洲，当前约 15% 的水体适合大聚藻入侵，主要集中在西部地区，但未来气候情景下，适宜区域将减少至 11% 左右，并向北欧地区转移。
4. 生物防治剂的潜力评估：度 - 日模型预测结果显示，Hydrellia lagarosiphon 在新西兰大部分入侵地区每年能够完成 4.5 - 9.3 代的繁殖，净繁殖率（R_o）介于 2.9 - 10.5 之间，所有预测地点的 R_o值均大于 1，这表明该生物防治剂在新西兰具备维持可行种群的潜力。

研究结论与意义

这项研究通过综合运用多种模型和分析方法，深入探讨了大聚藻的分布现状和未来趋势，以及生物防治剂 Hydrellia lagarosiphon 的应用潜力。研究发现大聚藻对不同气候条件具有广泛的适应性，这也解释了其在全球多地成功入侵的原因。同时，研究明确了不同地区大聚藻适宜生长区域的变化，为这些地区制定针对性的监测和防控策略提供了科学依据。

对于 Hydrellia lagarosiphon 的研究结果则为生物防治大聚藻提供了新的希望。如果该生物防治剂能够获批在新西兰等地释放，有望有效减轻大聚藻对当地生态系统的负面影响，实现生态系统的自我修复和平衡。然而，研究也指出，虽然模型提供了有价值的信息，但由于模型基于大气数据，且受到背景选择和模型参数的影响，结果仍需谨慎对待。未来还需要结合更多实地研究，进一步验证和完善相关结论，以更好地应对外来物种入侵这一全球性挑战，维护生态系统的健康和稳定。