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为解决燕麦种植面积下降、合理利用不足等问题，研究人员开展了全球范围内裸燕麦和皮燕麦潜在时空及种植模式研究。结果表明两者适宜区分别集中在高原和平原，且呈扩张趋势。该研究为燕麦资源利用提供理论依据。
在当今世界，粮食安全与草原退化问题严峻，深刻影响着人类的命运。一方面，受自然灾害、武装冲突和人口增长等因素影响，到 2050 年消除饥饿的目标面临巨大挑战；另一方面，近半数全球草原因人类活动和自然因素出现不同程度的退化，这不仅导致草原生产力下降、生物多样性丧失，还削弱了生态系统功能。在这样的背景下，燕麦作为世界第七大主要栽培作物，其种植却面临困境。据 FAO 数据显示，全球燕麦种植面积呈下降趋势，从 2021 年的
9.62×106 ha 降至 2022 年的
9.51×106 ha 。同时，人们过度重视主要谷物生产，忽视了燕麦等小杂粮在农业生产中的重要作用。然而，燕麦的合理种植对农业种植结构调整、生态环境保护和草原畜牧业发展至关重要，它不仅能实现合理轮作、高效利用土地和培肥土壤，还对维护粮食和农业生产的长期稳定意义重大。
为深入了解燕麦的种植潜力，兰州大学的研究人员开展了一项关于裸燕麦（Avena nuda）和皮燕麦（Avena sativa）的研究。该研究综合收集了全球范围内裸燕麦和皮燕麦的地理分布及环境数据，运用整合生态位模型和 Marxan 模型，预测了它们的潜在时空分布和种植模式，并进一步探究了影响其空间分布和遗传多样性模式的环境因素。相关研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。
在研究方法上，研究人员综合运用了多种技术。首先，从现有文献、实地调查和公共数据库收集裸燕麦和皮燕麦的全球分布点数据，并进行质量控制和筛选，以减少空间自相关和采样偏差。同时，获取包括生物气候、土壤、地形和栖息地等影响燕麦生长和分布的环境变量数据，并进行预处理。然后，通过构建不同的环境数据集，利用物种分布模型（SDMs）中的相关算法对燕麦的潜在空间分布模式进行建模和预测，评估模型性能并确定环境变量的重要性。此外，运用 Marxan 模型预测燕麦的潜在种植模式。最后，对燕麦种质进行 DNA 提取、测序和分析，研究其系统发育和遗传多样性。
研究结果如下：
- 数据预处理与模型评估：经过数据质量控制和筛选后，裸燕麦和皮燕麦的全球有效分布点分别为 258 个和 6215 个。通过相关性分析，从不同环境数据集中筛选出合适的环境变量。模型预测性能评估显示，集成和堆叠模型能有效模拟燕麦的潜在空间分布模式，其中随机森林（RF）算法在建模中表现最佳，最大熵（MAXENT）算法表现最差。
- 环境变量重要性与适宜生存值：生物气候变量对燕麦空间分布的总相对贡献超过 60%，其中影响裸燕麦分布的主要环境因素包括年平均气温（bio01）、栖息地异质性（Shannon）等；影响皮燕麦分布的主要环境因素包括 bio01、Shannon 等。同时，研究还确定了燕麦的适宜生存环境值，如裸燕麦适宜在高海拔、高土壤有机碳含量的环境中生长，皮燕麦则适宜在低海拔环境中生长。
- 潜在空间分布模式：研究预测全球约1.22×108 km2 的区域为燕麦潜在分布区。裸燕麦的高适生区主要集中在25° 45°N，90° 125°E 以及40° 60°N，10°W 35°E 区域；皮燕麦的高适生区主要集中在35° 65°N，10°W 55°E 以及30° 50°N，65°W 100°E 区域。不同适宜性区域在面积上存在显著差异，且裸燕麦和皮燕麦的适宜栖息地部分不一致。
- 潜在时间分布模式动态变化：随着时间推移，裸燕麦的高适生区和不适宜区面积、皮燕麦的低适生区和不适宜区面积均发生显著变化，两者的适宜区面积总体呈扩张趋势。裸燕麦的适宜区向世界东北部迁移 192.27 km，皮燕麦的适宜区向世界西北部迁移 229.34 km。全球潜在避难所模拟结果显示，裸燕麦和皮燕麦在多个国家存在原位和异位避难所。
- 潜在种植分布模式：研究预测全球约1.21×108 km2 的区域为燕麦潜在种植区。裸燕麦的潜在种植区广泛分布在青藏高原东南部、蒙古高原南部等地；皮燕麦的潜在种植区集中在北美中部平原、西欧平原等地。两者在部分地区可同时种植，且适宜种植面积占预测全球面积的比例不同，裸燕麦更适合在高原种植，皮燕麦更适合在平原种植。
- 系统发育与遗传距离对环境因素的响应：基于不同燕麦种质构建的系统发育树有效区分了裸燕麦和皮燕麦种群。基因流分析表明，裸燕麦和皮燕麦种群间遗传分化程度高，基因流受阻。Mantel 和回归分析显示，裸燕麦的遗传距离受 bio02、bio04 等环境因素影响，皮燕麦的遗传距离仅受 bio01 影响。
研究结论和讨论部分指出，温度和栖息地异质性是影响燕麦分布的关键因素。该研究揭示的燕麦潜在时空分布和种植模式，为农业政策制定提供了有效参考，有助于合理规划燕麦种植区域，避免资源浪费。同时，研究评估了燕麦遗传多样性与环境的关系，为燕麦资源开发和育种提供了潜在视角。然而，物种地理分布受多种因素影响，建立包含所有相关参数的模型具有挑战性，未来还需进一步研究。
