在未来的气候条件下，对生物多样性热点地区构成最严重威胁的五种外来入侵蚂蚁物种的数量不会显著减少

《Global Ecology and Conservation》：World's five worst invasive alien ant threats to biodiversity hotspots will not decrease significantly under future climatic conditions

入侵蚂蚁的潜在分布及其对全球生物多样性热点的影响分析。使用集合模型结合生态位超体积理论，预测了五类严重入侵蚂蚁（Linepithema humile、Solenopsis invicta、Pheidole megacephala、Anoplolepis gracilipes、Wasmannia auropunctata）的全球分布格局，发现至少70%的生物多样性热点区域存在重叠风险，且气候变化下威胁未显著降低。温度和降水是主要驱动因素，生态位相似性高的Pheidole megacephala、Anoplolepis gracilipes、Wasmannia auropunctata分布重叠显著。研究提出加强热点区域入侵蚂蚁防控的全球策略。

　　全球外来入侵蚂蚁对生物多样性热点区域构成了严重威胁，其影响主要体现在直接捕食、资源竞争以及生态关系的破坏等方面。这些蚂蚁的扩散和扩张不仅降低了本地物种的数量，甚至导致部分物种灭绝，因此，明确这些蚂蚁的潜在地理分布及其与生物多样性热点区域的重叠范围，对于有效控制和管理这些物种、减少对生态系统的损害具有重要意义。本文通过使用集成模型（Ensemble Models）预测了五种最严重的外来入侵蚂蚁在全球范围内的潜在分布，并分析了它们在不同气候条件下与生物多样性热点区域的重叠情况。此外，还基于生态位超体积概念（niche hypervolume concept）探讨了这些蚂蚁之间的生态位差异与相似性。研究结果显示，这五种蚂蚁的潜在分布范围在全球多个生物多样性热点区域存在重叠，包括南亚、南大洋、欧洲地中海地区、南非、北美南部以及南美洲等地。其中，至少有一种蚂蚁的潜在分布覆盖了全球生物多样性热点区域的70%，且这一趋势在未来气候条件下不会显著减弱。生态位相似性越高的蚂蚁，其分布重叠区域也越大，温度和降水是影响其分布的最重要因素。因此，各国应加强在这些区域对五种入侵蚂蚁的防控，以降低生物多样性损失的风险。

### 研究背景与意义

生物入侵是影响生物多样性和生态系统功能的重要因素之一，其加剧与全球贸易和经济一体化的快速发展密切相关。外来入侵蚂蚁作为其中最具破坏性的物种之一，具有极高的繁殖率、庞大的群体结构，以及抑制本地植物、鸟类、节肢动物和爬行动物的能力，从而降低其种群数量或导致其灭绝。研究显示，这些蚂蚁对生物多样性热点区域的生态构成严重威胁，而全球变暖则可能改变其地理分布，进而对防控策略产生重大影响。因此，识别这些蚂蚁的潜在分布及其与生物多样性热点区域的重叠情况，是制定针对性的保护措施以防止生物多样性损失的关键。

五种被列入全球100种最严重外来入侵物种的蚂蚁，包括Linepithema humile、Solenopsis invicta、Pheidole megacephala、Anoplolepis gracilipes和Wasmannia auropunctata，均以节肢动物、种子、植物和动物分泌的蜜露为主要食物来源。这些蚂蚁的种群主要由工蚁、雄蚁和蚁后组成，它们极具攻击性，容易形成单一超级种群，这也是其成为严重入侵物种的重要原因之一。此外，这些蚂蚁在全球范围内广泛分布，对农作物产量造成减少、经济遭受损失、人类健康受到威胁，并且显著降低了生物多样性。

### 研究方法

为了预测这五种蚂蚁在全球范围内的潜在分布，研究团队采用了集成模型（Ensemble Models）这一方法。集成模型通过整合多个单一物种分布模型（Single Species Distribution Models, SDMs）来减少模型的不确定性，提高预测的准确性。在构建模型时，研究者从全球生物多样性信息平台（GBIF）和全球蚂蚁生物多样性信息（GABI）等在线数据库中获取了五种蚂蚁的全球分布记录，并结合发表的科学研究数据进行了验证和筛选。通过ENMTools工具，研究者清理了分布数据，确保每2.5弧分（约5公里×5公里）的栅格图层中仅保留一条分布记录，以避免数据的地域聚集效应。

研究中使用的环境变量包括气候变量（如年平均温度、最冷季度平均温度、最热季度平均温度、年降水量、季节性降水等）以及人类影响指数（HII）和地形因素。为了减少变量之间的多重共线性问题，研究者首先在ArcGIS 10.7中分析了气候变量之间的相关性，然后根据相关系数的绝对值大于0.8的情况，剔除了部分变量，保留了对模型贡献更大的变量。最终，筛选后的环境变量用于构建集成模型。

在模型评估方面，研究团队使用了多种指标，包括曲线下面积（AUC）、真实技能统计（TSS）和Kappa系数。AUC值越高，模型的预测能力越强，且当AUC值超过0.8时，模型的预测被认为是可靠的。TSS和Kappa系数则用于衡量模型的准确性，其中TSS在一定程度上弥补了Kappa系数的保守性。通过生物模型2（biomod2）平台，研究者构建了九种不同的单一物种分布模型，并从中选择了三种表现较好的模型作为集成模型的基础。具体而言，对于L. humile、S. invicta、P. megacephala和A. gracilipes，研究者选择了GBM、GLM和RF模型，而对于W. auropunctata，则选择了GBM、RF和MARS模型。此外，研究还使用了未来气候条件下的生物气候变量，包括ACCESS-CM2、BCC-CSM2-MR和CMCC-ESM2三种气候系统模型的预测结果，以评估这些蚂蚁在不同气候条件下的潜在分布变化。

### 研究结果

研究结果显示，这五种蚂蚁的潜在分布范围在全球多个生物多样性热点区域存在重叠。在当前气候条件下，至少有一种蚂蚁在70%的生物多样性热点区域中被预测为存在。这些区域包括南亚、南大洋、欧洲地中海地区、非洲东部和南部、北美南部以及南美洲的大部分地区。其中，P. megacephala和A. gracilipes对温度和降水的依赖程度较高，因此它们的分布受这些因素影响较大。例如，P. megacephala的最冷季度平均温度（Bio11）对其分布的影响最大，而A. gracilipes则更倾向于温暖湿润的环境，其对降水季节性的依赖程度较高。

在不同气候条件下，五种蚂蚁的潜在分布范围有所变化，但总体趋势并未发生显著改变。例如，在未来气候条件下，S. invicta、A. gracilipes和W. auropunctata的分布范围可能会增加，而L. humile和P. megacephala的分布范围则可能略有减少。这些变化主要体现在高丰富度区域的扩展和低丰富度区域的减少上，特别是在北美和南美地区。此外，研究还发现，这五种蚂蚁的生态位相似性较高，尤其是在P. megacephala、A. gracilipes和W. auropunctata之间，它们的生态位重叠面积较大，而L. humile与A. gracilipes之间的生态位相似性较低，重叠区域也相对较小。

### 生态位分析与威胁评估

为了更深入地理解这些蚂蚁之间的生态位差异与相似性，研究团队采用了n维生态位超体积概念（niche hypervolume concept）。这一方法可以量化不同物种在生态位上的重叠程度，从而评估它们对生态系统的潜在影响。研究结果显示，P. megacephala、A. gracilipes和W. auropunctata的生态位高度相似，因此它们在潜在分布区域中的重叠面积较大。相反，L. humile与A. gracilipes之间的生态位差异较大，导致它们的分布重叠区域较小。这种生态位的差异性可能影响它们对生态系统的影响程度，例如，L. humile更倾向于地中海和亚热带气候区域，而A. gracilipes则主要分布在热带和亚热带地区。

此外，研究还发现，温度和降水是影响这五种蚂蚁分布的最关键因素。温度不仅影响蚂蚁的繁殖、生长和活动，还决定了它们的地理分布范围。例如，P. megacephala和L. humile对温度的适应性较强，而A. gracilipes则更依赖于稳定的降水条件。降水的变化也会影响蚂蚁的觅食行为和巢穴建设，进而影响其分布。例如，S. invicta在年降水量超过510毫米的地区更容易生存，而在降水较少的地区，它们主要依赖于河流、湖泊和灌溉区域。因此，未来气候条件下的降水变化可能会对这些蚂蚁的分布产生重要影响。

### 模型构建与应用

为了提高模型的准确性，研究团队采用了集成模型方法，通过结合多种单一物种分布模型来减少模型的不确定性。此外，研究还对模型的阈值进行了筛选，确保预测结果的可靠性。通过比较不同阈值下的模型输出，研究者选择了最合适的分类标准，从而更准确地评估这些蚂蚁的潜在分布范围。这些模型的结果被用于绘制五种蚂蚁的全球分布图，并进一步分析它们与生物多样性热点区域的重叠情况。

研究还发现，这些蚂蚁的分布范围在不同气候条件下可能会有所变化，但总体趋势并未发生显著改变。例如，在未来气候条件下，五种蚂蚁的分布范围可能会向更高纬度扩展，同时在某些区域可能会减少。这种变化对生物多样性热点区域的威胁程度也有所不同，其中某些区域的威胁可能会增加，而另一些区域则可能略有缓解。因此，各国应根据这些预测结果，制定相应的防控措施，以减少这些蚂蚁对生物多样性热点区域的影响。

### 未来展望与建议

尽管本研究提供了关于五种入侵蚂蚁的全球分布预测和对生物多样性热点区域的威胁评估，但仍存在一些局限性。例如，研究结果主要基于现有的分布记录，而未来实地调查数据的增加可能会进一步提高模型的准确性。此外，生物多样性热点区域的数据主要基于当前气候条件，因此对未来气候条件下的影响评估可能存在一定的偏差。最后，研究团队在模型构建过程中选择了较为常用和稳定的变量筛选和数据分割方法，未来的研究可以尝试使用其他方法来提高模型的可靠性。

综上所述，本研究通过集成模型方法，预测了五种入侵蚂蚁在全球范围内的潜在分布，并分析了它们与生物多样性热点区域的重叠情况。研究结果表明，温度和降水是影响这些蚂蚁分布的关键因素，而生态位的相似性则决定了它们的分布重叠区域。因此，各国应加强这些区域的防控措施，以减少入侵蚂蚁对生物多样性热点区域的威胁。未来的研究应进一步关注实地调查数据的收集和模型方法的优化，以提高预测的准确性，并为全球生物多样性保护提供更科学的依据。