意大利道格拉斯冷杉人工林120年试验后的空间建模与生态适应性研究

这篇研究通过物种分布模型(SDM)结合气候和土壤变量，揭示了温度相关因子(GDD5和AHM)对意大利道格拉斯冷杉(Pseudotsuga menziesii)存活的关键影响。研究整合124个历史试验点数据，采用随机森林(RF)等10种算法构建集成模型(TSS=0.91)，预测亚平宁山脉中部为最适种植区，并证实多数种源可能来自北美海岸变种(var. viridis)，为地中海地区造林策略提供科学依据。

　　

引言

道格拉斯冷杉作为北美分布最广的针叶树种，在欧洲引种历史已超百年。意大利作为其欧洲分布的南缘，现存124个人工林试验点可追溯至20世纪初Aldo Pavari的早期工作。研究旨在通过生态位模型解析该物种在地中海气候下的生存机制，填补意大利全境适生区预测的空白。

材料与方法

空间数据集整合了1941-2024年间4类数据源：历史试验地档案、国家森林清查(INFC2015)、种质资源登记库及实地核查。通过ClimateDT平台获取1901-2024年气候数据，筛选7个关键变量：GDD₅、AHM、CMD等，土壤参数则来自意大利土壤数据库。

建模框架采用biomod2集成平台，包含10种算法（RF、MAXENT、GBM等）。针对83个存活点与41个死亡点的不平衡数据，生成410个伪缺席点。模型通过100次75%-25%数据分割验证，最终以TSS和AUC评估性能。

结果

关键驱动因子显示GDD₅（贡献度80%）和AHM（42%）主导存活概率，而地中海典型干旱指标CMD/SHM影响微弱。RF模型表现最优（TSS=0.85），集成模型预测亚平宁山脉海拔650-1100米区域最适生，与北美海岸变种原生区气候匹配度最高。

聚类分析将35个代表样地分为5类，其中托斯卡纳-艾米利亚的北部亚平宁试验群表现最佳，而皮埃蒙特高海拔点存活率低。反向投影验证显示意大利存活点气候特征与华盛顿州至俄勒冈海岸带高度吻合。

讨论

温度敏感性与种源谜题：与预期不同，冬季低温（GDD₅）而非夏季干旱成为限制因子，暗示现存种群可能源自耐寒性较弱的沿海变种。历史记载中"华盛顿州种源"的模糊记录与分子证据缺失，亟需通过基因组学追溯种质起源。

模型应用警示：尽管集成模型预测意大利30%国土适宜种植，但"黑箱算法"缺乏置信区间，且百年树龄个体的气候记忆效应可能扭曲结果。建议在预测边际区建立新试验林，结合表观遗传学研究提升预测精度。

结论

研究证实道格拉斯冷杉在意大利的适生区远超当前分布，但种源-气候错配风险突出。未来应通过跨国种质交换测试内陆变种(var. glauca)的耐旱性，并建立分子标记辅助的选择体系，以应对气候变化下的林业需求。