气候变化背景下非洲特有植物棒槌树属（Pachypodium）的灭绝风险评估与保护策略

这篇研究通过整合物种分布模型（SDMs）和机器学习技术，评估了气候变化对非洲特有植物棒槌树属（Pachypodium）20个物种的分布格局和灭绝风险的影响。结果表明，SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，15个物种的适宜栖息地将显著萎缩，其中3个物种面临野外灭绝（EX）风险。年降水量（Bio12）和降水季节性（Bio15）是驱动栖息地变化的关键因子。研究还揭示了当前保护地网络对物种栖息地的覆盖不足（未来减少30.39%），为全球气候变化下的植物保护提供了科学依据。

　　

摘要

全球气候变化对生物多样性构成前所未有的威胁，具有强栖息地特异性的特有属（如棒槌树属Pachypodium）尤为脆弱。该属23个物种分布于南非和马达加斯加，目前仅10种被IUCN评估，其气候适应性机制尚不明确。本研究利用R语言Biomod2包集成五种算法（GBM、GLM等），结合BCC-CSM2-MR气候模型预测SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的分布变化，并通过机器学习补充IUCN评估缺口。

1 引言

第六次生物大灭绝背景下，植物保护长期被忽视，约20%物种濒危。非洲作为生物多样性热点区域，气候异常（如马达加斯加降水减少）加剧了特有植物生存压力。棒槌树属因园艺盗采和栖息地退化已濒危，但气候变化的叠加效应尚未量化。物种分布模型（SDM）和深度学习（如IUCNN包）为评估提供了新工具。

2 材料与方法

2.1 研究区域

涵盖马达加斯加（18特有种）和南非（5种），前者因地形异质性形成东湿西干的生态梯度。

2.2 数据来源

从GBIF等数据库获取2074条有效分布记录，剔除<5条数据的物种。

2.3 环境变量

筛选WorldClim的19个非共线性因子，Bio12和Bio15贡献率最高。

2.4 模型构建

集成模型EMca表现最优（AUC>0.9），通过Jenks法划分适宜区（阈值≥0.6）。

2.5 灭绝风险评估

结合ConR包（计算EOO/AOO）和IUCNN深度学习，按IUCN标准A1(c)调整等级。

3 结果

3.1 栖息地变化

当前栖息地面积最大的为P. lealii（39.1万km²），最小的P. ambongense仅342 km²。SSP5-8.5情景下，栖息地总损失达59.4%，其中马达加斯加中部及南非东部损失最剧，而纳米比亚西南部出现新适宜区。

3.2 灭绝风险

机器学习补充评估显示，未评估物种中7种为易危（VU）。气候情景下，P. mikea等3种将灭绝，P. brevicaule从VU升至极危（CR）。受威胁物种总数从7增至13-14种。

3.3 保护缺口

当前保护地覆盖46.8万km²，但SSP5-8.5情景下减少30.4%。P. bispinosum等物种保护比例超50%，但P. ambongense等关键种保护不足。

4 讨论

4.1 气候驱动机制

近缘种（如P. bispinosum与P. succulentum）对Bio15的协同响应印证了系统发育生态位保守性。沿海物种（如P. baronii）因降水增加可能受益，而狭域种（P. ambongense）受地理限制濒危风险极高。

4.2 保护策略

静态保护地难以应对栖息地动态迁移，需建立生态廊道并整合迁地保护（如种子银行）。研究建议优先对CR物种（如P. brevicaule）实施人工繁殖。

5 结论

气候变化将导致棒槌树属栖息地严重破碎化，当前保护体系亟需改革。未来应结合动态保护区规划、遗传多样性监测及反盗猎立法，构建气候适应型保护框架。