气候变化下卡廷加生态系统中入侵植物的功能群分布与共存格局预测

本研究针对巴西季节性干旱热带森林（Caatinga）生态系统中入侵植物在气候变化下的分布动态展开深入分析。研究人员通过物种分布模型（SDM）评估了11种入侵植物在两种气候情景（SSP1-2.6和SSP5-8.5）下的潜在分布变化，重点关注木本与非木本功能群的分布差异及共存区域。结果表明，非木本物种将占据更大适宜区，而特定区域（-6.304°,-38.220°）将维持功能群共存格局。该研究为理解气候变化下生物入侵的生态重组机制提供了重要依据，对制定保护策略具有指导意义。

　　

在全球气候变化背景下，生物入侵已成为威胁生物多样性的重要因素。作为世界上最大的季节性干旱热带森林（SDTF），巴西卡廷加生态系统因其特殊的气候条件和广泛的土地退化而格外脆弱。这片面积达833,000 km²的独特生态系统孕育着巴西约10%的植物多样性，其中15%为卡廷加特有物种。然而，气候变化导致的温度上升和降水模式改变，加上已有120余种外来植物的入侵，使该生态系统面临前所未有的挑战。尤其令人担忧的是，这些入侵者中包括如亚洲灌木Calotropis procera和墨西哥树种Leucaena leucocephala等被列为高风险入侵物种，它们可能通过改变生态系统的结构和功能，进一步加剧原生植被的衰退。

为探究这一关键问题，由Carlos Leandro Costa Silva领衔的研究团队在《Biological Invasions》发表了创新性研究成果。研究团队采用物种分布模型（SDM）中的最大熵算法（MaxEnt），基于世界气候数据库（WorldClim）的22个月变量数据，对11种卡廷加入侵植物（筛选自51种已知入侵物种）的潜在分布进行建模。这些物种根据功能特征分为木本和非木本两类，模型考虑了乐观（SSP1-2.6）和悲观（SSP5-8.5）两种气候情景，时间跨度为2021-210年的四个区间。通过严格的多重共线性检验（Pearson|r|≥0.8）最终保留7个关键环境变量，包括年均温（Bio1）和年降水（Bio12）等，并采用保守阈值（>0.9）定义高适宜区。研究特别关注了功能群间的空间重叠模式，以识别可能持续存在的共存区域。

研究结果部分呈现了多项重要发现：

气候变量主导分布格局

建模显示年均温和年降水是影响物种分布的最关键变量。Jackknife检验证实，温度相关变量对如Prosopis juliflora等木本物种影响显著，而降水变量更主导Cenchrus ciliaris等非木本物种的分布。这一发现印证了水热条件作为卡廷加生态系统限制因子的核心地位。

北部和东部成为入侵热点

模型预测显示，坐标-4.2305°至-6.5909°的北部和东部区域将持续保持高入侵风险，这主要得益于该地区相对温和的温度（24-27°C）和较高降水（900-1000mm）。在2021-2040年间，乐观和悲观情景下分别有23.5%和27%的卡廷加面积（195,982-226,003 km²）对入侵敏感，但到世纪末将显著减少。

功能群差异显著

非木本物种展现出更强的适应性，其高适宜区面积始终超过木本物种。特别值得注意的是Cenchrus ciliaris和Prosopis juliflora被识别为两种情景下的主要入侵者。木本物种虽在初期呈现小幅扩张，但在两种情景下均表现出持续衰退趋势，到世纪末高适宜区将缩减55%（乐观）和28%（悲观）。

研究结论部分强调了三个核心观点：首先，卡廷加生态系统面临的气候驱动型生物入侵具有明显的功能群特异性，非木本物种（尤其是禾草）将因强大的繁殖扩散能力占据优势；其次，特定地理区域的持续适宜性表明，入侵物种的共存格局可能已在该生态系统形成，这种新型组合缺乏历史等效群落参考；最后，尽管总体适宜区呈缩减趋势，但入侵物种的持续存在仍对专性更强的本土物种构成严重威胁。

该研究的生态学意义在于首次系统评估了功能群视角下卡廷加入侵植物的气候响应模式，为理解SDTF生态系统的脆弱性提供了新维度。实践层面，研究明确的北部和东部优先保护区域，以及功能共存区的识别，为制定靶向管理策略提供了科学依据。研究同时警示，即使在未来气候压力下，入侵物种可能通过功能互补维持生态影响，这要求保护行动必须兼顾气候变化和生物入侵的双重挑战。值得注意的是，该研究采用的共识模型方法和功能群分析框架，也为其他干旱区生态系统的入侵风险评估提供了可借鉴的方法学范例。