加纳优势树种分布模拟与种群丰度估算：物种分布模型（SDM）与保护优先区识别研究

本研究针对加纳森林生物多样性保护需求，利用物种分布模型（MaxEnt）结合零膨胀泊松模型（ZIP），系统评估了三种优势树种（Napoleonaea leonensis、Myrianthus serratus和Penianthus patulinervis）的生境适宜性、空间丰度及物种丰富度格局，揭示了保护空缺区域，为热带森林可持续管理提供了数据支持和空间规划依据。

　　

热带森林作为全球生物多样性最丰富的生态系统之一，不仅承载着超过三分之二的陆生物种，还在气候调节和人类生计支持中发挥着关键作用。然而，这些宝贵的生态系统正面临农业扩张、采伐、采矿及气候变化的严重威胁，导致森林覆盖率迅速下降、生境破碎化加剧。加纳作为西非森林资源丰富的国家，近年来经历了显著的原生林损失，其森林退化速度位居热带地区前列，尤其是可可种植等农业活动进一步加剧了生态系统的破坏。在这一背景下，理解关键树种的分布规律及种群状态，成为制定针对性保护策略的基础。

尽管物种分布模型（Species Distribution Models, SDMs）在动物保护中已广泛应用，但在植物尤其是热带树种方面的研究仍较为薄弱。以往研究多集中于哺乳动物和鸟类，忽略了对维持生态系统功能具有基础作用的树种群落，这可能导致保护行动出现偏差。此外，多数现有SDM研究仅关注物种的“存在-缺失”，未能进一步整合丰度估计、多物种丰富度分析及保护空缺评估，限制了其在保护实践中的直接应用价值。因此，开展针对加纳主要树种的精细化空间模拟，不仅有助于弥补区域研究空白，也可为全球热带森林保护提供可复用的方法框架。

在此背景下，研究人员在《Trees, Forests and People》发表了一项研究，通过整合多源数据与多种模型方法，系统评估了加纳三种优势树种——Napoleonaea leonensis、Myrianthus serratus 和 Penianthus patulinervis 的空间分布、丰度格局及保护状况，旨在为国家尺度的森林保护与恢复提供科学依据。

为开展本研究，团队首先从全球生物多样性信息设施（GBIF）获取树种出现记录，并通过空间细化处理（使用R中spThin包，分辨率1 km）减少采样偏差，最终得到9716条有效记录。环境变量包括19个生物气候因子（来自WorldClim v2.1）、地形（基于SRTM DEM提取坡度、坡向）、土壤属性（取自SoilGrids，包括pH、有机碳密度和土壤质地）以及森林覆盖数据，所有数据统一至1 km分辨率并进行多重共线性检验（VIF＞10的变量被剔除），最终保留11个变量用于建模。

物种分布建模采用MaxEnt算法，针对上述三种树种分别构建生境适宜性模型，使用五重空间交叉验证以降低空间自相关影响。模型性能通过AUC（Area Under Curve）、Kappa和TSS（True Skill Statistics）等指标进行评估。此外，利用零膨胀泊松模型（Zero-Inflated Poisson, ZIP）估计空间丰度，并通过自助法（bootstrap, n=50）量化预测不确定性。物种丰富度图通过将二值化后的适宜性图叠加生成，保护空缺分析则基于保护区域边界（来自Protected Planet数据库）与丰富度/复合指数热点区的叠加实现。

研究结果显示，三种树种在加纳森林中占据主导地位。其中，Napoleonaea leonensis 出现在51个样地（占18.1%），Myrianthus serratus 和 Penianthus patulinervis 分别出现在39和18个样地。MaxEnt模型表现出较高的预测性能，AUC值介于0.93–0.96之间，Kappa和TSS也均处于较高水平，表明模型能有效区分适宜与非适宜生境。

在变量重要性方面，土壤质地（沙粒、粉粒含量）、坡度、最冷季度降水量（BIO19）和森林覆盖是影响物种分布的最主要因子。响应曲线分析进一步揭示，树种适宜性随森林覆盖率和坡度的增加而上升，而与最冷季度降水量呈负相关，说明这些树种更适应排水良好、林冠密闭的生境。

丰度估计表明，Penianthus patulinervis 的预测丰度最高，主要分布于西南部森林地带；Myrianthus serratus 居中；Napoleonaea leonensis 的丰度较低且分布较为破碎。ZIP模型的拟合优度（Pseudo-R2）以 Penianthus patulinervis 最高（0.632），Napoleonaea leonensis 最低（0.273）。不确定性分析显示，样本稀少的北部和东部地区预测不确定性较高。

物种丰富度分析表明，保护区内平均丰富度（0.102）显著高于非保护区（0.019），最高丰富度（3种共存）出现在Atewa Range、Neung South等保护区。热点区总面积为23,536,682公顷，其中仅29.7%位于现有保护区内，揭示出大量生物多样性丰富区域尚未得到有效保护。

讨论部分指出，本研究首次在加纳全国尺度上整合了树种适宜性、丰度、丰富度及保护评估，弥补了以往研究中“重动物轻植物”的偏差。结果表明，尽管加纳保护区网络在保护树种多样性方面发挥了一定作用，但仍存在显著的空间保护空缺，特别是在过渡性森林区和 riparian 走廊地带。此外，土壤、地形和气候因子的综合作用凸显了多维环境管理的重要性。

该研究不仅为加纳制定森林保护与恢复策略提供了高精度空间数据，所提出的方法框架（MaxEnt + ZIP + 丰富度叠加 + 保护空缺识别）也可推广至其他热带地区，助力全球生物多样性保护与气候适应行动。未来需结合实地调查与遥感动态监测，进一步提高模型在复杂景观中的预测能力。