气候变化下秃柏卷叶蛾（Archips goyerana）生态位模型预测：一种沿海森林重要食叶害虫的潜在分布扩张

本刊推荐：为应对气候变化对沿海森林生态系统的威胁，研究人员开展秃柏卷叶蛾(BCLR)生态位模型(ENM)研究，通过Maxent算法构建气候因子与寄主分布预测模型，发现当前美国东南部多数地区适宜BCLR生存，未来中西部和东北部气候适宜性将显著增加（SSP2-4.5情景下2081-2100时期适宜区域增加139%），该成果为森林害虫监测提供重要生物指示指标。

　　

在全球气候变化背景下，森林生态系统正面临着前所未有的挑战。其中，原本保持生态平衡的本地昆虫种群开始出现异常暴发模式，成为新兴的森林害虫。沿海森林湿地作为重要的经济生态系统，不仅为野生动物提供栖息地，还能通过调节风暴潮和减缓热带气旋来保护海岸线。然而海平面上升和风暴频率增加正在威胁这些生态屏障，而秃柏卷叶蛾（Archips goyerana Kruse； Lepidoptera: Tortricidae）的暴发式出现更使沿海秃柏（Taxodium distichum）森林雪上加霜。

这种原生于美国东南部的蛾类自1980年代起在路易斯安那州沿海地区造成数万公顷秃柏林被蚕食，其暴发被认为与区域水文变化（包括盐碱水入侵）密切相关，既是沿海森林衰退的原因，也是其症状体现。尽管该害虫会导致树木径向生长减少甚至死亡，但其适生分布范围始终未知。更令人担忧的是，气候变化可能导致其分布范围进一步扩张，从而对更多地区的沿海森林构成威胁。

为明确秃柏卷叶蛾的现实与潜在分布，研究人员在《Ecological Informatics》发表了这项开创性研究。他们通过整合物种出现点数据、气候变量和寄主分布信息，构建了两个环境生态位模型：一个仅使用气候变量作为预测因子，另一个同时结合气候和寄主变量。利用Maxent算法进行建模后，还将模型预测结果通过2100年前的气候情景进行未来适宜性投影。

研究采用的主要技术方法包括：通过GBIF、iNaturalist等平台收集物种分布点数据；使用WorldClim数据库获取生物气候变量；采用ENMeval包中的Maxent算法进行生态位建模；通过方差膨胀因子(VIF)进行变量共线性检验；使用刀切法(jackknife)进行模型验证；基于SSP2-4.5等情景进行未来气候预测。

环境生态位模型构建

研究人员收集了52个BCLR分布点，经过稀疏化处理后保留38个点用于建模。气候仅模型使用五个生物气候变量（最暖月最高温、年均降水量、昼夜温差均值、等温性、降水季节性），而气候+寄主模型额外加入了秃柏基面积数据。最佳模型显示，气候仅模型的最重要预测因子是最暖月最高温（贡献度28%），其次是年均降水量（25%）；气候+寄主模型中寄主密度成为最重要因子（贡献度35%）。两个模型都表现出良好的性能指标（CBI分别为0.91和0.87）。

模型预测准确性评估

通过实地诱捕数据对模型进行验证发现，虽然统计检验显示模型预测值与实际诱捕结果无显著差异，但气候仅模型的AUC值达到0.72，显示中等预测能力，而气候+寄主模型预测能力较差（AUC=0.48）。在捕获到蛾类的站点中，模型预测适宜性范围从马里兰州的0.09到佛罗里达州的0.68，而未捕获到蛾类的站点预测值范围更广（0.09-0.81）。

当前适宜性分布

模型预测显示，当前BCLR的高度适宜区域主要分布在东南亚热带湿润气候区和密西西比河冲积平原。气候仅模型表明美国本土约有1,523,969 km²适宜区域（其中72%为高度适宜），占评估区域的14%。气候+寄主模型由于数据限制仅限于美国本土，预测适宜区域约443,010 km²（占5%）。墨西哥和中美洲的热带地区以及加勒比海岛屿海岸线也显示出高度适宜性。

未来分布变化预测

使用中等排放情景（SSP2-4.5）对未来气候进行预测发现，BCLR的适宜分布区将显著扩张。到2021-2040年，高度适宜区域预计增加81%（约883,385 km²）；2041-2060年增加108%；2061-2080年增加127%；到2081-2100年，增加量将达到139%（约1,513,931 km²）。同时，适度适宜区域将减少7-8%。空间上，适宜区域将向美国中西部热夏湿润大陆性气候区以及太平洋西北部暖夏地中海气候区扩张，加勒比海大安地列斯群岛几乎将全部变为高度适宜区。

研究结论表明，秃柏卷叶蛾作为一种新兴害虫，在当前气候变化背景下具有显著的分布扩张潜力。虽然模型在验证过程中表现不一，但整体上能够为森林管理者提供有价值的预测信息。该研究不仅首次量化了BCLR的潜在分布范围，还揭示了气候变化对其分布格局的深远影响。

讨论部分强调，沿海森林生态系统正面临多重压力，包括海平面上升、风暴潮增加和盐碱水入侵等。BCLR的暴发可能进一步加剧这些生态系统的衰退，特别是在树木更新已成为管理难题的情况下。该物种不仅可作为沿海森林健康的生物指示剂，其分布变化也反映了更广泛的生态响应模式。

这项研究的重要意义在于为森林害虫的早期监测和预警提供了科学依据，帮助土地管理者在潜在暴发区域提前采取防控措施。同时，研究方法为其他新兴害虫的分布预测提供了可借鉴的框架，特别是在数据有限的情况下如何利用生态位模型进行可靠预测。随着气候变化持续影响生态系统，此类研究将变得越来越重要，为保护脆弱的沿海森林生态系统提供关键科学支持。