基于MaxEnt模型和ArcGIS的中国贵州珍稀濒危蕨类植物金毛狗蕨（金毛狗蕨科）的当前和未来分布区

《Ecology and Evolution》：The Current and Future Distribution Areas of the Rare and Endangered Fern Cibotium barometz (Cibotiaceae) in Guizhou, China, Based on the MaxEnt Model and ArcGIS

　　

气候变化对珍稀药用植物构成日益严重的威胁，然而许多濒危物种的响应机制仍不甚明了。金毛狗蕨（Cibotium barometz (L.) J. Sm.）被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES），因在中国传统药用中的过度开发，成为这一保护挑战的典型代表。在本研究中，研究人员利用MaxEnt模型和ArcGIS软件预测了当前和未来气候情景下（从SSP1-2.6至SSP5-8.5）中国范围内金毛狗蕨的潜在适生区。结果表明，最干季降水量（bio17）对模型构建的贡献最大，其最适降水量范围为50–150 mm。物种分布模型表明，在当前气候条件下，全国高适生区面积为24,410 km²，主要位于广东、广西及贵州西南部。在未来气候情景下，金毛狗蕨的适生区面积在低排放路径（SSP1-2.6）下呈增加趋势，但在中等排放路径（SSP2-4.5和SSP3-7.0）下面临持续下降的风险。在高排放情景（SSP5-8.5）下，高适生区面积扩大至279,800 km²，其质心显著向南偏移148.95 km。因此，本研究确定了就地保护（贵州西南部和广东南部）的优先区域以及迁地保护（贵州中部）的关键区域，为该濒危药用蕨类的可持续利用提供了重要参考。

研究背景与意义
气候是决定物种地理分布和生态适应性的关键因素。近年来，在全球气候变暖的背景下，植物物种的适生区普遍发生迁移，对生物多样性和生态系统功能产生了深远影响。金毛狗蕨（Cibotium barometz）是一种隶属于金毛狗蕨科的大型陆生蕨类植物，其根茎是传统中药“狗脊”的唯一来源，具有祛风湿、补肝肾等功效，具有极高的药用和观赏价值。然而，由于生境破坏和过度开采，其野生资源日益减少，已被列为国家二级保护植物并列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）附录II。金毛狗蕨作为具有高度特化生态需求的孑遗蕨类，其生态位极其狭窄，对温度、湿度、光照及土壤要求极为严格，对环境波动极其敏感，是亚热带完整森林生态系统和稳定微气候的指示植物。目前针对该物种的研究多集中于孢子萌发、组织培养、DNA条形码和药理活性，而生态学相关研究较少。因此，开展金毛狗蕨适生区预测研究对野生资源保护、栽培实践战略规划及可持续利用具有重要理论意义。研究人员利用相关技术开展了金毛狗蕨当前及未来气候情景下的适生区分布预测研究，该研究发表在《Ecology and Evolution》上。

关键技术方法
研究人员的样本队列来源为全球生物多样性信息网络（GBIF）和中国国家标本资源共享平台（NSII）以及野外调查数据，经去重和1 km×1 km网格化处理后，共获得191条有效出现记录。研究采用了37个生态变量，包括19个气候、3个地形和15个土壤因子，通过SPSS双变量相关性分析剔除了绝对相关系数大于0.8的共线性变量。研究核心采用最大熵（MaxEnt）模型结合ArcGIS软件进行分布预测，使用受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUC）评估模型准确度。同时，基于不同情景下的气候数据预测未来分布动态，并利用ArcGIS工具进行生态适宜性等级划分和质心迁移分析。

研究结果
金毛狗蕨生态因子相关性及MaxEnt模型预测能力评估
研究人员通过相关性分析排除了5个存在共线性的生态因子，以避免模型过拟合。MaxEnt模型的平均AUC值达到0.976，表明模型在划定金毛狗蕨生态适宜性区域方面具有极高的预测准确性和可靠性。

金毛狗蕨当前适生区及面积统计
基于模型预测，当前金毛狗蕨适生区主要分布在中国南方，高适生区面积为24,410 km²，主要位于广东、广西及贵州西南部等地。在贵州省级尺度上，高适生区主要集中在赤水市西南部等地。这些地区多为亚热带季风气候下的山地丘陵和喀斯特地貌，降水丰富且冬季温和。

未来气候情景下金毛狗蕨适生区变化趋势预测
研究表明，在未来气候情景下，金毛狗蕨适生区面积变化呈现分化。在低排放情景（SSP1-2.6）下，适生区总面积呈增加趋势；在中等排放情景（SSP2-4.5和SSP3-7.0）下，适生区面临持续收缩风险；在高排放情景（SSP5-8.5）下，到2090年代高适生区面积将扩大至279,800 km²。

当前与未来气候下金毛狗蕨适生区质心迁移分析
质心迁移分析显示，未来气候情景下金毛狗蕨适生区质心总体呈现由北向南的迁移趋势。当前质心位于湖南通道侗族自治县，低排放情景下南移至贵州黎平县，高排放情景下进一步南移至广西三江县，总迁移距离最远达148.95 km。

影响金毛狗蕨生态适宜性的主要生态因子分析
研究人员发现，最干季降水量（bio17）、最湿季降水量（bio16）、年平均气温（bio1）和气温年较差（bio7）是影响分布的主要因素。其中，bio17贡献率最高，最适范围为50–150 mm；bio1最适范围为24°C–26.5°C。

讨论与结论
讨论部分深入分析了结果背后的生态学意义。研究指出，金毛狗蕨在西南地区的分布与“喀斯特”仅为空间伴生关系，酸性土壤（如红壤和黄壤）才是其微尺度上的过滤机制。最干季降水量作为主导限制因子，解释了该物种无法向北扩张的原因，因为北方春旱无法满足其幼孢子体建立的水分需求。与其他树蕨相比，金毛狗蕨对干季水分可用性更敏感。质心南移现象符合气候避难所理论，表明当原栖息地温度超过临界阈值时，物种会向低纬度山区迁移以维持水热平衡。因此，广西三江县及贵州南部应被视为未来气候变暖下的潜在气候避难所。研究人员提出了分层保护策略：在贵州西南部和广东南部等高适生区建立自然保护区进行就地保护；在贵州中部等保护空缺和种群衰退区实施迁地保护并建立种质资源库；在低中适生区开展林下仿野生栽培，构建“生态保护—人工繁育—社区参与”的协同发展框架。

结论部分总结道，降水极值和年平均气温是金毛狗蕨分布的关键环境决定因素，最干季降水量为主导限制因子。当前高适生区面积有限，未来在高排放情景下适生区将显著扩大并伴随质心大幅南移，而中等排放情景下则面临生境收缩风险。研究建议优先在广东-广西-贵州走廊的高适生区开展就地保护，在中等适生区推广林下栽培，并在预测生境衰退的贵州中部建立迁地保护，以实现该气候敏感型生物多样性热点的生态保护与可持续利用相统一。