《Plants》：Predicting the Potential Distribution of Plantago asiatica L. in Jiangxi Province Under Climate Change Scenarios Using the MaxEnt Model
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摘要：车前（Plantago asiatica L.）是我国重要的药食两用植物，由于过度采挖，其野生资源急剧减少。准确评估其潜在适宜生境并识别主导环境因子，对其种质资源保护具有重要的科学意义。本研究以江西省为研究区域，基于79条野外分布记录和29个环境变量，采
摘要：车前（Plantago asiatica L.）是我国重要的药食两用植物，由于过度采挖，其野生资源急剧减少。准确评估其潜在适宜生境并识别主导环境因子，对其种质资源保护具有重要的科学意义。本研究以江西省为研究区域，基于79条野外分布记录和29个环境变量，采用经kuenm包（版本1.1.9）优化后的MaxEnt模型（AUC = 0.806），模拟了该物种在当前气候条件和三种未来共享社会经济路径（SSP）情景（SSP126、SSP370和SSP585）下的潜在分布。结果表明，在区域尺度上，静态非气候因子——特别是土壤黏粒含量（贡献率：56.7%）——是决定车前分布的主导力量，其影响远超气候和地形因子。在所有未来SSP情景下，其分布范围表现出显著的时空保守性，分布质心未发生长距离迁移。本研究为优化车前种质资源保护框架、确定优先栽培区域以及制定区域适应性管理策略提供了科学参考。
**基于MaxEnt模型的江西省车前潜在分布预测与气候变化响应研究解读**
**研究背景与科学问题**
在全球生物多样性保护与资源可持续利用面临严峻挑战的背景下，精确评估具有重要生态和经济价值的植物物种对气候变化的响应，已成为保护生物学与生态学领域的核心议题。江西省作为中国南方重要生态屏障，其生态环境质量呈现“山地丘陵优、平原一般”的空间格局。药用植物作为保障人类健康的关键战略资源，正面临全球变暖和生境破碎化的双重威胁。车前（*Plantago asiatica* L.）为车前科车前属多年生草本植物，是传统大宗中药材，全草具有利尿、清热、解毒等功效，兼具药用与食用价值，市场需求量大。然而，长期无序过度采挖导致野生车前资源急剧减少，自然种群更新严重受阻。因此，准确揭示持续气候变化背景下车前潜在适宜生境分布及其时空动态，是制定资源保护、人工驯化栽培和可持续利用策略亟待解决的关键科学问题。
物种分布适宜性评价通过分析物种需求与环境条件的吻合度来刻画适宜性空间格局。传统评价方法存在数据处理客观性不足、变量选择灵活性差等局限。物种分布模型（SDMs）整合物种发生数据与环境因子，模拟生态位需求并预测潜在生境。在多种SDM算法中，最大熵模型（MaxEnt）因预测精度高、操作简便、能处理小样本量且仅依赖发生数据而被广泛应用。已有全国尺度研究表明，降水和人类活动是塑造车前属分布的主导驱动因子，但这些发现是否适用于气候相对均一的亚热带湿润区域仍不确定。在区域尺度上，随着研究区域缩小至气候条件相对一致的地区，非气候因子对物种分布的约束作用可能超越气候因子。目前，江西省作为车前重要分布区和传统道地产区之一，其适宜生境的空间格局尚不明确，对未来气候变化的动态响应也亟待阐明。本研究聚焦江西省，旨在识别区域尺度上约束车前地理分布的主导环境因子并确定其最适阈值、刻画当前气候条件下潜在适宜生境的空间格局、预测不同未来气候情景下适宜生境的范围变化与质心迁移轨迹，为车前种质资源保护和人工栽培规划提供科学依据。
**研究结论与意义**
本研究采用经kuenm包优化参数后的MaxEnt模型（FC = LQP，RM = 0.7），训练数据集平均AUC值为0.806，表明模型具有较好的预测精度。该数值略低于全国尺度研究的AUC值（0.90），反映了区域尺度上环境梯度压缩导致模型拟合难度增加。通过综合Pearson相关性分析、贡献率排序和Jackknife检验，研究识别出5个关键环境因子：土壤黏粒含量（clay）、海拔（alt）、等温性（bio3）、最冷季度降水量（bio19）和降水季节性（bio15）。其中，土壤黏粒含量贡献率高达56.7%，远超气候和地形因子的总和贡献，凸显了土壤质地的主导约束作用。这一发现与全国尺度研究形成鲜明对比，反映了尺度依赖效应：在全国尺度上，水热梯度是首要限制因素；而在气候相对同质的江西省亚热带湿润区域内，限制瓶颈已从“降水可用性”转向“土壤质地是否适宜根系穿透”这一微尺度问题。研究表明，当前车前高适生区面积约0.39 × 10? km2（占1.40%），主要成带状斑块分布于江西中北部；中适生区（2.16 × 10? km2）和低适生区（4.43 × 10? km2）连片分布于赣中和赣中南地区；不适生区占最大比例（约9.71 × 10? km2，占49.32%）。高适生区集中分布于南昌、宜春、新余和抚州交界的中北部过渡地带，这与江西作为我国车前子道地产区、产量占全国70%以上的实际生产布局高度吻合，为模型预测提供了重要的实地佐证。该研究发表在《Plants》期刊。
**主要关键技术方法**
本研究基于79条经空间稀疏化处理的车前分布记录（来源于GBIF和CVH数据库）和29个环境变量。采用Pearson相关性分析（|r| ≥ 0.8）筛选高相关变量对；使用R语言kuenm包系统优化MaxEnt模型的正则化倍增因子（RM，0.1–4.0）与特征组合（FC），基于最小ΔAICc值（FC = LQP，RM = 0.7）和遗漏率< 5%选择最优参数；采用十折交叉验证训练模型；使用质心函数法计算分布质心坐标并分析迁移轨迹。
**研究结果**
**2.1 主导环境因子筛选与最适范围分析**
通过Pearson相关性分析，从初始29个变量中筛选出11个关键变量。Jackknife检验显示，土壤黏粒含量贡献率（56.7%）和置换重要性（26.3%）均最高，独立预测能力远超其他因子。次要因子包括等温性（bio3，12.4%）、海拔（alt，6.5%）、最冷季度降水量（bio19，6%）和降水季节性（bio15，6%）。海拔虽贡献率较低，但置换重要性高达23.4%，在模型预测中具有高度不可替代性。环境响应曲线表明，车前发生概率随黏粒含量增加总体呈下降趋势，最偏好疏松、低黏粒土壤；等温性最适范围约在31.2%–36.7%之间；海拔呈“V”型响应；最冷季度降水量呈单峰响应；降水季节性增加时发生概率降低。
**2.2 模型性能评估**
MaxEnt模型训练数据集平均AUC值为0.806（标准差0.089），表明模型预测性能良好，可用于车前分布建模。
**2.3 当前气候条件下生态适宜生境分布**
高适生区面积较小（0.39 × 10? km2，占1.40%），呈带状斑块分布于赣中北部；中适生区（2.16 × 10? km2，占14.77%）和低适生区（4.43 × 10? km2，占34.51%）连片分布于赣中和赣中南，覆盖吉安、抚州、新余和鹰潭大部分地区；不适生区面积最大（9.71 × 10? km2，占49.32%），广泛覆盖赣州绝大部分地区和九江北部大部分区域。
**2.4 未来气候变化情景下生态适宜生境分布**
SSP126情景下，高适生区面积先减少后稳定，在2081–2100年恢复至基线水平。SSP370情景下，高适生区面积随时间递减，在2081–2100年达全时段最低值（0.35 × 10? km2）。SSP585情景下，高适生区面积呈先降后恢复的波动模式，波动幅度大于SSP126。相较历史基线期，所有情景下均未观察到高适生区的显著净扩张，这一结果与全国尺度上气候变暖驱动药用植物适生区显著扩张的普遍认知形成鲜明对比。空间上，高适生区始终集中于赣中北部，斑块主体未发生位移。
**2.5 车前高适生区质心迁移分析**
三种情景下，高适生区分布质心均呈现局部振荡和往返移动模式。当前适生区质心位于吉安市峡江县马埠镇。SSP126情景下质心先北后南迁移；SSP370情景下呈往返振荡；SSP585情景下呈环形绕行。总体而言，质心始终保持在马埠镇、麦斜镇和桐林乡附近区域，未发生长距离定向迁移。
**讨论与结论**
讨论部分指出，土壤黏粒含量的主导作用可从根系构型与土壤特性匹配关系获得机理解释：赣中北部广泛分布第四纪红色黏土发育的土壤易板结、孔隙度低，而车前为须根系浅根性植物，对表土层通透性高度敏感，发生概率随黏粒含量增加呈单调下降。通过与深根系药材藁本（约13.5%）的对比，验证了土壤质地约束的物种特异性。当前分布格局受宏观地貌、局地地形水文和土壤理化性质三重因素共同调控。未来情景下，静态土壤理化性质在很大程度上缓冲了气候变化的驱动效应，这解释了高适生区面积的高度时空保守性。研究建议将赣中北部核心区纳入生态保护红线或城市绿地系统，以核心区为中心外扩1–2 km作为保护缓冲带；以质心稳定区为核心建立栽培基地；在赣中南相对稳定区域适度引种驯化；在预测收缩区域建立长期固定监测样地。研究局限性包括MaxEnt模型无法纳入种间竞争、病虫害和人为采挖等生物互动因素，可能存在对某些高适生区实际可达性的高估；静态土壤假设无法捕捉城市化和农业集约化驱动的土壤变化。未来研究可整合CMIP6多模型集合、精细化环境数据和实地生态信息以降低外推不确定性，并建立“适生性+品质”的精细化区划体系。
研究结论：采用参数优化的MaxEnt模型，本研究识别了约束车前分布的关键环境因子，预测了不同气候情景下其适宜生境的演变规律，并提出了保护与栽培规划建议。结果表明，约束车前区域分布的核心因子并非气候，而是土壤黏粒含量，其影响超过温度、降水和海拔因子的综合贡献。当前高适生区高度集中于赣中北部过渡带，与江西作为车前道地产区的实际布局高度一致。在所有三种未来SSP情景下，高适生区面积均未出现显著扩张，占比稳定维持在全域面积的2.07%–2.38%，质心始终在峡江县马埠镇和桐林乡与峡江县麦斜镇交界地带附近局部振荡。基于以上发现，建议对赣中北部核心区实行严格开发建设管控并纳入生态保护红线，在核心区外围和赣中南相对稳定区域适度开展引种试验，在预测收缩区域如吉安南部和抚州西南部设立长期监测样地，为保护区的适应性管理提供依据。
