《Climate Change Ecology》:Suitable habitats redistribution for the European pond turtle (
Emys orbicularis) lineages under future climate change
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未来气候情景下,欧洲池龟(Emys orbicularis)不同谱系间的适宜栖息地分布将发生显著重组,其范围变化在不同谱系、全球气候模式(GCMs)和气候情景之间存在强烈差异。生物气候生态位分化总体上遵循该物种的系统地理结构;景观质量会显著缩减实际有效适宜栖息
未来气候情景下,欧洲池龟(Emys orbicularis)不同谱系间的适宜栖息地分布将发生显著重组,其范围变化在不同谱系、全球气候模式(GCMs)和气候情景之间存在强烈差异。生物气候生态位分化总体上遵循该物种的系统地理结构;景观质量会显著缩减实际有效适宜栖息地的面积。谱系水平模型能够提供更精细的预测,并有助于确定保护行动的优先次序。
气候变化是重塑动物地理分布格局的主要驱动力,人类活动导致的气候改变以及土地利用变化引发的生境丧失与破碎化,使物种面临双重压力。爬行动物作为外温动物,对气候波动和景观退化尤为敏感。欧洲池龟(Emys orbicularis)是一种依赖淡水水体及周边陆地景观的龟类,被世界自然保护联盟(IUCN)列为近危(Near Threatened)物种,并受到多项国际公约保护。该物种包含多个进化谱系,各谱系占据不同气候条件,但以往物种分布模型(SDM)多忽略种内变异、扩散限制和景观质量,导致预测结果过于乐观,难以有效指导保护实践。为此,研究人员针对欧洲池龟5个主要谱系(其中谱系II分为东西两个地理群),整合气候、扩散和景观信息,评估未来不同气候变化情景下适宜栖息地的再分布格局,旨在识别脆弱谱系并优化保护策略。
研究人员利用2000—2020年间的分布记录,结合当前生物气候变量,采用6种建模算法构建集合生态位模型(ENM),并应用两种全球气候模式(GCM:GFDL-ESM4、UKESM1-0-LL)和两种共享社会经济路径(SSP:SSP1-2.6、SSP5-8.5),预测2041—2070年及2071—2100年的气候适宜性变化。随后依据该物种每年约5 km的最大扩散能力,限制未来可到达范围。最后基于当前土地覆盖数据计算景观质量,筛选出同时具备气候适宜性和实际可用性的栖息地。研究结果表明,谱系间的气候生态位分化与系统地理结构基本一致,景观质量显著降低了有效适宜面积,且不同谱系对未来气候的响应存在明显差异。
关键的技术方法包括:分布数据主要来源于全球生物多样性信息设施(GBIF)及多个国家的研究者与协会,筛选标准为2000—2020年内坐标误差不超过5000 m的记录,并按谱系地理范围划分归属。气候数据采用CHELSA提供的8个生物气候变量和WorldClim的太阳辐射数据,经方差膨胀因子(VIF)筛选以避免共线性。气候生态位比较通过主成分分析(PCA)压缩环境空间,并利用Schoener’s D量化重叠度。分布建模使用GLM、GBM、GAM、RF、XGBOOST和MAXENT六种算法,经空间稀疏化和伪不存在数据生成,以AUC、TSS和KAPPA评估模型性能,再以加权概率平均与变异系数构建集成模型。扩散限制按5 km/年推算,2041—2070年扩展距离为175 km,2071—2100年为325 km。景观质量基于CLC+Backbone 2018和EU-Hydro数据,通过广义线性模型(GLM)拟合当前发生与土地覆盖变量的关系,获得每个5 km×5 km栅格的景观质量得分。
3.1 谱系气候生态位:主成分分析前两轴累计解释77.2%的环境变异,谱系主要沿温度-辐射轴分离。逐对比较显示,绝大多数谱系间生态位重叠较低,仅E. o. orbicularis I与II E呈现显著相似性(Schoener's D=0.294,p=0.048);谱系II内部东西两个地理群的生态位重叠极低(D=0.039),支持将其作为独立分析单元。
3.2 未来气候预测:不同谱系对气候情景与GCM的响应差异显著。E. o. galloitalica在2041—2070年将损失71.7%~88.6%的原适宜区,新适宜区主要在法国西南部;至2071—2100年该格局延续。E. o. occidentalis在伊比利亚半岛中部损失较大,新适宜区向北扩展,但远期损失加剧。E. o. hellenica对GCM选择高度敏感:GFDL-ESM4下预测严重收缩,而UKESM1-0-LL下则预测大幅扩张。E. o. orbicularis II W仅在GFDL-ESM4与SSP1-2.6组合下出现严重收缩,其他情景下保持稳定并显著扩大。E. o. orbicularis II E损失相对中等(23.0%~42.8%),且保留较高比例的适宜区。E. o. orbicularis I大多数情景下保留67.2%~87.1%的核心适宜区,但GFDL-ESM4与SSP1-2.6组合下仅保留48.2%。
3.3 景观质量:纳入景观质量后,有效适宜面积较纯气候预测普遍减少。对E. o. galloitalica、E. o. hellenica、E. o. occidentalis和E. o. orbicularis II E四个谱系,气候适宜栅格中58%~92%处于低质量景观,高质量景观占比常低于10%;而E. o. orbicularis II W和E. o. orbicularis I的气候适宜栅格中,中等质量景观比例较高(II W约60%~74%,I约41%~54%),表明这两个谱系在未来可能拥有更多实际可利用的生境。
讨论部分指出,景观组成对气候适宜性起到过滤作用,会抵消部分气候预测中的潜在增益;扩散限制则进一步制约种群对新兴适宜区的追踪。由于未来土地利用情景存在高度不确定性,研究采用当前景观质量进行投影,因而结果可能仍偏向乐观。本研究支持将欧洲池龟作为一个谱系结构复合体进行保护管理,谱系水平的预测能够揭示不同谱系脆弱性的差异,同时使用至少两个GCM有助于降低模型不确定性。研究的核心结论是:保护规划应从“气候可能适宜”转向“气候适宜且实际可用”的区域,优先考虑同时满足气候条件、景观可达性和生态质量的栖息地,以提升保护行动的有效性。