《Ecology and Evolution》：Changes in Potential Suitable Habitats, Species Turnover, and Conservation Gaps of Wild Plants in the Tarim Basin, China
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气候变化正在重塑干旱地区的植物潜在适宜生境、物种丰富度及植物群落。然而，针对野生植物多物种分布响应、物种更替和保护空缺的综合评估仍然有限。研究人员利用608种野生植物分布记录和12个环境变量，采用biomod2集成物种分布模型（ensemble species
气候变化正在重塑干旱地区的植物潜在适宜生境、物种丰富度及植物群落。然而，针对野生植物多物种分布响应、物种更替和保护空缺的综合评估仍然有限。研究人员利用608种野生植物分布记录和12个环境变量，采用biomod2集成物种分布模型（ensemble species distribution model, ESDM），预测了当前气候条件及2050s和2070s三个未来气候情景下的潜在适宜生境。基于这些预测，研究人员分析了潜在物种丰富度、物种更替、保护空缺及生境丧失风险。结果表明，模型具有优异的预测性能。潜在适宜生境主要受水分和热量条件约束，并受到人类活动影响。当前潜在物种丰富度呈现山区及山前过渡带较高、盆地内部较低的空间格局。未来情景下，高潜在丰富度区域预计将持续收缩并日趋破碎化，潜在丰富度质心预计向东北方向迁移。随着排放强度增加和时间推移，多数物种的潜在适宜生境预计收缩，生境丧失风险增加，草本植物较木本植物更为敏感。对10种具有保护或生态意义的代表性物种的进一步检验显示，从2050s到2070s其生境丧失风险持续恶化，其中包括多种国家或区域重点保护野生植物。物种更替热点集中在盆地中西部、北部山前地带及绿洲—荒漠过渡带。保护优先区与现有自然保护区之间的空间重叠率仅为1.94%，表明现有保护区网络与未来物种组成预期发生显著变化的区域之间存在明显错配。未来保护工作应重点关注山地—盆地过渡带、山前绿洲—荒漠交错区及高更替保护空缺，同时优化空间覆盖范围和生态连通性。该研究结果为塔里木盆地野生植物多样性保护、精准管理及保护体系空缺优化提供了科学依据。
**研究背景与科学问题**
气候变化是全球生物多样性丧失和生态系统重组的主要驱动因素之一，其影响预计将在未来几十年内持续加剧。气温上升、降水格局改变以及极端气候事件频发，可导致物种适宜分布范围缩减、栖息地破碎化加剧，进而重塑区域生物多样性格局。干旱和半干旱地区因水分强烈限制、生态恢复力低和环境变异性高，是对气候变化最为敏感的陆地生态系统之一。中国新疆塔里木盆地是典型的内陆干旱盆地，其山地—绿洲—荒漠复合生态系统具有显著的地形和水分的梯度差异，不同生态单元间植物分布呈现明显空间分异。然而，以往研究多集中于珍稀濒危或药用植物等特定类群，对盆地尺度上多物种潜在适宜生境变化、物种更替格局及保护空缺的系统性评估仍十分有限。该研究旨在回答以下三个关键科学问题：（1）哪些环境因子对塔里木盆地野生植物潜在适宜生境预测贡献最大，并可解释潜在物种丰富度格局的空间分异？（2）不同未来气候情景下，潜在物种丰富度格局和潜在适宜生境将呈现何种时空变化特征？（3）未来物种更替热点区域是否与现有自然保护区空间吻合？应划定的保护优先区和关键保护空缺位于何处？
**研究内容与结论**
研究人员以塔里木盆地山地—绿洲—荒漠复合系统为研究区，系统收集了来自野外调查、标本记录和公共数据库的多源物种分布数据，经质量控制后获得608种野生植物用于建模，涵盖60科261属，包括487种草本和121种木本植物。结合12个经多重共线性筛选的环境变量，研究人员采用biomod2集成物种分布模型，预测了当前气候条件、2050s和2070s时期SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5三种共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways, SSPs）情景下的潜在适宜生境，并基于此分析了潜在物种丰富度、物种更替、保护空缺及生境丧失风险。
研究得出以下主要结论：模型整体预测精度较高，受试者工作特征曲线下面积（area under the receiver operating characteristic curve, AUC）和真技能统计量（true skill statistic, TSS）均显示良好性能。年均温（bio1）是贡献最高的环境变量，其次是人类足迹（human footprint, HPF）、年降水量（bio12）、最干月降水量（bio14）和干季均温（bio9），表明塔里木盆地野生植物潜在适宜生境主要受水分和热量条件约束，同时受人类活动显著影响。当前潜在物种丰富度呈山地和山前过渡带较高、盆地内部较低的格局。未来情景下高丰富度区域将持续收缩并日益破碎化，丰富度质心总体上向东北方向迁移。多数物种潜在适宜生境预计收缩，生境丧失风险随排放强度增加和时间推移而加剧，草本植物比木本植物表现出更高的气候敏感性。10种具有保护或生态意义的代表性物种——包括芦苇（*Phragmites australis*）、胀果甘草（*Glycyrrhiza inflata*）、胡杨（*Populus euphratica*）、灰叶胡杨（*Populus pruinosa*）、多枝柽柳（*Tamarix ramosissima*）、骆驼刺（*Alhagi camelorum*）、黑果枸杞（*Lycium ruthenicum*）、甘蒙柽柳（*Myricaria pulcherrima*）、新疆紫草（*Arnebia euchroma*）和寒地红景天（*Rhodiola gelida*）——从2050s到2070s均呈现风险恶化趋势。物种更替热点集中分布于盆地中西部、北部山前地带及绿洲—荒漠过渡带。保护优先区与现有自然保护区的空间重叠率仅为1.94%，表明当前保护区网络与未来物种组成预期发生重大变化的区域之间存在显著错配。
**主要技术方法**
研究人员首先从野外调查（438个20 m×20 m主样方及其嵌套样方）、标本记录、中国数字植物标本馆（Chinese Virtual Herbarium, CVH）和全球生物多样性信息平台（Global Biodiversity Information Facility, GBIF）等来源获取物种分布数据，经CoordinateCleaner清理和spThin空间稀化后保留608种。环境数据涵盖气候（WorldClim v2.1）、地形（地理空间数据云）、土壤（世界土壤数据库HWSD v2.0）、水文（距最近河流欧氏距离）和人类活动（2009年全球人类足迹数据集）五个维度，经Pearson相关性和方差膨胀因子（variance inflation factor, VIF）筛选后保留12个独立变量。建模采用biomod2框架中的六种算法——广义线性模型（generalized linear model, GLM）、广义加性模型（generalized additive model, GAM）、广义提升模型（generalized boosted model, GBM）、灵活判别分析（flexible discriminant analysis, FDA）、多元自适应回归样条（multivariate adaptive regression splines, MARS）和最大熵模型（maximum entropy with Lasso regularization, MAXNET），结合三套目标组背景伪不存在点数据、70%训练/30%验证随机分区并重复20次，构建了每物种360个基础模型，以TSS加权平均值生成集成预测。物种更替热点采用Getis-Ord Gi*统计量识别，保护空缺分析将综合热点区与现有自然保护区进行空间叠加。
**研究结果**
*模型性能评估*：所有模型预测精度较高。AUC值普遍较高且各算法间差异小，TSS值均大于0.70，表明集成模型为预测各物种潜在适宜生境及后续多物种分析提供了可靠基础。
*当前及未来潜在物种丰富度格局*：当前高丰富度区域主要分布在西部和西南部山区及其北缘，包括天山南坡、昆仑山北麓和山前绿洲—荒漠过渡带；低丰富度区域广泛分布于盆地边缘；无适宜物种区域集中在盆地内部。未来情景下，高丰富度区域持续收缩和破碎化，无物种区域总体扩张，在2070年SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下最为明显。递减区域主要位于盆地边缘和山地—盆地过渡带，丰富度质心整体向东北方向迁移。
*环境因子相对贡献*：基于608个单物种模型的汇总，气候变量占主导地位。年均温（bio1）贡献最高，其后依次为人类足迹（HPF）、年降水量（bio12）、最干月降水量（bio14）和干季均温（bio9）；地形和土壤变量贡献相对较低。
*潜在适宜生境收缩与生境丧失风险*：未来情景下大多数物种的潜在适宜生境呈收缩趋势，收缩通常伴随生境丧失风险增加。以生境丧失百分比（percentage loss of habitat, LSH）≥80%作为严重丧失阈值时，28.8%的物种风险状态恶化，70.9%保持稳定，仅0.3%改善。10种代表性物种从2050s到2070s均呈风险恶化。草本植物中适宜生境收缩和高风险物种的数量均多于木本植物，且差异在2070s和高排放情景下更显著。
*物种更替热点与保护空缺*：高及极高更替区域主要集中于塔里木盆地中西部、北部山前地带和盆地边缘绿洲—荒漠过渡带，并连接天山南坡和昆仑山北麓局部山前地带。高排放情景下这些区域范围显著扩张并趋于连续分布。保护优先区与现有自然保护区的重叠率仅为1.94%，其余98.06%构成保护空缺，空缺区域与高更替热点高度重合，表明现有保护区布局与未来物种组成变化关键区域存在明显空间错配。
**讨论与结论**
研究者认为，塔里木盆地野生植物潜在丰富度格局的形成是多因子综合作用的结果——水分与热量双重约束、人类活动干扰以及局地地形缓冲效应共同塑造了当前的空间分异特征。气候变暖加剧区域蒸散发，进一步强化水分胁迫，使生物多样性热点向山地和山前过渡带聚集；而盆地内部因极端干旱和平坦地形缺乏缓冲能力，物种维持能力有限。草本植物较木本植物对气候变化更敏感，其原因在于草本植物根系较浅、对表层土壤水分依赖更强、生活史过程对年际降水脉动响应更明显；木本植物深根系统和资源储存能力在一定程度上缓冲了土壤干旱胁迫。不同生活型间风险差异可能改变群落优势度关系，进而影响群落结构、种间互作和生态系统功能。物种更替热点主要位于山地、绿洲和荒漠之间的生态过渡带，这些区域受山径流、地下水补给和局地微地形共同影响，同时承受人类活动和气候变化的双重压力，是未来物种组成变化最活跃、最敏感的区域。
研究结论指出，未来塔里木盆地野生植物保护应从静态的、以现状代表性为导向的保护模式逐步转向考虑未来变化的动态适应性保护。优先方向包括：填补高更替区域的保护空缺空间覆盖；沿环境梯度增强生态连通性以促进物种迁移；重点关注山地—盆地过渡带、山前绿洲—荒漠交错区及高更替保护空缺；将空间优先区与物种层面保护目标相结合，兼顾法定保护物种和生态关键种，并维护其所在植物群落和生境的完整性。研究同时指出，未来预测依赖单一气候模型，未纳入种间互作、扩散限制和适应性进化等关键生态过程，结果更适合用于刻画潜在物种丰富度格局的变化趋势，而非对物种实际分布未来状态的绝对预测。
