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基于MaxEnt 模型的干巴菌云南適生區(qū)預(yù)測(cè)

2024-11-19 00:00:00李應(yīng)軍吳鵬董莉李杰慶
關(guān)鍵詞:干巴適生區(qū)物種

摘要: 【目的】明確干巴菌在云南的適生區(qū),并探討未來氣候變化對(duì)其分布及生境適宜性的影響?!痉椒ā坎捎弥鞒煞址治龇▽?duì)氣候因子、土壤因子進(jìn)行降維處理,將篩選后的生態(tài)因子輸入最大熵(maximum entropy,MaxEnt) 模型,對(duì)干巴菌適生區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè),使用刀切法(Jackknife) 和響應(yīng)曲線確定影響物種分布的關(guān)鍵生態(tài)因子和適宜閾值范圍;采用ArcGIS 對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析和適生等級(jí)劃分,研究未來氣候條件下干巴菌分布范圍的變化趨勢(shì)?!窘Y(jié)果】MaxEnt 模型訓(xùn)練集和測(cè)試集的受試者工作特征曲線下面積分別為0.884 和0.911,表明模型預(yù)測(cè)結(jié)果可靠。刀切分析結(jié)果顯示:年降水量、等溫性和坡度是影響干巴菌分布最為關(guān)鍵的因子。未來氣候變化將影響干巴菌的分布,與當(dāng)前相比,在SSP126 情景下,21 世紀(jì)末(2090s) 的干巴菌云南適宜生境喪失和新增面積分別為1.09×104 和2.60×103 km2;在SSP370 情景下,喪失和新增面積分別為1.21×104和5.20×103 km2。【結(jié)論】未來氣候變化將導(dǎo)致云南境內(nèi)的干巴菌適生區(qū)面積減小,其中滇中地區(qū)受氣候變化的影響最為嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞: 干巴菌;生境適宜性;地理分布;氣候變化;MaxEnt 模型

中圖分類號(hào): S567.3019 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào): 1004–390X (2024) 05?0074?13

干巴菌(Thelephora ganbajun) 是云南珍稀名貴野生菌,隸屬于擔(dān)子菌門(Basidiomycotina) 傘菌綱(Agaricomycetes) 革菌目(Thelephorales) 革菌科(Thelephoraceas) 革菌屬(Thelephora)[1-3]。其子實(shí)體初期菌肉柔軟,成熟后菌肉堅(jiān)韌、呈纖維質(zhì),因具有酷似腌牛肉干的濃郁氣味而得名干巴菌。干巴菌具有較高的食用和藥用價(jià)值,其子實(shí)體富含維生素、蛋白質(zhì)、氨基酸、黃酮、多糖、硒等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有益礦質(zhì)元素[4-5]。野外干巴菌主要與云南松(Pinus yunnanensis)、馬尾松(P. massoniana)、思茅松(P. kesiya var. langbianensis) 等針葉樹種形成共生關(guān)系[6-7]。因該物種共生機(jī)制不明,子實(shí)體組織分離提純難度大等原因,目前無法實(shí)現(xiàn)人工栽培,導(dǎo)致市場(chǎng)商品仍然依賴野生采摘。云南是中國(guó)的干巴菌主產(chǎn)區(qū),由于干巴菌市場(chǎng)需求量大、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,其野生資源被過度采掘,導(dǎo)致云南干巴菌產(chǎn)量逐年減少,資源保護(hù)迫在眉睫。

除人為活動(dòng)干擾外,全球氣候變化、極端氣候事件頻發(fā)也可能進(jìn)一步威脅野生干巴菌的生存。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IntergovernmentalPanel on Climate Change,IPCC) 發(fā)布的第6 次評(píng)估報(bào)告最新綜合報(bào)告指出:2011—2020年,人類活動(dòng)導(dǎo)致地球表面溫度迅速上升,全球平均溫度較工業(yè)革命前(1850—1900 年) 升高約1.10 ℃,極端降水、升溫、干旱事件發(fā)生頻率也進(jìn)一步上升[8]。物種分布模型(species distributionmodels,SDMs) 是研究氣候變化對(duì)物種分布影響的重要研究工具,可通過結(jié)合已知物種分布記錄和生態(tài)因子數(shù)據(jù),建立物種分布與生態(tài)因子之間的關(guān)系模型,模擬物種在空間上和時(shí)間上的分布變化,從而協(xié)助了解物種生態(tài)需求及地理分布規(guī)律[9]。隨機(jī)森林(random forest,RF) 模型、生態(tài)位因子分析(ecological niche factor analysis,ENFA)模型、規(guī)則集遺傳算法(genetic algorithm for rulesetprediction,GARP) 模型、廣義線性模型(generalizedlinear model,GLM)、生物氣候分析系統(tǒng)(bioclimate analysis and prediction system, BIOCLIM)、最大熵(maximum entropy,MaxEnt) 模型等是目前研究較多的SDMs[10-13]。其中,MaxEnt模型預(yù)測(cè)精度高,在珍稀瀕危物種保護(hù)、野生動(dòng)植物生境質(zhì)量評(píng)價(jià)、外來物種入侵與防控、植物病蟲害評(píng)估管理等方面均發(fā)揮著積極作用[14-16]。

李尤等[17]基于MaxEnt 模型對(duì)不同氣候情景下白蠟樹(Fraxinus chinensis) 在中國(guó)的適生區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè),發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高、降雨量減少和二氧化碳排放量升高,該物種的適宜生境面積將減少,并呈現(xiàn)向西南方向遷移的變化趨勢(shì)。在真菌研究領(lǐng)域,SHRESTHA 等[18]利用MaxEnt 模型探討了氣候變化對(duì)喜馬拉雅山脈冬蟲夏草(Chinesecordyceps) 分布的影響,發(fā)現(xiàn)隨著氣候變化,冬蟲夏草適生區(qū)的平均海拔可能升高且面積減小。曹檳等[19]利用MaxEnt 預(yù)測(cè)中華美味蘑菇(Agaricussinodeliciosus) 的適生區(qū),為該物種地理分布規(guī)律的科學(xué)認(rèn)識(shí)提供了理論依據(jù)。CAO 等[20]利用MaxEnt 研究了羊肚菌(Morchella esculenta) 當(dāng)前和未來適宜生境的變化規(guī)律,篩選了限制物種分布的關(guān)鍵生態(tài)因子,為野生羊肚菌的資源保護(hù)提供了理論依據(jù)。對(duì)桑黃(Sanghuangporus lonicericola)的研究則發(fā)現(xiàn):氣候變化可能增加該類藥用真菌的適宜分布范圍,但適生區(qū)質(zhì)心可能發(fā)生轉(zhuǎn)移[21]。國(guó)內(nèi)學(xué)者還利用MaxEnt 研究了蒙古白麗蘑(Leucocalocybe mongolica) 的地理分布格局,并探討了該食用菌在中國(guó)和蒙古國(guó)適生區(qū)面積變化的可能原因[22]。以上研究均表明:MaxEnt在野生菌資源保護(hù)和氣候變化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面發(fā)揮著積極作用。

本研究針對(duì)干巴菌野生資源保護(hù)與可持續(xù)利用問題,運(yùn)用SDMs 相關(guān)理論和方法,結(jié)合當(dāng)前干巴菌的分布數(shù)據(jù),探討溫度、降水、地形、土壤等因子對(duì)其分布的限制性作用,并預(yù)測(cè)未來不同氣候情景下該物種在云南境內(nèi)的分布變化。研究結(jié)果可為深入認(rèn)識(shí)該物種的地理分布格局、產(chǎn)地環(huán)境特征以及科學(xué)評(píng)估氣候變化對(duì)其威脅程度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

云南地處中國(guó)西南部,面積約3.94×105 km2,大部分位于云貴高原,區(qū)域平均海拔大于1 000 m,地貌復(fù)雜,涵蓋高山、丘陵、盆地、峽谷等多種地形[23]。由于海拔和緯度變化的綜合作用,云南立體氣候顯著,有熱帶、亞熱帶、亞高山溫帶、高山寒帶等多種植被類型;加之長(zhǎng)期受印度洋和太平洋暖濕氣流的影響,云南全省雨量充沛,是野生菌的主要棲息地[24-25]。

1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其來源

1.2.1 物種分布數(shù)據(jù)

干巴菌在云南主要分布于昆明、楚雄、玉溪和曲靖,其次為麗江、大理和保山;此外,湖北、貴州、四川有少量分布記載[26]。干巴菌主要生長(zhǎng)于海拔1 000~2 000 m 的松樹林中,其分布區(qū)地理位置位于22°~27° N,99°~106° E[27]。本研究主要探討云南區(qū)域氣候條件對(duì)干巴菌地理分布影響。物種分布數(shù)據(jù)包括:(1) 野外實(shí)地調(diào)查與GPS 定位記錄干巴菌生長(zhǎng)點(diǎn)坐標(biāo)位置;(2) 對(duì)全球生物多樣性信息機(jī)構(gòu)(Global Biodiversity InformationFacility,GBIF,https://www.gbif.org) 物種分布數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)虛擬植物標(biāo)本館(https://www.cvh.ac.cn)、中國(guó)科學(xué)院微生物研究所菌物標(biāo)本館(http://nmdc.cn/fungarium/) 和國(guó)際農(nóng)業(yè)與生物科學(xué)研究中心(Centre for Agriculture andBioscience International, CABI, http://www.cabi.org/cpc/) 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,獲取干巴菌分布的坐標(biāo);(3) 檢索國(guó)內(nèi)外發(fā)布的文獻(xiàn)報(bào)道,進(jìn)一步補(bǔ)充干巴菌分布點(diǎn)數(shù)據(jù)。對(duì)于文獻(xiàn)檢索中未明確詳細(xì)地理坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù),使用谷歌地球和百度地圖進(jìn)行反復(fù)篩查,對(duì)分布點(diǎn)位置進(jìn)行校對(duì)。將檢索初步獲取的117 組干巴菌分布點(diǎn)數(shù)據(jù)錄入ENMtools工具包,剔除重復(fù)數(shù)據(jù)和無效數(shù)據(jù);在ArcGIS 中設(shè)置緩沖半徑(5.0 km),篩選后改善分布點(diǎn)空間分布的均勻性,避免由于分布點(diǎn)數(shù)據(jù)空間自相關(guān)而引發(fā)的環(huán)境偏差和過擬合。經(jīng)過篩選,最終保留61 個(gè)干巴菌分布點(diǎn),并將其保存為CSV 格式,用于后續(xù)建模分析(圖1)。

1.2.2 氣候因子數(shù)據(jù)

氣候因子數(shù)據(jù)來源于世界氣象數(shù)據(jù)庫(kù)(Worldclim,http://www.worldclim.org/),包括19 個(gè)生物氣候因子(表1)。當(dāng)前氣候數(shù)據(jù)為1970—2000年氣候數(shù)據(jù)的平均值,采用插值法生成全球氣候柵格數(shù)據(jù)。未來氣候數(shù)據(jù)主要涉及2 種情景模式(SSP126 和SSP370) 和4 個(gè)時(shí)間段(2021—2040 年、2041—2060 年、2061—2080 年和2081—2100 年),數(shù)據(jù)空間分辨率為30″。未來時(shí)期數(shù)據(jù)采用IPCC第6 次評(píng)估報(bào)告發(fā)布的BCC-CSM2-MR 模式下的共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑氣候情景數(shù)據(jù)。BCC-CSM2-MR 被廣泛應(yīng)用于東亞大陸的氣候變化與物種分布研究,SSP126 和SSP370 分別表示碳排放由低到高的未來氣候情景。SSP126 情景下,全球CO2 排放量大幅度減少,到21 世紀(jì)末,全球氣溫平均上升1.8 ℃;SSP370 情景下,全球CO2排放量大幅度增加,到21 世紀(jì)末,全球氣溫上升3.6 ℃。

1.2.3 地形數(shù)據(jù)

根據(jù)干巴菌的生活習(xí)性,綜合考慮氣候、土壤、坡度、海拔、坡向、地形、植被等環(huán)境因子對(duì)干巴菌生長(zhǎng)的影響,選取海拔、坡度和坡向3 個(gè)地形因子進(jìn)行建模分析,數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)地里空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(https://www.gscloud.cn) 的數(shù)字高程圖(DEM),分辨率為90 m×90 m。使用ArcGIS 進(jìn)行空間分析和掩膜提取,獲取云南省地形因子數(shù)據(jù)。

1.2.4 土壤數(shù)據(jù)

土壤的砂粒、黏粒、酸堿度和有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)均來自國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https://data.tpdc.ac.cn/) 以及聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和維也納國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)研究所構(gòu)建的世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(Harmonized WorldSoil Database,HWSD),中國(guó)境內(nèi)數(shù)據(jù)源為第二次全國(guó)土地調(diào)查中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所提供的1∶100 萬土壤數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 生物氣候、地形和土壤因子數(shù)據(jù)處理

在ArcGIS 10.2 中導(dǎo)入19 個(gè)生物氣候因子的柵格數(shù)據(jù),使用ArcGIS 10.2 從數(shù)字高程圖(DEM)中提取海拔、坡度和坡向的柵格數(shù)據(jù),并將土壤數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù);采用掩膜提取的方法,按照云南邊界對(duì)上述柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪,并進(jìn)行定義投影,將坐標(biāo)系定義為WGS_1984 的地理坐標(biāo)系,使用重采樣的方法將柵格像元定義為同樣大?。煌ㄟ^柵格轉(zhuǎn)ASCII 工具將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為MaxEnt 所需要的.asc 文件。

1.3.2 MaxEnt 模型建模

在MaxEnt 模型(版本3.4.4) 中導(dǎo)入物種的地理位置數(shù)據(jù)(.csv 格式) 和環(huán)境變量數(shù)據(jù)(.asc 格式),使用刀切法評(píng)估各環(huán)境因子的重要性;結(jié)合主成分分析法,對(duì)主導(dǎo)因子進(jìn)行篩選。在Max-Ent 模型中選取75% 的隨機(jī)樣本分布點(diǎn)用于訓(xùn)練模型,其余25% 用于驗(yàn)證集,使用受試者工作特征(receive operator characteristic,ROC) 與橫坐標(biāo)圍成的面積,即ROC 曲線下面積(the area undercurve,AUC),評(píng)價(jià)模型預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。AUC值在0~1 之間,AUC 值越接近于1,表明模型預(yù)測(cè)結(jié)果越可靠。AUC 的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:0.50≤AUClt;0.60,表示模擬效果失??;0.60≤AUClt;0.70,表示模擬效果較差;0.70≤AUClt;0.80,表示模擬效果良好;0.80≤AUClt;0.95,表示模擬效果較好;0.95≤AUClt;1.0,表示模擬效果極好。重復(fù)運(yùn)行模型10 次,選擇AUC 值最高的模型作為最終預(yù)測(cè)結(jié)果。

1.3.3 適生區(qū)劃分

使用ArcGIS 10.2 對(duì)MaxEnt 模型的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行等級(jí)劃分,使用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將其劃分為4 個(gè)等級(jí),分別為不適宜區(qū)、低適宜區(qū)、中適宜區(qū)和高適宜區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 模型預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

經(jīng)篩選,保留Bio1 (年平均溫度)、Bio3 (等溫性)、Bio11 (最冷季平均溫度)、Bio12 (年降水量)、Bio14 (最干月降水量)、Bio15 (降水季節(jié)性)、Bio16 (最濕季降水量)、Bio17 (最干季降水量)、坡度、坡向、海拔、土壤有機(jī)質(zhì)、pH、粉砂率、沙土率和黏土率共16 個(gè)對(duì)干巴菌生長(zhǎng)有影響的生態(tài)因子用于建模。將16 個(gè)因子輸入Max-Ent 模型中,運(yùn)行結(jié)果 (圖2) 顯示:訓(xùn)練集AUC為0.884,測(cè)試集AUC 為0.911,表明模型預(yù)測(cè)效果好,且基于初始環(huán)境因子構(gòu)建的模型適用于干巴菌適生區(qū)的模擬。

2.2 各生物氣候變量對(duì)干巴菌分布的重要性

通過MaxEnt 模型的刀切法對(duì)生態(tài)因子進(jìn)行增益驗(yàn)證,結(jié)合刀切法的重要性測(cè)試結(jié)果 (圖3),篩選出累計(jì)貢獻(xiàn)率大于90% 且貢獻(xiàn)率不低于3%的因子。驗(yàn)證結(jié)果表明:Bio12 (年降水量)、Bio3(等溫性)、坡度、Bio16 (最濕季降水量)、Bio11(最冷季平均溫度)、坡向、Bio17 (最干季降水量) 和Bio1 (年平均溫度) 的建模貢獻(xiàn)率分別為28.9%、18.2%、14.0%、9.7%、7.1%、6.0%、5.5% 和3.1%,置換重要性分別為37.0%、5.0%、7.3%、7.8%、6.2%、7.8%、13.9% 和0.7%,上述因子累計(jì)貢獻(xiàn)率為92.5%,各因子相關(guān)系數(shù)小于0.8,因此,這8 個(gè)生態(tài)因子是干巴菌適生區(qū)預(yù)測(cè)的關(guān)鍵因子。

2.3 各生物氣候變量對(duì)干巴菌分布的影響

根據(jù)坡度(S) 劃分45°≤Slt;135°為半陽坡,135°≤Slt;225°為陽坡, 225°≤Slt;315°為半陰坡。隨著坡度增加,干巴菌存在的概率增加,50°時(shí)其存在概率最大,干巴菌主要生長(zhǎng)于半陽坡和陽坡(圖4a),其主要原因是干巴菌屬于菌根菌,主要與云南松、馬尾松、思茅松等植物共生,而這類植物主要生長(zhǎng)于光照強(qiáng)的陽坡。最冷季平均溫度(Bio11) 低于?5 ℃ 不利于干巴菌生長(zhǎng);當(dāng)最冷季平均溫度約為10 ℃ 時(shí),干巴菌的存在概率最大;當(dāng)最冷季平均溫度大于20 ℃ 時(shí),干巴菌存在的概率最低(圖4b)。年降水量(Bio12) 為400~1 000 mm 時(shí),有利于干巴菌生存;當(dāng)年降水量大于1 000 mm 后,干巴菌存在的概率隨之降低(圖4c)。最濕季降水量(Bio16) 大于450 mm 時(shí),干巴菌的存在概率最大,該條件有利于干巴菌菌絲生長(zhǎng)(圖4d)。最干季降水量(Bio17) 低于20 mm 時(shí)不利于干巴菌的生存;最干季節(jié)降水量在40~60 mm時(shí),對(duì)干巴菌菌絲的生長(zhǎng)較為有利(圖4e)。等溫性(Bio3) 反映了干巴菌生長(zhǎng)期內(nèi)的熱量水平,當(dāng)?shù)葴匦詾?4%~52% 時(shí),有利于干巴菌生長(zhǎng)(圖4f)。坡度對(duì)干巴菌分布的限制作用較弱(圖4g)。年平均溫度(Bio1) 為13~17 ℃ 時(shí),有利于干巴菌生存,適宜干巴菌菌絲生長(zhǎng);溫度過低會(huì)抑制菌絲生長(zhǎng),溫度過高會(huì)使菌絲老化而失去活性,不利于干巴菌生長(zhǎng)(圖4h)。

2.4 干巴菌適生區(qū)分布及其變化規(guī)律

2.4.1 當(dāng)前適生區(qū)預(yù)測(cè)

由圖5 可知:當(dāng)前干巴菌高適生區(qū)面積為5.02×104 km2,占云南省總面積的12.74%,其地理范圍主要涉及曲靖西部、昆明南部、楚雄南部、大理南部、保山東部、玉溪北部和紅河北部,臨滄北部、普洱北部和文山西部也有零星分布;中適生區(qū)面積為6.43×104 km2,占云南省總面積的16.32%,其地理范圍主要涉及曲靖中部及南部、昆明北部、楚雄西北及東北部、麗江東部和大理南部,保山東部及東南部、臨滄北部、普洱北部、紅河北部和文山西北部也有零星分布;低適生區(qū)面積為8.82×104 km2,占云南省總面積的22.39%,主要分布在曲靖北部、昭通南部、昆明北部、楚雄西北部、麗江南部及西南部、大理東北部及北部、怒江東部、保山西北部及西南部、臨滄中部及北部、普洱東北及北部、紅河南部及東北部、文山中部。

2.4.2 未來適生區(qū)分布

SSP126 氣候情景下(圖6),21 世紀(jì)末2100年前后,干巴菌高適生區(qū)面積為4.79×104 km2,占云南省總面積的12.16%,相比當(dāng)前氣候條件下,高適生區(qū)面積將減少0.14%,其中曲靖西部、昆明大部、楚雄南部、大理南部、玉溪大部、保山東北部、普洱北部和紅河北部的高適生區(qū)退縮最嚴(yán)重;中適生區(qū)面積為5.97×104 km2,占云南省總面積的15.15%, 相比當(dāng)前將減少1.17%,其地理范圍主要涉及曲靖中部及南部、昆明北部、楚雄西北及東北部、麗江東部和大理局部,保山東部及東南部、臨滄北部、普洱北部、紅河北部、文山西北部和迪慶地區(qū)有零星分布;低適生區(qū)面積為8.61×104 km2,占云南省總面積的21.85%,相比當(dāng)前將減少0.54%,其地理范圍涵蓋了曲靖北部、昭通南部、昆明北部、楚雄西北部、麗江南部及東北部、大理東北部及北部、怒江東部、保山西北部及西南部、臨滄中部、普洱東北及北部、紅河南部及東北部、文山局部。

SSP370 情景下(圖7),至2100 年,干巴菌高適宜區(qū)面積為4.49×104 km2,占云南省總面積的11.39%,相比當(dāng)前氣候條件下,高適生區(qū)面積將減少1.35%,分布范圍主要集中在滇中地區(qū),此外,在滇西的保山和臨滄以及滇西北的大理有零星分布;中適生區(qū)面積為5.94×104 km2,占云南省總面積的15.08%,相比當(dāng)前將減少1.24%,其主要分布在昭通、曲靖、昆明、楚雄、麗江、大理、保山、臨滄、普洱、紅河、文山等地;低適宜區(qū)面積為8.51×104 km2,占云南省總面積的21.60%,相比當(dāng)前將減少0.79%,其北界延伸至昭通地區(qū),南界位于紅河—普洱一線,西界在德宏境內(nèi),東部邊界位于曲靖—文山一線。隨著氣候變化加劇,與當(dāng)前相比,未來非適生區(qū)面積將增加3.38%。

2.5 適生區(qū)質(zhì)心遷移與適生區(qū)范圍變化

SSP126 情景下(圖8),2100 年前后,質(zhì)心將由當(dāng)前位置(24°56′56.4″N,101°37′37″E) 向南遷移至24°56′5″N,101°38′24″E 附近。穩(wěn)定區(qū)面積為1.06×105 km2,占云南省總面積的26.90%,主要集中在曲靖南部、昆明、楚雄南部、大理南部及西部、保山東部、臨滄東北部、普洱北部、玉溪北部及東北部、紅河北部、文山西北部。收縮區(qū)面積為1.09×104 km2,占云南省總面積的2.77%,主要位于曲靖東南部、楚雄北部、麗江東部、大理東部、保山東南部、臨滄東北部、普洱北部、紅河?xùn)|部、文山西部。擴(kuò)張區(qū)面積為2.60×103 km2,占云南省總面積的0.66%,主要位于昆明北部、楚雄北部、保山西部、楚雄南部。

SSP370 情景下(圖9),至2100 年,質(zhì)心將由當(dāng)前的24°56′56.4″N,101°37′37″E 向南遷移至24°56′59″N,101°38′13″E 附近。穩(wěn)定區(qū)面積為1.05×105 km2,占云南省總面積的26.59%,主要集中在曲靖南部、昆明、楚雄南部、大理南部及西部、保山東部、臨滄東北部、普洱北部、玉溪北部及東北部、紅河北部、文山西北部。收縮區(qū)面積為1.21×104 km2,占云南省總面積的3.07%,主要位于曲靖東南部、楚雄北部、麗江東部、大理東部、保山西部及東南部、臨滄北部、普洱北部、紅河?xùn)|部、文山西部。擴(kuò)張區(qū)面積為5.20×103 km2,占云南省總面積的1.31%,主要在曲靖北部、昆明北部、楚雄北部、大理北部、迪慶南部、怒江南部、保山西部、臨滄北部、普洱東北、紅河西部及北部。

綜合分析2 種氣候情景下物種分布變化的預(yù)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn):未來昭通大部分地區(qū)、曲靖北部及東南部、昆明北部、楚雄北部、麗江北部及西部、迪慶大部、怒江大部、保山西部、德宏大部、臨滄南部、普洱南部、西雙版納大部、紅河南部、文山南部均不再適宜于干巴菌生長(zhǎng)。

3 討論

3.1 模型準(zhǔn)確性

本研究基于MaxEnt 模型,結(jié)合干巴菌分布點(diǎn)數(shù)據(jù),以氣候因子、地形因子和土壤因子作為研究區(qū)域的環(huán)境因子變量,對(duì)干巴菌適生區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。MaxEnt 模型訓(xùn)練集和測(cè)試集AUC 值為0.800~0.950,表明模型具有較好的預(yù)測(cè)效果。趙健等[28]使用MaxEnt 模型成功預(yù)測(cè)了煙粉虱(Bemisiatabaci) 在中國(guó)的適生范圍,其中全國(guó)高適生區(qū)面積占比為5.6%,中適生區(qū)面積為12.3%。塔旗等[29]利用MaxEnt 成功預(yù)測(cè)了中華穿山甲(Manis pentadactyla) 在中國(guó)的適生區(qū),其平均AUC值為0.961,模型預(yù)測(cè)精度較高。周禮茂等[30]使用MaxEnt 模型預(yù)測(cè)了未來金銀忍冬(Loniceramaackii) 的適生區(qū)有向北方遷移而在西南方向收縮的趨勢(shì),且最佳適生區(qū)將嚴(yán)重喪失。郭立新等[31]基于MaxEnt 模型預(yù)測(cè)了大果青杄(Picea neoveitchii)在中國(guó)的潛在適生區(qū)及其分布變化,模型AUC 值為0.937,在未來4 種排放路徑下,其潛在適生區(qū)將更加破碎零散,適生區(qū)極具壓縮,物種呈現(xiàn)趨向滅亡的風(fēng)險(xiǎn)。以上研究均表明MaxEnt 模型對(duì)預(yù)測(cè)物種的地理分布區(qū)和潛在適生區(qū)具有一定優(yōu)勢(shì)。

3.2 干巴菌分布的限制因子

干巴菌成熟時(shí)間為每年6—10 月,研究發(fā)現(xiàn):土壤理化性質(zhì)及有效態(tài)微量元素會(huì)影響干巴菌的分布[32]。在干旱和降雨量偏少的情況下,植被須根向地下生長(zhǎng),導(dǎo)致缺少氧氣,不利于干巴菌子實(shí)體形成。本研究顯示:年降雨量(Bio12)為600 mm、最濕季降水量(Bio16) 大于450 mm、最干季降水量(Bio17) 在40~60 mm 時(shí),較適宜于干巴菌菌絲生長(zhǎng)。此外,熱量條件也會(huì)影響干巴菌分布。干巴菌子實(shí)體形成的適宜溫度為14~24 ℃,擔(dān)孢子萌發(fā)的適宜溫度為22~26 ℃,溫度過高也會(huì)導(dǎo)致菌絲死亡。本研究顯示:當(dāng)?shù)葴匦裕˙io3) 為44%~52%、最冷季平均溫度(Bio11) 約為10 ℃ 時(shí),干巴菌存在的概率最大。此外,半陽坡和陽坡也有利于干巴菌的生長(zhǎng)。

3.3 干巴菌的空間分布特征

王慶莉等[33]基于MaxEnt 模型成功預(yù)測(cè)了川西高原松茸(Tricholoma matsutake) 的生態(tài)適宜性分布。王森源等[22]基于MaxEnt 模型對(duì)蒙古白麗蘑菇適生區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè),研究表明:最暖季度降水量、最冷季度降水量和溫度季節(jié)性變化是影響其分布的主導(dǎo)因子,在未來氣候情景下,蒙古白麗蘑菇最佳適生區(qū)和高適生區(qū)將向高緯度轉(zhuǎn)移。本研究模型預(yù)測(cè)顯示:干巴菌的適生區(qū)主要集中分布于滇中地區(qū),主產(chǎn)區(qū)集中在昆明、玉溪、楚雄等地,適生區(qū)質(zhì)心位于楚雄境內(nèi),這一結(jié)論與前人對(duì)云南食用菌分布的研究結(jié)果[34]相符。未來隨著全球氣候變化的加劇,干巴菌適生區(qū)面積將出現(xiàn)一定程度的變化。氣候變化導(dǎo)致云南省干巴菌適宜生境收縮面積遠(yuǎn)大于擴(kuò)張面積,并呈現(xiàn)出滇中地區(qū)收縮、滇中北部地區(qū)擴(kuò)張的變化趨勢(shì)。因此,未來氣候變化不利于干巴菌生產(chǎn),應(yīng)建立相關(guān)措施以維護(hù)干巴菌的生長(zhǎng)和生產(chǎn)。

3.4 干巴菌保護(hù)的建議

塊菌、紅汁乳菇(Lactarius lividatus) 等食用菌已實(shí)現(xiàn)人工合成菌根并解決了人工栽培的難題[35-36]。然而,干巴菌子實(shí)體中含有多種雜菌,其分離菌種難度大且脫離宿主植物后其菌絲不能獨(dú)立存活,因此,難以利用人工合成菌根的方式實(shí)現(xiàn)干巴菌的人工栽培。

目前,干巴菌的培育仍以人工促繁為主。人工促繁主要是對(duì)干巴菌生長(zhǎng)分布的林地實(shí)施封山育菌,改變植被郁閉度,形成適宜干巴菌生長(zhǎng)的自然生境?;诒狙芯拷Y(jié)果,為應(yīng)對(duì)未來氣候變化,提出以下建議:(1) 根據(jù)野生干巴菌的分布狀況和生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)合理規(guī)劃干巴菌中高產(chǎn)區(qū);(2) 將森林資源保護(hù)與減少人為活動(dòng)干擾措施相結(jié)合,防止干巴菌生境遭受人為破壞與持續(xù)惡化;(3) 制定合理的林地保護(hù)措施、監(jiān)測(cè)林下環(huán)境變化,采取人工灌溉的方式為林地適當(dāng)補(bǔ)水,避免林下生境過于干燥而影響干巴菌生長(zhǎng);(4) 對(duì)伴生林木進(jìn)行及時(shí)修剪樹枝,并為干巴菌搭建遮陰保護(hù)等,防止通風(fēng)不暢、光線直射等因素造成其子實(shí)體的高溫傷害;(5) 定期調(diào)查干巴菌的種群數(shù)量和分布情況,規(guī)范采摘行為。上述保護(hù)策略的實(shí)施有助于促進(jìn)干巴菌生境的生態(tài)修復(fù),為實(shí)現(xiàn)干巴菌資源的可持續(xù)利用提供理論和方法依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究基于MaxEnt 模型,結(jié)合ArcGIS 10.2軟件分析,以干巴菌坐標(biāo)點(diǎn)、氣候因子、地形因子為環(huán)境變量,預(yù)測(cè)未來氣候變化對(duì)云南干巴菌地理分布的影響,使用刀切法確定Bio1 (年平均溫度)、Bio3 (等溫性)、Bio11 (最冷季平均溫度)、Bio12 (年降水量)、坡度、Bio16 (最濕季降水量)、坡向和Bio17 (最干季降水量) 是影響云南省干巴菌分布的關(guān)鍵生態(tài)因子。未來氣候變化將導(dǎo)致云南境內(nèi)干巴菌適生區(qū)面積減少,且收縮面積大于擴(kuò)張面積,其中滇中地區(qū)受氣候變化的影響最為嚴(yán)重。

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責(zé)任編輯:何謦成

基金項(xiàng)目:云南省科技廳科技計(jì)劃農(nóng)業(yè)聯(lián)合面上項(xiàng)目(202301BD070001-167)。

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