利用 MaxEnt 模型预测气候变化对青藏高原杜鹃分布的影响：关乎物种保护的关键探索

《Scientific Reports》：Predicting the impact of climate change on the distribution of rhododendron on the qinghai-xizang plateau using maxent model

为探究全球变暖下青藏高原杜鹃分布，研究人员用 MaxEnt 模型，发现关键影响因素及分布变化，为保护提供依据。

　　在全球变暖的大背景下，地球就像一个正在升温的 “大烤箱”，许多生物的生存家园都面临着巨大挑战。植物们也不例外，尤其是那些对环境变化极为敏感的高山植物。青藏高原，这片被称为 “地球第三极” 的神奇土地，平均海拔超过 4000 米。这里的气候独特，是众多珍稀植物的家园，但同时也是全球气候变化的 “重灾区”。据研究，从 1961 年到 2020 年，青藏高原的年平均气温每十年就升高约 0.35°C，增速远超全球平均水平。预计到 2050 年，年平均气温还将上升 1.6°C - 2.0°C；到 2070 年代，更是可能升高 1.2°C - 3.0°C。在这样的 “高温攻势” 下，青藏高原上的植物生存状况岌岌可危。

杜鹃属（Rhododendron）植物，作为中国常见的木本植物，不仅有着极高的观赏价值，还在保持水土、稳定生态系统方面发挥着重要作用，部分品种还有药用价值。然而，目前关于杜鹃分布预测和适宜栖息地的研究少之又少。为了更好地保护这些美丽而珍贵的植物，了解它们在未来气候变化中的命运，来自青海师范大学生命科学学院、中国科学院西北高原生物研究所等多个机构的研究人员，开展了一项关于青藏高原杜鹃分布的研究。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员运用了多种关键技术方法来开展这项研究。在数据获取方面，他们从 CNKI 数据库、中国数字植物标本馆（China Digital Herbarium）、中国国家标本资源共享平台（NSII China National Herbarium Resource Leveling）、全球生物多样性信息平台（Global Biodiversity Information Facility）和中国植物图像库（China Plant Image Library）等多个渠道收集了五种杜鹃的分布数据。同时，从全球气候数据库 WorldClim 获取 19 个生物气候因子和海拔变量，从国家青藏高原数据中心获取 8 种土壤变量。在模型构建上，使用最大熵模型（MaxEnt 模型），并对其进行参数优化，设置 25% 的样本为测试集，75% 为训练集，重复 10 次，采用 “jackknife” 方法评估环境因素影响。最后利用受试者工作特征曲线（AUC）评估模型精度。

研究结果主要包括以下几个方面：

• 模型选择和评估：通过 10 次重复实验，五种杜鹃的平均 AUC 值均大于 0.98，表明 MaxEnt 模型预测效果极佳。例如，藏布杜鹃（Rhododendron nyingchiense）的 AUC 值达到 0.988，这意味着模型能够高度准确地预测其潜在分布范围。
• 关键环境因素：研究发现，除了祁连杜鹃（Rhododendron przewalskii），等温性（Bio3）是影响其他四种杜鹃分布的最重要环境因素。等温性 =（日平均温差 / 年温差）×100，它影响着植物的光合作用和呼吸作用。祁连杜鹃最重要的环境因素则是海拔（alt），其适宜海拔范围为 2700 - 3300 米，海拔对其生存概率影响显著。多枝杜鹃（Rhododendron trichostomum）也受海拔影响（alt：18%），适宜海拔为 3200 - 3900 米。此外，年降水量（Bio12）对祁连杜鹃和多枝杜鹃也有影响，适宜降水量为 400 - 500 毫米以及 500 - 800 毫米；而美容杜鹃（Rhododendron laudandum）受年降水量影响较小，适宜降水量为 400 - 500 毫米。在土壤因素方面，不同杜鹃受不同土壤因子影响，如美容杜鹃受土壤有机质（som：18%）和有效磷（ap：4%）影响。
• 当前潜在分布：研究显示，藏布杜鹃、美容杜鹃和鳞花杜鹃（Rhododendron hypenanthum）的分布范围相对较广。藏布杜鹃的适宜栖息地总面积达 26.83×10⁴ km² ，主要分布在青藏高原南部；美容杜鹃的适宜栖息地面积为 19.98×10⁴ km² ，集中在西藏东部；鳞花杜鹃的适宜栖息地面积为 15.06×10⁴ km² ，也分布在西藏南部等地。祁连杜鹃主要分布在青藏高原东部，适宜栖息地面积为 21.18×10⁴ km² ；多枝杜鹃主要分布在西藏东部、四川大部分地区和云南北部，适宜栖息地面积为 28.17×10⁴ km² 。
• 未来分布预测和波动分析：考虑到全球变暖的影响，随着 CO₂浓度上升，多枝杜鹃和祁连杜鹃的适宜栖息地将扩大，预计分别增长 118% 和 134.5%。藏布杜鹃的高适宜区域面积预计增加 42%，但中适宜区域将减少 20.5%；美容杜鹃的中、高适宜区域面积预计分别减少 12.5% 和 16%；鳞花杜鹃的中、高适宜区域面积预计分别增加 20% 和 9%。

研究结论表明，不同杜鹃的适宜栖息地分布在当前和未来都存在差异。等温性、海拔、年降水量和土壤因素等在杜鹃分布中起着关键作用。在未来全球变暖的趋势下，部分杜鹃的适宜栖息地面积扩大，而美容杜鹃的适宜栖息地面积缩小。这一研究成果意义重大，为应对全球变暖背景下杜鹃的就地保护、迁地保护，以及自然保护区群落和生态廊道的建设提供了重要依据。它让人们更加清楚地认识到气候变化对杜鹃分布的影响，有助于制定更加科学有效的保护策略，从而保护青藏高原的生物多样性，维护生态平衡。