揭秘高粱在印尼热带生态区的潜在分布：机器学习助力农业发展新突破

《BMC Plant Biology》：Prediction of Sorghum bicolor (L.) distribution ranges provides insights on potential sorghum cultivation across tropical ecoregions of Indonesia

为解决印尼各生态区高粱潜在分布信息有限的问题，研究人员开展了利用基于 MaxEnt 的机器学习对高粱在印尼各生态区潜在分布建模的研究。结果显示印尼适合高粱种植的面积占比 28.17%，干旱生态区更适宜。该研究为高粱种植提供重要参考12。

　　在广袤的热带地区，高粱作为一种兼具主食与药用潜力的植物，备受瞩目。它能在干旱环境中顽强生长，为半干旱和沙漠地区的人们提供重要的食物来源，其丰富的营养成分更是为保障粮食安全立下汗马功劳。然而，在印尼这个拥有多样生态区的热带国家，高粱潜在分布的信息却十分有限。印尼西部生态区湿润多雨，东部则干旱少雨，不同生态区的环境差异巨大，这使得确定高粱在各区域的适宜种植地变得尤为困难。为了填补这一知识空白，推动高粱在印尼的合理种植与保护，来自印度尼西亚大学等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表于《BMC Plant Biology》。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们进行了广泛的实地调查，在 2024 年全年对印尼各生态区进行考察，利用全球定位系统（GPS）记录高粱的出现地点。同时，通过文献综述收集高粱分布信息。接着，从 WorldClim 数据库获取 19 个环境变量数据，涵盖温度、降水等气候因素，以及从 SoilGrids 获取土壤有机碳和氮等土壤特征数据。之后，运用 Pearson 相关性检验进行多变量共线性测试，筛选出合适的变量。最后，借助 R 平台和多个 R 包，基于 MaxEnt 模型开展潜在分布分析，并利用 AUC 值评估模型性能345。

研究结果如下：

• 高粱出现情况：高粱主要集中在印尼中部的小巽他群岛，在苏拉威西、加里曼丹和爪哇生态区也有分布。而苏门答腊、摩鹿加和巴布亚等生态区的高粱分布较少。高粱多生长在低地，海拔一般不超过 798 米6。
• 模型评估与验证：研究所得模型的 AUC 值为 0.83，表明该模型在预测高粱适宜范围方面表现良好7。
• 重要环境变量：通过百分比贡献分析，发现年温度范围、等温性和最冷月最低温度等九个变量对高粱分布模型贡献较大。此外，土壤有机碳和海拔对高粱生长的贡献大于土壤氮8。
• 环境变量响应曲线：响应曲线展示了各环境变量与高粱出现概率及栖息地适宜性的关系。研究确定了高粱分布区的环境特征，如年平均温度为 25.0 - 26.0°C，年降水量为 150 - 250 毫米等，同时明确了适宜高粱生长的海拔上限为 1,650 米，以及土壤有机碳和氮的适宜范围910。
• 预测高粱适宜栖息地：印尼适合高粱种植的总面积约为 68,527,000 公顷，占印尼总面积的 28.17%。其中，苏拉威西和小巽他生态区的适宜面积最大，适宜比例分别达到 21.53% 和 44.76%；苏门答腊、加里曼丹和巴布亚生态区的适宜比例则较低，均不足 5%11。

研究结论与讨论部分指出，该研究首次在东南亚地区进行全国尺度的高粱潜在分布研究，模型预测准确性较高。研究发现，高粱在印尼干旱生态区的分布受降水影响呈负相关，且高粱耐热，倾向于避开低温高湿地区。气候变量对高粱分布的影响大于地形和土壤变量，其中土壤有机碳对高粱生长贡献较大。不过，该研究也存在一定局限性，仅考虑了温度和部分环境变量，未来研究可纳入地形、土地利用和土地覆盖等变量。总体而言，这项研究为印尼高粱种植规划、资源保护提供了关键依据，对推动东南亚地区高粱研究和农业发展意义重大。