基于最大熵模型(MaxEnt)和地理信息系统(ArcGis)预测藓类植物的地理分布范围

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开展苔藓植物潜在地理分布范围预测的研究,对于苔藓植物的标本采集、生态调查、引种栽培、种质保护等均具有重要价值。本文介绍了植物地理分布预测的研究方法及应用现状,并以广西花坪国家级自然保护区为例,用12种藓类植物为对象,一方面开展了广西花坪地区藓类植物区系与多样性的研究,同时应用最大熵模型(MaxEnt),结合地理信息系统(ArcGis),根据12种类藓类在我国已知的地理分布点和19个环境变量,预测了它们在我国、特别是广西花坪地区的分布概率,并对预测结果与它们在花坪地区的分布情况进行了比较,为今后开展藓类植物地理分布范围预测研究提供了案例。主要的研究结果如下:(1)在广西花坪地区共采集800余号标本,经过鉴定,该地区已知有藓类植物30科103属232种。其中含10种以上的定为优势科,分别为灰藓科、青藓科、锦藓科、羽藓科、丛藓科、蔓藓科、曲尾藓科、棉藓科和提灯藓科。含6种以上的属定义为优势属,本区共11属,棉藓属Plagiothecium、青藓属Brachythecium、绢藓属Entodon、梳藓属Ctenidium、小锦藓属Brotherella、曲尾藓属Dicranum、羽藓属Thuidium、灰藓属Hypnum、细羽藓属Cyrto-hypnum、美喙藓属Eurhynchium和曲柄藓属Campylopus。(2)首次报道了卵叶毛扭藓Aerobryidium aureonitens、毛扭藓Aerobryidiumfilamentosum、悬藓Barbella compressiramea、曲叶小锦藓Brotherella curvirostris、皱叶麻羽藓Claopodium rugulosifolium、九州雉尾藓Cyathophorella kyusyuensis、尖毛细羽藓Cyrto-hypnum fuscatum (Besch.)、密毛细羽藓Cyrto-hypnum gratum、糙柄细羽藓Cyrto-hypnum minusculum、齿边短颈藓Diphyscium longifolium、狭叶美喙藓Eurhynchium coarctum、扭叶美喙藓Eurhynchium kirishimense Takaki陕西粗枝藓Gollania schensiana、齿边长灰藓Herzogiella perrobusta、卵叶长灰藓Herzogiella seligeri、残齿长灰藓Herzogiella striatella.沼生长灰藓Herzogiellaturfacea、白色同蒴藓Homalothecium leucodonticaule.弯叶多毛藓Lescuraeaincurvata、四川多毛藓Lescuraea setschwanica、鹤嘴藓Pelekium velatum、具喙匐灯藓Plagiomnium rhynchophorum、尖叶拟草藓Pseudoleskeopsis tosana、陕西鳞叶藓Taxiphyllum giraldii、浮生鳞叶藓Taxiphyllum inundatum、顿头鳞叶藓Taxiphyllum subarcuatum、花状湿地藓Tortella flavovirens、鞭枝疣灯藓Trachycystis flagellaris、皱叶毛口藓Trichostomum aristatulum、卷叶毛口藓Trichostomum crispulum和海南明叶藓Vesicularia hainanensis31个广西省藓类植物新记录种,其中毛口藓属(Trichostomum Bruch)、鹤嘴藓属(Herzogiella Broth)和长灰藓属(Pelekium Mitt)为新纪录属。(3)广西花坪地区藓类植物区系包括9个大分布区类型,东亚分布(86种、37.7%)、世界分布(41种、17.67%)、热带亚洲分布(30种、12.93%)、北温带分布(25种、10.78%)、中国特有分布(18种、7.76%)、泛热带成分(10种、4.31%)、旧世界温带分布(8种、3.45%)、旧世界热带成分(8种、3.45%)和东亚和北美洲间断分布(6种、2.59%);(4)基于19个生物气候因子和植被覆盖率数据,应用最大熵算法模型(MaxEnt3.3.2),根据物种的地理分布数据,首先获得它们的地理分布图层文件(ASCII格式),再应用地理信息系统(ArcGIS9.3)软件,进行图层格式转换栅格文件,执行重分类后,获取它们在广西花坪地区(龙胜县和临桂县)的综合生境适生指数(IHSI: integrated habitat suitability index)预测了藓类植物12种在广西花坪地区的分布。根据已有的藓类地理分布数据,本文选择了具有不同气候适应特点的大帽藓Encalypta ciliata、新丝藓Neodicladiella pendula、南方小锦藓Brotherella henonii、鞭枝悬藓Barbella flagellifera、长柄绢藓Entodon macropodus、立碗藓Physcomitrium sphaericum、直叶棉藓原变种Plagiothecium euryphyllum var.eurphyllum,牛舌藓Anomodon viticulosus、毛尖藓Cirriphyllum piliferum、桧叶白发藓Leucobryum juniperoideum为对象进行地理分布区的预测,了解它们在广西花坪自然保护区的分布概率。预测结果发现,这12个种藓类植物地理分布的预测精度(AUC值验证数据)都在0.9以上,并且作出了这12种藓类植物在中国境内的适生分布图,探讨了影响他们分布的主要环境气候因子。通过野外标本采集和实验室的标本鉴定,预测结果同花坪自然保护区藓类植物实际分布的情况进行了比较。发现12种藓类植物地理分布预测结果基本符合实际情况。综合生境适生指数0.5可以作为预测的一个阈值,该值以上的分类群多数能够在广西花坪地区采集到,不过也有一些种类例外,对于这些种类,需要在今后的野外调查工作做更仔细的采集。(5)论文讨论了提高植物地理分布预测精度的原则和途径,可以通过不同生态位模型、不同样本数量、不同环境变量组合,以获得最大AUC值的方案作为推荐的预测研究方案。(6)文章还比较了广西花坪与广西九万山、猫儿山和银竹老山、云南纳板河、贵州雷公山、安徽黄山、湖北神农架、陕西佛坪、吉林长白山和四川峨眉山等十个山地藓类植物区系关系。花坪自然保护区优势科同邻近猫儿山,九万山和银竹老山相似性最高,基于区系地理成分的聚类和排序分析表明,这四个山地的藓类植物区系也具有最大的相似性,表明相近的地理位置,类似的气候条件会影响到植被等生境特点,从而影响着藓类植物的区系组成。
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