垂枝香柏大痣小蜂潜在分布区预测

黄忠+潘涌智

摘 要 垂枝香柏大痣小蜂是危害垂枝香柏种子的重要害虫，明确其潜在分布区对检疫和监测具有重要意义。选用Maxent生态位模型和地理信息系统（ArcGIS），对该物种在云南省的分布点数据和历年环境数据进行运算、分析，预测出垂枝香柏大痣小蜂主要分布于滇西北大部分地区和川南、滇东北局部地区，影响其预测分布的主要环境变量是温度变化方差、最暖季度平均湿度和昼夜温差与年温差，预测结果经ROC曲线分析法验证显示可靠。

关键词 垂枝香柏；大痣小蜂；潜在分布；Maxent生态位模型；地理信息系统（ArcGIS）

中图分类号：S763.3 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2014）03-010-5

大痣小蜂属Megastigmus食植群是检疫和生产上都值得注意的一类食植群害虫，其幼虫在针叶及蔷薇等种子内生活和取食，蛀食种子的胚乳，导致种子中空，使种子丧失发芽能力，危害率占种子的10%～80%[1]。20世纪90年代，Roques、孙俊华及潘涌智等对云南省滇西北地区针叶树种实害虫调查研究，发现了这种专门寄生于垂枝香柏球果种子内的垂枝香柏大痣小蜂Megastigmus pingii Roqueset Sun，它隶属长尾小蜂科Torymidae大痣小蜂属Megastigmus食植群，是国内森林植物检疫对象之一，已对我国西南部特有针叶树种垂枝香柏Sabinapingii（Chengex Ferre）Chenget W.T.Wang产生严重危害[2-5]。垂枝香柏分布于云南省西北部及四川省西南部海拔2600～4400m的立地条件较差的阳坡垂直地带上，常与云杉类、落叶松类、栎类树种混生[6，7]。由于具有极其耐寒、耐干旱、耐强光性，垂枝香柏已成为高山立地条件差造林地造林的首选树种[8]，但其结实量少、种子受危害率高，一直制约着该树种更新造林的速度。

潘涌智自1993年在滇西北垂枝香柏分布地区对垂枝香柏大痣小蜂的生态学及生物学特性进行了初步研究，发现其在丽江和中甸地区1年发生1代，主要以幼虫形式在种子内越冬[2]。该蜂具有隐蔽性强、危害期长、危害性大等特点，直接威胁到种子的产量和质量，其幼虫的发育完全在1粒种子内，滞育时间长，这也使其具有较强的传播、扩散、定殖能力和巨大的入侵潜力[2，5，9]；同时，近几年种子贸易的迅速发展，也大大提高了该物种随种子传播、扩散和入侵的风险。无论是从林业生产，还是从检疫监测方面来说，该蜂都是值得注意和警惕的。

近年来，在当地造成严重危害并具有一定传播、扩散能力的生物，日益受到关注，它们的适应能力对潜在地区造成的影响是研究的重点内容。目前，我国对大痣小蜂传播扩散、检疫防治及适生能力方面的研究很少，垂枝香柏大痣小蜂就更没有了。采用适生性预测软件Maxent与地理信息系统ArcGIS相结合，直观地在省、县区行政区划图上描绘垂枝香柏大痣小蜂在我国西部云南省和四川省潜在的适生分布范围，为垂枝香柏大痣小蜂的检疫和监测提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据收集及处理

1.1.1 分布点数据

自1993年，潘涌智等在滇西北丽江和中甸地区对垂枝香柏大痣小蜂进行了多年的实地调查研究，掌握了其在云南省的实际分布（见表1）。根据垂枝香柏大痣小蜂分布地区中垂枝香柏受害率的不同来确定该地区分布点的数量，并在该分布地区中心地带受害较严重的区域选取分布点，收集分布点的经纬度和海拔作为模型预测数据。将分布点数据按照预测软件Maxent要求的格式记录在Execl表格中，通过“另存为”将默认的xls文件转换为Maxent软件能识别的csv文件。

1.1.2 分析底图的收集

使用ArcGIS9.3中的Properties功能从1：40000的中国行政区划矢量图上切出云南省和四川省县级行政区划矢量图，作为提取潜在分布信息的分析底图。

1.1.3 环境数据的收集及筛选

本研究使用的我国1950-2000年间环境变化栅格数据，均来自WORLDCLIM（http：//www.worldclim.org/）网站。利用Maxen精度运算规则及Jackknife法[10]筛选出20个环境变量，包含温度变量11个，降水变量8个，高程变量1个。

1.2 模型原理及方法

本研究选用Maxent模型预测垂枝香柏大痣小蜂的潜在分布。Maxen预测模型是基于最大熵（Maximumentropy，MAXENT）理论建立的，该理论认为物种在没有约束条件下，会尽可能的扩散，接近均匀分布[11]。

Maxent模型的建立需要目标物种的实际分布和研究地的环境变量作为基础数据，将分布点数据（csv文件）和环境变化栅格数据加载到Maxent软件中，随机选取14个的分布点数据作为训练数据（占所有数据的75%），剩余数据4个作为检验数据，选中Createresponsecurves、Makepicturesofpredictions和Measurevariableimportance，将Randomtestpercentage设为25，其他按照默认设置，最后运行软件。经Maxent软件反复运算产生不同规则的数集来生成预测结果和环境变量分析图，将预测结果采用ROC曲线（Receiveroperatingcharacteristiccurve）分析法进行可靠性验证，同时对各环境变量的概率贡献值及除该变量外的其它变量贡献的总和进行分析，得分值越高环境变量越重要。

使用ArcGIS9.3对Maxent软件产生的预测结果（ASCⅡ文件）进行处理，首先通过Conversiontools将ASCⅡ文转换为栅格图像投影到地理空间，将栅格图像和分析底图配准叠合，然后使用Spatialanalysttools中的Extraction工具提取分布信息到分析底图上，再利用Spatialanalyst中Reclassify将分析底图按照栅格数值划分为使用不同颜色表示的适生范围，最后添加地图要素，得到包含省、县区行政区划界线的潜在适生区分布地图。

2 结果与分析

2.1 垂枝香柏大痣小蜂的潜在适生区

通过Maxent软件创建预测模型，结合地理信息系统ArcGIS，预测出垂枝香柏大痣小蜂的潜在适生范围狭小，主要分布于滇西北大部分地区和川南、滇东北局部地区。

高适生区主要在北纬26.5°～27.5°和东京99°～101°E区间，集中分布于滇西北的丽江市和迪庆州，包括玉龙县、宁蒗县、永胜县中西部和香格里拉县南部等地区；零星分布于昆明市东川区和禄劝县、川西南凉山州南部、大理州中北部和楚雄州大姚县等地的局部地区。

中适生区包括迪庆州香格里拉县中部、曲靖市会泽县西南部、凉山州木里藏族自治县南部、盐源县大部、会理县北部和甘孜州稻城县最南端等地区。在丽江市西南部、怒江州东部、大理州北部五县、楚雄州北部、昆明市北部、巧家县、米易县、德昌县和盐边县等局部零星地区也有分布。

低适生区主要分布于香格里拉县北部、德钦县、贡山县大部分地区，甘孜州得荣县南部，稻城县中南部，凉山州木里县中部，九龙县、冕宁县、西昌市和盐源县交界处。在滇东北昭通市和曲靖市结合部也有零星分布。

非适生区集中分布在云南省小于北纬26.5°的滇南地区，滇中、滇北局部地区，还有四川省大于北纬28.7°的大部分地区。

垂枝香柏大痣小蜂受垂枝香柏的高山特殊分布及特有的生物学特性制约，加上滇西北特殊的三江并流地形及垂直变化剧烈的环境，使其潜在分布区变得狭小而局限，但在滇西北丰富的生物多样性背景下，其危害期长、危害性大、危害普遍的特点，决定了它对垂枝香柏的生长、传播、造林会产生深远的影响。预测结果经过ROC曲线分析法验证，训练数据和测试数据的ROC曲线均远离随机曲线，AUC值为0.998和0.999，均显著大于随机的AUC值0.5，这说明预测分布结果可靠。