新疆千里光Seneciojacobaea在中国的适生区预测

田忠赛， 徐　琳， 程丹丹

中国地质大学(武汉)环境学院，湖北 武汉 430074



新疆千里光Seneciojacobaea在中国的适生区预测

田忠赛， 徐琳， 程丹丹*

中国地质大学(武汉)环境学院，湖北 武汉 430074

摘要:【背景】菊科植物新疆千里光原产于欧亚大陆，在北美和澳洲为入侵植物，目前在中国只有新疆有分布记录。新疆千里光一旦成为入侵植物，将对农业、畜牧业和人类健康都可能产生危害，所以需要评估其在中国的扩散趋势。【方法】搜集新疆千里光在中国和世界其他地区的分布记录，结合当前和未来(2050年)气候条件下19种生物气候变量，应用Maxent模型和DivaGis软件，定量预测新疆千里光在中国目前和未来的潜在分布区域;并通过接受者操作特征曲线(ROC)分析法对模型进行精度检验。另外，通过Maxent给出新疆千里光在欧洲(原产地)、北美洲和大洋洲(入侵地)以及中国等4个分布区的年均温度和年均降水量的气候阈值。【结果】用中国和全球分布的数据预测的结果有些差异。前者结果表明除了新疆地区，其他省份几乎没有新疆千里光的适生区；而后者显示在中国其他几个省份也有可能分布，且在甘肃四川交界处有较高适生性。前者模型精确度较高，但2个结果都显示新疆千里光在中国目前和未来的分布区大部分还是在新疆地区。中国分布区年均温度和年均降水量的阈值比其他2个地区都低。【结论与意义】新疆千里光在当前和未来气候条件下在中国未来的扩散趋势较弱，基本局限于新疆地区。用中国分布数据预测优于全球分布数据预测结果，新疆千里光不同分布区的气候阈值的差异揭示分布于中国的新疆千里光与其他地区的种群的生态位有所不同，可能是一个新的亚种，希望未来能进行进一步的研究。

关键词:菊科； 入侵植物； 入侵风险； 最大熵模型

目前，我国全部已查明的外来入侵种529种中，植物占265种(Xuetal.,2012)。虽然入侵植物大多数是从其他国家引入,但并不能以行政区划为依据定义入侵植物, 也不能把来自国外作为入侵的唯一标准(闫小玲等,2012； Pyšeketal.,2004)。中国地域辽阔,东西南北的气候、地形等差异很大,地区间相互入侵是正常现象。因此,当一个中国土著种从原产地进入一个新分布区且空间跨度较大的,即使仍在中国境内也应该作为入侵分布而视为外来种(就地域而非国界而言)(闫小玲等,2014)。如新疆白芥SinapisarvensisL.，原产于欧洲、西亚、中亚,在中国只在新疆野生,但目前已经基本覆盖全国并被列为入侵植物(万方浩等,2012; 徐海根和强胜,2004、2011)。

在入侵生物学领域，最大熵(maximum entropy,Maxent)模型被广泛运用于预测外来入侵物种的潜在分布，能够在分布点较少的情况下得到较满意的结果。国内已利用Maxent模型成功进行了入侵植物紫茎泽兰EupatoriumadenophoraSpreng.、飞机草Chromolaenaodorata(L.) R.M. King & H. Rob.、加拿大一枝黄花SolidagocanadensisL.、薇甘菊MikaniamicranthaKunth(Weberetal.,2008)、黄顶菊Flaveriabidentis(L.) Kuntze、草胡椒PeperomiapellucidaL.、刺轴含羞草MimosapigraL.、南美蟛蜞菊Wedeliatrilobata(L.) Pruski、齿裂大戟EuphorbiadentataMichx.等在我国的分布区及潜在分布区预测(曹向锋等,2010; 董旭等,2013; 雷军成和徐海根,2010; 刘勇涛等,2013; 王翀等,2014; 徐小伟等,2014; 杨波等,2009； 岳茂峰等,2013; 张路,2015)。另外，一些研究运用多种模型预测植物的分布区，其比较结果都表明Maxent的稳定性最好(曹向锋等,2010; 刘欣,2012; 王运生等,2007、2009)。

新疆千里光Seneciojacobaea(Asteraceae)，异名JacobaeavulgarisGaertn，属菊科千里光属，中文名又名异果千里光、臭千里光(安争夕等，1999； 刘刚，2007)。多年生草本，生于疏林或草地，在土地、路旁和牧场生长丰富(林容和陈艺林,1985)。新疆千里光原产于欧亚大陆,在全球分布广泛，在欧洲、北美洲、大洋洲、亚洲、非洲、南美洲都有其分布记录(Bain,1991; Cameron,1935; Coombsetal.,1991; Hodálováetal.,2015; McLarenetal.,2000)(图1)。新疆千里光在中国分布于新疆北部阿尔泰、布尔津、北屯，奇台、阜康、乌鲁木齐、石河子、玛纳斯、和布克赛尔、额敏、塔城、托里、温泉、霍城、沙湾、察布查尔、伊宁、特克斯、巩留、塔什库尔干等地(安争夕等,1999)及江苏(江阴);但据可靠记录,应该只分布在新疆地区，在江苏的出现可能为引种迭生的结果(林容和陈艺林,1985)。

新疆千里光含有吡咯里西啶生物碱(PAs)，这种生物碱对食草动物和致病真菌有化学防御作用(Hartmann,1999)，能导致细胞畸变、癌变，造成动物的急性、亚急性或慢性病变(王跃虎等，2002)。同时，新疆千里光扩散较快，在受影响地区，其种子会发芽并与牧草植物竞争空间和资源，导致牧场生产率下降，尤其对澳大利亚的农业和生态系统造成了很大影响(McLarenetal.,2000)。对新疆千里光的控制主要为牧场管理、机械去除和化学防治，澳大利亚、新西兰、北美和加拿大开展了生物防治(Leiss,2011)。

新疆千里光被纳入中华人民共和国进境植物检疫性有害生物名录(刘刚,2007)，在中国最早记录于1951年，目前并未扩散，在国内还不是入侵植物，把其放入有害生物名录也许是为了防止新疆千里光进一步扩散到新疆以外的其他地区，或是为了避免从其他国家带入中国沿海等地。

虽然新疆千里光目前只分布在新疆地区，但是仍存在从新疆扩散到中国其他地区成为入侵种的可能性。另外，新疆千里光的扩散能力和繁殖能力较强，且在其他国家地区分布广泛，为何在中国只分布在新疆地区？因此应进一步预测新疆千里光的分布区，观察在未来的分布趋势，判断是否会成为入侵种及入侵不同地区的可能性。若发现有入侵风险，可以及早提出预防措施，将其控制在一定范围内。本文通过利用中国和全球分布数据分别预测新疆千里光在中国目前和未来的潜在分布区，判断新疆千里光在中国是否会扩散到其他地区，以及通过这2种方法预测结果比较中国的新疆千里光和其他地区新疆千里光的不同。

1材料与方法

1.1数据收集与处理

新疆千里光在中国的地理分布信息来自中国数字植物标本馆(Chinese Virtual Herbarium，CVH)。根据地名查找相应的经纬度，经核对后录入到Excel表中，删除经纬度不明确的记录，共有127个分布记录。

新疆千里光在世界的地理分布信息来自全球生物多样性信息网络(global biodiversity information facility，GBIF)，选取1950—2000年的数据进行分布区预测。在GBIF下载的分布数据不包括中国，为了能预测在中国的分布情况，加上了中国的分布记录点。另外，将新疆千里光的分布数据按地区分为欧洲、北美洲、大洋洲和中国4个部分，以便比较不同分布区的气候阈值。

通过Worldclim网站下载当前的环境数据(1950—2000年监测数据)以及IPCC报告中各种能源的平衡发展SRES AIB模式下美国国家大气研究中心(NCAR)、英国气象局(UKMO)和加拿大气候中心(CCCma)预测的2050年全球环境数据，共19个生物气候变量(表1)。地图资料从DivaGIS官方网站(http:∥www.divagis.org)下载。

1.2建模方法

运用Maxent模型对新疆千里光在我国的潜在分布区进行预测，包括当前气候条件下的分布区预测及2050年气候条件下的分布区预测。为提高准确性，设置时随机选取25%的分布点作为测试集(test date)、75%作为训练集(training date)。预测2050年新疆千里光在中国的分布区时，为排除边缘值的影响,选择10%的训练阈值(10 percentile training presence)。

用全球数据预测新疆千里光分布区时的方法与用中国的分布数据预测方法相同。预测当前气候条件下的分布区时，根据现有的新疆千里光在中国的分布记录点来判断，用中国的分布数据预测新疆千里光结果要好于用全球分布数据预测，因此在预测2050年新疆千里光在中国的分布时，只采用了中国的分布数据。

用欧洲、北美洲、大洋洲和中国的分布数据分别在Maxent中得到气候阈值，温度和降水是决定植物分布的主要因子，所以选取年均温度和年均降水量分析不同分布区的气候差异。

2结果与分析

2.1新疆千里光在中国的分布记录

1951—1960年,新疆千里光有42个记录点，分布在新疆的阿尔泰地区、昌吉回族自治州、乌鲁木齐、博尔塔拉回族自治州、塔城地区和伊犁地区(图2A)。1961—1970年巴音郭楞蒙古自治州(图2B)、1971—1980年喀什地区(图2C)、1981—2002年阿克苏地区(图2D)均分别出现一个新分布记录点。从上述变化图可以看出，新疆千里光自1950年至今没有从新疆扩散到中国其他地区，且分布不很广泛，基本集中在北疆地区。

2.2在当前气候条件下新疆千里光的适生区预测

新疆的山脉地形特点是山脉与盆地相间排列，盆地与高山环抱，喻称“三山夹二盆”。北部阿尔泰山，南部为昆仑山系，天山横亘于新疆中部，把新疆分为南北2个部分。新疆千里光的高适生区和适生区基本位于北疆的阿勒泰地区、伊犁地区、塔城地区、博尔塔拉蒙古自治州和昌吉回族自治州，与收集到的目前的分布记录位置和密集程度基本一致。在阿克苏地区、苏勒孜克自治州(克孜勒苏柯尔克孜自治州)、哈密和吐鲁番分布记录较少，但有低适生区和边缘适生区，甚至有一定面积的高适生区。另外，在甘肃酒泉市和陕西关中地区有新疆千里光的可能分布区，但为低适生区，有新疆千里光的可能性比较小(图3)。

用全球分布数据预测的新疆的总体潜在分布区面积和地区与仅用中国分布数据预测的结果基本一致，但是适应性等级没有仅用中国分布数据预测显示的高。值得注意的是，结果显示在西藏、甘肃、四川、陕西、重庆、湖北、湖南、云南、台湾也有潜在分布区，大部分为低适生区，但在甘肃和四川的交界处还有一些较高的适应性等级区域(图4)。

2.32050年全球气候条件下新疆千里光的适生区预测

2050年新疆千里光未来在中国的分布区略有增大，总的分布位置和目前保持一致，阿克苏地区和苏勒孜克自治州的适应区面积变大，且部分地区表现为高适应性，表明未来扩散到该地可能性大。在新疆以外其他地方的适应性等级减小，在其他地区分布的可能性更小(图5)。

2.4气候阈值

新疆千里光在中国分布区的年均温阈值为-10～20 ℃，在6 ℃左右存在概率最大(图6A)。在欧洲、北美洲和大洋洲的年均温阈值基本在0～20 ℃之间:在欧洲10 ℃左右存在概率最大，大洋洲为12 ℃，北美洲为5和11 ℃，可能因为新疆千里光在北美洲的分布是在东西海岸，东海岸和西海岸存在气候差异(图6B、C、D)。

新疆千里光在中国分布区的年均降水量阈值为0～1000 mm，在100～300 mm时存在概率较大(图7A)；欧洲分布区的年均降水量的阈值基本在500～2500 mm之间，700 mm左右时存在概率最大(图7B)；北美洲分布区的年均降水量的阈值为0～5000 mm，1100 mm时存在概率最大(图7C)；大洋洲分布区的年均降水量在2100 mm时对新疆千里光分布有抑制，超过2100 mm后随降水量增加新疆千里光存在概率增大(图7D)。

3讨论

标本记录、调查报告和发表的文献都为一个物种在给定时间和地点的存在提供了明确的证据。虽然这些数据来源并不能表明物种在被发现之前存在了多久，但是植物的标本记录相对于其他方式可以提供一个物种出现的更准确的地点和时间(Wang & Wang,2006)。本试验使用的当前中国的分布记录数据来源于CHV，基本为植物标本记录，全球的分布数据来源于GBIF，记录包括标本记录、人为观察、文献记录和机器记录等。另外，对数据进行了筛选与整理，将不准确的记录删除，所以使用的分布记录可靠，预测的结果也较可靠。

利用Maxent模型计算的ROC曲线可以检验预测的精确度。AUC(areas under curve，ROC曲线下面积)值为ROC曲线与横坐标围成的面积值,AUC值大于0.5时，AUC值越大，表示输入的环境变量与该物种的地理分布相关性越大，模型判断物种在该区域有无分布的能力就越强，其预测效果也就越好(雷军成和徐海根,2010)。在预测新疆千里光在中国的分布时的训练数据和验证数据的AUC值分别为0.977和0.967，说明模型与实际拟合度很好，能更好地模拟新疆千里光在我国的分布，结果可靠。用全球分布数据预测新疆千里光的分布区时的训练数据和验证数据的AUC值分别为0.858和0.856。该结果没有仅用中国的分布数据预测的精度高，但结果仍较好。预测结果显示新疆千里光在中国的入侵风险性较小，基本分布在新疆地区。但是如果其成为入侵种则会给当地的生态系统和人类健康带来一定危害，所以应该加大监管力度，在适生区进行合理防治以防止其扩散，在非适生区也要进行监控，将其控制在一定范围内。

中国分布数据和全球分布数据的预测结果均表示新疆千里光目前和未来都还在新疆大量分布，虽然用全球分布数据预测一些其他省份有潜在分布区，但适应性等级较低，显示的一些可能分布区并没有发现有新疆千里光的存在。用全球分布数据预测的AUC值没有仅用中国分布数据高，所以对于预测的新疆千里光在中国的潜在分布区，用中国分布数据预测的结果更可靠。不过2个结果都显示在陕西和甘肃有潜在分布区，且用全球分布数据预测的结果显示，在甘肃、四川有较高的适应性等级，可以重点到陕西、甘肃、四川进行考察确认其是否有分布。

用世界分布数据和中国数据预测结果的差异一方面可能由于全球数据太多导致预测精度不高，另一方面可能由于中国的新疆千里光和其他国家地区的新疆千里光存在差异。新疆千里光在世界范围内分布广泛，但在中国仅分布在新疆。另外，通过气候阈值比较的结果可以看出，新疆分布区的年均温度和年均降水量与其他3个分布区差异较大，年均温度较低，年均降水量较少(图6、7)，进一步说明在中国的新疆千里光与其他地区的新疆千里光可能存在差异。Hodálováetal.(2010、2015)曾用AFLP分析比较在欧洲采集的新疆千里光的细胞型，鉴定出新的亚种。在以后的研究中，可以通过形态比较、细胞型比较、DNA序列信息学分析以及PAs多样性分析等方法进一步确认分布于中国的新疆千里光和其他地区新疆千里光的不同。

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● 兼容开放。平台软件与监控设备特别是摄像头的兼容性是长期存在的矛盾，由于没有统一标准，现有的产品专用或是软硬件被绑定，不能实现兼容。为了解决这个问题，平台软件厂商要么通过集成设备商产品的私有SDK、要么支持国际通用的标准协议onvif或pisa，要么支持行业标准协议，如GB/T28181和SIP517。

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(责任编辑:郭莹)

Prediction of the potential distribution ofSeneciojacobaeain China

Zhong-sai TIAN, Lin XU, Dan-dan CHENG*

SchoolofEnvironmentalStudies,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China

Abstract:【Background】Seneciojacobaea, a common weed native in Eurasia and invasive in North American, Australia and New Zealand. However, the occurrence records of this species in Xinjiang, China, are limited. Once successfully introducted,S.jacobaeacan be damaging to crop, livestock farming, and human health. Hence, it is urgent to estimate the potential distribution ofS.jacobaeain China. 【Method】 Based on 19 current and predicted (2050) climate variables and occurrence records from China and the other areas in the world, we quantitatively predicted the current and future potential distribution ofS.jacobaeain China with the Maxent and DivaGIS. The predicted models were evaluated by the receiver operator characteristic (ROC) curve. In addition, we calculated the climate thresholds of annual mean temperature and annual precipitation of theS.jacobaeadistribution in different areas (Europe — the native area, North America and Oceania — the invasive area, and China) by modeling in Maxent. 【Result】 The model built with occurrence data from China is better than that with the data from the whole world in relation to ROC curve and comparison to the occurrence record from China, but results of both model show that the current and future distribution area ofS.jacobaeais in Xinjiang, China. The annual average temperature and precipitation in China are lower than in other regions forS.Jacobaeainvasion. 【Conclusion and significance】S.jacobaeais and will be limited in Xinjiang China. The differences between two predicting models and different climatic thresholds ofS.jacobaeadistribution in China compared to that in other regions indicate that the populations ofS.jacobaeain Xinjiang differ from those in other regions and may be a different subspecies.

Key words:Asteracea; invasive plant; invasive risk; Maxent

收稿日期(Received)：2015-07-03接受日期(Accepted)： 2015-11-13

基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金(CUG130411); 国家自然科学基金(C031302)

作者简介:田忠赛， 女， 硕士研究生。 研究方向： 植物生态学。 E-mail: zhongsai_tian@qq.com *通讯作者(Author for correspondence), E-mail: dandan.cheng@cug.edu.cn

DOI:10. 3969/j.issn.2095-1787.2016.02.006