基于MaxEnt模型预测日本松干蚧在贵州省的潜在分布.pdf

第 卷 第 期 年 月林 业 调 查 规 划 :/基于 模型预测日本松干蚧在贵州省的潜在分布周 宇陈 波周菁婧陈春旭(.遵义市林业科学研究所贵州 遵义 .遵义市林业综合服务中心贵州 遵义)摘要:日本松干蚧()是我国危险性林业有害生物之一其种群严重危害松林安全 为探究日本松干蚧分布和扩散规律通过实地调查日本松干蚧分布和虫口密度并基于最大熵()模型预测了日本松干蚧在贵州的潜在分布 结果显示模型预测结果较好地反映日本松干蚧在贵州省的分布情况日本松干蚧主要分布在遵义市中南部区域其中汇川区、新蒲新区、绥阳县是日本松干蚧的高分布区红花岗区为中分布区播州区、桐梓县、正安县为低分布区年温度变化范围和年均降水量是影响日本松干蚧分布的重要环境变量虫口密度调查统计显示日本松干蚧在遵义市的平均虫口密度为 头/日本松干蚧将继续扩大分布范围具有向四周辐射扩散的趋势未来可能在遵义形成全面分布格局须加强对分布区日本松干蚧的防治关键词:模型日本松干蚧潜在分布贵州省环境变量中图分类号:文献标识码:文章编号:()引文格式:周宇陈波周菁婧等 基于 模型预测日本松干蚧在贵州省的潜在分布 林业调查规划():/.():/(.):.()./收稿日期:基金项目:贵州省林业局林业优秀青年人才培养专项资金项目(黔林科合 字 号)第一作者:周宇()男贵州毕节人硕士研究生 主要从事森林保护研究 :周 宇等:基于 模型预测日本松干蚧在贵州省的潜在分布 .:日本松干蚧 (.)属节肢动物门()、昆虫纲()、半翅目()、松干蚧科()、松干蚧属()年于日本东京首次发现后传入中国并在我国辽宁、吉林、山东、江苏、上海、浙江、安徽等省市虫害成灾 年被列入全国危险性林业有害生物名单 日本松干蚧主要以若虫刺吸松树枝、干部造成松树生长不良针叶枯黄芽梢枯萎树皮卷曲翘裂枝条软化向下垂弯严重时导致松林干枯和次生性虫害发生林木成片死亡日本松干蚧自 年入侵贵州以来种群快速扩散导致大片松林枯死给贵州省林业经济、森林生态系统造成严重损失随着生物入侵现象愈加严重生态位模型预测在生物多样性保护的多个领域得到开拓和应用其中外来有害生物的分布预测逐渐成为当代入侵生物学研究的重要领域 目前常用预测外来物种潜在分布的生态位模型主要有遗传算法()模型、最大熵()模型、领域()模型、生态位因子分析()模型和基于生物气候的 模型等但每种生态位模型的实用性均不同 等基于 种生态位模型对 个物种的适生区预测效果进行比较研究认为模型类型选择与物种属性具有相关性 其后有学者发现模型无论从预测效果还是应用方便性等方面均较 模型优异 张海涛等应用 个生态位模型对入侵物种福寿螺进行预测同样指出 模型相对于其他模型预测效果最好 除此以外 模型还应用于松材线虫、小蔗螟、舞毒蛾等物种的预测均取得较好效果目前对于日本松干蚧潜在分布预测研究仅有 年李红梅等使用 生态位模型预测了日本松干蚧在我国的地理分布结果表明日本松干蚧的潜在分布区非常广主要分布在黑龙江、内蒙古、山西、陕西、河北、北京、天津、河南、四川、重庆、西藏、湖北、湖南、江西、广东、福建、广西、海南、台湾、新疆等 个省、市、自治区虽然预测范围为全国大区域但由于分布数据较少可能对模型预测结果的可靠性有所影响 为了摸清日本松干蚧的潜在分布范围和扩散规律基于 模型预测日本松干蚧在贵州的潜在分布区域分析其在贵州的扩散趋势为日本松干蚧的风险预警和科学防控提供参考和依据 材料与方法 虫口密度统计在贵州省已知分布区内设置样地()调查虫口密度采用双对角线取样法在样地随机选取 株标准株进行调查 主干调查面积为 同时在每株样树上剪取树冠从上到下第 盘(即 年生)不同方向枝条各一段枝条长度为 以上现场检查活虫数记录统计数和发生地经纬度 也可将树皮剥下连同枝条放入袋内做好标签带回室内镜检 同一类型可重复 个 平均虫口密度(头/)计算公式为:/()式中:表示调查面积内活虫总数 表示调查面积 日本松干蚧分布点数据分布数据来源于实地调查日本松干蚧虫口密度的发生地经纬度将获得的分布点数据用 核实地理坐标信息删除重复和定位不准确的分布数据获得 条分布点数据 为减少空间自相关在 中利用 生成的网格并只选取网格内离中心最近的 条分布点数据为有效分布数据最后获得有效分布数据 条数据转换为 模型要求的 格式 环境图层数据从世界气候数据库(:/)下载 年世界气候的环境变量图层(分辨率为 包括 个生物气候变量图层和 个海拔变量图层)本研究选取贵州省行政辖区为调查范围利用 软件中的 工具提取贵州省行政辖区的环境变量图层数据用于后续分析 模型分析将全部的环境变量图层数据(格式)和日本松干蚧分布点数据(格式)导入 软件第 期林 业 调 查 规 划构建 模型 模型参数设置:最大迭代次数为 重复运算 次开启 勾选绘制响应曲线与刀切法()功能以分析影响日本松干蚧分布的环境变量 将的日本松干蚧分布点数据用于模型的构建和预测(训练数据)其余 的数据用于模型检验(测试数据)模型软件将自动绘制 曲线()并计算曲线下面积()以对模型的拟合效果进行评价 的取值范围为 则表明模型预测效果很好 分布等级划分 模型的预测结果采用分布概率值()来表示物种在预测分布区中分布的适宜性其中 表示不适宜 表示非常适宜 依据 模型预测的日本松干蚧分布的适宜程度选用 软件中的 工具选择自然分割法()划分日本松干蚧 个分布等级(无分布区、低分布区、中分布区、高分布区)为了更加直观体现日本松干蚧分布结果通过运用 软件将结果栅格化处理后映射到贵州省行政区底图上 结果与分析 模型精确度评估检验利用 软件对分布点进行空间自相关分析避免了因样本分布点高度重合影响模型预测准确性 根据受试者工作特征曲线(图)可知 平均值为 标准差为 显著高于随机分布模型预测值()表明 模型预测结果可靠较好地预测了适宜日本松干蚧潜在分布区域 影响日本松干蚧分布的主要环境变量对环境变量贡献率进行分析结果见表 从表 可知年温度变化范围()、年均降水量()、最干月降水量()、降水量季节性变异系数()、海拔()、最湿月降水量()、温 度 季 节 变 化()、最 湿 季 降 水 量()、昼夜温差月均值()、昼夜温差与年温差比值()、最暖季降水量()、最冷季降水量()是日本松干蚧分布模型的主要环境变量其中年温度变化范围和年均降水量对日本松干蚧的分布具有显著影响(图)年温度变化范围在 时适宜日本松干蚧分布年均降水图 受试者工作特征曲线()()表 环境变量 序号环境变量贡献率/序号环境变量贡献率/年均温昼夜温差月均值 昼夜 温 差 与 年温差比值(/)温度季节变化 最热月份最高温最冷月份最低温年温度变化范围()最湿季均温最干季均温最暖季均温最冷季均温年均降水量 最湿月降水量 最干月降水量 降水量季节性变异系数 最湿季降水量 最干季降水量最暖季降水量 最冷季降水量 海拔 量在 时适宜日本松干蚧分布 日本松干蚧的潜在分布预测日本松干蚧在贵州的潜在分布区域如图 所示从图 可以看出日本松干蚧在贵州省的潜在分布区主要集中在贵州北部暨遵义市辖区的中南部区域 汇川区几乎全区、新蒲新区西北区域、绥阳县南部区域处于高中分布区其中汇川区发生面积最大危害十分严重绥阳县次之新蒲新区发生面积最小 红花岗区北部和中部、绥阳县南部区域处于中分布区播州区北部、桐梓县东南部、绥阳县与正安县交界区域处于低分布区第 卷周 宇等:基于 模型预测日本松干蚧在贵州省的潜在分布注:红色代表平均值蓝色代表标准差图 分布概率与环境变量的响应曲线 图 日本松干蚧在贵州的潜在分布区域 为了进一步验证日本松干蚧分布预测模型的准确性通过实地野外调查发现日本松干蚧实际分布在遵义市新蒲新区、汇川区、绥阳县等 县(区)见表 日本松干蚧在遵义市发生面积达 占遵义市林地面积的 其中轻度危害 中度危害 重度危害 根据样地虫口密度调查统计发现日本松干蚧平均虫口密度达 头/汇川区和绥阳县部分松林危害严重而这三县(区)交界处是日本松干蚧集中分布区与预测结果中的高分布区高度重合表 样地虫口密度调查统计 序号地点 经度纬度优势树种平均虫口密度/(头)灾害程度汇川区泗渡镇金田村马尾松重度汇川区高坪街道排军村马尾松重度汇川区高坪街道仁江村马尾松中度汇川区董公寺街道金星社区马尾松重度绥阳县蒲场镇板仓坝马尾松重度绥阳县风华镇高原村马尾松重度绥阳县风华镇龙光村马尾松中度绥阳县风华镇龙牙村马尾松中度新蒲新区新浦街道新浦村马尾松轻度新蒲新区新浦街道三坝村马尾松轻度第 期林 业 调 查 规 划 结论与讨论 日本松干蚧作为我国林业危险性有害生物其主要寄主为马尾松生态需求较为稳定迁移能力较强生态位较为保守符合物种生态位模型预测条件因此可利用生态位模型预测日本松干蚧的潜在分布 模型的优点是在物种分布点较少的情况下仍有较高的预测准确率所以目前被广泛用于入侵物种及检疫性害虫的潜在分布研究本研究基于 模型预测的 值为 显著高于随机预测值()说明模型预测准确度高预测结果可靠 为进一步验证模型预测的准确性随机选取 个样地进行实地考察在调查中发现 个样地均有日本松干蚧分布日本松干蚧的实际分布与模型预测结果高度重合表明 模型预测对于日本松干蚧的防治具有较高的参考价值日本松干蚧自 年入侵贵州以来一直未被明确诊断直至 年大片松林被严重危害才引起相关部门重视田茂娟等首次报道了在贵州省发现日本松干蚧并认为日本松干蚧能够在西南地区建立种群并迅速传播蔓延 本研究结果表明日本松干蚧虽只分布在遵义市汇川区、新蒲新区以及绥阳县 个县(区)但其平均虫口密度已达 头/虫害较为严重 因此随着全球气候变暖贵州省气候条件有利于日本松干蚧种群扩张其分布范围很可能向红花岗区、播州区、桐梓县、正安县等低分布区扩散蔓延从而在遵义市形成全面入侵的分布格局为避免贵州省林业经济和森林生态系统遭受严重破坏必须重视日本松干蚧虫害的防治严格监测日本松干蚧的入侵趋势 对已发生虫害的地区采取有效的防止措施以及对日本松干蚧尚未入侵但具有较高入侵风险的地区进行早期预警监测从而控制日本松干蚧进一步扩散参考文献:国家林业和草原局 国家林业局 年第 号公告/()/田茂娟喻三鹏张念念等 日本松干蚧在贵州的风险分析报告 贵州林业科技():朱耿平刘国卿卜文俊等 生态位模型的基本原理及其在生物多样性保护中的应用 生物多样性():周宇袁雪颖杨子轩等 福寿螺入侵中国的扩散动态及潜在分布 湖泊科学():():王运生 生态位模型在外来入侵物种风险评估中的应用研究 长沙:湖南农业大学 张海涛罗渡牟希东等 应用多个生态位模型预测福寿螺在中国的潜在适生区 应用生态学报():韩阳阳王焱项杨等 基于 生态位模型的松材线虫在中国的适生区预测分析 南京林业大学学报(自然科学版)():赵清高新悦蔡波等 基于 模型的检疫性害虫小蔗螟在中国的潜在分布预测 植物检疫():王艳君高泰石娟 基于 模型对舞毒蛾全球适生区的预测及分析 北京林业大学学报():李红梅韩红香薛大勇 利用 生态位模型预测日本松干蚧在中国的地理分布 昆虫学报():田茂娟喻三鹏张念念等 贵州首次发现的日本松干蚧生物学特性研究 环境昆虫学报():():():刘博覃伟权阎伟 基于 模型的小巢粉虱在中国的潜在地理分布 环境昆虫学报():责任编辑:陈旭第 卷