-
野核桃(Juglans cathayensis Dode),别名山核桃,隶属胡桃科胡桃属,落叶乔木或小乔木,主要分布在甘肃、陕西、山西、云南、四川、湖北、湖南等省份[1-4]。野核桃全身都是宝,其木质优良,可用于军工和高档装饰;其果实内含有亚油酸、亚麻酸及多种微量元素,经常食用可以健脑,也可预防高血压、心脑血管等疾病[5];其叶和青皮含有黄酮类、醌类化合物,可用来提取天然活性产物。
近年来,对野核桃的研究主要集中于野核桃资源现状分析、种群生命表与波动周期、叶及根皮的化学成分等方面[6],对野核桃资源现状分析的研究虽有涉及,但仅集中于新疆、山西等几个省份,尚未见有关于四川的研究。
研究利用MaxEnt模型,结合全球生物多样性信息网、文献查询及实地考察的野生核桃存在点位数据,分析影响野核桃分布的关键气象因子,并划分野核桃在四川的适生范围,以期为四川野核桃的种质资源保护和开发利用提供相关参考。
-
研究利用测试数据集检验构建的预测模型准确性,绘制了ROC曲线图(见图1)。从图1中可得出,AUC值为0.990,根据模型准确性评判标准,预测模型能很好的模拟野核桃在四川分布。
-
研究首先利用刀切法检验了各环境变量在预测模型构建过程中的重要程度(见图2),从图中可看出年均温、最暖季降水量、最冷季均温和最干季均温4个因子的规则化训练得分最高,是影响野生核桃分布的最主要因素;最干月降水量、最干季降水量、最冷季降水量、降水量变异系数、最暖月最高温、年均温变化范围、海拔高度7个因子的规则化训练得分较低,对模型构建的影响较低。综上所述,选取年均温、日较差月均值、等温性、温度季节性标准差、最冷月最低温、最湿季均温、最干季均温、最暖季均温、最冷季均温、年降水量、最湿月降水量、最湿季降水量、最暖季降水量13个变量作为构建野生核桃分布预测模型的主要环境因子。
-
研究利用MaxEnt软件对环境变量和野核桃的关系进行了分析,以存在概率0.4为阈值对各变量的适宜范围进行分级, 可得出影响野核桃在四川潜在地理分布的环境变量适宜范围(见表1)。
表 1 影响野核桃在四川潜在地理分布的环境变量适宜范围
Table 1. Suitable range of environmental variables affecting the potential distribution of Juglans cathayensis Dode in Sichuan province
环境变量 Envionment variables 适宜范围 Suitable range 最适值 Optimum value 年均温/℃ Average annual temperature 9.68~18.88 15.67 日较差月均值/℃ Daily mean monthly difference 6.16~11.63 8.20 等温性/(* 100℃)Isothermal property 24.68~44.47 31.91 温度季节性标准差/(*100℃) Seasonal standard deviation of temperature 313.04~933.33 394.20 最冷月最低温/℃The lowest temperature in the coldest month −7.38~4.76 0 最湿季均温/℃Average temperature in the wettest season 16.52~25.35 22.83 最干季均温/℃Average temperature in the driest season −0.9~12.4 6.61 最暖季均温/℃Average temperature in the warmest season 16.11~27.41 24.26 最冷季均温/℃Average temperature in the coldest season −1.19~10.71 6.67 年降水量/mm Annual precipitation 654.55~5033.77 1296.88 最湿月降水量/mm Precipitation in the wettest month 116.94~948.49 188.4 最湿季降水量/mm Precipitation in the wettest season 311.69~2158.44 498.7 最暖季降水量/mm Precipitation in the warmest season >358.44 1122 -
研究按照野核桃存在概率将四川省划分为高适生、中适生、低适生及不适生四个区域(见图3),从图中可看出,野核桃主要分布在盆地区和攀西地区,川西高原整体适生性较低。从气候类型来看,适生区以暖温带、山地北亚热带以及中亚热带为主,部分为温带和局部河谷南亚热带;从海拔高度来看,该区域海拔高度主要在200~3500 m;从地形来看,主要包含成都平原、盆周山区、盆地浅丘及丘陵区、盆东北平行岭谷区、安宁河平原,以及攀西山地区。综上所述,野核桃高适生区主要分布在盆周山地区及攀西山地区;适生性次高的区域主要集中在成都平原、盆中浅丘区、盆南丘陵区及安宁河平原。
Habitat Suitability Evaluation and Regionalization of Juglans cathayensis Dode in Sichuan Province Based on MaxEnt Model
More Information-
摘要: 为明晰野核桃在四川的生境适应性情况,利用MaxEnt模型,结合野核桃的分布点位信息及生物气候变量,预测野核桃在四川的适生区范围,分析主要生物气候变量对其分布的影响,并利用ROC(受试者工作特征曲线)曲线对预测模型的准确性进行评价。研究结果如下:(1)多次重复后训练集AUC的均值为0.990,表明模型预测效果较好。(2)刀切法和Person相关系数法筛选出影响野核桃潜在分布的最主要生物气候变量为年均温、最暖季降水量、最冷季均温和最干季均温,海拔对野核桃潜在分布的影响较小,300~3800 m均适宜野核桃生长。(3)利用MaxEnt模型计算出年均温适宜范围为9.68~18.88℃、日较差月均值为6.16~11.63℃、等温性为24.68~44.47、温度季节性标准差为313.04~933.33、最冷月最低温为−7.38~4.76 ℃、最湿季均温为16.52~25.35℃、最干季均温为−0.9~12.4℃、最冷季均温为−1.19~10.71℃、年降水量为654.55~5033.77 mm、最湿月降水量为116.94~948.49 mm、最湿季降水量为311.69~2158.44 mm、最暖季降水量大于358.44 mm。Abstract: In order to clarify the habitat suitability of Juglans cathayensis Dode in Sichuan province, the MaxEnt model was used to predict its potential distribution area by combining the distribution information and environmental variables. The effects of major environmental variables on the distribution were analyzed, and the accuracy of the prediction model was evaluated using ROC (receiver operating characteristic curve) curve. The results were as follows: (1) The average AUC of the training set was 0.990 after more repetitions, which indicated that the prediction effect of the model was good. (2) Based on the Jackkinfe method and the Person's correlation coefficient method, the most important environmental variables affecting the potential distribution of J.cathayensis Dode were annual mean temperature, preciptitation of warmest season, mean temperature of driest season and mean temperature of coldest season. Altitude had little effect on the potential distribution of wild walnut, and 300~3800m was suitable for the growth of wild walnut. (3) According to the MaxEnt model, the suitable range of average annual temperature was 9.68~18.88 ℃, and mean diurnal range [Mean of monthly(max temp - min temp)] is 6.16~11.63℃, and Isothermality [(Mean diurnal range / Temperature annual range)×100] was 24.68~44.47, and temperature seasonality (standard deviation×100) was 313.04~933.33. The lowest temperature of the coldest month was −7.38~4.76 ℃, and mean temperature of wettest season was 16.52~25.35 ℃, and mean temperature of driest season was −0.9~12.4 ℃, and average temperature of the coldest season was −1.19~10.71 ℃. The annual precipitation was 654.55~5033.77 mm, and the monthly precipitation in the wettest month was 116.94~948.49 mm. The precipitation in the wettest season was 311.69~2158.44 mm, and the precipitation in the warmest season was more than 358.44 mm.
-
表 1 影响野核桃在四川潜在地理分布的环境变量适宜范围
Tab. 1 Suitable range of environmental variables affecting the potential distribution of Juglans cathayensis Dode in Sichuan province
环境变量 Envionment variables 适宜范围 Suitable range 最适值 Optimum value 年均温/℃ Average annual temperature 9.68~18.88 15.67 日较差月均值/℃ Daily mean monthly difference 6.16~11.63 8.20 等温性/(* 100℃)Isothermal property 24.68~44.47 31.91 温度季节性标准差/(*100℃) Seasonal standard deviation of temperature 313.04~933.33 394.20 最冷月最低温/℃The lowest temperature in the coldest month −7.38~4.76 0 最湿季均温/℃Average temperature in the wettest season 16.52~25.35 22.83 最干季均温/℃Average temperature in the driest season −0.9~12.4 6.61 最暖季均温/℃Average temperature in the warmest season 16.11~27.41 24.26 最冷季均温/℃Average temperature in the coldest season −1.19~10.71 6.67 年降水量/mm Annual precipitation 654.55~5033.77 1296.88 最湿月降水量/mm Precipitation in the wettest month 116.94~948.49 188.4 最湿季降水量/mm Precipitation in the wettest season 311.69~2158.44 498.7 最暖季降水量/mm Precipitation in the warmest season >358.44 1122 -
[1] 余恒毅, 李雪, 汉利野. 核桃根皮化学成分研究. 第十届全国药用植物及植物药学术研讨会. 2011. [2] 陈超, 胡钰, 孙家祥, 等. 野核桃叶化学成分研究[J]. 中草药. 2011(11). [3] 娄丽,付品,徐超然,等. 贵州野核桃群落特征及物种多样性研究[J]. 广东农业科学,2017,44(02):55−61. [4] 周红,张萍. 新疆野核桃坚果氨基酸含量及营养评价[J]. 西北林学院学报,2019,34(02):148−153. [5] 吴金亮,杨庆然,高新,等. 龙陵县原产野生铁核桃枯资源的饲用价值[J]. 饲料研究,2019,42(12):81−83. [6] 徐德炎. 新疆野核桃生态气候特征的研究[J]. 生态学杂志,1989(04):24−27. [7] 王茹琳, 文刚, 李庆, 等. 美味猕猴桃地理分布模拟与气候变化影响分析[J]. 热带亚热带植物学报. 2018(04). [8] 赵金鹏,王茹琳,刘原,等. RCP4.5情景下四川省猕猴桃溃疡病菌适生性分析[J]. 沙漠与绿洲气象,2020,14(02):137−143. [9] 赵金鹏,王闫利,陆兴利,等. 软枣猕猴桃在中国的适生区分析及对未来气候变化的响应[J]. 中国生态农业学报(中英文),2020,28(10):1523−1532. [10] 张宇. 模糊层次分析法为基础的东北马鹿生境评价体系模型[D]. 东北林业大学, 2010. [11] 金龙如,孙克萍,贺红士,等. 生境适宜度指数模型研究进展[J]. 生态学杂志,2008(05):841−846. [12] 余吉,付明霞,宋心强,等. 基于MaxEnt模型的四川大相岭保护区藏酋猴(Macacathibetana)生境适宜性评价[J]. 四川林业科技,2020,41(03):45−50. [13] 张晓芹. 西北旱区典型生态经济树种地理分布与气候适宜性研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心), 2018. [14] 王茹琳,郭翔,李庆,等. 四川省猕猴桃溃疡病潜在分布预测及适生区域划分[J]. 应用生态学报,2019,30(12):4222−4230. [15] 张维. 新疆天山峡谷渐危植物野核桃保护生物学基础研究[D]. 东北师范大学, 2016. [16] 俞文君. 新疆核桃种质资源果实表型多样性及其与土壤、气象因子的关系研究[D]. 塔里木大学, 2020. [17] 张维,焦子伟,尚天翠,等. 新疆西天山峡谷海拔梯度上野核桃种群统计与谱分析[J]. 应用生态学报,2015,26(04):1091−1098. [18] 朱益川,韩华柏,吴万波. 四川核桃及其栽培区划[J]. 四川林业科技,2010,32(2):21−26.