印度喜马拉雅地区一种具有重要文化和药用价值的濒危物种——Saussurea obvallata (DC.) Sch.Bip. 的生态位建模

《Journal for Nature Conservation》：Ecological niche modelling of Saussurea obvallata (DC.) Sch.Bip., a culturally and medicinally important threatened species of Indian Himalayan region

本研究利用MaxEnt模型预测了印度乌塔兰达邦雪莲花（Saussurea obvallata）的当前及未来分布，分析了26个环境变量，发现高适合区1378.88平方公里，中等适合区5135平方公里，强调需紧急政策干预以应对气候变化和过度采挖带来的栖息地碎片化威胁

　　

Gourav Devtalla|Praveen Gunwant|Anil Kumar Yadava|Manish Tripathi

印度阿尔莫拉索班·辛格·吉纳大学林业与环境科学系，邮编263601

摘要

物种分布的预测是保护和恢复具有药用和文化价值的植物物种的重要工具。气候变化加上人为压力是改变高山植被栖息地并导致其自然栖息地数量减少的关键因素。Saussurea obvallata（DC.）Sch.Bip.是喜马拉雅地区一种重要但受到严重威胁的药用草本植物。过度开发和不科学的采集方式导致该植物自然栖息地种群数量急剧下降。本研究旨在利用MaxEnt模型预测印度北阿坎德邦S. obvallata的当前和未来分布情况。作者选择了26个变量（生物气候、地形和土壤学变量）以及38个分布广泛的物种出现点来预测S. obvallata在北阿坎德邦的潜在分布。未来分布预测基于两种共享社会经济路径（SSP2-4.5、SSP5-8.5）情景，使用两种全球环流模型分别预测2021–2040年和2041–2060年的情况。结果显示，MaxEnt模型的准确性较高，ROC（接收者操作特征）曲线下面积达到0.9352，其中等温线、最温暖季度的降水量、年温差、平均日温差和朝向是影响模型的主要因素。研究确定了北阿坎德邦1378.88平方公里的高适宜区和5135平方公里的中等适宜区。这些结果可用于制定保护策略，并优先考虑将这些区域作为S. obvallata的恢复地点。总体而言，本研究强调了立即采取政策干预措施以保护S. obvallata免受栖息地破碎化、不科学采集和过度开发的迫切需要。

引言

根据世界自然保护联盟（IUCN）的分类标准，世界上超过一半的植物物种可能面临灭绝的威胁，目前有超过20%的植物多样性处于灭绝风险中，过去250年约有600种植物已经灭绝（Pitman和J?rgensen，2002年；Holz等人，2022年）。在这些受威胁的植物多样性中，具有药用价值的植物面临极高的灭绝风险。药用植物的根、茎、叶和果实被广泛用于各种用途，其无节制的商业采集严重影响了许多物种的生存（Huang，2011年；Chen等人，2019年）。Saussurea属包含400种植物，主要分布在世界寒冷地区，印度境内就有62种。该属植物在传统医药中具有重要应用，并具有显著的药理活性（Butola和Samant，2010年）。S. obvallata，俗称Brahmakamal，是一种药用且神圣的草本植物，野生生长在印度喜马拉雅地区的高山地带（海拔3800–4800米），是该地区的特有物种。它对于治疗割伤、伤口、泌尿系统问题、骨折和消化问题非常重要，被当地医生使用，同时也被加尔瓦尔和西藏地区的居民用于宗教、传统和药用目的（Joshi和Dhar，2003年；Butola和Samant，2010年；Kumar等人，2021年；Singh等人，2023年）。它通常生长在高山碎石坡、高山草甸、岩石斜坡和溪流附近（Ghosh，2017年）。岩石和灌木可以保护S. obvallata>免受强风侵袭，使其平均高度为50–80厘米（Zhang等人，2025年）。Brahmakamal是印度北阿坎德邦的州花（Saklani和Rao，2000年）。由于极冷的天气条件，S. obvallata会产生大量次生代谢物，其花朵和叶子中含有萜类化合物、单宁、皂苷、苷类、生物碱、酚类和黄酮类化合物（Semwal等人，2014年）。近年来，北阿坎德邦对S. obvallata原材料的需求增加，给该物种带来了巨大的人为压力，导致其种群数量急剧减少。根据北阿坎德邦的保护和评估管理计划（CAMP），S. obvallata》被列为濒危物种（Semwal等人，2020年）。S. obvallata因传统仪式而被过度采集，采集方式具有破坏性、无节制且不受监管。气候变化和温度升高可能导致药用植物的物候变化和分布改变，从而对其生长和繁殖产生压力（Cahyaningsih等人，2021年）。预计气候变化将带来更极端的天气条件、强降雨和寒潮，这会削弱无法适应极端天气的植物的生长和繁殖能力（Jha和Jha，2025年）。这种压力威胁着其野生种群、自然再生和长期生存（Mishra等人，2023年）。由于S. obvallata在医药、装饰和经济社会中的广泛应用（Gopal和Rawat，2018年），加上居民和游客生态意识的薄弱，它正面临过度采集的问题，因此被列为濒危物种，并成为保护工作的重点对象（Zhang等人，2025年）。S. obvallata的市场交易价格为每公斤800–1000卢比（Mishra等人，2023年）。由于非法贸易，它也被列为濒危物种，并被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）的“附录I”，同时被列入印度政府的《野生动物保护法》的“第六附表”，并且根据《1992年对外贸易发展法》严格禁止其贸易（Ghosh，2017年）。建议使用标准生态方法对稀有和受威胁物种的自然栖息地中的现有种群进行评估（Butola和Samant，2010年）。喜马拉雅山脉东北部地区，特别是锡金，拥有最多的Saussurea物种（Raab和Von，2003年；Butola和Samant，2010年；Semwal和Painuli，2019年）。由于对这些植物原材料的需求巨大，大多数自然种群要么遭到破坏性采集，要么已经灭绝（Butola和Samant，2010年）。因此，这种不可或缺的物种已被认定为濒危物种（Butola和Samant，2010年）。由于高海拔牧场的持续破坏性和无节制的放牧压力（Singh等人，2022年），需要在北阿坎德邦等地区为这种受威胁的植物寻找合适的栖息地。人类活动对植物数量和分布有重大影响，因此迫切需要了解决定植物分布和数量的因素，以加强其保护（Kaky和Gilbert，2016年）。重新引入濒危物种是有效的保护手段，不仅可以恢复或建立植物种群，还可以使它们在自然栖息地中实现自我维持。然而，要在野外成功恢复稀有或受威胁的物种，必须详细了解其栖息地需求（Borthakur等人，2018年）。生态位是指物种能够维持可行种群的条件，在有或没有竞争的情况下对物种的繁衍起着关键作用（Choudhury等人，2016年）。物种分布模型（SDMs），也称为生态位模型（ENMs），是识别当前气候变化情景下适宜栖息地的有效工具，通过结合物种出现和环境变量来预测物种的可能分布（Thakur等人，2022年）。生态位模型还有助于估计物种栖息地在未知地理区域的相对适宜性（Warren和Seifert，2011年）。MaxEnt是一种利用最大熵原理仅基于存在数据来估计与环境变量和栖息地适宜性相关功能的模型，从而近似物种的生态位和潜在地理分布（Phillips等人，2006年）。尽管S. obvallata具有重要的生态和文化价值，但关于使用MaxEnt进行其栖息地建模的文献却很少。本研究是首次应用MaxEnt模型来预测北阿坎德邦S. obvallata的潜在分布和栖息地适宜性，为其生态需求和保护规划提供了关键见解。

研究区域

本研究在北阿坎德邦进行（纬度28°43′至31°28′，经度77°34′至80°03′，图1）。北阿坎德邦多为山区，北部与西藏接壤，东部与尼泊尔接壤，西北部与喜马偕尔邦接壤。该地区地理面积为53,483平方公里，森林面积为38,000平方公里，占地理面积的71%（ISFR，2023年）。北阿坎德邦的气候条件从炎热湿润的亚热带气候到其他类型都有。

模型性能

模型表现令人满意，平均训练和测试曲线下面积（AUC）值为0.903±0.063（图5 A），表明区分适宜栖息地和背景区域的能力很高。S. obvallata物种分布的当前栖息地平均AUC值为0.9352（95%置信区间：0.926–0.9439），训练AUC值为0.7959（图5 A）。Kappa值为0.7222，表明模型可靠性较高。

讨论

S. obvallata是一种具有多种药理活性的宝贵药用植物，具有宗教意义，同时也是北阿坎德邦的州花。然而，由于人为活动和气候变化，这种高山植物正面临生存危机（Mishra等人，2023年）。Mishra等人曾在西喜马拉雅山脉的尼蒂山谷（Nanda Devi生物圈保护区）的有限区域内对S. obvallata进行了建模。然而，本研究首次对该物种的分布进行了预测。

结论

S. obvallata是一种高价值的濒危药用物种，在当地社区中具有重要的药用和宗教意义。然而，由于降雨量低、气候变化、人口压力和土壤干旱等因素，这种植物正承受巨大压力，因此亟需采取保护措施。本研究详细阐述了S. obvallata的栖息地适宜性和潜在分布情况。

参与同意书

不适用。

未引用的参考文献

Ahmad等人，2009年；Aslam和Ahmad，2016年；Banerjee等人，2017年；Dhyani等人，2021年；Dobhal等人，2011年；Elith等人，2011年；Non-Wood Forest Products and Nutrition，1995年；Jain，1996年；Kumar和Pundir，2022年；Landis和Koch，1977年；Lissovsky和Dudov，2021年；Liu等人，2005年；Mohanraj等人，2018年；Parveen等人，2022年；Pearson等人，2007年；Purohit等人，Rajlaxmi等人，2024年；Ray等人，2011年；Sharma等人，2018年；Steven等人，2021年；Tariq等人，2021年。

伦理批准

不适用。

CRediT作者贡献声明

Gourav Devtalla：撰写初稿、方法论设计、数据整理、概念构思。Praveen Gunwant：方法论设计。Anil Kumar Yadava：正式分析。Manish Tripathi：撰写、审稿与编辑、概念构思。

资金

本研究未收到任何资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。