气候变化驱动下中国入侵性金鸡菊属植物适宜生境分布格局与生态竞争风险预测

《Ecology and Evolution》：Impacts of Climate Change on the Distribution of Suitable Habitat for Invasive Coreopsis Species in China

本文基于MaxEnt模型与ArcGIS技术，结合SSP-126、SSP-245、SSP-585三种气候情景，系统预测了6种中国入侵金鸡菊属植物的适宜生境分布变化。研究发现温度（等温性BIO3、最热季度均温BIO10）和水分是主导分布的关键因子，人类活动（HA）显著影响扩散格局。当前物种集中分布于中国南方，未来将向高纬度/高原迁移，且核心物种间存在高度生态位重叠（Schoener's D>0.79），提示气候变化可能加剧种间竞争。研究为入侵物种早期预警与区域管控提供了科学依据。

　　

引言

全球气候变化正显著改变植物物种的地理分布格局，尤其对入侵物种的扩散速率和范围产生深远影响。气候因子通过调控物种的生态位特征直接或间接调节入侵过程与定殖成功。近年来温室气体排放持续增加，地表温度上升和降水模式变化驱动许多物种向高纬度、高海拔地区迁移，其速度远超历史常态。入侵植物在新环境中的 colonization 和扩散往往是生物与环境因子协同作用的结果，气候变化不仅改变物种的生理适宜范围，还可能通过改变群落结构和资源可用性等间接途径为入侵物种创造竞争优势。

金鸡菊属植物原产于美洲和非洲，具有高繁殖力和抗逆性，作为观赏植物引入中国后因强适应性和扩散能力已在多地逃逸形成入侵种群，对本地生物多样性和生态系统功能构成威胁。目前针对金鸡菊属植物在中国潜在分布格局及其对气候变化响应的系统性研究仍较缺乏。

材料与方法

研究选取已在中国建立种群的6种金鸡菊属植物，通过野外调查和GBIF、CVH、NSII等数据库获取1085个分布点，经去重和坐标校验后得到750个有效分布记录。环境变量来自WorldClim数据库的19个气候因子（当前与未来2041–2060、2081–2100时期），空间分辨率为2.5弧分，结合BCC-CSM2-MR气候模型和SSP126、SSP245、SSP585三种情景。同时整合DEM地形数据与全球人类活动指数（HA）。

采用MaxEnt 3.4.1模型预测潜在分布，75%数据用于训练，25%用于测试，通过ROC曲线下面积（AUC）评估模型精度（所有物种AUC>0.98）。利用ArcGIS 10.8的"重分类"工具以最大训练灵敏度加特异性（MTSS）为阈值划分适宜区（不适宜0.60）。通过SDMtoolbox计算分布 centroid 迁移路径，并利用ENMTools计算生态位重叠指数（Schoener's D和Hellinger-based I）。

结果

模型性能与关键环境变量

所有物种的MaxEnt模型AUC值均高于0.98，表明预测结果高度可靠。温度（特别是等温性BIO3和最热季度均温BIO10）和水分是影响金鸡菊分布的主要气候因子，人类活动（HA）对 Coreopsis grandiflora（贡献率37.1%）、C. lanceolata（42.9%）、C. tinctoria（40.4%）和C. verticillata（42.1%）分布具有关键作用。C. major 的分布主要受温度控制（BIO3+BIO10累计贡献81.6%），而C. drummondii 则同时受最干季度均温（BIO9，23.1%）、最冷季度均温（BIO11，23%）和降水变异系数（BIO15，18.6%）共同调控。

当前气候情景下的潜在分布

当前气候条件下，6种金鸡菊主要分布于中国南方。C. drummondii 适宜生境面积最大（4.138×10⁶km²），遍及全国各省；C. tinctoria（2.436×10⁵km²）集中于黄河以南；C. verticillata 适宜面积最小（9.53×10⁴km²），主要分布在中部地区。最优生境面积以C. drummondii 最大（2.036×10⁵km²），C. grandiflora 最小（6.76×10⁴km²）。

未来气候变化下的分布范围变化

至2060年，C. drummondii 和C. tinctoria 的适宜区将扩张，后者向东北、西北高纬度延伸；C. grandiflora 和C. lanceolata 在SSP245/SSP126下适宜区缩减，其他情景下增加。至2100年，多数物种适宜区呈向高纬度和高原迁移趋势，低纬度区域收缩。值得注意的是，C. major 在SSP585情景下适宜区大幅收缩（152.76→79.15 km²），但最优生境面积显著增加（55.46→196.37 km²），显示其生境可能趋于碎片化。

分布 centroid 迁移

所有物种的分布 centroid 在未来气候情景下均向北迁移。C. drummondii centroid 从川黔交界向西北移动；C. grandiflora 和C. lanceolata 从河南南部北移至河北南部；C. tinctoria centroid 由湖北中部北移；C. verticillata centroid 从安徽中部向北迁移。

生态位比较

C. grandiflora 与C. lanceolata（D=0.85, I=0.97）、C. tinctoria（D=0.84, I=0.97）存在高度生态位重叠；C. lanceolata 与C. tinctoria 重叠度也较高（D=0.79, I=0.96）。C. drummondii 与其余物种分布范围重叠度均达0.99，提示潜在竞争风险。

讨论

环境因子对分布的影响机制

温度与降水共同塑造金鸡菊属植物的分布格局，但不同物种响应策略各异。C. major 对等温性和高温的依赖可能与其光合效率调节有关；C. drummondii 则更受极端季节性气候胁迫调控。其余物种对最热季度降水（BIO18）和温度季节性（BIO4）响应显著，人类活动通过园艺引种和种子传播加速其扩散。

气候变化下的分布差异

物种对未来气候的适应性存在分化：C. drummondii 和C. tinctoria 可能受益于气候变化而扩张；C. major 生境质量提升但空间压缩，面临丧失风险。生境"质"与"量"的变化趋势分离，提示物种需迁移以追踪适宜气候，对扩散能力有限的植物构成挑战。

生态位重叠与种间竞争风险

高生态位重叠表明C. grandiflora、C. lanceolata 和C. tinctoria 在资源利用上高度相似，气候变化驱动的分布区重叠可能引发种间竞争，影响种群动态和群落稳定性。需进一步研究其竞争机制以制定管控策略。

结论

温度、降水和人类活动是调控金鸡菊属分布的核心因子。未来其适宜生境将北移并向高海拔扩张，种间生态位重叠提示竞争风险。需加强入侵前沿区监测，深化种间互作机制研究，并建立园艺栽培规范以降低入侵风险。本研究为生物入侵预警和生态系统管理提供了理论支撑。