紅火蟻（Solenopsis invicta）在我國的潛在分布研究.pdf

1、本研究通過3種不同機理的分析生物分布預(yù)測模型進行建模分析,力求準確預(yù)測入侵物種紅火蟻(Solenopsis invicta)在中國的潛在分布范圍,并明確紅火蟻潛在地理分布與環(huán)境因素之間的關(guān)系,同時找出在中國大陸地區(qū)非適生區(qū)限制其分布的影響因素.為下一步紅火蟻的防控、鏟除工作的實施,提供理論依據(jù).通過對3種模型預(yù)測結(jié)果之間的對比,分析3種不同建模方式的優(yōu)點和不足,尋求適合進行有害生物侵入風險預(yù)測的方法.最后,完成一套具備有害生物潛在分布風

2、險分析、生物物種豐度分析、制約因素分析、環(huán)境因素對比分析等功能的分析平臺,同時在國內(nèi)生物分布預(yù)測軟件開發(fā)方面實現(xiàn)突破. 研究方法: 本研究利用生物氣候模型(CLIIMEX)、紅火蟻種群動態(tài)模型(Colony Dynamic Model CDM)、非參數(shù)回歸統(tǒng)計模型(Generialized Additive Model GAM)三種不同的分析預(yù)測方法,對有害生物的空間分布預(yù)測方式進行探索. 1)通過設(shè)定紅火蟻生物

3、學參數(shù),利用CLIMEX軟件對紅火蟻在我國的潛在分布風險進行了分析,得出以生態(tài)氣候指數(shù)(Eco-climatic Index EI)為指標的紅火蟻在中國的適生范圍;同時還對生長指數(shù)(Growth Index GI)、溫度指數(shù)(Temperature Index TI)、土壤濕度指數(shù)(soil MoistureIndex MI)、冷脅迫指數(shù)(Cold Stress index CS)、熱脅迫指數(shù)(Hot Stress index HS)以

4、及灌溉條件下的生態(tài)氣候指數(shù)(IRrigation Eco-climatic Index IR-EI)進行了分析,以進一步確定不同地區(qū)氣候條件對紅火蟻定殖的影響程度. 2)利用中國533個站點的5～14年不等的有效地溫數(shù)據(jù)、全國704站點地面氣溫數(shù)據(jù)和紅火蟻種群動態(tài)模型對紅火蟻在中國的潛在分布進行分析,得出以年均有翅雌蟻產(chǎn)生數(shù)量為指標的潛在分布;同時制作影響紅火蟻定殖的關(guān)鍵氣候因素分布圖,確定造成紅火蟻種群動態(tài)模型中有翅雌蟻年均產(chǎn)

5、生數(shù)量地區(qū)間差異的氣候原因. 3)通過查閱、收集整理美國紅火蟻實際發(fā)生情況的相關(guān)文獻并結(jié)合種群動態(tài)模型在美國的預(yù)測結(jié)果,設(shè)置美國紅火蟻實際分布估計數(shù)據(jù).然后利用美國大陸范圍的生物氣候數(shù)據(jù)(BioClimatic Data)、歸一化植被指數(shù)(Normalized Differential Vegetation Index NDVI)、高程(Digital Elevation Model DEM)及其衍生數(shù)據(jù)(坡向、坡面)、土地利用

6、類型數(shù)據(jù)和美國紅火蟻實際分布數(shù)據(jù)在生物分布預(yù)測系統(tǒng)上進行建模,通過GAM模型描述紅火蟻定殖與環(huán)境因子之間的空間統(tǒng)計關(guān)系.然后利用中國大陸范圍的同類數(shù)據(jù)進行預(yù)測,確定紅火蟻在中國的潛在地理分布. 所取得的結(jié)果: 1)建成一套潛在分布分析系統(tǒng)本研究實現(xiàn)了一套具備基本地理信息數(shù)據(jù)操作、管理、查看和空間統(tǒng)計建模的有害生物空間信息統(tǒng)計分析平臺.主要功能模塊分為地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)功能模塊、數(shù)據(jù)分析建模模塊、R平臺管理模塊、模型管理模塊

7、、幫助系統(tǒng)模塊等五個部分.能夠提供大尺度有害生物.環(huán)境因素關(guān)系建模分析全過程的基本功能支持. 2) 通過CIJMEX模型預(yù)測的結(jié)果在我國的廣東、廣西、海南、臺灣、福建、浙江等六省全境以及云南南部、貴州西北部、重慶地區(qū)西部、四川東南部、湖南東部和南部、江西南部為高危險區(qū)域,EI值在30以上,表明這些地區(qū)極適合紅火蟻的入侵、定殖.由此極適合地區(qū)向外擴展,云南東部、貴州中部、湖南中部、安徽南部、江蘇南部、湖北南部發(fā)生可能性也很高,屬于

8、危險區(qū)域,該區(qū)域EI值在20～30之間.由此再向北,從云南西北部橫斷山脈到川西高原以及四川北部、東北部、陜南地區(qū)、湖北北部、河南南部、安徽北部、江蘇北部為可能發(fā)生地區(qū),但受到自然條件限制較大,定殖和擴大種群有較大困難,該區(qū)域EI值在5～20之間.越過此區(qū)域向北的廣大北方地區(qū)則不適宜紅火蟻定殖分布. 3)種群動態(tài)模型預(yù)測的結(jié)果我國廣東、廣西、海南、臺灣等四省全境以及福建、湖南、江西、云南南部紅火蟻定殖可能性極高,屬于高度危險地區(qū),

9、模擬的年均繁殖有翅雌蟻產(chǎn)生數(shù)量在6000頭以上.另外,四川東部、湖北中部、安徽中北部和江蘇南部都有較高的定殖可能性.同時應(yīng)注意在2100頭/年等值線的南部海拔高于1000m的地區(qū)仍然存在有翅雌蟻年均產(chǎn)生數(shù)量為O的地點,如云貴高原北部的昭通地區(qū),貴州北部與重慶交界的金佛山,湖北西南部的綠蔥坡,以及衡山、雪峰山、廬山、黃山、武夷山、括蒼山、九仙山等山系周邊地區(qū)仍然不適于紅火蟻定殖.說明在高海拔地區(qū)低溫條件對紅火蟻定殖有明顯限制作用.

10、 4) GAM模型預(yù)測結(jié)果GAM模型預(yù)測的我國紅火蟻潛在的分布北界大致在西藏東部、四川西北部、甘南地區(qū)、關(guān)中地區(qū)、山西南部、河南北部以及山東北部一線地區(qū).在這個交接面上,預(yù)測結(jié)果中不能定殖(O)和可以定殖(1)相互交錯.對比種群動態(tài)模型分析結(jié)果可見,種群動態(tài)模型在中國的預(yù)測范圍與GAM在中國的預(yù)測結(jié)果相似.同時,GAM模型對雷州半島上兩個站點的預(yù)測結(jié)果與事實不相符合.在西藏地區(qū)尚有10個站點預(yù)測為可以定殖,且比CDM模型預(yù)測的結(jié)果更向西

11、藏內(nèi)部深入. 所取得的結(jié)論: 1) 本研究通過在Esri ArcGIS和R DCOM Server的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā),形成了一套具備空間數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)探索、模型篩選、模型效能評估等功能的有害生物潛在分布分析平臺.該平臺可以應(yīng)用到有害生物分布分析、大區(qū)域物種種群動態(tài)與環(huán)境關(guān)系分析、外來有害生物潛在分布分析等多個方面. 2) 在紅火蟻定殖北界的確定上,CLIMEX模型和種群動態(tài)模型預(yù)測一個比較相似的結(jié)果.該界限大致

12、位于四川西北部、甘肅南部、關(guān)中地區(qū)、山西南部、河南北部、以及山東南部一線地區(qū).此線以北紅火蟻不可能在自然條件下實現(xiàn)種群定殖,此線以南則基本能夠完成越冬和種群發(fā)展.另外,從研究所選用的多個環(huán)境因素分析結(jié)果看:即便某個因子在種群發(fā)展存續(xù)中起著關(guān)鍵作用,單獨使用該環(huán)境因子,在解釋預(yù)測生物分布時也會很困難;物種最終的存在與否是多種環(huán)境因子綜合作用下的結(jié)果. 3) 經(jīng)過建模過程中的各項參數(shù)統(tǒng)計評估以及對建成模型的預(yù)測結(jié)果檢驗,在很大程度上