学术研究报告：气候变化对伊朗三种百里香物种当前及未来分布的影响

作者及机构
本研究由伊朗阿拉克大学（Arak University）农业与自然资源学院的Naser Hosseini与Mansour Ghorbanpour，以及伊朗沙希德·贝赫什提大学（Shahid Beheshti University）环境科学研究所的Hossein Mostafavi合作完成，发表于2024年的《Scientific Reports》期刊（DOI: 10.1038/s41598-024-53405-5）。

学术背景
气候变化是全球生物多样性丧失的主要自然因素之一，尤其对敏感物种的栖息地分布产生深远影响。百里香属（Thymus）植物因其富含百里香酚（thymol）和香芹酚（carvacrol）等药用成分，在伊朗传统医药、食品和化妆品工业中具有重要价值。然而，气候变化可能导致其适宜生境缩减，威胁物种生存。本研究以伊朗特有的三种百里香（T. fedtschenkoi、T. pubescens和T. transcaucasicus）为对象，通过物种分布模型（Species Distribution Models, SDMs）中的最大熵模型（MaxEnt），预测当前及未来气候情景下其分布变化，旨在为保护策略提供科学依据。

研究流程
1. 数据收集与处理
- 物种分布数据：通过标本馆记录（HSBU、IRAN、TARI）、文献综述及全球生物多样性信息网络（GBIF）获取物种分布点，并通过实地考察验证。
- 环境变量：选取9个关键变量，包括5个生物气候变量（如最干月降水量bio14）、1个土壤变量（土壤有机碳含量OCR）和3个地形变量（如海拔alt）。通过皮尔逊相关性分析（Pearson’s correlation coefficient）剔除高相关性变量（r > 0.7），避免多重共线性。

1. 模型构建与验证

   • MaxEnt建模：基于R语言（版本4.3.1）的“dismo”包运行MaxEnt 1.0-3，采用十折交叉验证评估模型性能。模型输入为物种分布点和环境变量，输出为生境适宜性概率图。
     
   • 模型评价：通过受试者工作特征曲线下面积（Area Under the Curve, AUC）评估模型精度（AUC > 0.9表明模型性能优异）。
     

2. 未来分布预测

   • 气候情景：采用两种代表性浓度路径（RCP4.5和RCP8.5），预测2050年（2041–2060平均值）和2070年（2061–2080平均值）的分布变化。
     
   • 空间分析：利用ArcGIS 10.2绘制当前及未来适宜生境图，计算生境增减面积百分比。
     

主要结果
1. 关键环境变量
- T. fedtschenkoi：海拔（贡献率33.8%）和最干月降水量（26.2%）是主要限制因子。
- T. pubescens：海拔（47.9%）、太阳辐射（18.1%）和最暖季降水量（10.8%）起主导作用。
- T. transcaucasicus：土壤有机碳含量（34.6%）和海拔（18.1%）影响最大。

1. 当前分布格局

   • 三种百里香集中分布于伊朗西北部和北部山区（如西阿塞拜疆、马赞德兰省），当前潜在分布范围远超实际记录，表明模型捕捉了未被充分调查的适宜生境。
     

2. 未来分布变化

   • 生境丧失：所有物种在RCP8.5情景下均呈现显著缩减，其中T. pubescens至2070年损失高达29.91%，T. transcaucasicus损失21.09%。
     
   • 空间迁移：物种向高海拔地区收缩，低纬度生境（如库尔德斯坦省）丧失最严重，仅T. transcaucasicus在里海南部获得少量新适宜区。
     

结论与价值
1. 科学意义：首次量化了气候变化对伊朗三种百里香的分布影响，揭示了海拔和土壤有机碳的关键作用，为高山植物响应气候变化的机制研究提供案例。
2. 应用价值：成果可指导保护优先区划定，例如T. pubescens因生境锐减需紧急保护。建议建立动态监测网络，并基于模型预测调整保护区范围。
3. 方法论贡献：MaxEnt模型在有限分布数据下的高精度表现（AUC > 0.9），为类似药用植物的分布预测提供了技术参考。

研究亮点
1. 多情景整合：结合RCP4.5和RCP8.5路径，全面评估气候变化对物种的梯度影响。
2. 跨学科数据融合：整合植物学、气候学与地理信息技术，提升预测可靠性。
3. 保护导向：明确将模型结果转化为管理建议，凸显研究的实践意义。

局限性
未考虑人类活动（如过度放牧）对分布的干扰，未来需结合土地利用变化进一步优化模型。此外，物种迁移能力未被纳入，可能低估未来适应潜力。