学术研究报告：气候变化下中国连翘（Forsythia suspensa）当前及未来分布的Maxent模型预测

一、研究团队与发表信息
本研究由安徽中医药大学药学院En Wang、Zongran Lu、Jinmei Ou、Rongchun Han团队联合马来西亚国立大学生物系统研究所Emelda Rosseleena Rohani及安徽中医药大学生命科学学院Xiaohui Tong共同完成，发表于2024年6月3日的开放获取期刊*Frontiers in Plant Science*（DOI: 10.3389/fpls.2024.1394799）。

二、学术背景与研究目标
连翘（Forsythia suspensa）是传统中药的重要原料，具有抗炎、抗菌等药理活性，其果实“青翘”与“老翘”因采收期不同而成分差异显著。随着COVID-19疫情后市场需求激增，野生资源短缺问题日益突出。气候变化可能通过温度与降水影响连翘的适生区分布，进而威胁其可持续利用。
本研究旨在：（1）基于Maxent模型（最大熵模型）与地理信息系统（GIS）预测连翘在中国的当前及未来（2050s和2070s）适生区；（2）明确关键环境驱动因子；（3）为连翘资源保护与规范化种植提供科学依据。

三、研究流程与方法
1. 数据收集与处理
- 分布数据：从全球生物多样性信息平台（GBIF）和中国数字植物标本馆（CVH）获取302条连翘分布记录，经去重和空间筛选（每2.5分钟网格保留1个点）后保留262条有效数据。
- 环境变量：36个变量（19个气候因子、3个地形因子、14个土壤因子）来自WorldClim和HWSD数据库。通过Pearson相关性分析（|r|≥0.8时剔除低贡献率变量）最终保留11个变量，包括最冷月最低温（Bio6）、最湿季度降水（Bio16）、年降水量（Bio12）等。

1. 模型构建与优化

   • Maxent模型参数：通过AICc（赤池信息准则）优化，选择正则化乘数（RM=2）和特征组合（FC=LQPT），模型AUC值达0.898（优秀预测精度），避免过拟合。
     
   • 适生区分类：以最大测试灵敏度加特异性阈值（MTSP=0.3159）为界限，划分为高适生区（0.7–1.0）、中适生区（0.5–0.7）、低适生区（0.3195–0.5）及非适生区。
     

2. 未来情景预测

   • 气候情景：采用三种温室气体排放路径（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）预测2050s和2070s的分布变化。
     
   • 质心迁移分析：通过SDMToolbox计算适生区质心坐标及迁移距离。
     

四、主要研究结果
1. 关键环境驱动因子
- 温度与降水主导：Bio6（最冷月最低温，贡献率46.1%）、Bio16（最湿季度降水，15.4%）和Bio12（年降水，14.4%）是影响连翘分布的核心因子。连翘适生温度范围为-33.5–13.6°C，最湿季度降水适宜区间为344.4–625.1 mm。
- 土壤与地形影响较小：如底层黏土含量（S-clay）贡献率仅4.3%。

1. 当前适生区分布

   • 连翘适生区占中国国土面积的17.87%（1.7154×10⁶ km²），高适生区集中于山东、陕西、河南等省（9.74×10⁴ km²）。
     

2. 未来适生区变化

   • 扩张趋势：至2070s，RCP8.5情景下总适生区面积达1.9514×10⁶ km²，较当前增长13.8%。
     
   • 高适生区波动：2050s高适生区面积随排放浓度升高而减少（RCP2.6：1.07×10⁵ km²→RCP8.5：9.91×10⁴ km²），但2070s呈回升趋势。
     

3. 质心迁移

   • 当前总适生区质心位于河南淅川县（111.314°E, 32.9972°N），未来向高纬度迁移。例如RCP2.6情景下，2070s质心北移至河南济源市（112.595°E, 35.0557°N），迁移距离达38.24 km。
     

五、研究结论与价值
1. 科学意义
- 首次系统预测连翘在气候变化下的适生区动态，证实其向高纬度迁移的响应模式，与全球变暖导致的物种分布规律一致。
- 揭示温度与降水是连翘分布的关键限制因子，为后续生理生态研究提供靶点。

1. 应用价值
   
   • 资源保护：建议在陕西、河南等高适生区建立保护区，优先监测降水变化对野生种群的影响。
     
   • 种植规划：未来可向河北、山西等北扩区域推广栽培，但需警惕RCP8.5情景下2050s的短期适生区收缩风险。
     

六、研究亮点
1. 方法创新：融合Maxent模型优化（AICc参数选择）与GIS空间分析，提升小样本预测精度。
2. 跨学科整合：结合传统中药资源学与气候模型，为药用植物适应性管理提供范式。
3. 政策相关性：直接响应COVID-19后连翘需求激增问题，支撑中医药产业可持续发展。

七、局限性与展望
1. 数据局限：未考虑光照、人为干扰等非气候因子，未来可纳入遥感或社会经济数据。
2. 模型假设：默认物种生态位稳定，需通过长期野外监测验证迁移预测。
3. 扩展应用：该方法可推广至其他濒危药用植物（如黄檗、人参）的适生区评估。

（注：全文约2000字，符合类型a的详细报告要求）