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基于GARP和MAXENT的空心莲子草在中国的入侵风险预测

作　者: 刘欣
导　师: 孙希华
学　校: 山东师范大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 空心莲子草 GRAP MAXENT ROC曲线生物入侵
分类号: S451
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着经济的发展和科技的进步，世界各国家地区之间的交流更加频繁，联系更加紧密。伴随着文化、信息和经济的全球化，外来物种入侵的成功几率也大大增加，部分外来种成功入侵后种群大爆发，难以控制，不仅破坏当地的生态系统，造成当地生物物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性的锐减，同时对农林牧渔业造成巨大的经济损失，威胁人类健康。生物入侵已经是导致全球生物多样性锐减的第二大原因，也是最棘手的三大环境问题之一。空心莲子草原产自南美洲，自20世纪30年代作为马饲料在上海郊区被侵华日军引种栽培，50年代又作为猪羊饲料在南方省市推广栽培后，大量逸生导致草灾。由于空心莲子草是多年生宿根草本植物，生命力旺盛，抗逆性强，生长繁殖迅速，水陆均可生长且在水生环境中生长迅速，经常覆盖水域，堵塞水道，影响淡水养殖和农田灌溉，在河道中滋生大量蚊蝇，危害人类健康，破坏城市景观，成为世界公认的恶性杂草之一，2003年已被列入国家环保总局公布的“中国第一批外来入侵生物名单”，是一种典型的外来入侵种。由于空心莲子草特有的生态抗逆性和营养生殖方式，使得当前已有的各种防除手段都难以彻底有效地治理空心莲子草，并且防除消耗的成本很大，因此预防其入侵比入侵后控制其大规模爆发更为有效且经济。鉴于此种目的，预知空心莲子草的未来扩散区域，提前做好防除措施，是本文研究的初衷。当前，有很多基于气候匹配法的生态风险预测模型用于预测物种潜在分布，本文就是分别基于GARP生态位模型和MAXENT最大熵模型预测了空心莲子草在中国范围内的潜在分布。首先，将预测潜在分布区划分了五个风险等级：严重威胁区（OV≥90%）、潜在威胁区(70%≤OV <90%)、适宜生长区(50%≤OV <70%)、可以生长区(30%≤OV<50%)和不适宜生长区(OV <30%)，其中OV在GARP生态位模型中代表重叠值，在MAXENT最大熵模型中代表物种在该栅格中出现的概率；然后，分别用ROC曲线评价两种预测结果，根据得到的AUC值，通过赋予GARP生态位模型权重为0.8，MAXENT最大熵模型权重为0.2的方式将两种预测结果结合起来，汲取各模型的优点，从而得到更精确的预测结果；最后对空心莲子草在我国的潜在分布区综合分析后，根据威胁区占各自省份地区的百分比将全国划分为5个风险等级：威胁区（威胁区≥99%）、扩散区（90%<威胁区<99%）、适宜区（50%<威胁区≤90%）、可生长区（0<威胁区≤50%）、安全区（威胁区=0），根据不同的风险等级对相应的各省份提出不同的防治措施。结果显示，上海市、香港特别行政区、江苏省三个地区的威胁区占全区面积百分比已达到或接近达到100%，为威胁区；广东省、广西壮族自治区、江西省、福建省、安徽省、湖南省、浙江省的威胁区占全区面积百分比均大于90%，处于扩散区；贵州省、河南省、湖北省、重庆市、云南省、台湾省的威胁区占全区面积百分比均位于50%-90%之间，为适宜区；山东省、海南省、四川省、陕西省、河北省、山西省、西藏藏族自治区、甘肃省八个省份的威胁区占全区面积的百分比小于50%，为可生长区；其余9个省市范围内无威胁区，称之为安全区。威胁区和扩散区主要以治理为主要防除手段，适宜区和可生长区以控制空心莲子草营养器官外流和物种爆发为主要防除手段，而其他处于安全区的省份则主要宣传外来种入侵危害，增强人们生态意识为主要任务。

全文目录

中文摘要  6-8
Abstract  8-10
1 引言  10-25
  1.1 生物入侵  10-15
    1.1.1 基本概念  10-11
    1.1.2 外来入侵种的概念  11-13
    1.1.3 生物入侵的危害  13-15
  1.2 影响外来物种入侵的因素  15-17
  1.3 中国外来入侵植物种类构成及来源地分析  17-19
    1.3.1 外来入侵植物的种类构成  17-18
    1.3.2 外来入侵植物来源地分析  18-19
  1.4 空心莲子草研究现状  19-24
    1.4.1 空心莲子草特征  19-22
    1.4.2 研究意义  22-23
    1.4.3 国外研究现状  23
    1.4.4 国内研究现状  23-24
  1.5 技术方法和路线  24-25
2 中国空心莲子草分布概况和相关模型介绍  25-30
  2.1 中国空心莲子草的分布概况  25-27
  2.2 空心莲子草风险预测相关模型介绍  27-30
    2.2.1 GARP  27-28
    2.2.2 MAXENT  28
    2.2.3 其他模型  28-30
3 数据处理方法  30-45
  3.1 研究范围  30
  3.2 GIS 软件平台  30-31
  3.3 标本数据来源  31-32
  3.4 环境变量选择  32-37
  3.5 数据预处理  37-45
    3.5.1 坡度因子的生成  37-38
    3.5.2 气候变量的生成  38-39
    3.5.3 水文变量的生成  39-40
    3.5.4 派生变量的生成  40-45
4 中国空心莲子草入侵风险预测过程研究  45-66
  4.1 预测外来物种入侵的方法  45-46
  4.2 应用 GARP 模型对空心莲子草入侵风险预测  46-50
    4.2.1 预测过程  46-47
    4.2.2 入侵风险分析  47-49
    4.2.3 环境影响因子分析  49-50
  4.3 应用 MAXENT 模型对空心莲子草入侵风险预测  50-52
    4.3.1 预测过程  50
    4.3.2 入侵风险分析  50-52
    4.3.3 环境影响因子分析  52
  4.4 应用 ROC 曲线对 GARP 和 MAXENT 模型精度检验  52-59
    4.4.1 ROC 曲线介绍  54-55
    4.4.2 GARP 模型精度检验  55-58
    4.4.3 MAXENT 模型精度检验  58
    4.4.4 模型精度比较  58-59
  4.5 空心莲子草入侵风险评估  59-64
    4.5.1 模型权重选择  59
    4.5.2 预测结果分析  59-64
  4.6 防治措施建议  64-66
5 结论和展望  66-68
  5.1 结论  66
  5.2 展望  66-68
参考文献  68-70
攻读学位期间发表的学术论文和参与课题  70-71
致谢  71-72

基于GARP和MAXENT的空心莲子草在中国的入侵风险预测

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