全 文 ：文章编号:1001 － 4829(2012)06 － 2272 － 07
收稿日期:2012 － 05 － 20
基金项目:湖南省“十二五”重点建设学科 (作物遗传育种
［2011］)项目
作者简介:邓 都(1982 －) ，女，湖南常德人，从事教学科研工
作，13653106@ qq． com，电话:13873678388，* 为通讯作者。
基于生态位和 GIS的宽叶酢浆草在中国的适生性分析
邓 都1，阮 颖2
*
，马 平3，杜 宇4
(1．湖南文理学院生命科学学院，湖南 常德 415000;2．湖南农业大学生物科学技术学院，湖南 长沙 410128;3． 云南省农业科学
院，云南 昆明 650205;4．云南出入境检验检疫局，云南 昆明 650228)
摘 要:在全球气候数据和已知的宽叶酢浆草发生地条件下，利用 CLIMEX，BIOCLIM，DOMAIN等 3 种生态位模型结合地理信息系
统对宽叶酢浆草在我国的适生区进行了预测，并利用 ROC曲线检验了 3 种方法的可靠性。结果表明，其 AUC 值都大于 0． 9，表明
预测结果能够正确的反映宽叶酢浆草在我国的潜在适生区。通过选择合适的预测方法，最终得到宽叶酢浆草在我国的适生范围，
结果表明宽叶酢浆草能广泛分布在华中、华南和西南的大部分地区。
关键词:宽叶酢浆草;生态位模型;地理信息系统;适生性
中图分类号:S545 文献标识码:A
Prediction of Suitable Distributions of Oxalis latifolia in
China by Ecological Niche Models and GIS
DENG Du1，RUAN Ying2* ，MA Ping3，DU Yu4
(1． College of Life Science，Hunan University of Arts and Science，Hunan Changde 415000，China;2． College of Biological Science Technol-
ogy，Hunan Agricultural University，Hunan Changsha 410128，China;3． Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Yunnan Kunming
650224，China;4． Yunnan Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Yunnan Kunming 650228，China)
Abstract:Based on the global climate data and known broad leaf oxalis occurred conditions in the world，using three ecological niche models
such as the CLIMEX，BIOCLIM and DOMAIN，combined with geographical information system，the broad leaf oxalis’s potential suitable
distributions in China was forecasted，meanwhile the reliability of the three methods was tested with ROC curve． The results showed that the
AUC value was greater than 0． 9，indicating that prediction results could correctly reflect the broad leaf oxalis’s potential suitable distribu-
tions in China． By choosing appropriate forecast method，the optimal growth range of broad leaf oxalis in China was found ultimately，and the
results also showed that broad leaf oxalis could widely distributed in most regions of the central，southern and southwestern in China．
Key words:Oxalis latifolia;Fecological Niche Models;GIS;Suitable distribution area
宽叶酢浆草(Oxalis latifolia)属牻牛儿苗目
(Geraniales)酢浆草科(Oxalidaceae) ，是一种生长在
潮湿的热带和亚热带地区(尤其是在高海拔地区)
的草本植物，是印度，新西兰，澳大利亚，南非和乌干
达的主要杂草。主要生长在木薯，玉米，旱稻，茶叶，
马铃薯，咖啡，谷物，甘蔗，果园和蔬菜等作物地和种
植园里［1］。据报道，如果不控制宽叶酢浆草生长，
能使玉米减产 56 %［2］。其鳞茎可以一直处于休眠
状态，只有在低温(5 ℃下持续 3 周)或干热(45 ℃
下持续几个小时)的环境下才能被打破［3］，生存能
力极强。一般用人工或机械方法很难将其根除［4］，
用熏蒸剂除草能够起到一定的作用。近几年，我国
也有局部发现宽叶酢浆草的报道，因其危害性，一旦
入侵我国，会对我国的农作物种植园造成严重破坏。
因此，很有必要开展对宽叶酢浆草在中国潜在适生
区研究。
本研究利用 3 种生态位模型和 ArcGIS 地理信
息系统对宽叶酢浆草在我国潜在适生区进行了预
测，为我国对宽叶酢浆草制定检疫措施和防止其入
侵提供理论指导。
1 材料与方法
1． 1 数据及来源
1． 1． 1 物种分布信息 宽叶酢浆草原产于中美洲
2722
西 南 农 业 学 报
Southwest China Journal of Agricultural Sciences
2012 年 25 卷 6 期
Vol. 25 No. 6
DOI:10.16213/j.cnki.scjas.2012.06.027
和南美洲的赤道地区，是世界性的农田杂草，危害性
极大［5］。采用国内外部分已经发表的相关论文和
物种数据库［6］对宽叶酢浆草分布地点信息进行收
集，得到世界范围内已知有宽叶酢浆草分布的地点，
共 285 个。根据 DIVA-GIS软件要求，将宽叶酢浆草
的实际分布点按分布点经度和分布点纬度顺序储存
转化为 shp格式的文件。
宽叶酢浆草原产于中美洲的墨西哥等地，在墨
西哥、哥伦比亚，委内瑞拉，厄瓜多尔和秘鲁均有分
布。因此，可将墨西哥作为宽叶酢浆草适生基准区。
结合 CLIMEX系统中自带的气象点现状，选择有宽
叶酢浆草分布且为害严重的 2 个气候站点(韦拉克
鲁斯 veracruz，坎佩切 campeche)为代表的基准点，
基准点的地理距离相距较远，在基准点，认为宽叶酢
浆草完全适生。
1． 1． 2 生态位模型及工具 本文使用常用的
CLIMEX，BIOCLIM，DOMAIN 等生态位模型作为分
析模型。BIOCLIM，DOMAIN 生态位模型的适生区
分析和 ROC 曲线分析使用 DIVA-GIS 软件:从 ht-
tp:/ /www． Diva-gis． org /下载，版本 5． 4。CLIMEX
分析采用 CLIMEX软件(由澳大利亚科学与工业研
究组织，Commonwealth Scientific and Industrial Re-
search Organization，CSIRO开发)进行分析。地图处
理利用 ArcGIS的空间分析模块进行，ArcGIS9． 3 使
用 1∶ 400 中国地图作为分析底图，在国家基础地理
信息中心http:/ /nfgis． nsdi． gov． cn /下载。
1． 1． 3 环境数据 BIOCLIM，DOMAIN 等生态位模
型使用的环境数据是广泛应用于生态位模型预测的
全球气候数据集 (WORLDCLIM)中的 19 个生物气
候。使用环境数据集的空间分辨率为 2 ～ 5 min。数
据可从网上下载得到，下载地址为 http:/ /www．
worldclim． org /。
CLIMEX分析采用 CLIMEX 软件系统中自带的
世界气象数据库，具有 2031 个地点(中国 85 个)的
气象数据，包括月平均降水量、日最高气温、日最低
气温、9:00 和 15:00 的空气相对湿度;中国气象数
据采自 1952 ～ 2000 年 756 个中国气象站点(不含台
湾地区)的地面气候资料，筛选其中 616 个完整的
气象站点气候数据通过 CLIMEX 的 MetManager 转
换，与上述 85 个点的数据一起，建立中国气候数据
库。
1． 2 适生性分析方法
Bioclim模型是 Nix 在 1986 年提出来的框架模
型，该模型是利用已有的物种分布资料和环境数据
产生以生态位为基础的物种生态需求，从而得到物
种的适生区分布范围［7］。DOMAIN模型是利用已知
的物种分布数据进行点点相似矩阵分类，对各分布
点的关系进行欧式距离计算，然后对多维距离进行
分类，得到物种的适生区分布范围。
1． 2． 1 Bioclim 模型和 DOMAIN 模型通过 DIVA-
GIS来计算 具体方法如下:从宽叶酢浆草分布点
中选择一定比例(75 %)的点作为训练点集，剩下
25 %的物种分布点和随机选取 10 倍于物种分布点
的背景点作为测试点集。利用 DIVA-GIS 得到两个
shape图层，一个是训练点图层，一个是测试点图层
(图 1)。
图 1 宽叶酢浆草的训练点和测试点图层
Fig． 1 The train and test dataset of O． latifolia
37226 期 邓 都等:基于生态位和 GIS的宽叶酢浆草在中国的适生性分析
将分布数据图层和环境数据导入 DIVA-GIS，用
BIOCLIM模型和 DOMAIN 模型对训练数据进行参
数训练、预测，运行得出全球气候条件下宽叶酢浆草
的适生区数据，除去中国以外的其它适生区数据，最
终得到宽叶酢浆草在中国的潜在适生区图。
利用 CLIMEX气候模型预测时，由于对宽叶酢
浆草的生物学特性的研究资料较少，而发生危害的
地点数据较为清晰，研究采用 CLIMEX 的地点比较
模块。利用 CLIMEX模型的地理气候比较模块的具
体方法是，对选择的 2 个气候基准点进行分析，比较
2 个点的气候相似程度，并用宽叶酢浆草的实际分
布区来检验气候基准点的正确性。利用选择的 2 个
基准点和 CLIMEX 气候数据(包括新增的中国 616
个气象点)进行气候比较，得到宽叶酢浆草的中国
潜在适生区数据，提取我国的 701 个气候点的气候
总相似性系数。CLIMEX 模型中，当气候总相似性
系数大于 0． 6 时，气候基本相似［8］，同时根据 CLIM-
EX模型对气候总相似性系数的默认设定［9］和宽叶
酢浆草的实际为害程度，将宽叶酢浆草在我国潜在
分布区划分为 4 个适生等级，即非适生区(EI = 0)、
低度适生区(0 ＜ EI≤10)、中度适生区(10 ＜ EI≤
20)、高度适生区(EI≥20) ，并通过点状图显示出来
适生的强弱。
1． 2． 2 适生结果的地图化 Bioclim模型和 DOMAIN
模型通过 DIVA-GIS分析得到 2 个表示适生分布的
grd文件，利用中间文件(． BIL)对数据的转化，生成
ArcGIS能够识别的 ESRI 栅格文件，消除中国地图
以外的数据，得到宽叶酢浆草在我国的潜在适生范
围。
对 CLIMEX模型生产的 2 个基准点的点状适生
数据文件利用 GIS空间分析模块的反距离加权插值
法(IDW)计算后，形成面状图来表现不同风险级别
适生区之间过渡特征［10 ～ 11］。然后对 2 个图层利用
GIS空间分析模块中的图层运算器(Map Calcula-
tion)对 2 个图层进行代数学运算，最终获得一个连
续的面状图层即宽叶酢浆草在我国的潜在适生范
围。
ArcGIS 9． 2 利用 1 ∶ 400 中国地图作为分析底
图，在国家基础地理信息中心http:/ /nfgis． nsdi． gov．
cn /下载。基准点气候相似性比较使用的地图采用
CLIMEX自带美国地图。
1． 2． 3 适生结果数据验证 本文利用 ROC 曲线分
析法抽取宽叶酢浆草测试点集的预测值计算 AUC
(area under curve)值，来判断 CLIMEX，BIOCLIM，
DOMAIN等生态位模型对宽叶酢浆草适生区预测的
效果。ROC(Receiver Operating Characteristic)曲线
分析法开始是应用于雷达信号分析，AUC 最初是应
用于雷达信号接收能力的评价［12］，后来广泛应用
于医学显像领域，常用于诊断试验评价［13］。
2 结果与分析
2． 1 宽叶酢浆草的分布现状
宽叶酢浆草原产中美洲和南美洲的赤道地区，
现已经扩散到非洲，亚洲和大洋洲，在南非和新西兰
等亚热带地区也有分布。
主要的分布地区包括欧洲的法国、爱尔兰、葡萄
牙、西班牙、英国等，亚洲的不丹、中国台湾、印度
(喜马偕尔邦、卡纳塔克邦、泰米尔纳德邦、北方
邦)、印尼、伊朗、尼泊尔、斯里兰卡;非洲的刚果、埃
塞俄比亚、肯尼亚、毛里求斯、莫桑比克、尼日利亚、
卢旺达、南非、坦桑尼亚、乌干达、赞比亚津、巴布韦
等，中美洲和加勒比地区的墨西哥、萨尔瓦多、危地
图 2 全球范围内宽叶酢浆草的主要分布点(摘自 Aritz R E，等 2008)
Fig． 2 Present distribution map of O． latifolia of the world(Aritz R E，et al． 2008)
4722 西 南 农 业 学 报 25 卷
图左是以坎佩切 Campeche为基准点的宽叶酢浆草在我国的气候点适生结果，图右是以韦拉克鲁斯 Veracruz是为基准点的宽
叶酢浆草在我国的气候点适生结果
图 3 2 个基准点的气候相似程度
Fig． 3 The climatic matching value of Campeche，Veracruz
马拉、洪都拉斯等;南美洲的玻利维亚、巴西(米纳
斯吉拉斯州、圣保罗)、哥伦比亚、厄瓜多尔、秘鲁、
乌拉圭;大洋洲的澳大利亚(新南威尔士州、昆士兰
州、塔斯马尼亚、维多利亚、西澳)和新西兰［1，14 ～ 15］。
通过资料收集和整理，将已知有宽叶酢浆草的
分布区形成分布表，具体分布点(图 2) ，并将其转化
为 DIVA-GIS识别的格式进行分析。
2． 2 气候点数据的比较
对 2 个基准点与中国气候数据的比较分析，得
到气候总相似性系数，采用 ArcGIS生成点状适生图
层(图 3) ，2 个基准点在我国气候点的气候相似性
基本一致，宽叶酢浆草在我国的适生区主要在华中、
华南部分地区和西南的大部分地区。
利用 Bioclim 模型和 DOMAIN 模型对宽叶酢浆
草的在全球范围内的适生区计算，得到宽叶酢浆草
在全球的适生范围(图 4)。通过与图 2 对比可知，
Bioclim模型和 DOMAIN 模型分析出潜在适生区域
和现有分布区有很大的相似性，并与 Aritz R E 等
2008 的报道相吻合。
说明利用 2 个已知气候点为基准点进行 Climex
分析及利用 Bioclim 模型和 DOMAIN 模型进行适生
区域预测，其结果能够反映宽叶酢浆草的适生区域，
能够利用这些方法进行适生性预测，生成的适生图
能够反映宽叶酢浆草的潜在适生区。
2． 3 宽叶酢浆草的预测适生区结果验证
采用 CLIMEX模型对宽叶酢浆草在我国的适生
区进行预测，将气候相似系数经 ARCGIS 插值处理
后，用图层运算器对 2 个图层进行代数运算，分别得
上图为 Bioclim分析结果，下图为 DOMAIN分析
图 4 全球范围内宽叶酢浆草的主要潜在分布区
Fig． 4 Distribution of O． latifolia in China by Bioclim and DOMAIN
57226 期 邓 都等:基于生态位和 GIS的宽叶酢浆草在中国的适生性分析
左上为以韦拉克鲁斯 veracruz为基准点的 CLIMEX分析结果，右上以坎佩切 Campeche为基准点的 CLIMEX分析结果，左下为 BIO-
CLIM分析结果，右下为以 DOMAIN分析结果
图 5 CLIMEX，BIOCLIM，DOMAIN模型预测结果
Fig． 5 The potential distribution map of O． latifolia by CLIMEX，BIOCLIM，DOMAIN
到宽叶酢浆草潜在的适生区(图 5)。利用 Bioclim
模型和 DOMAIN 模型进行适生区域预测的结果进
行文件数据转化，在 ARCGIS 中形成宽叶酢浆草的
潜在适生区(图 5)。由于各自预测的适生区分布图
有一定的差异，需采用 ROC 曲线分析对各自的适生
结果进行验证，选择最合适的预测方法进行预测。
近年来 ROC 曲线分析法在物种潜在分布预测
模型评价中应用越来越广泛［16］。ROC 曲线是以预
测结果的每一个值作为可能判断界值，其计算得到
相应的灵敏度和特异度。AUC 值是 ROC 曲线与 x
轴所围成的面积值，ROC 曲线是以假阳性率为横坐
标，真阳性率为纵坐标形成的曲线。以韦拉克鲁斯
和坎佩切 2 个气候点为基准点基于 CLIMEX预测的
的宽叶酢浆草的适生区数值进行计算，得到 AUC 值
为 0． 936 和 0． 919。基于全球气候数据集采用 BIO-
CLIM，DOMAIN 预测的宽叶酢浆草的适生区数值进
行计算，得到 AUC 值为 0． 909 和 0． 905，ROC 曲线
(图 6)。一般认为 AUC 值为 0． 5 ～ 0． 7 时，诊断价
值较低;为 0． 7 ～ 0． 9 时，诊断价值中等;大于 0． 9
时，诊断价值较高［17］。由此可见利用 CLIMEX，BIO-
CLIM，DOMAIN 等生态位模型对宽叶酢浆草的预测
的效果较好，能够正确反映宽叶酢浆草的适生区分
布。其中，以韦拉克鲁斯 veracruz 气候点为基准点
的 CLIMEX预测效果最好，最终选择该预测结果为
最终结果。
6722 西 南 农 业 学 报 25 卷
左上为韦拉克鲁斯为基准点的 CLIMEX预测结果的 ROC曲线，左下为坎佩切基准点的 CLIMEX预测结果的 ROC 曲线，右上为 BIOCLIM预
测结果的 ROC 曲线，右下为 DOMAIN预测结果的 ROC 曲线
图 6 CLIMEX，BIOCLIM，DOMAIN模型预测结果的 ROC 曲线
Fig． 6 The ROC curves of CLIMEX，BIOCLIM，DOMAIN
2． 4 宽叶酢浆草在我国的适生区分布
对以韦拉克鲁斯 veracruz 气候点为基准点的
CLIMEX预测数据通过 ArcGIS 插值处理后(图 7) ，
宽叶酢浆草在我国的适生区主要为华中、华南和西
南的大部分地区。
如图 7 所示，宽叶酢浆草在我国的适生区主要
在华中、华南和西南的大部分地区，具体分布区包
括:高度适生区:云南，广西、四川东部，重庆，海南，
广东。中度适生区:云南少数地区、四川中部、贵州、
湖南、广西北部，广东北部、湖北、江西部分地区、安
徽、江苏、浙江、福建局部地区。低度适生区:湖南少
数地区、江西中北部、河南、山西南部、陕西南部、山
东。非适生区:新疆、西藏、青海、甘肃、内蒙古、黑龙
江、吉林、辽宁，陕西中北部，山西中北部、河北。
图 7 宽叶酢浆草在中国的潜在适生区分布
Fig． 7 The potential distribution map of Oxalis latifolia in China
77226 期 邓 都等:基于生态位和 GIS的宽叶酢浆草在中国的适生性分析
3 讨 论
本研究利用 3 种生态位模型结合 GIS软件对宽
叶酢浆草在我国的适生区进行了研究，对 3 种模型
的预测准确性进行了比较，选择了最合适的 1 种进
行了最终预测。根据初步的预测结果，宽叶酢浆草
在我国潜在适能够适生的地区范围较广，主要在华
中以南的地区，其中我国的云南，广西、四川东部，重
庆，海南，广东等地区非常适合宽叶酢浆草的适生，
这与宽叶酢浆草的实际分布纬度有极大的相似。
通过对 3 种模型的预测结果与其实际分布区域
的比较验证，结果显示宽叶酢浆草实际分布地区的
预测结果与实际分布基本吻合。经 ROC 曲线检验
各地的 AUC 值，均大于 0． 9，表明 3 种模型的预测
结果能够反映宽叶酢浆草在我国的潜在适生区。
CLIMEX数据经插值分析所得的潜在适生区可
显示台湾地区的适生程度，但由于缺乏台湾地区详
细气候资料，不是插值分析时权重的观测点，结果不
能代表台湾地区潜在适生区。
3 种模型的预测结果采用地理信息系统软件进
行地图表达，能直观的显示出宽叶酢浆草的适生区，
能够很好的应用到今后的预报预测。
本研究只采用常见的环境变量，还有影响宽叶
酢浆草适生的其他因素，综合的因素越多，其适生的
预测结果就越精确。因此，在下一步试验中，应综合
考虑其他影响宽叶酢浆草适生的因素，并通过不同
的预测模型对其可能的适生区进行深度分析，使预
测结果更加准确。
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( 责任编辑 陈 虹)
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