《South African Journal of Botany》：Global habitat distribution modelling of
Pergularia daemia: A paradoxical species functioning simultaneously as a medicinal herb and an aggressive weed
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Pergularia daemia作为兼具药用价值与入侵特性的物种，其全球气候适宜性、驱动因子及未来分布通过集成8种算法的ESDM框架量化，揭示当前高适宜区集中于非洲和印度半岛，受年降水量、降水季节性和温度影响显著，2050年适宜区短暂扩张但2070年因气候变暖显著收缩，边缘走廊收缩超90%，生态位分析显示先扩张后收缩的动态。
Preet Mathur | Manish Mathur
印度旁遮普邦帕蒂亚拉市塔帕尔工程技术学院计算机科学系
摘要
Pergularia daemia（Forssk.）Chiov. 在生态和社会经济方面具有双重作用，既作为一种有价值的民族药用植物，又在热带和亚热带干旱地区成为入侵杂草。尽管它具有广泛的适应性，但其气候生态位动态及在气候变化下的未来分布仍缺乏定量研究。
本研究首次对P. daemia在全球范围内的气候适宜性、关键环境驱动因素以及在不同排放情景下的潜在未来分布进行了评估。
共收集了710条空间稀疏化的分布记录，使用集成物种分布模型（ESDM）框架（包括GLM、GAM、MARS、ANN、CTA、SVM、MaxEnt和随机森林等8种算法）进行建模。预测因子包括用于基线建模的生物气候和非生物气候变量，而未来预测（2050年和2070年在RCP 4.5和RCP 8.5情景下）则基于BCC-CSM2-MR GCM模型生成。通过椭球生态位超体积（ENH）分析进一步评估了其生态位动态。当前估计显示，该物种在撒哈拉以南非洲和印度半岛的半干旱地区具有较高适宜性，这种适宜性受年降水量（Bio12）、降水季节性（Bio15）和等温线分布（BIO3）的显著影响。未来预测表明，到2050年适宜气候区域将暂时扩大；然而，这种潜在扩张可能不会转化为实际的栖息地占据。到2070年，适宜性将显著下降，栖息地会明显破碎化，低适宜性区域将大幅增加，尤其是在高排放情景下。对于物种扩散和连通性至关重要的边缘和边缘适宜性走廊将收缩超过90%。
引言
许多植物物种同时具有药用资源和环境入侵杂草的双重特性。典型的例子包括Parthenium hysterophorus L.、Chromolaena odorata（L.）R.M. King 和 H. Rob. 以及Lantana camara L.，这些植物在传统医学中因其抗菌、抗炎或退烧作用而被广泛认可，同时也在生物控制方面具有潜在应用（Harding和Raizada, 2015）。然而，这些物种被归类为全球最具侵略性的外来入侵物种之一，表现出快速繁殖、生态主导地位，并对生物多样性、农业和畜牧业造成重大负面影响。针对这些物种的研究越来越多地整合了生态学和建模方法，包括预测性萌发生态学（Afzal等人，2022）、化感作用（Poudel等人，2024a）、空间模式分析（Gharde等人，2024）以及气候生态位建模（Masum等人，2022；Shabbir等人，2023；Thiney等人，2019）。
相比之下，Pergularia daemia（Forssk.）Chiov. 是一种属于夹竹桃科的多年生藤本植物，原产于全球的热带和亚热带地区，主要因其药用价值而受到关注。它广泛分布于非洲、阿拉伯半岛以及南亚和东南亚地区，传统上用于缓解发热、哮喘、黄疸、肝病和风湿病（Cheikhyoussef等人，2011；Kandeda等人，2017）。植物化学研究发现了β-谷甾醇、木犀草素和橄榄酸等生物活性成分，证实了其广泛的民族药用应用。在马哈拉施特拉邦的Khandesh地区，许多部落居民由于干燥标本的形态和外观相似，无意中将P. daemia作为Tinospora cordifolia的掺假品使用（Patil和Malpathak，2017）。尽管该物种在受干扰的生境（如路边和河岸带）中具有生态韧性，但关于其生态、生态生理和空间分布特征的科学文献却非常有限。与研究更为充分的入侵物种不同，P. daemia>尚未针对现有或预期的气候和土地利用情景建立正式的物种分布模型（如MaxEnt、随机森林或CLIMEX模型），也未对其扩散走廊或空间聚集进行过研究。这表明存在重要的研究空白，因为P. daemia>主要因其药用价值而被研究，其生态行为和区域分布尚未得到充分探索（Jain等人，1998；Sharma等人，2025）。
P. daemia表现出显著的生态适应性，能够在各种条件下繁衍，尤其是在受干扰和过渡性生境中。这种多年生攀缘植物具有乳白色乳胶（图1A）。它常被记录为与极度濒危的灌木Commiphora wightii和濒危树木Tecomella undulata共同出现的杂草（图1A，B）。该物种产生腋生假伞形花序，花序生于延长的花梗上，花朵通常在傍晚开放，花冠呈奶油白色至绿色（图1C）。果实为直立的成对蓇葖果，表面覆盖着反曲的刚毛（图1D）。除了生态特性外，P. daemia>还具有重要的社会经济价值，作为广泛使用的药用植物支持传统医疗实践并促进当地草药市场的发展。然而，在该物种表现出入侵行为的地区，它可能对农作物和放牧系统造成经济损失，需要采取管理措施。这些对比鲜明的角色强调了在生态和社会经济背景下解读未来栖息地变化的重要性。
尽管P. daemia>具有历史上的药用价值、生态生态位特征以及全球范围内的空间分布，但其未来的生长前景仍缺乏充分研究。我们提出通过集成物种分布模型结合气候和非气候预测因子，可以阐明当前和未来的适宜栖息地，评估气候变化情景下的栖息地变化，并为药用保护和入侵物种管理制定双重策略。我们收集了P. daemia>的全球分布数据，并制定了以下研究目标：(a) 使用集成物种分布模型（ESDM）结合SSDM框架中的8种算法（SVM、GLM、GAM、MARS、CTA、ANN、MaxEnt和随机森林）来模拟P. daemia>的当前潜在分布，生成可靠的集成预测；(b) 评估气候因素（温度、降水量、太阳辐射和季度风速）和非气候因素（土地利用）对其空间分布的相对影响；(c) 利用CMIP6的降尺度气候数据，预测2050年和2070年在两种代表性浓度路径（RCP 4.5和RCP 8.5）下的P. daemia>未来分布；(d) 在全球、大陆（非洲）和国家（印度）尺度上识别栖息地适宜性的热点区域，并量化随时间变化的栖息地面积；(e) 将栖息地适宜性划分为不同等级（如最佳、中等、边缘和低适宜性），并评估各等级随时间的变化。本研究提供了基于情景的预测，说明P. daemia>在不同国家的气候适宜性如何变化，为区域特定的生态评估和管理提供依据。在重视其药用价值的地区，这些预测可以支持在气候稳定的避难所内进行可持续采集和保护。而在P. daemia>表现出入侵行为的地区，这些结果有助于有针对性的监测和控制入侵种群。这些基于情境的策略清晰区分了以保护为重点的行动和入侵物种管理，反映了该物种在其分布范围内的不同社会生态角色。
物种记录
物种记录
P. daemia的物种分布数据来自全球数据库，如GBIF（2024年2月16日访问）、印度生物多样性门户（2025年4月3日访问）和GeoCAT（整合了iNaturalist和Flickr；Bachman等人，2011），以及已发表的文献（Gharde等人，2024；Karthishwaran和Miranalini，2010；Kaushik等人，2015；Kandeda等人，2017；Mathur和Sundarmoorthy，2016；Patil和Malpathak，2017），并通过植被调查获得。
结果
经过空间稀疏化处理后，共使用了710条P. daemia>的全球分布数据。这些数据主要集中在热带和亚热带地区，特别是在非洲和南亚。高密度分布集群出现在非洲南部和东部，尤其是南非、肯尼亚、坦桑尼亚、尼日利亚和加纳。在印度半岛也有大量记录，尤其是在泰米尔纳德邦和安得拉邦。
当前分布
P. daemia的区域分布模式表明其与温暖、半干旱至热带地区的生态关系紧密。其在撒哈拉以南非洲和印度半岛的广泛存在与其对干旱、开阔环境的偏好相符，包括灌木丛、路边和未开垦的农田。
结论
本研究利用集成物种分布模型（ESDM）和椭球生态位超体积分析对P. daemia>的全球分布进行了评估，结果表明，该物种的气候适宜性受半干旱条件、中等降水量、较高太阳辐射和特定土地利用类型的强烈影响。当前的热点区域主要分布在撒哈拉以南非洲和印度半岛，这受到BIO12、BIO15和BIO3对栖息地稳定性的影响。
资助
论文中提供的数据/结果/方案完全由第一作者和第二作者的研究工作产生，塔帕尔理工学院（Thapar Institute of Engineering and Technology）、印度农业研究理事会（ICAR）和中央农业研究委员会（CAZRI）不对由此出版物产生的任何责任负责。
作者声明
所有作者均已审阅并批准了本稿的最终版本。本稿为作者的原创作品，此前未在其他地方发表，目前也没有被考虑出版。在准备本稿的过程中，未使用任何生成式AI或AI辅助技术，作者对出版内容负全责。
数据和材料的可用性
本研究中使用的所有空间过滤后的分布记录（n = 710条）均列在补充表Sx中。部分来自机构库的原始记录受访问限制；然而，所有用于建模的数据均公开可用，以确保完全的可重复性。
CRediT作者贡献声明
Preet Mathur：可视化、软件、资源、方法论、概念化。Manish Mathur：撰写初稿、方法论、数据整理、概念化。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
Preet Mathur（印度旁遮普邦帕蒂亚拉市塔帕尔工程技术学院计算机科学与工程系）感谢院长的学术支持。
Manish Mathur感谢ICAR-CAZRI院长批准他参加R编程培训，以提高其使用ENM建模技术的工作能力。
