Prediction of potentially suitable areas for Agropyron mongolicum to enhance its distribution

doi:10.11686/cyxb2024138

Abstract

Abstract:

Agropyron mongolicum， a plant under second-level key protection in China， posess strong drought resistance and adaptability. Hence， this species has significant value for the restoration of desert grassland vegetation and as a genetic resource for wheat （Triticum aestivum） breeding. Because A. mongolicum is sensitive to changes in environmental factors， it is important to identify its optimal habitat conditions to forecast its potential distribution under various climate scenarios； such information will provide crucial guidance for its conservation. In this study， a maximum entropy model was constructed using 119 accurate distribution records and data for 39 environmental variables. The model， which was implemented in ArcGIS software， was used to predict the current and future suitable growth areas for A. mongolicum under two different climate scenarios （SSP1-2.6 and SSP5-5.8）. The results show that precipitation of wettest month， seasonal variation coefficient of temperature， and soil pH are the primary natural factors influencing the distribution of A. mongolicum. At present， suitable growth areas for A. mongolicum are predominantly in northern China’s arid zones， with large populations distributed along the borders of Inner Mongolia， Shaanxi， and Ningxia. Under both projected climate scenarios， the suitable habitat for A. mongolicum is expected to shift westward to varying extents. Under future climate change scenarios， the overall distribution pattern of A. mongolicum’s potential growth areas will resemble the current one， but there will be substantial changes in suitability for A. mongolicum growth. Highly suitable areas for A. mongolicum are projected to migrate northward under these future climate scenarios， primarily to central Inner Mongolia. Consequently， conservation efforts for A. mongolicum should concentrate on areas which currently have dense communities and pay attention to potential future habitats in central Inner Mongolia.

Key words: Agropyron mongolicum, maximum entropy model, ArcGIS software

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Figures/Tables 12

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变量Variable	描述Description	单位Unit
Bio1	年平均温度 Average annual temperature	℃
Bio2	昼夜温差月均值 Monthly mean temperature difference between day and night	℃
Bio3	昼夜温差与年温差比值Temperature difference between day and night/annual temperature difference	%
Bio4	气温季节性变动系数 Seasonal variation coefficient of temperature
Bio5	最热月最高温 Max temperature of warmest month	℃
Bio6	最冷月最低温 Min temperature of coldest month	℃
Bio7	年温度变化范围 Temperature annual range	℃
Bio8	最湿季均温 Mean temperature of wettest quarter	℃
Bio9	最干季均温 Mean temperature of driest quarter	℃
Bio10	最暖季均温 Mean temperature of warmest quarter	℃
Bio11	最冷季均温 Mean temperature of coldest quarter	℃
Bio12	年均降水量 Annual precipitation	mm
Bio13	最湿月降水量 Precipitation of wettest month	mm
Bio14	最干月降水量 Precipitation of driest month	mm
Bio15	季节性降水量 Precipitation seasonality	mm
Bio16	最湿季降水量 Precipitation of wettest quarter	mm
Bio17	最干季降水量 Precipitation of driest quarter	mm
Bio18	最暖季平均降水量 Mean precipitation of warmest quarter	mm
Bio19	最冷季平均降水量 Mean precipitation of coldest quarter	mm
aws_class	土壤有效水含量 Available water content of soil （AWC）	%
s_clay	亚表层土壤黏粒组分 Subsoil clay fraction	重量百分比（wt.%）
t_bs	盐基饱和度 Topsoil base saturation	%
t_cacos3	碳酸盐或石灰含量 Topsoil calcium carbonate	重量百分比（wt.%）
t_cacos4	硫酸盐含量 Topsoil gypsum	重量百分比（wt.%）
t_cec_clay	黏性层土壤的阳离子交换能力Topsoil cation exchange capacity （CEC）（clay）	comL·kg^-1
t_cec_soil	表层土壤阳离子交换量Topsoil cation exchange capacity （CEC）（soil）	comL·kg^-1
t_ece	电导率Soil conductivity （Elco）	ds·m^-1
t_esp	可交换钠盐Soil exchangeable sodium （ESP）	%
t_gravel	表层土壤砾石含量Topsoil gravel content	体积百分比（vol.%）
t_oc	有机碳含量Topsoil organic carbon	重量百分比（wt.%）
t_ph_h₂o	酸碱度Topsoil pH （H₂O）
t_ref_bulk	土壤容重Topsoil reference bulk density	g·cm^-3
t_sand	沙含量Topsoil sand fraction	重量百分比（wt.%）
t_silt	表层土壤粉粒组分Topsoil silt fraction	重量百分比（wt.%）
t_teb	交换性盐基Topsoil exchange base （TEB）	comL·kg^-1
t_usda_tex	USDA土壤质地分类Topsoil USDA texture classification
elev	海拔 Elevation	m
slope	坡度 Slope	°
aspect	坡向 Aspect	°

变量Variable	描述Description	单位Unit
Bio1	年平均温度 Average annual temperature	℃
Bio2	昼夜温差月均值 Monthly mean temperature difference between day and night	℃
Bio3	昼夜温差与年温差比值Temperature difference between day and night/annual temperature difference	%
Bio4	气温季节性变动系数 Seasonal variation coefficient of temperature
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Bio7	年温度变化范围 Temperature annual range	℃
Bio8	最湿季均温 Mean temperature of wettest quarter	℃
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Bio12	年均降水量 Annual precipitation	mm
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t_sand	沙含量Topsoil sand fraction	重量百分比（wt.%）
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t_teb	交换性盐基Topsoil exchange base （TEB）	comL·kg^-1
t_usda_tex	USDA土壤质地分类Topsoil USDA texture classification
elev	海拔 Elevation	m
slope	坡度 Slope	°
aspect	坡向 Aspect	°

分布概率 Distributed probability	评价等级 Evaluation level
P<0.16	非适生区 Uninhabitable area
0.16≤P<0.30	低适生区 Low suitable area
0.30≤P<0.60	中适生区 Medium suitable area
0.60≤P<1.00	高适生区 High suitable area

分布概率 Distributed probability	评价等级 Evaluation level
P<0.16	非适生区 Uninhabitable area
0.16≤P<0.30	低适生区 Low suitable area
0.30≤P<0.60	中适生区 Medium suitable area
0.60≤P<1.00	高适生区 High suitable area

变量 Variable	贡献率 Percent contribution （%）	重要值 Permutation importance
Bio13 最湿月降水量Precipitation of wettest month	46.8	41.8
Bio4气温季节性变动系数Seasonal variation coefficient of temperature	33.9	41.0
t_ph_h₂o 酸碱度Topsoil pH （H₂O）	7.4	2.6
Bio1 年平均温度Average annual temperature	5.3	6.8
t_sand 沙含量Topsoil sand fraction	2.9	0.7
elev 海拔Elevation	2.7	6.1
Bio15 季节性降水量Precipitation seasonality	0.6	0.6
Bio3 昼夜温差与年温差比值 Isothermality	0.3	0.5