千金子生態(tài)適宜性區(qū)劃研究

陳博，朱田田，呂蓉，晉玲，2

1.甘肅中醫(yī)藥大學藥學院，甘肅 蘭州 730000；2.中（藏）藥資源研究所，甘肅 蘭州 730000

千金子Leptochloa chinensis（L.）Nees.為禾本科Gramineae 千金子屬一年生草本濕生性植物。研究表明，千金子中含有總氮、粗蛋白、氨基酸、胡蘿卜素、鐵等營養(yǎng)成分，其胡蘿卜素的含量極為豐富，具有較高的營養(yǎng)價值[1]。因此，為保證千金子的品質(zhì)，選擇適宜地區(qū)進行人工栽培是目前最行之有效的方法。筆者通過查閱資料和實地采樣，收集全國不同產(chǎn)區(qū)千金子樣點信息149 個，結(jié)合環(huán)境因子數(shù)據(jù)，采用最大熵（MaxEnt）模型預(yù)測千金子生態(tài)適宜分布區(qū)，并利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)將其表現(xiàn)出來，以期為優(yōu)質(zhì)千金子的人工栽培選育提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 分布信息

通過自采和查閱中國數(shù)字植物標本館（http://www.cvh.org.cn./cms），共收集149 份千金子樣點分布信息。樣點分布詳見圖1，具體樣點分布信息見表1。將實驗所需物種信息存儲為MaxEnt 模型要求的.csv 格式。

圖1 千金子樣點分布

表1 千金子樣點地域分布

1.2 生態(tài)因子和地圖數(shù)據(jù)獲取

土壤數(shù)據(jù)收集于聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)研究所（ⅡASA）構(gòu)建的世界土壤數(shù)據(jù)庫（http://www.crensed.ac.cn/）；地形因子數(shù)據(jù)收集于國際科學數(shù)據(jù)服務(wù)平臺（http://datamirror.csdb.cn/）；氣候數(shù)據(jù)來源于世界氣候數(shù)據(jù)庫（http://www.worldclim.org/），應(yīng)用插值法，以1950－2000 年全球各氣象站點記錄數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)生成。采用的中國地圖和中國行政區(qū)劃圖源自國家基礎(chǔ)地理信息中心網(wǎng)站（http://ngcc.sbsm.gov.cn/）。

1.3 最大熵模型參數(shù)設(shè)置

將轉(zhuǎn)換為.csv 格式的千金子樣點信息導入MaxEnt 模型，隨機測試比例設(shè)置為15%，同時設(shè)置響應(yīng)曲線、ROC 曲線和刀切法。用響應(yīng)曲線評價生態(tài)因子適宜度范圍，用ROC 曲線及曲線下面積（AUC值）評價模型精度，用刀切法檢驗生態(tài)因子的權(quán)重。

1.4 模型預(yù)測評價

采用AUC 值評價預(yù)測結(jié)果的精度，值越大表示模型判斷力越強（取值范圍0～1）。

1.5 生態(tài)因子篩選

導入149 份千金子樣點信息和55 個生態(tài)因子，進行迭代運算，舍棄貢獻率為0 的生態(tài)因子，得到對千金子生長影響貢獻率較高的主要生態(tài)因子，依據(jù)響應(yīng)曲線得到適宜范圍。

1.6 生態(tài)適宜區(qū)劃分

將MaxEnt 模型導出的結(jié)果導入GIS，參照生態(tài)適宜度最小值、正態(tài)分布曲線均值（μ）和均方差（δ），以[0，μ-δ]為不適宜區(qū)，[μ-δ，μ]為次適宜區(qū)，[μ，1]為最適宜區(qū)，繪制千金子生態(tài)適宜性區(qū)劃分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 刀切圖

在MaxEnt 模型運算中，以ROC 曲線下面積的大小預(yù)測模型準確度，AUC 數(shù)值越大，表明模型判斷力越強。千金子ROC 曲線訓練數(shù)據(jù)集AUC＝0.987，測試數(shù)據(jù)集AUC＝0.973，均大于0.9 而小于1，表明MaxEnt 模型預(yù)測千金子在全國的潛在分布準確度很高。千金子訓練集ROC 曲線圖，見圖2。

2.2 主生態(tài)因子選擇

綜合分析表明，對千金子生長影響較大的主生態(tài)因子依次為年平均溫度（29.876 9%）＞9月份溫度（26.074 0%）＞最暖季節(jié)降雨量（7.480 9%）＞7月份溫度（4.581 2%）＞8 月份溫度（3.837 2%）＞10 月份溫度（3.651 6%）＞溫度季節(jié)性變化標準差（2.594 2%）＞植被類型（1.706%）＞最濕季節(jié)均溫（1.416 5%）＞3 月份溫度（1.412%）。

圖2 千金子訓練集ROC曲線

篩選55 個生態(tài)因子，其中44個對千金子生態(tài)適宜性有貢獻率，10 個為影響千金子適宜性的主要生態(tài)因子，貢獻率總和為82.630 5%。主生態(tài)因子響應(yīng)圖見圖3，主生態(tài)因子適宜值見表2。

圖3 影響千金子的主生態(tài)因子響應(yīng)曲線

表2 千金子主生態(tài)因子的貢獻率及適宜值

2.3 生態(tài)適宜性區(qū)劃

千金子主要生態(tài)適宜性區(qū)劃為：山東南部、河南南部、安徽南部、江蘇南部、湖北中東部、重慶南部、四川東部邊緣、湖南西北部和東南部、江西東部和北部、福建西北部、廣西北部、廣東北部邊緣地區(qū)、海南南部、臺灣北部和西部邊緣地區(qū)為千金子最適宜區(qū)，遼寧東部、北京南部、天津大部、河北中部、山東大部、河南中東部、安徽北部、陜西南部、江蘇中北部、湖北西部、浙江大部、四川東部、湖南西南部、江西中南部、福建中南部、云南南部、廣西大部、廣東大部、海南中南部、臺灣東部為千金子次適宜區(qū)。見圖4、表3。

圖4 千金子生態(tài)適宜性區(qū)劃

表3 千金子生態(tài)適宜性分布概況

3 討論

3.1 溫度對千金子生長的影響

千金子有其生長的最低溫度、最適溫度和最高溫度。只有溫度在生長所需的最低溫度以上，千金子才開始萌發(fā)；溫度在最適范圍內(nèi)，千金子生長發(fā)育良好；溫度達到最高以上，千金子將逐漸死亡。千金子萌發(fā)和生長的適宜溫度一般在20 ℃以上，溫度低則不利于生長；3 月份為植物生長的萌發(fā)期，7、8、9、10 月份為植物生長及結(jié)果期，這幾個月份溫度適宜則適于千金子生長。同時，氣溫影響土壤溫度，適宜的土溫使植物根系的生長發(fā)育良好，因此，3、7、8、9、10 月份適宜的溫度對千金子生長至關(guān)重要。

3.2 降雨量對千金子生長的影響

水分是影響千金子生長的另一個主要生態(tài)因素。降水的時間分布和數(shù)量是決定千金子定植、生長，物種生存組成及結(jié)構(gòu)的重要因素。最暖季節(jié)的雨水蒸發(fā)量大，大量降水被蒸發(fā)到空氣中，使土壤濕度低，更適宜千金子的生長。

3.3 植被類型對千金子生長的影響

不同植被類型由不同物質(zhì)組成，使土壤中的根系有不同形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特點，影響植物的營養(yǎng)吸收。同時，不同土質(zhì)植物的代謝強度和蒸騰強度不同，對千金子生長的影響也有所區(qū)別。千金子生長的環(huán)境植被類型極為豐富，多為亞熱帶、熱帶氣候，溫度在20 ℃以上。