不同基原商陸生態(tài)適宜性區(qū)劃研究

陳博，朱田田，徐小瓊，馬曉輝，劉立，晉玲

資源調查

不同基原商陸生態(tài)適宜性區(qū)劃研究

陳博1，朱田田1，徐小瓊1，2，馬曉輝1，劉立1，晉玲1，3

1.甘肅中醫(yī)藥大學藥學院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅醫(yī)學院，甘肅 平?jīng)?744000； 3.中（藏）藥資源研究所，甘肅 蘭州 730000

通過對全國商陸進行生態(tài)適宜性區(qū)劃研究，為優(yōu)質商陸藥材資源的栽培和選育提供依據(jù)。通過網(wǎng)絡資料查閱和實地采集，收集550個商陸樣點信息（其中垂序商陸297個樣點，商陸253個樣點），綜合55個生態(tài)因子，應用地理信息系統(tǒng)和最大熵模型分析商陸藥材在全國的生態(tài)適宜性分布。11月溫度、11月降水量、最濕月降水量、年平均降水量、6月溫度、最暖季節(jié)均溫、9月降水量、9月溫度、5月溫度、8月溫度、7月溫度、10月降水量、2月降水量、土壤亞類、植被類型為影響垂序商陸生長的主要環(huán)境參數(shù)；11月溫度、5月降水量、9月降水量、海拔、年平均降水量、年均溫變化范圍、溫度季節(jié)性變化標準差、土壤亞類、植被類型為影響商陸生長的主要環(huán)境參數(shù)。全國商陸藥材最適宜生境主要集中在重慶、貴州、湖南、浙江、湖北等地。本研究結果與商陸藥材產(chǎn)區(qū)一致，可為優(yōu)質商陸藥材資源的栽培和選育提供依據(jù)。

垂序商陸；商陸；生態(tài)適宜性

商陸為石竹目商陸科商陸屬植物商陸Roxb.或垂序商陸L.的干燥根，具有逐水消腫、解毒散結、通利二便等功效，為峻下逐水藥，廣泛用于治療癰腫瘡毒、水腫脹滿、二便不通等癥[1]，同時其綠色肥料及作為生物農(nóng)藥等作用也逐漸引起關注。因此，研究商陸的生態(tài)適宜性分布，具有重要的社會和經(jīng)濟價值。筆者通過查閱相關資料及實地采樣，收集不同基原商陸樣點信息，采用最大熵（MaxEnt）模型和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術預測不同基原商陸生態(tài)適宜分布區(qū)，為優(yōu)質商陸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550個樣點信息，其中垂序商陸297個樣點，商陸253個樣點。詳見圖1。將每個樣品的海拔、經(jīng)緯度信息存儲為MaxEnt模型要求的.csv格式。

圖1 全國商陸藥材樣點分布圖

1.2 生態(tài)因子數(shù)據(jù)

土壤數(shù)據(jù)收集于聯(lián)合國糧農(nóng)組織和國際應用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）構建的世界土壤數(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/）。

1.3 最大熵模型參數(shù)設置

將轉換為.csv格式的商陸樣點信息導入MaxEnt3.4.0軟件，設置建模參數(shù)：隨機測試比例25%，運算最大迭代次數(shù)106，響應曲線、ROC曲線和刀切法均為默認值。用響應曲線評價生態(tài)因子適宜度范圍，用ROC曲線及曲線下面積（AUC）評價模型精度，用刀切法檢驗生態(tài)因子的權重。

1.4 模型預測評價

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

1.5 生態(tài)因子篩選

導入不同基原商陸樣點信息和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，得到對商陸藥材生長貢獻率較高的主要生態(tài)因子，依據(jù)響應曲線得到適宜范圍。

1.6 生態(tài)適宜區(qū)劃分

將MaxEnt模型運算結果導入GIS，參照生態(tài)適宜度最小值及正態(tài)分布曲線的均值（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)，繪制不同基原商陸藥材生態(tài)適宜性區(qū)劃分布圖。

2 結果與分析

垂序商陸、商陸的ROC曲線訓練數(shù)據(jù)集AUC值分別為0.971、0.978，測試數(shù)據(jù)集AUC值分別為0.947、0.956，均大于0.9且小于1，表明MaxEnt模型對于預測商陸藥材在全國的潛在分布準確度和可信度都很高。垂序商陸、商陸訓練集的ROC曲線見圖2、圖3。

圖2 垂序商陸訓練集ROC曲線

圖3 商陸訓練集ROC曲線

2.1 主生態(tài)因子選擇

55個生態(tài)因子中，41個對垂序商陸生態(tài)適宜性有貢獻，15個為影響垂序商陸適宜性的主要生態(tài)因子，貢獻率總和為92.52%，垂序商陸主生態(tài)因子適宜值見表1。

42個對商陸生態(tài)適宜性有貢獻，9個為影響商陸適宜性的主要生態(tài)因子，貢獻率總和為92.26%，商陸主生態(tài)因子適宜值見表2。溫度、降水、土壤亞類、植被類型為影響不同基原商陸藥材生長的主要生態(tài)因子。

表1 垂序商陸主生態(tài)因子的貢獻率及適宜值

表2 商陸主生態(tài)因子的貢獻率及適宜值

2.2 生態(tài)適宜性區(qū)劃

垂序商陸主要生態(tài)適宜性區(qū)劃為：安徽南部、江蘇中西部、湖北西南部、浙江、四川東部、重慶、湖南中西部、福建東部、貴州東北部、廣西、廣東東部和西部為垂序商陸最適宜區(qū)；遼寧中東部、北京、天津、河北東南部、河南、山東、寧夏北部、陜西中南部、甘肅東部邊緣、安徽北部、江蘇東部、湖北中北部、四川中部、湖南東部、江西、福建中西部、云南、貴州西南、廣東中部、海南、臺灣部分地區(qū)、西藏南部邊緣為垂序商陸次適宜區(qū)。詳見表3、圖4。

表3 全國垂序商陸生態(tài)適宜性分布概況

續(xù)表3

圖4 垂序商陸全國生態(tài)適宜性區(qū)劃

商陸主要生態(tài)適宜性區(qū)劃包括：河南南部、陜西南部、甘肅南部邊緣、湖北西部、重慶大部、四川東部、貴州、湖南西南邊緣、云南東北部、西藏南部邊緣為商陸最適宜區(qū)；吉林南部邊緣、遼寧東部、北京大部、天津東部、河北西南部、山西南部、山東中東部、河南中北部、安徽大部、江蘇大部、寧夏南部邊緣、陜西中部、甘肅南部、浙江部分地區(qū)、湖北中東部、四川中部、湖南大部、江西、福建、臺灣、廣西、廣東、海南部分地區(qū)、云南中南部、西藏南部邊緣為商陸次適宜區(qū)。詳見圖5、表4。

圖5 商陸全國生態(tài)適宜性區(qū)劃

表4 全國商陸生態(tài)適宜性分布概況

續(xù)表4

3 討論

本研究收集了550份商陸藥材的分布信息，利用GIS技術和MaxEnt模型對商陸在全國的生態(tài)適宜區(qū)進行預測，預測結果中AUC均大于0.9，表明預測結果良好、可信度較高。

綜合分析商陸藥材主生態(tài)因子，對垂序商陸生態(tài)適宜性有影響生態(tài)因子貢獻率由高至低依次為11月溫度（37.88%）＞11月降水量（16.09%）＞最濕月降水量（15.00%）＞年平均降水量（3.93%）＞6月溫度（3.05%）＞最暖季節(jié)均溫（2.66%）＞9月降水量（2.32%）＞9月溫度（1.76%）＞5月溫度（1.73%）＞8月溫度（1.68%）＞土壤亞類（1.63%）＞7月溫度（1.55%）＞10月降水量（1.11%）＞植被類型（1.08%）＞2月降水量（1.05%）。對商陸生態(tài)適宜性產(chǎn)生影響生態(tài)因子貢獻率由高至低依次為11月溫度（43.27%）＞5月降水量（21.41%）＞9月降水量（11.39%）＞海拔（5.87%）＞年平均降水量（2.83%）＞年均溫變化范圍（2.68%）＞溫度季節(jié)性變化標準差（2.58%）＞土壤亞類（1.17%）＞植被類型（1.04%）。溫度、降水、土壤亞類、植被類型為影響不同基原商陸藥材生長的主要生態(tài)因子。

11月溫度對于商陸生長至關重要，垂序商陸和商陸均偏好溫暖的生長環(huán)境，若溫度過低，將破壞商陸生長結構，影響其有機物的合成、運輸?shù)却x過程，不利于來年的發(fā)育孕育；另外，商陸喜濕潤，充分的降水量能保證商陸進行正常的光合、呼吸和蒸騰作用；商陸藥材對于其生長壞境的土質要求不高，但須滿足土厚、濕潤疏松的生長環(huán)境。

本研究采用MaxEnt模型和GIS技術對全國2種基原商陸進行預測，可為優(yōu)質商陸藥材的選育提供依據(jù)。

[1] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：一部[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社,2015：234-235.

Study on Distribution of Ecological Suitability for Different Sources of Phytolaccae Herbra Radix

CHEN Bo1, ZHU Tiantian1, XU Xiaoqiong1,2, MA Xiaohui1, LIU Li1, JIN Ling1,3

To provide basis for the cultivation and breeding of high-quality Phytolaccae Herbra Radix medicinal resources through study on distribution of ecological suitability of Phytolaccae Herbra Radix in China.Through the network data review and field collection, 550 sample points of Phytolaccae Herbra Radix were collected (including 297 samples ofL. and 253 samples ofRoxb.). Combining 55 ecological factors, GIS and MaxEnt models were used to analyze the distribution of ecological suitability of Phytolaccae Herbra Radix in China.November temperature, November precipitation, wettest month precipitation, annual average precipitation, June temperature, warmest season average temperature, September precipitation, September temperature, May temperature, August temperature, July temperature, October precipitation, February precipitation, soil subtypes, and vegetation types were the main environmental parameters for the growth of. November temperature, May precipitation, September precipitation, altitude, annual average precipitation, annual average temperature range, standard deviation of temperature seasonal variation, soil subtypes and vegetation types were the main environmental parameters for the growth of. The most suitable habitats for Phytolaccae Herbra Radix in China are mainly concentrated in Chongqing, Guizhou, Hunan, Zhejiang, Hubei and other places.The results are consistent with the producing areas of Phytolaccae Herbra Radix, which can provide a basis for the cultivation and breeding of high-quality Phytolaccae Herbra Radix.

L.;Roxb.; ecological suitability

R282.5

A

1005-5304(2021)02-0001-07

10.19879/j.cnki.1005-5304.202003346

甘肅省基礎研究創(chuàng)新群體項目（1606RJIA323）；全國中藥資源普查工作（2018年）；甘肅省教育廳高等學校創(chuàng)新能力提升項目（2020年）

晉玲，E-mail：zyxyjl@163.com

（收稿日期：2020-03-10）

（修回日期：2020-05-19；編輯：梅智勝）