4種基原的淫羊藿適宜生境分布研究

趙文龍 王惠珍 馬毅 陸國弟 陳紅剛 晉玲

摘要：目的 ?對(duì)淫羊藿的生境適宜性開展評(píng)價(jià)，為種植區(qū)域選取和優(yōu)質(zhì)淫羊藿藥材資源合理利用提供依據(jù)。方法 ?使用最大熵模型與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，結(jié)合生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)和淫羊藿4個(gè)基原（淫羊藿、柔毛淫羊藿、箭葉淫羊藿和朝鮮淫羊藿）的實(shí)際地理分布信息，預(yù)測淫羊藿全國適宜生境的空間分布并進(jìn)行等級(jí)劃分。結(jié)果 ?降水量是影響不同基原淫羊藿生境適宜性最重要的生態(tài)因子，地域間不同的氣候節(jié)律導(dǎo)致降水量影響不同基原淫羊藿的時(shí)間不同;淫羊藿和柔毛淫羊藿適宜生境面積最大的地區(qū)為四川省，分別為251.33×10³km²和302.22×10³km²，這2種基原在分布范圍上也存在重合，主要集中于甘肅、陜西和四川省的低海拔林區(qū);朝鮮淫羊藿作為特有種，僅分布在與朝鮮接壤的遼寧和吉林部分地區(qū);箭葉淫羊藿較上述3個(gè)種的適宜分布范圍有所南移，集中于浙江和安徽交界一帶。結(jié)論 ?淫羊藿4個(gè)基原種雖歸于同屬藥用植物，但對(duì)生境要求各不相同，導(dǎo)致其適宜生境地理分布存在空間差異，因此在引種栽培和種植規(guī)劃時(shí)需對(duì)不同基原進(jìn)行鑒別和區(qū)分。

關(guān)鍵詞：淫羊藿;最大熵模型;地理信息系統(tǒng);適宜生境

中圖分類號(hào)：R282.1??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：1005-5304（2019）02-0001-05

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2019.02.001

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： Objective To evaluate the habitat suitability of Epimedii Folium; To provide scientific basis for selecting planting areas of Epimedii Folium and rational utilization of medical material resource of high quality Epimedii Folium. Methods By using Maximum Entropy Model and GIS technology， and combined with the spatial data of ecological factors nationwide and the actual geographical distribution of 4 species of Epimedii Folium （E.brevicornum Maxim.， E.pubescens Maxim.， E.sagittatum Maxim.， and E.koreanum Nakai）， the spatial distribution of nationwide habitat suitability of Epimedii Folium was predicted and classified. Results Precipitation was the most important ecological factor affecting the habitat suitability of 4 sources of Epimedii Folium. Different climate rhythms could lead to different effecting time in different Epimedii Folium sources. The largest area of suitable habitat for E.brevicornum Maxim. and E.pubescens Maxim. was Sichuan Province， and the area was 251.33×10³ km² and 302.22×10³ km² respectively. This two sources also coincided in the distribution range， and the range mainly concentrated in the low elevation forest range of Gansu， Shaanxi and Sichuan provinces. As an endemic species， E.koreanum Nakai only distributed on the border range of Liaoning and Jilin provinces with North Korea. The suitable habitat range of E.sagittatum Maxim. went southward compared with the other 3 species， which was mainly distributed in Zhejiang and Anhui provinces. Conclusion Although the four source species of Epimedii Folium belong to Epimedium Linn.， there are spatial differences in the geographical distribution of suitable habitats because of their different habitat requirements. Therefore，it is necessary to distinguish different sources when Epimedii Folium is introduced， domesticated， and artificially planted.

Keywords：Epimedii Folium; MaxEnt model; GIS; suitable habitat

淫羊藿又名仙靈脾、剛前，是小檗科淫羊藿屬Epimedium Linn.植物干燥葉，《神農(nóng)本草經(jīng)》列為中品，具有補(bǔ)腎陽、強(qiáng)筋骨、祛風(fēng)濕功效，用于腎陽虛衰所致陽痿遺精、筋骨痿軟、風(fēng)濕痹痛、麻木拘攣，是臨床常用中藥^[1-2]。中國是淫羊藿的地理分布中心，有40個(gè)淫羊藿品種，目前形成藥材商品的主要種類有15種^[3]，其中淫羊藿E.brevicornum Maxim.、柔毛淫羊藿E.pubescens Maxim.、箭葉淫羊藿E.sagittatum Maxim.和朝鮮淫羊藿E.koreanum Nakai被2015年版《中華人民共和國藥典》^[1]收載為主要基原種。

近年隨著中醫(yī)大健康產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，藥用植物資源的經(jīng)濟(jì)效益日趨顯著，但亂采濫挖導(dǎo)致野生淫羊藿資源瀕臨枯竭。有些地區(qū)雖已開展淫羊藿引種馴化，但不同基原混用，對(duì)適生環(huán)境研究不夠，盲目種植導(dǎo)致成功率不高。因此，研究不同基原淫羊藿的適宜生境地域性分布格局，明確其適宜生境范圍，是目前資源保育、人工馴化與中藥材“生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范”（GAP）栽培過程亟需解決的問題。

根據(jù)最大熵理論^[4]，在已知條件下，熵最大的事物最接近其真實(shí)狀態(tài)。該理論已被構(gòu)建為最大熵模型（MaxEnt）用于預(yù)測物種潛在分布區(qū)及其最適宜生境^[5]。國內(nèi)一些研究表明，MaxEnt結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析技術(shù)在模擬道地藥材生境適宜性方面可發(fā)揮更大優(yōu)勢^[6-12]。筆者通過實(shí)地調(diào)查和查閱資料收集中國4種基原淫羊藿的地理分布數(shù)據(jù)，利用MaxEnt和GIS技術(shù)，結(jié)合環(huán)境生態(tài)數(shù)據(jù)，開展不同基原淫羊藿適宜生境分布研究，為不同地區(qū)引種栽培和選址區(qū)劃提供參考依據(jù)。

1? 資料與方法

1.1? 數(shù)據(jù)來源

1.1.1? 生態(tài)環(huán)境

本研究所使用生態(tài)因子數(shù)據(jù)來源于“中藥資源空間信息網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫”（http：www.tcm-resoureces.com），其中氣候數(shù)據(jù)是根據(jù)我國氣象觀測站1950-2000年氣候觀測數(shù)據(jù)插值成空間分辨率為1 km×1 km的網(wǎng)格數(shù)據(jù);土壤類型數(shù)據(jù)采用FAO-90土壤分類系統(tǒng)，根據(jù)《中華人民共和國土壤圖：1∶1000000》^[13]制成;植被類型數(shù)據(jù)來源于中科院植物所《中華人民共和國植被圖集：1∶1000000》^[14]植被亞類數(shù)據(jù)。

1.1.2? 樣點(diǎn)分布地理信息

通過實(shí)地調(diào)查和查閱“中國數(shù)字植物標(biāo)本館”（http：//www.cvh.ac.cn）及“教學(xué)標(biāo)本標(biāo)準(zhǔn)化整理整合與資源共享平臺(tái)”（http：//mnh.scu.edu.cn），收集淫羊藿4種基原全國分布信息304條，其中淫羊藿97條、柔毛淫羊藿55條、箭葉淫羊藿75條、朝鮮淫羊藿77條，見表1。

1.2? 研究方法

1.2.1? 最大熵模型參數(shù)設(shè)置

將4種基原淫羊藿分布信息和生態(tài)因子數(shù)據(jù)按要求導(dǎo)入MaxEnt，并設(shè)置如下參數(shù)：隨機(jī)測試比例為15%，最大迭代次數(shù)為10⁴次，在環(huán)境參數(shù)設(shè)置中開啟刀切法（Jackknife）評(píng)價(jià)各生態(tài)因子的權(quán)重。

1.2.2? 模型預(yù)測精度評(píng)價(jià)

采用受試者工作特征曲線（ROC）和曲線下面積（AUC）的大小作為模型預(yù)測準(zhǔn)確度的衡量指標(biāo)，其取值范圍為[0，1]，值越大表示模型判斷力越強(qiáng)。AUC值在0.5～0.6為失敗，0.6～0.7為較差，0.7～0.8為一般，0.8～0.9為好，0.9～1.0為非常好。

1.2.3? 主要生態(tài)因子篩選

根據(jù)4種基原分布的位置信息和55個(gè)生態(tài)因子數(shù)據(jù)，分別在MaxEnt進(jìn)行迭代運(yùn)算，得到對(duì)淫羊藿各基原生長影響貢獻(xiàn)率較高的主要生態(tài)因子，并根據(jù)其響應(yīng)曲線獲得相應(yīng)適宜值范圍。

1.2.4? 生境適宜性分析

MaxEnt模擬出的生境適宜值為0～1，數(shù)值越大，表明該地區(qū)目標(biāo)的物種生境適宜性越高，分別提取中藥淫羊藿4種基原所在樣點(diǎn)的生境適宜值，以提取結(jié)果中最小值（Min）作為適宜生長和不適宜生長的分界線;對(duì)于適宜生長的區(qū)間，則以正態(tài)分布中的指標(biāo)參數(shù)平均值（μ）和標(biāo)準(zhǔn)差（δ）作為區(qū)分次適宜區(qū)和最適宜區(qū)的中斷值，即[0，Min]為不適宜區(qū)，（Min，μ-δ]為次適宜區(qū)，（μ-δ，1]為最適宜區(qū)。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 模型預(yù)測評(píng)價(jià)

淫羊藿、柔毛淫羊藿、箭葉淫羊藿和朝鮮淫羊藿的MaxEnt模型ROC曲線訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和測試數(shù)據(jù)集的AUC值依次分別是0.990和0.986、0.993和0.999、0.994和0.997、0.996和0.998，均大于0.9且趨近于1.0，表明本研究MaxEnt對(duì)4種基原的淫羊藿在中國生境適宜性分布的預(yù)測結(jié)果具有很高的準(zhǔn)確度和可信度。

2.2? 生態(tài)環(huán)境對(duì)淫羊藿生境適宜性的影響

根據(jù)MaxEnt計(jì)算得到各生態(tài)因子對(duì)淫羊藿分布的貢獻(xiàn)率和刀切法獲得的主要生態(tài)因子權(quán)重，選取貢獻(xiàn)率和權(quán)重較高的生態(tài)因子作為主導(dǎo)生態(tài)因子。

結(jié)果顯示55個(gè)生態(tài)因子中有21個(gè)對(duì)淫羊藿生境適宜性有影響，其中降水量3月和5月貢獻(xiàn)率最高，分別為24.3%和19.7%;對(duì)柔毛淫羊藿生境適宜性產(chǎn)生影響的生態(tài)因子有14個(gè)，貢獻(xiàn)率最高的降水量是9月（33.4%）和4月（30.7%）;對(duì)箭葉淫羊藿生境適宜性有影響的生態(tài)因子有14個(gè)，最干月降水和11月降水量貢獻(xiàn)率最高，分別為34.9%和33.3%;影響朝鮮淫羊藿生境適宜性的生態(tài)因子有13個(gè)，降水量8月（41.4%）和11月（25%）貢獻(xiàn)率最高。詳見表2。

2.3? 淫羊藿生境適宜性空間分布

生境適宜性計(jì)算結(jié)果取值范圍為0～1，依據(jù)正態(tài)分布的參數(shù)μ和δ，結(jié)合樣點(diǎn)位置的提取值，按照生境適宜性從低到高將4種基原淫羊藿生境適宜分布區(qū)分別劃為3個(gè)等級(jí)。淫羊藿生境適宜性劃分結(jié)果為不適宜區(qū)[0，0.089 2]、次適宜區(qū)（0.089 2，0.367 6]、最適宜區(qū)（0.367 6，1]。

從空間分布格局看，甘肅東南和陜西南部地區(qū)，江西、浙江、福建三省交界地區(qū)淫羊藿生境適宜性最高，其他地區(qū)雖也有分布，但生境適宜性相對(duì)較低;柔毛淫羊藿生境適宜性劃分結(jié)果為不適宜區(qū)[0，0.037 0]、次適宜區(qū)（0.037 0，0.399 4]、最適宜區(qū)（0.399 4，1]，陜西和甘肅境內(nèi)秦嶺地區(qū)、四川盆地以西生境適宜性最高;箭葉淫羊藿生境適宜性劃分結(jié)果為不適宜區(qū)[0，0.083 3]、次適宜區(qū)（0.083 3，0.378 0]、最適宜區(qū)（0.378 0，1]，最適宜地區(qū)主要集中在浙江境內(nèi)，安徽南部和湖南北部也有分布;而對(duì)于朝鮮淫羊藿，其生境適宜性劃分結(jié)果為不適宜區(qū)[0，0.121 2]、次適宜區(qū)（0.121 2，0.438 9]、最適宜區(qū)（0.438 9，1]，最適宜生境分布比較單一，集中在與朝鮮接壤的遼寧和吉林小部分地區(qū)。

2.4? 各省淫羊藿適宜生境面積

筆者使用ArcGIS中的區(qū)域統(tǒng)計(jì)工具，對(duì)全國各省中藥淫羊藿生境最適宜與次適宜地區(qū)的分布面積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果淫羊藿適宜生境總面積較廣的省份依次為四川、陜西、湖北、江西和甘肅，其中甘肅最適宜面積最大，達(dá)到131.56×10³ km²，其次是陜西，為89.52×10³ km²，雖然四川省總適宜面積最大，但大部分為次適宜生境;柔毛淫羊藿適宜生境分布總面積較廣的省份依次為四川、陜西、湖北、甘肅和浙江，其中四川和陜西兩省的最適宜生境面積最大，且較其他省份相差懸殊，分別達(dá)到97.27×10³ km²和95.44×10³ km²;湖南、浙江和江西為箭葉淫羊藿適宜生境總面積最大的省份;而對(duì)于朝鮮淫羊藿，其適生省份只有遼寧和吉林，適生總面積分別為65.61×10³ km²和34.78×10³ km²，其他省份適生范圍極小，詳見表3。

3? 討論

本研究顯示，不同月份降水量是影響4種基原中藥淫羊藿生境適宜性最重要的生態(tài)因子，這與淫羊藿屬藥用植物喜陰濕的生長習(xí)性高度一致，地域間不同的氣候節(jié)律導(dǎo)致降水量在1年中發(fā)生重要作用的時(shí)期不同。因此，對(duì)淫羊藿屬藥用植物進(jìn)行引種栽培時(shí)，要注意選擇降水充沛地區(qū)及適宜的栽播時(shí)間。

比較實(shí)際樣點(diǎn)地理位置和適宜生境模擬結(jié)果可以看出，4種基原淫羊藿樣點(diǎn)均位于模擬得出的適宜生境分布區(qū)域內(nèi)，說明預(yù)測結(jié)果較為準(zhǔn)確。從適宜生境地理分布的空間格局看，淫羊藿和柔毛淫羊藿適宜生境分布范圍有部分重合，重合范圍主要集中于甘肅、陜西和四川省的低海拔林區(qū)，這些地區(qū)空氣和土壤濕度較高、有林木覆蓋且遮蔭較好;箭葉淫羊藿較上述2種基原的適宜分布范圍在地理分布上有所南移，主要分布在浙江、安徽和湖南部分地區(qū)。因此，在引種栽培和種植規(guī)劃時(shí)需對(duì)上述3個(gè)基原加以區(qū)分。朝鮮淫羊藿作為特有種，對(duì)地域性要求較為嚴(yán)格，僅分布在與朝鮮接壤的遼寧和吉林部分地區(qū)，對(duì)其引種栽培最好也集中于上述地區(qū)。

4? 結(jié)語

通過生境適宜性研究，劃定藥用植物人工引種和栽培的最適區(qū)域是從根本上緩解野生藥用植物資源壓力行之有效的方法之一。本研究以生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)中國4種基原的淫羊藿適宜生境分布進(jìn)行了預(yù)測，可為淫羊藿種植區(qū)域的選取和優(yōu)質(zhì)藥材資源的合理利用提供依據(jù)。

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