野生太子參的生態(tài)適宜分布區(qū)劃

康傳志，周 濤，江維克，趙 丹，郭蘭萍，張小波，朱壽東

（1.貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550025；2.道地藥材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心，北京100700）

野生太子參的生態(tài)適宜分布區(qū)劃

康傳志1，2，周 濤1＊，江維克1，趙 丹1，郭蘭萍2，張小波2，朱壽東2

（1.貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550025；2.道地藥材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心，北京100700）

為了野生太子參資源開發(fā)保護(hù)和合理利用提供依據(jù)，對(duì)野生太子參生態(tài)適宜分布區(qū)域和最優(yōu)生境進(jìn)行了區(qū)劃研究。結(jié)果表明：野生太子參最適宜區(qū)面積達(dá)33.04萬(wàn)km2，主要分布在遼寧南部，山東中、南部，河南、湖北、安徽接壤處，安徽、江蘇、浙江3省接壤處。同時(shí)篩選到年均降水量、最冷季平均溫、最濕季平均溫、最濕月降水量和土壤類型等5個(gè)因子對(duì)野生太子參的生長(zhǎng)分布影響較大。

野生；太子參；GIS；生態(tài)區(qū)劃

中藥太子參為石竹科植物孩兒參〔Pseudostellaria heterophylla（Miq.）Pax ex Pax et Hoffm.〕的干燥塊根［1］。孩兒參喜溫暖濕潤(rùn)氣候，怕高溫，有夏眠特性［2］。依據(jù)中國(guó)植物志與各地方植物志的記載，野生太子參資源主要分布在東北、華北、華中等地區(qū)，如遼寧省金縣、莊河、桓仁，內(nèi)蒙古烏蘭察布盟、阿拉善盟，河北省秦皇島、遷西、景縣，山東省臨沭、莒縣，安徽省黃山、宣城、銅陵，江蘇省句容、南京，浙江省杭州、臨安、天臺(tái)，陜西省西安、寶雞，山西省長(zhǎng)治，河南省焦作、新鄉(xiāng)、鶴壁，湖北省通山、鐘祥以及湖南省安化縣等地區(qū)。這些地區(qū)的地形特點(diǎn)大多以山地、丘陵為主，為太子參生長(zhǎng)的適宜生境。

太子參為藥食兩用中藥材，具有較高的開發(fā)利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著人們對(duì)野生太子參的過度采挖和生長(zhǎng)環(huán)境的破壞，資源量逐漸減少，甚至一些傳統(tǒng)道地產(chǎn)區(qū)已無(wú)太子參資源分布。因此，為了挽救和保護(hù)野生太子參資源，對(duì)其資源分布情況進(jìn)行區(qū)劃研究具有重要意義。中藥資源區(qū)劃是研究中藥資源及其地域系統(tǒng)的空間分異規(guī)律，并按照空間一致性和差異性規(guī)律對(duì)中藥資源和地域進(jìn)行區(qū)域劃分［4］。目前，中藥材區(qū)劃研究方法已相當(dāng)成熟，其中ArcGIS空間信息分析軟件結(jié)合Maxent模型（最大信息熵模型）的研究模式在中藥區(qū)劃研究中已得到廣泛應(yīng)用［5－7］。筆者基于傳統(tǒng)道地產(chǎn)區(qū)野生分布區(qū)的太子參資源和全國(guó)范圍內(nèi)的生態(tài)因子數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcMap空間信息分析軟件對(duì)野生太子參的生長(zhǎng)分布進(jìn)行區(qū)劃分析，在明確野生太子參潛在分布區(qū)的同時(shí)，也為太子參的資源開發(fā)、保護(hù)和合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

通過實(shí)地調(diào)查和對(duì)近10年藥用植物自然標(biāo)本館及文獻(xiàn)資料的整理，共獲得19個(gè)省區(qū)的95個(gè)野生太子參采樣點(diǎn)信息（表1）。生態(tài)因子數(shù)據(jù)庫(kù)為《中藥資源空間信息網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)》，由中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心道地藥材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。各生態(tài)因子的選取主要是依據(jù)對(duì)太子參藥材產(chǎn)量和質(zhì)量有重要影響的環(huán)境因子。所用的數(shù)據(jù)包括太子參采樣點(diǎn)經(jīng)緯度信息和生態(tài)因子及全國(guó)范圍的國(guó)界、省界數(shù)據(jù)集。

表1 太子參不同采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度信息Table 1 Longitudes and latitudes of various sampling sites of P.heterophylla

1.2 方法

以歷史上太子參傳統(tǒng)道地產(chǎn)區(qū)、野生分布區(qū)作為主要調(diào)查區(qū)域，采用實(shí)地調(diào)查、藥材標(biāo)本查閱和文獻(xiàn)查閱3種方法獲取太子參的分布點(diǎn)信息，同時(shí)通過數(shù)據(jù)庫(kù)查閱獲得全國(guó)的氣候因子、土壤因子和地形因子的27個(gè)生態(tài)數(shù)據(jù)信息，采用ArcGIS空間分析軟件及Maxent模型對(duì)野生太子參進(jìn)行生態(tài)適宜區(qū)劃。

1.2.1 生態(tài)適宜區(qū)劃指標(biāo)的篩選 將95個(gè)采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度信息和27個(gè)生態(tài)因子指標(biāo)同時(shí)輸入Maxent模型中，第1次模型運(yùn)算篩選對(duì)太子參分布影響較大的生態(tài)因子，得各生態(tài)因子對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率指標(biāo)。將所得到的生態(tài)因子指標(biāo)輸入Maxent模型中進(jìn)行模擬，得其貢獻(xiàn)率。根據(jù)貢獻(xiàn)率的大小分析各生態(tài)因子的影響程度。采用ArcGIS軟件對(duì)模型分析結(jié)果進(jìn)行空間化處理，采用ArcGIS軟件對(duì)模型分析結(jié)果進(jìn)行空間化處理得野生太子參的生態(tài)適宜區(qū)劃圖，利用ArcGIS中的自然區(qū)間分類法將模型計(jì)算得到的生境適宜度進(jìn)行聚類分析。

1.2.2 適宜生境指標(biāo)的篩選 通過Maxent模型分析后得不同生態(tài)因子對(duì)太子參存在概率的響應(yīng)曲線，各環(huán)境因子對(duì)太子參栽培種植的影響程度各不相同，其中，縱坐標(biāo)越大，代表環(huán)境因子范圍越適宜太子參種植，存在的概率也就越大。考慮野生太子參生物學(xué)特性和貢獻(xiàn)率大小，選取年均降水量、最冷季平均溫、最濕季平均溫、最濕月降水量和土壤類型這5個(gè)生態(tài)因子進(jìn)行單一指標(biāo)的生境適宜度分析，優(yōu)選出最適宜野生太子參生長(zhǎng)分布的生境。

1.2.3 適宜性區(qū)劃結(jié)果的評(píng)價(jià)ROC曲線分析方法在物種潛在分布模型的評(píng)價(jià)中應(yīng)用較廣泛［8］，其曲線下的面積為AUC值在0.5～1.0，值越大表示環(huán)境變量與預(yù)測(cè)的物種地理分布模型之間的相關(guān)性越大，即模型的預(yù)測(cè)效果越好。一般AUC指在0.9～1.0預(yù)測(cè)效果最好，0.8～0.9預(yù)測(cè)效果較好，0.7～0.8預(yù)測(cè)效果一般，而0.7以下預(yù)測(cè)效果較差［9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 野生太子參的分布區(qū)劃

2.1.1 篩選的生態(tài)因子指標(biāo) 貢獻(xiàn)率的大小代表各生態(tài)因子對(duì)模型模擬結(jié)果的影響程度。從表2可知，貢獻(xiàn)率最大的是年均降水量，為39.3%，最小的是土壤有機(jī)碳含量（0%），表明不同生態(tài)因子的貢獻(xiàn)率差異較大。根據(jù)累積貢獻(xiàn)率的大小，達(dá)90%的生態(tài)因子有年均降水量，最冷季平均溫、最暖季平均溫、植被類型、土壤類型、最干季降水量、土壤有效含水量等級(jí)、最冷月最低溫、最濕月降水量、坡度和最濕季平均溫，共計(jì)11個(gè)指標(biāo)。將11個(gè)生態(tài)因子指標(biāo)輸入Maxent模型中進(jìn)行模擬，得此11個(gè)生態(tài)因子的貢獻(xiàn)率大小（表3），其中，貢獻(xiàn)率最大的為年均降水量，達(dá)51.5%，其次為最冷季平均溫、最濕季平均溫、最濕月降水量和土壤類型，貢獻(xiàn)率最小的為最干季降水量，僅為1.2%。根據(jù)各生態(tài)因子貢獻(xiàn)率大小及累積貢獻(xiàn)率達(dá)到80%以上的原則，選取年均降水量、最冷季平均溫、最濕季平均溫、最濕月降水量及土壤類型共5個(gè)生態(tài)因子指標(biāo)。5個(gè)指標(biāo)中，氣候因子對(duì)野生太子參的分布有較大的影響，尤以降水量影響最大。

表2 野生太子參不同生態(tài)因子的貢獻(xiàn)率Table 2 Distribution rate of different ecological factors with wild P.heterophylla

表3 篩選的11個(gè)生態(tài)因子指標(biāo)的貢獻(xiàn)率Table 3 Contribution rate of 11screened ecological factor indexes

2.1.2 分布區(qū)劃 從圖1看出，太子參的適宜分布區(qū)分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)和不適宜區(qū)。野生太子參分布的最適宜區(qū)為我國(guó)東部、東北部及東南部區(qū)域，緯度在29°～42°，經(jīng)度在106°～126°，主要省區(qū)包括遼寧南部，山東中、南部，河南、湖北與安徽接壤處，安徽、江蘇與浙江接壤處，河北、陜西、湖南的部分區(qū)域也有分布；適宜區(qū)則包括了我國(guó)東北部吉林大部分區(qū)域，山西、陜西、河南和湖北4省接壤處，以及山東、江蘇、安徽、浙江、湖南、江西、四川部分區(qū)域；其余為不適宜區(qū)。分區(qū)結(jié)果與歷史資料記載的野生太子參分布區(qū)域相一致，說明分區(qū)結(jié)果準(zhǔn)確。全國(guó)野生太子參最適宜區(qū)面積為33.04萬(wàn)km2，適宜區(qū)面積為141.15萬(wàn)km2。

圖1 野生太子參的適宜生長(zhǎng)區(qū)劃Fig.1 Ecology suitability regionalization of wild P.heterophylla

2.2 野生太子參的適宜生長(zhǎng)環(huán)境

從圖2看出，年均降水量是影響野生太子參分布最大的生態(tài)因子，根據(jù)其響應(yīng)曲線將年均降水量分為3個(gè)區(qū)間，即最適宜區(qū)（700～1 500mm）、適宜區(qū)（550～700mm，1500～2 800mm）和不適宜區(qū)（0～550mm，2 800～4 000mm），因此，太子參生長(zhǎng)最適宜的年均降水量為700～1 500mm。根據(jù)最冷季平均溫、最濕季平均溫和最濕月降水量的響應(yīng)曲線，太子參最適宜生長(zhǎng)的最冷季平均溫為－30～－20℃，最濕季平均溫為22～30℃，最濕月降水量為720～800mm。根據(jù)土壤類型響應(yīng)曲線，最適宜野生太子參生長(zhǎng)的土壤類型代碼為11（石灰初育土）、34（黑鈣土）和69（鹽土）。

圖2 影響野生太子參生長(zhǎng)的5個(gè)生態(tài)因子響應(yīng)曲線Fig.2 Response curve of five ecological factors influencing the growth of P.heterophylla

2.3 適宜性區(qū)劃評(píng)價(jià)

由圖3可知，訓(xùn)練集的AUC值為0.966，測(cè)試集的AUC值為0.952，AUC在0.9～1.0范圍內(nèi)，表明用于太子參區(qū)劃分析的預(yù)測(cè)模型效果較好，太子參生態(tài)適宜種植區(qū)劃結(jié)果準(zhǔn)確，可為太子參的生產(chǎn)布局提供的理論依據(jù)。

圖3 太子參適宜生長(zhǎng)區(qū)劃的ROC曲線Fig.3 ROC curve for ecology suitability regionalization of wild P.heterophylla

3 結(jié)論與討論

1）應(yīng)用ArcGIS軟件和Maxent模型對(duì)全國(guó)野生太子參進(jìn)行生態(tài)適宜區(qū)劃分析，得到野生太子參的適宜生長(zhǎng)分布區(qū)域和適生生境，使用ROC曲線對(duì)區(qū)劃結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，其AUC值均大于0.9，表明所得模擬結(jié)果非常好。此外，篩選得到野生太子參生長(zhǎng)分布的主要影響因素有年均降水量、最冷季平均溫、最濕季平均溫、最濕月降水量及土壤類型5個(gè)生態(tài)因子指標(biāo)，其中，降水量對(duì)太子參的分布影響較大，決定了其生長(zhǎng)情況。通過不同生態(tài)因子指標(biāo)對(duì)太子參適生變化趨勢(shì)的分析，得最適宜野生太子參生長(zhǎng)的生境為年均降水量700～1 500mm，最冷季平均溫為－30～－20℃，最濕季平均溫為22～30℃，最濕月降水量為720～800mm。土壤類型有石灰初育土、黑鈣土和鹽土3種類型。這些生境條件為野生太子參生長(zhǎng)提供了最適宜的環(huán)境。

2）野生太子參的最適宜分布區(qū)域集中在我國(guó)東部、東北部及東南部地區(qū)，包括吉林省通化市集安市，遼寧省丹東市寬甸縣、鳳城市，本溪市桓仁縣、本溪縣、南芬區(qū)和明山區(qū)，鞍山市岫巖縣，大連市莊河市，撫順市新賓縣南部，遼陽(yáng)市遼陽(yáng)縣，營(yíng)口市蓋州市東部；河北省唐山市遵化市、遷西縣和遷安市，豐南區(qū)南部，秦皇島市盧龍縣和青龍縣；山東省淄博山區(qū)、淄川區(qū)和沂源縣，臨沂市蒙陰縣、沂水縣、沂南縣、費(fèi)縣、臨沭縣和莒南縣，濟(jì)南市歷城區(qū)南部、章丘市南部，泰安市新泰市，日照市嵐山區(qū)和東港區(qū)；陜西省咸陽(yáng)市淳化市；江蘇省連云港市東海縣和連云區(qū)，徐州市新沂市，淮安市盱眙縣，南京市六合區(qū)、江寧區(qū)、溧水縣，鎮(zhèn)江市句容市；安徽省滁州明光市、滁州區(qū)、定遠(yuǎn)縣和全椒縣，宣城市宣州區(qū)、廣德縣、寧國(guó)市和黃山市，六安市霍山縣、裕安區(qū)、金安區(qū)和金寨縣，安慶市岳西縣及太湖縣西部；浙江省湖州市安吉縣、杭州市臨安市、富陽(yáng)市和侗廬縣，臺(tái)州市天臺(tái)縣，金華市磬安縣，寧波市余姚市南部，紹興市新昌縣南部；河南省駐馬店市泌陽(yáng)縣、確山縣，南陽(yáng)市桐柏縣，信陽(yáng)市平橋區(qū)、浉河區(qū)、商城縣；湖北省黃岡市麻城市、羅田縣、英山縣、蘄春縣，咸寧市通山縣、崇陽(yáng)縣；湖南省岳陽(yáng)市臨湘市；江西省九江市修水縣。此外，野生太子參適宜區(qū)主要分布在吉林渾江市、遼源市；遼寧省鐵嶺市、通化市北部，葫蘆島市，承德市東部地區(qū)；北京市；山東省煙臺(tái)市、威海市、青島市以及中部大部分地區(qū)；山西省長(zhǎng)治市、晉城市；陜西省寶雞市、漢中市、西安市；甘肅省天水市、成縣；河南省洛陽(yáng)市、平頂山市、三門峽市、許昌市；湖北省十堰市、襄樊市；江蘇省淮陰市、宿遷市、鹽城市、南通市、蘇州市；浙江衢州市、麗水市；湖南常德市、懷化市。

3）研究得出了野生太子參潛在分布的最適宜區(qū)和適宜區(qū)，明確了傳統(tǒng)上太子參的分布情況及適宜分布環(huán)境。同時(shí)，通過與當(dāng)前栽培太子參主產(chǎn)區(qū)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，太子參分布區(qū)呈南遷的趨勢(shì)，可能是人為因素在太子參資源變遷過程中起重要作用。此外，氣候變化也是影響其分布南遷的重要原因。研究結(jié)果不僅可為野生太子參的資源開發(fā)和保護(hù)提供參考，對(duì)太子參栽培的科學(xué)選址和合理種植也具有一定的借鑒意義。

［1］衛(wèi)生部藥典委員會(huì).中華人民共和國(guó)藥典一部［S］.北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2010：62.

［2］國(guó)家中醫(yī)藥管理局中華本草編委會(huì).中華本草（第二冊(cè)）［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

［3］康傳志，周 濤，江維克，等.我國(guó)太子參栽培資源現(xiàn)狀及藥材品質(zhì)的探討［J］.中國(guó)現(xiàn)代中藥，2014，16 （7）：42－545.

［4］朱壽東，張小波，黃璐琦，等.中藥材區(qū)劃20年——從單品種區(qū)劃到區(qū)域區(qū)劃［J］.中國(guó)現(xiàn)代中藥，2014，16 （2）：91－95.

［5］康傳志，王青青，周 濤，等.貴州杜仲的生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃分析［J］.中藥材，2014，37（5）：760－766.

［6］車 樂，曹 博，白成科，等.基于MaxEnt和ArcGIS對(duì)太白米的潛在分布預(yù)測(cè)及適宜性評(píng)價(jià)［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（6）：1623－1628.

［7］石 磊，張承程，明孟碟，等.基于GIS的全國(guó)厚樸質(zhì)量適宜性研究［J］.中藥材，2015，38（4）：706－710.

［8］王運(yùn)生，謝丙炎，萬(wàn)方浩，等.ROC曲線分析在評(píng)價(jià)入侵物種分布模型中的應(yīng)用［J］.生物多樣性，2007，15 （4）：365－372.

［9］宋建平，曾艷萍，劉訓(xùn)紅.等.太子參道地產(chǎn)區(qū)生態(tài)環(huán)境分析［J］.時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2008，19（12）：3028－3029.

（責(zé)任編輯：聶克艷）

Ecology Suitability Regionalization of Wild Pseudostellaria heterophylla

KANG Chuanzhi1，2，ZHOU Tao1＊，JIANG Weike1，ZHAO Dan1，GUO Lanping2，ZHANG Xiaobo2，ZHU Shoudong2

（1.Guiyang College of Traditional Chinese Medicine，Guiyang，Guizhou550025；2.State Key Laboratory Breeding Base of Daodi Herbs，National Resource Center for Chinese Medicinal Materials，China Academy of Chinese Medical Sciences，Beijing100700，China）

In order to provide the basis for wild resources protection and rational utilization of P.heterophylla，the ecological distribution and optimal habitat in the wild were studied.Results：The area of moderately and highly suitable habitats for wild P.heterophyllain the study area was 330 400km2.The moderately and highly suitable habitats were mainly distributed in the southern Liaoning，middle and southern Shandong，Henan，the border of Henan，Hubei and Anhui，as well as Anhui，Jiangsu and Zhejiang.Meanwhile，the coldest average annual precipitation，average temperature，average temperature of wet season，the wettest month of precipitation and soil types are the most important ecological factors influencing the distribution of P.heterophylla.

wild；Pseudostellaria heterophylla；GIS；ecology suitability regionalization

S567

A

1001－3601（2016）07－0308－0096－05

2015－12－10；2016－06－29修回

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“太子參Heterrophyllin組分形成及其適應(yīng)性變異的基因機(jī)制”（81460579）；貴州省普通高等學(xué)校特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目“貴州分子生藥特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”［黔教合KY字（2013）108］；貴州省研究生工作站建設(shè)項(xiàng)目“中藥、民族藥質(zhì)量控制及新藥研究專業(yè)學(xué)位貴州省研究生工作站”［黔教研合JYSZ字（2014）016］

康傳志（1989－），男，在讀博士，研究方向：中藥品質(zhì)評(píng)價(jià)與道地性研究。E－mail：kangchuanzhi1103＠163.com

＊通訊作者：周 濤（1968－），女，教授，從事中藥資源調(diào)查與整理研究。E－mail：taozhou88＠163.com