達烏里秦艽潛在適生分布區研究△

崔治家，雷豐順，盧有媛，晉玲，馬毅，王振恒

(甘肅中醫藥大學藥學院中(藏)藥資源研究所，甘肅 蘭州 730000)

·中藥農業·

達烏里秦艽潛在適生分布區研究△

崔治家，雷豐順，盧有媛，晉玲*，馬毅，王振恒

(甘肅中醫藥大學藥學院中(藏)藥資源研究所，甘肅 蘭州 730000)

目的：研究影響達烏里秦艽適宜性分布的生態因子，預測達烏里秦艽在我國的潛在適生分布區。方法：利用達烏里秦艽在中國的154個地理分布記錄，結合28項環境因子，應用最大熵模型(MaxEnt)研究影響達烏里秦艽適宜性分布的生態因子，結合ArcGIS軟件預測達烏里秦艽全國及各省潛在適生分布區。結果：影響達烏里秦艽適宜性生長的主要環境因子為海拔、1月最高溫和1月降水量；達烏里秦艽在我國10個省的潛在適生性較高，適生區總面積達577 517.4 km2，占全國總面積的6.02%；甘肅省達烏里秦艽潛在適生區面積最大，青海次之。結論：研究結果對達烏里秦艽原產地資源保護和野生撫育具有指導作用，可以為達烏里秦艽栽培選地和生產區劃研究提供科學依據。

達烏里秦艽；潛在適生區；最大熵模型；ArcGIS

達烏里秦艽(GentianadahuricaFisch.)又稱小秦艽，其干燥根為中藥秦艽，具有祛風濕、清濕熱、止痹痛、退虛熱之功[1]；其花為藏藥解吉那保，具有清熱、消炎之功效[2]。達烏里秦艽喜涼爽、濕潤氣候，耐寒，主要分布于內蒙古、陜西、甘肅、寧夏、山西、青海、新疆、四川、西藏及河北等地[3-4]。由于長期采挖，其野生資源日趨減少，不能滿足市場需求。達烏里秦艽地理分布及生境、形態特征、化學成分及藥理作用等方面已有相關研究報道[5-8]，但是長期依靠野生資源使得研究其生長的環境因子及適宜生長區工作開展較少。

隨著統計模型和GIS技術的興起，生態學原理、地理信息系統(Geographic Information System，GIS)結合環境變量進行物種潛在適生分布區預測得到了應用。目前，常用的生態位模型主要有6種，分別為GARP模型、ENFA模型、CLIMEX模型、MAXENT模型、BIOCLIM模型、DOMAIN模型[9-13]。其中，MaxEnt模型在農作物適宜區預測及藥用植物潛在生境分布中得到了廣泛應用并取得了良好效果。5種生態位模型預測黃頂菊的研究證明MaxEnt模型的模擬精度最好[14]。本研究應用Maxent模型對達烏里秦艽的潛在適生分布區進行預測，研究影響其分布的主要環境因子，結合ArcGIS獲得達烏里秦艽的潛在適生區，為達烏里秦艽栽培生產選地和生產區劃研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 達烏里秦艽分布數據的獲取與處理

查閱全球生物多樣性信息平臺(GBIF，http：//www.gbif.org/)、中國數字植物標本館(CVH，http：//www.cvh.org.cn/cms/)、中國自然保護區資源平臺(http：www.papc.cn/)、教學標本標準化整理整合與資源共享平臺(http：//mnh.scu.edu.cn/)，并參考文獻資料，共獲得達烏里秦艽分布信息1114條，沒有經緯度坐標的分布點以最小可查行政單位為準，剔除重復數據及無法查詢數據，最終獲得154個采樣點信息，見圖1。采樣點數據按種名、分布點經度和緯度順序排列后以.csv格式保存。

圖1 達烏里秦艽的樣點分布圖

1.2 環境變量數據獲取

從世界氣候數據庫(http：//www.worldclim.org)中獲得的1950～2000年的28項環境因子，精度為2.5弧分×2.5弧分(≈25 km)，詳細信息見(表1)。環境因子數據用ArcMap中的格式轉換工具轉換為ESRI ASCII格式。

1.3 MaxEnt模型設定

參考川貝母潛在分布區預測方法[15]，測試數據比例為25%，最大迭代次數106，設置ROC曲線評價模型準確度，響應曲線和刀切法檢驗環境因子權重，其余為模型默認設置。

1.4 適宜區劃分

根據Maxent模型預測達烏里秦艽在中國的分布概況及資料數據，將達烏里秦艽適宜性分為四類，分別為：P<0.1不適生區，0.1≤P<0.4低適生區，0.4≤P<0.6中適生區，P≥0.6高適生區。將三級以上河流分布區域設為低適宜區，最終獲得達烏里秦艽在中國的潛在適生區分布圖；利用提取工具獲得其在各省的潛在適生區分布圖；利用重分類工具計算得到中適生區和高適生區面積。

表1 達烏里秦艽適生區研究所用環境變量

表1(續)

2 結果與分析

2.1 MaxEnt模型預測精度

采用ROC曲線對Maxent模型預測結果進行精度檢驗，即用AUC值(ROC曲線下的面積)作為衡量指標[16]，AUC的取值范圍為0.5～1，其值越靠近1，說明預測結果越好，即MaxEnt模型預測結果越準確。AUC值的標準為：0.5～0.6(失敗)，0.6～0.7(較差)，07～0.8(一般)，0.8～0.9(好)，0.9～1(非常好)。本研究MaxEnt模型預測結果測試數據集和訓練數據集的AUC值分別為0.994和0.996(圖2)，說明Maxent模型預測達烏里秦艽潛在適生區分布結果具有較高的額準確度和可信度。

圖2 達烏里秦艽潛在分布預測的ROC曲線

2.2 主導環境因子的確定

根據刀切法的結果可知(圖3)，1月降雨量、海拔、最冷季度平均溫度、最冷季度降雨量、1月均溫、1月最高溫是影響其分布的主要環境因子，根據模型中各環境變量的貢獻率(表2)可知，海拔(38.7%)、1月降雨量(25.7%)、1月最高溫(13.9%)、最暖季度降水量(10.7%)是影響達烏里秦艽分布的主要環境因子，取兩者共有環境因子，即海拔、1月降雨量、1月最高溫是影響達烏里秦艽分布的主要環境因子。

2.3 達烏里秦艽適生區分布

由全國適宜分布圖(圖4)可知，達烏里秦艽的適宜分布區主要集中在甘肅中部及南部、青海及西藏東部、四川西北部及北部、寧夏南部、陜西北部、山西北部及中部地區、內蒙古中南部及河北北部地區，新疆中西部等地也有低適宜區分布。各省適宜分布圖(圖5)顯示，甘肅省達烏里秦艽的適生區主要分布張掖、武威、天祝等地及中部和西南部的甘南藏族自治州、白銀、平涼、定西、蘭州、臨夏等地，東部慶陽環縣等地也有中適宜分布區；內蒙古達烏里秦艽適生區主要集中在中南部烏蘭察布、呼和浩特等地；寧夏達烏里秦艽適生區主要集中在南部固原、海源等地和中部吳忠部分地區，沿賀蘭山也有少量適生區分布；青海省達烏里秦艽適生區分布在東部海北藏族自治州、海南藏族自治州、西寧、黃南藏族自治州、海東等地區和中部海西蒙古族藏族自治州；山西省除南部運城、晉城及臨汾部分地區外，其他地區均為達烏里秦艽適生區；陜西省達烏里秦艽適生區主要分布在北部榆林地區和延安地區，寶雞及西安部分地區有低適宜分布區；四川省達烏里秦艽高適生區主要分布在北部地區阿壩藏族羌族自治州；新疆中西部伊利哈薩克有達烏里秦艽中、低適宜分布區；河北省達烏里秦艽中、高適宜區主要分布在北部的張家口，承德北部的圍場等地為低適宜分布區；西藏達東部的昌都、妥壩、左貢等地區有烏里秦艽低適生區分布。

圖3 刀切法的環境變量重要性分析

環境因子貢獻率(%)環境因子貢獻率(%)海拔387Bio17最干季度降水量051月降雨量257Bio14最干月降水量031月最高溫139Bio1年均溫02Bio18最暖季度降水量107Bio19最冷季度降水量017月降雨量43Bio7年均溫變化范圍01Bio6最冷月最低溫25Bio3等溫性01bio4溫度季節性變化的標準差15Bio8最濕季度平均溫度01Bio11最冷季度平均溫度07Bio15降水量變異系數01Bio12年均降水量05

圖4 達烏里秦艽在中國適生區分布圖

注：A.甘省肅；B.內蒙古自治區；C.寧夏回族自治區；D.青海省E.山西省；F.陜西省；G.四川省；H.新疆維吾爾自治區；I.河北省；J.西藏自治區。圖5 達烏里秦艽在各省區的潛在適生區分布圖

各省達烏里秦艽高適生區和中適生區面積及其占全國和全省面積比例統計見表3。由表3可知，達烏里秦艽在全國的適生區面積為577 517.4 km2，占國土總面積的6.02%；甘肅省達烏里秦艽適生面積最大為139 913.2 km2，占國土面積的1.46%，占甘肅省總面積的30.86%，其次為青海省；寧夏適生區面積為24 166.67 km2，占到全省總面積的36.4%，為達烏里秦艽適生區面積占有率最高的省；相比較而言，西藏和新疆達烏里秦艽適生區面積較少，在全國及全省土地適生區的占有率較低。

表3 各省達烏里秦艽主要適生分布區面積統計

3 討論

本研究利用Maxent模型和地理信息系統，并結合環境變量對達烏里秦艽在我國的適生分布區進行預測，獲得了達烏里秦艽在我國的適生分布區，ROC曲線顯示測試數據和訓練數據的AUC值均在0.9以上，說明模型預測結果的可信較高。預測結果表明，達烏里秦艽的高適生分布區主要分布在甘肅、青海、山西、內蒙古、四川、陜西、寧夏、新疆、河北、西藏等地，這與文獻記載達烏里秦艽實際分布區相吻合。研究結果從理論上明確了影響達烏里秦艽分布的主要環境因子及在各省的適宜分布區，對于進一步開展達烏里秦艽原產地資源保護和野生撫育具有指導作用，為達烏里秦艽野生資源的收集及栽培選地和生產區劃研究提供了參考。同時，

研究中也存在不足，如僅考慮了氣候和地形因子的影響，沒有涉及土壤類型、植被類型及人類活動范圍以及社會的城鎮化發展對其生態適宜性分布的影響。

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StudyofPotentialDistributionRegionsofGentianadahurica

CUIZhijia，LEIFengshun，LUYouyuan，JINLin*，MAYi，WANGZhenheng

(SchoolofPharmaceuticalSciences，InstituteofTraditionalChineseMedicineandTibetanMedicineResources，GansuUniversityofChineseMedicine，Lanzhou730000，China)

Objective：To study effect of ecological factors on distribution ofGentianadahuricaand predict the potential suitable distribution regions ofG.dahuricain China.Methods：By using 154 distribution recordings in China and 28 ecological factors and combined with ArcGIS，the effect of the ecological factors on the suitable distribution regions ofG.dahuricaand the potential suitable distribution regions in China and each province were studied by MaxEnt.Results：The main factors effect of the suitable growth ofG.dahuricawere altitude，the highest temperature and the precipitation in January.10 provinces in China existed higher suitable distribution areas forG.dahurica.The suitable distribution areas were 577 517.4 km2，accounting for 6.02% of the total area of the country.Gansu province had the largest areas for the suitable growth ofG.dahurica，and the second was Qinghai.Conclusion：The results could guide for resources native protection and wild nurture ofG.dahurica.Meanwhile，it could provide scientific basis for selecting cultivation fields and suitable production area ofG.dahurica.

GentianadahuricaFisch.；potential suitable distribution regions；MaxEnt；ArcGIS

甘肅中醫藥大學中青年基金(ZQN-2013-1)；中央本級重大增減支項目(20603020212，20603020110)；中醫藥公共衛生專項 (財社[2011]76 號)；中醫藥行業科研專項(201207002)

] 晉玲，教授，研究方向：珍惜瀕危和大宗常用中藥資源可持續利用；E-mail：zyxyjl@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.6.016

2016-11-10)

*[