淫羊藿資源現(xiàn)狀及潛在分布區(qū)劃研究△

馬曉輝，劉立，孫少伯，晉玲，3*

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000；2.中(藏)藥資源研究所，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省高校中(藏)藥化學(xué)質(zhì)量研究省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000

淫羊藿EpimediumbrevicornuMaxim.為常用中藥材，是《中華人民共和國(guó)藥典》(以下簡(jiǎn)稱《中國(guó)藥典》)淫羊藿藥材來(lái)源之一，其干燥葉具有補(bǔ)腎陽(yáng)、強(qiáng)筋骨、祛風(fēng)濕的功效，主要用于治療腎陽(yáng)虛衰、陽(yáng)痿遺精、筋骨痿軟、風(fēng)濕痹痛、麻木拘攣等[1]，臨床上主要用于治療骨質(zhì)疏松、更年期綜合征、乳房腫塊、高血壓、冠心病等疾病[2-3]。近年來(lái)由于國(guó)內(nèi)外淫羊藿提取物需求量不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致淫羊藿被無(wú)序采收，甚至采收中將野生植株連根拔起，致使野生資源被大面積破壞，資源呈現(xiàn)瀕危趨勢(shì)[4-5]。因此開(kāi)展淫羊藿的資源現(xiàn)狀、市場(chǎng)調(diào)查以及生態(tài)適宜性研究對(duì)淫羊藿資源的合理開(kāi)發(fā)與保護(hù)具有指導(dǎo)意義。

1 淫羊藿資源現(xiàn)狀

1.1 分布及生境特征

根據(jù)實(shí)地調(diào)查和文獻(xiàn)查閱，淫羊藿主要分布于以祁連山東沿-興隆山-賀蘭山東段、岷山山脈北側(cè)-六盤山-秦嶺南側(cè)-大巴山山地以及太行山西側(cè)在松林和灌叢及溝谷等隱蔽度較大背光潮濕地帶，海拔跨度為450～3200 m，分布區(qū)土壤以棕壤、褐土、黑土為主，土壤質(zhì)地適中，為中壤或輕壤，部分土壤層有0.8～1.5 cm落葉腐質(zhì)層，通透性好，有機(jī)質(zhì)含量較高[6-8]。其中伴生植物喬木層為青扦、遼東櫟、榆、油松為主；灌木層為胡枝子、黃刺玫、榛子、火棘、繡線菊；草本層為羊胡草、茜草、扭柄花等。

1.2 淫羊藿品質(zhì)情況

不同產(chǎn)地淫羊藿品質(zhì)相差甚遠(yuǎn)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)甘肅榆中縣興隆山，南部的成縣、禮縣、徽縣、西和縣和宕昌縣等地區(qū)淫羊藿指標(biāo)成分含量相對(duì)穩(wěn)定；陜西寧陜以北地區(qū)，山西晉城、陵川等區(qū)域土壤肥沃，降雨較多，淫羊藿生長(zhǎng)情況良好，植株個(gè)體較大；河南登封、寧夏固原等地區(qū)呈零星分布，指標(biāo)成分含量相對(duì)較低。

1.3 市場(chǎng)流通情況

對(duì)蘭州黃河、隴西文峰、成都荷花池和河北安國(guó)藥材市場(chǎng)的調(diào)查結(jié)果表明，近年來(lái)淫羊藿除以中藥飲片流通外，部分藥材進(jìn)入制藥企業(yè)以中成藥或提取物形式用于藥品領(lǐng)域，同時(shí)在保健酒和其他功能性食品市場(chǎng)亦被大量使用。其價(jià)格也從十多年前的幾元一路上漲到百元，其中以甘肅隴南地區(qū)產(chǎn)價(jià)格最高。目前甘肅產(chǎn)淫羊藿年產(chǎn)在350 t左右，市場(chǎng)流通較少，大部分在產(chǎn)地直接由藥企委托收購(gòu)。

2 淫羊藿潛在分布預(yù)測(cè)研究

2.1 方法

2.1.1樣本收集 查閱相關(guān)文獻(xiàn)記錄淫羊藿分布范圍，依據(jù)分布范圍，于2014—2018年開(kāi)展野外實(shí)地調(diào)查，利用GPS記錄經(jīng)緯度、海拔信息，同時(shí)查閱中國(guó)數(shù)字標(biāo)本館(CVH)，收集淫羊藿的經(jīng)緯度及海拔信息。本次研究共采集到甘肅、陜西的淫羊藿樣本48份，從CVH中獲得的淫羊藿分布信息共146條，得到有效數(shù)據(jù)為194條。將淫羊藿的采樣信息和環(huán)境數(shù)據(jù)按物種名、分布點(diǎn)經(jīng)度和緯度順序從Excel表中導(dǎo)出，按最大熵模型(MaxEnt)軟件所需保存為為.csv格式文件。

2.1.2淫羊藿生長(zhǎng)分布預(yù)測(cè)

2.1.2.1生態(tài)因子數(shù)據(jù)的獲取 在眾多物種潛在分布預(yù)測(cè)模型中，MaxEnt具有操作界面簡(jiǎn)潔、模擬性能優(yōu)越、預(yù)測(cè)精度較高等方面的優(yōu)勢(shì)，在植物與氣候關(guān)系、資源現(xiàn)狀、外來(lái)物種入侵等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。因此本研究選用MaxEnt(3.3.3版)軟件來(lái)預(yù)測(cè)淫羊藿的潛在分布區(qū)。本研究生態(tài)因子數(shù)據(jù)來(lái)源于“中藥資源空間信息網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)”，包括55項(xiàng)生態(tài)因子，其中19項(xiàng)生物氣象數(shù)據(jù)為1950—2000年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。

2.1.2.2MaxEnt模型參數(shù)設(shè)置 將.csv格式數(shù)據(jù)傳入MaxEnt軟件，導(dǎo)入所有生態(tài)因子。設(shè)置模型參數(shù)，具體參數(shù)如下：隨機(jī)測(cè)試比例為25%，其中75%的數(shù)據(jù)用于建模，另外25%的數(shù)據(jù)用于模型的驗(yàn)證。設(shè)置最大迭代次數(shù)為1×106，設(shè)置受試者工作曲線(ROC曲線)和刀切法(jack knife)檢驗(yàn)權(quán)重，其他參數(shù)為默認(rèn)值。

2.1.2.3模型預(yù)測(cè)評(píng)價(jià) 通過(guò)觀察曲線下面積(AUC)值評(píng)測(cè)模型精度。

2.1.2.4生態(tài)因子篩選 將194份淫羊藿分布信息及55個(gè)生態(tài)因子導(dǎo)入MaxEnt模型中進(jìn)行迭代運(yùn)算，棄去運(yùn)算結(jié)果中貢獻(xiàn)率為0的生態(tài)因子，進(jìn)行第2次運(yùn)算，直至沒(méi)有貢獻(xiàn)率為0的生態(tài)因子出現(xiàn)，停止運(yùn)算。得到所有對(duì)淫羊藿生長(zhǎng)具有貢獻(xiàn)率的生態(tài)因子。

2.1.3淫羊藿在我國(guó)的生態(tài)適宜性區(qū)劃分析 根據(jù)MaxEnt運(yùn)算結(jié)果中樣本分布點(diǎn)生境適宜度值，以提取結(jié)果中最小值作為適宜生長(zhǎng)和不適宜生長(zhǎng)的分界線。對(duì)于適宜生長(zhǎng)區(qū)的空間，則以正態(tài)分布中的μ，δ為界區(qū)，即[0，最小值]為不適宜區(qū)，[最小值，μ-δ]為次適宜區(qū)，[μ-δ，1]為最適宜區(qū)[9]。利用 ArcGIS繪制淫羊藿生態(tài)適宜性區(qū)劃分布圖。

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1模型預(yù)測(cè)評(píng)價(jià) 模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度是以AUC值的大小的衡量指標(biāo)，其取值為0～1，AUC值的大小與模型判斷能力的強(qiáng)弱成正比[10-11]。淫羊藿MaxEnt模型ROC曲線訓(xùn)練數(shù)據(jù)集AUC=0.991，測(cè)試數(shù)據(jù)集AUC=0.987，表明由MaxEnt模型模擬效果非常好，由模型運(yùn)算得出的淫羊藿生長(zhǎng)適宜度具有很高的準(zhǔn)確度和可信度。

2.2.2主要生態(tài)因子的選擇 本研究使用的生態(tài)因子數(shù)據(jù)(氣候、土壤、地形和植被類型)來(lái)源于“中藥資源空間信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)”。從中國(guó)數(shù)字標(biāo)本館(CVH)獲取的淫羊藿經(jīng)緯度數(shù)據(jù)經(jīng)MaxEnt運(yùn)算，剔除貢獻(xiàn)率為0的生態(tài)因子，經(jīng)7次運(yùn)算后剩余24個(gè)具有貢獻(xiàn)率的生態(tài)因子，其中有15個(gè)氣候因子(總貢獻(xiàn)率為78.0%)、3個(gè)地形因子(總貢獻(xiàn)率為19.2%)、5個(gè)土壤因子(總貢獻(xiàn)率為2.1%)、1個(gè)植被類型因子(貢獻(xiàn)率為0.8%)，可見(jiàn)氣候因子對(duì)淫羊藿的影響最大。貢獻(xiàn)率>1%的生態(tài)因子貢獻(xiàn)率及適宜值范圍如下：根據(jù)生態(tài)因子響應(yīng)曲線結(jié)果，4月降水量貢獻(xiàn)率最高為22.9%，適宜值為30～90 mm；海拔貢獻(xiàn)率為13.8%，適宜值為400～3200 m；5月降水量貢獻(xiàn)率11.6%，適宜值為40～140 mm；6月降水量貢獻(xiàn)率為9.8%，適宜值為50～180 mm；溫度季節(jié)性變化標(biāo)準(zhǔn)差貢獻(xiàn)率8.6%，適宜值為50.1～62.0 ℃；3月降水量貢獻(xiàn)率8.4%，適宜值為20～50 mm；年平均溫度貢獻(xiàn)率為5.3%，適宜值為5.0～23.1 ℃，1月份平均溫度貢獻(xiàn)率為4.1%，適宜值為-4.5～1.8 ℃，坡度貢獻(xiàn)率為3.7%，適宜值為3～70 ℃，最冷月最低溫貢獻(xiàn)率為4.1%，適宜值為-20～-10 ℃，12月份平均溫度貢獻(xiàn)率1.3%，適宜值為-2.5～3.0 ℃。

2.2.3淫羊藿在我國(guó)的生態(tài)適宜性區(qū)劃 采用地理信息系統(tǒng)(GIS)提取MaxEnt模型預(yù)測(cè)結(jié)果的生態(tài)適宜度值，運(yùn)用GIS軟件中的分類功能模塊，將淫羊藿適宜區(qū)劃按照適生指數(shù)從低到高分為適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)3類。利用GIS軟件中類功能，繪制淫羊藿生態(tài)適宜區(qū)劃圖。淫羊藿生態(tài)適宜性區(qū)劃見(jiàn)圖1。如圖1所示，淫羊藿較高適宜度主要集中在甘肅東南部、陜西南部、山西南部、河北西南部。

3 結(jié)論

本研究基于淫羊藿的自然分布信息及環(huán)境因子數(shù)據(jù)，采用MaxEnt預(yù)測(cè)其在我國(guó)的生態(tài)適宜性分布，模型預(yù)測(cè)結(jié)果經(jīng)ROC曲線評(píng)價(jià)表明預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度及可信度較高(AUC>0.9)。MaxEnt模型估算結(jié)果經(jīng) GIS制圖，基于實(shí)際分布點(diǎn)的生態(tài)適宜度值及正態(tài)分布曲線劃分其生態(tài)適宜區(qū)，結(jié)果表明淫羊藿最適宜分布區(qū)集中在我國(guó)北方以祁連山東沿-興隆山-賀蘭山東段、岷山山脈北側(cè)-六盤山-秦嶺南側(cè)-大巴山山地、太行山西側(cè)、呂梁山西側(cè)等山系為主的區(qū)域并呈帶狀分布。各省、自治區(qū)、直轄市淫羊藿生態(tài)適宜區(qū)分布縣 (區(qū)) 見(jiàn)表1。

注：審圖號(hào)為GS(2019)1823號(hào)。圖1 淫羊藿在我國(guó)的生態(tài)適宜性區(qū)劃

表1 淫羊藿在各省生態(tài)適宜性分布區(qū)

4 討論

本研究以生態(tài)因子為基礎(chǔ)對(duì)全國(guó)淫羊藿的生境適宜區(qū)劃進(jìn)行了預(yù)測(cè)。試驗(yàn)所得分布區(qū)與《中國(guó)植物志》中的淫羊藿的分布區(qū)域基本吻合，與2014—2018年走訪調(diào)查的實(shí)際信息相吻合。

當(dāng)前，我國(guó)淫羊藿資源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用進(jìn)展較快，一些學(xué)者就淫羊藿引種、馴化與栽培做了大量工作[12-16]。但在淫羊藿種質(zhì)繁育推廣等方面研究工作進(jìn)展依然薄弱，淫羊藿繁殖以無(wú)性繁殖和種子繁殖進(jìn)行，雖然在分蘗芽種植及組培等方面有大量的試驗(yàn)[17-18]，大田規(guī)模化種植依然難以突破，同時(shí)淫羊藿種子有深休眠的特性，加之其習(xí)性在蔭蔽度較大背光潮濕的特殊環(huán)境生長(zhǎng)的特點(diǎn)，大田移栽也面臨考驗(yàn)。

存在的問(wèn)題及建議：1)淫羊藿干燥葉藥用，調(diào)查發(fā)現(xiàn)藥農(nóng)或商販為了提高采收效率及產(chǎn)量，一般將野生淫羊藿連根帶莖全株拔起，這種竭澤而漁式的濫采濫挖致使野生淫羊藿資源日漸枯竭；2)淫羊藿藥材一般以6—9月莖葉生長(zhǎng)茂盛指標(biāo)性成分含量較高時(shí)采收，但受利益驅(qū)動(dòng)5月份便有藥販進(jìn)入生長(zhǎng)區(qū)對(duì)其進(jìn)行收購(gòu)，致使藥材質(zhì)量層次不齊，嚴(yán)重影響藥材品質(zhì)；3)雖然近年來(lái)開(kāi)展了一些淫羊藿野生資源保護(hù)、撫育與可持續(xù)利用研究并取得了一些進(jìn)展，但其人工繁育研究依然存在難度。為保護(hù)淫羊藿野生資源，應(yīng)在適生區(qū)有計(jì)劃地建立包括淫羊藿在內(nèi)的野生資源自然保護(hù)區(qū)，同時(shí)建立淫羊藿種子庫(kù)；在移栽過(guò)程中通過(guò)人工模擬野生生境，構(gòu)建半野生狀態(tài)的居群[19]；繼續(xù)加強(qiáng)栽培馴化及組培研究，為淫羊藿資源保護(hù)與開(kāi)發(fā)提供保障。