甘肅省3種肉蓯蓉藥材生態適宜性區劃研究

陳博，朱田田，成希，曹后康，徐小瓊，晉玲

資源調查

甘肅省3種肉蓯蓉藥材生態適宜性區劃研究

陳博1，朱田田1，成希1，曹后康1，徐小瓊1，2，晉玲1，3

1.甘肅中醫藥大學藥學院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅醫學院，甘肅 平涼 744000；3.中（藏）藥資源研究所，甘肅 蘭州 730000

通過對甘肅省3種肉蓯蓉藥材的生態適宜性進行評價，為選取種植區域及合理利用優質肉蓯蓉藥材資源提供依據。通過查閱網絡資料和實地采集，收集甘肅省肉蓯蓉藥材共197個樣點信息，其中肉蓯蓉87個樣點，沙蓯蓉50個樣點，鹽生肉蓯蓉60個樣點，綜合55個生態因子，采用地理信息系統和最大熵模型分析肉蓯蓉藥材在甘肅省的生態適宜性分布。影響甘肅省3種肉蓯蓉藥材生態適宜性的主要生態因子是海拔、植被類型、土壤亞類、降雨和溫度；甘肅省肉蓯蓉最適宜生境主要集中在河西地區和白銀市，但物種不同，各地區分布面積及空間格局存在差異，因此不同種肉蓯蓉進行人工種植時應加以區分。本研究結果與目前甘肅省肉蓯蓉藥材的產區一致，可為合理選擇優質肉蓯蓉種植區提供依據。

肉蓯蓉；沙蓯蓉；鹽生肉蓯蓉；生態適宜性

肉蓯蓉為列當科Orobanchaceae肉蓯蓉屬植物肉蓯蓉Y.C.Ma.和管花肉蓯蓉（Schenk）Wight的干燥帶鱗葉肉質莖，別名疆蕓、寸蕓、蓯蓉、查干告亞（蒙語），具有補腎陽、益精血、潤腸道功效[1]，素有“沙漠人參”之美譽，是傳統名貴中藥材。近年隨著亂采濫挖日趨嚴重，甘肅省肉蓯蓉資源瀕臨枯竭；另外，甘肅省許多地區大面積種植肉蓯蓉，但因不同品種混用，以及缺乏相應的系統性適宜生境研究，導致肉蓯蓉藥材良莠不齊。因此，研究不同種肉蓯蓉藥材的生境適宜性，明確其范圍，已成為亟需解決的問題。筆者通過收集甘肅省3種肉蓯蓉樣點信息，結合生態因子數據，采用最大熵（MaxEnt）模型預測其生態適宜分布區，并利用地理信息系統（GIS）技術將其表現出來，以期為優質肉蓯蓉的人工栽培選地提供依據。

1 資料與方法

1.1 藥材分布信息

通過自采和查閱中國數字植物標本館（http://www.cvh.ac.cn），共收集197個樣點信息，其中肉蓯蓉87個樣點，沙蓯蓉50個樣點，鹽生肉蓯蓉60個樣點。將物種名、分布地區的物種名存儲為MaxEnt模型要求的.csv格式。樣點分布詳見圖1，樣點信息見表1。

圖1 肉蓯蓉藥材樣點分布

表1 肉蓯蓉藥材樣點分布信息

品種 分布地區分布樣點數/個 肉蓯蓉蘭州市 1 武威市16 張掖市11 白銀市29 酒泉市30 沙蓯蓉蘭州市 8 臨夏回族自治州 4 酒泉市10 白銀市26 張掖市 2 鹽生肉蓯蓉蘭州市 5 張掖市15 白銀市40

1.2 生態因子數據

本研究使用來源于“中藥資源空間信息網絡數據庫”（http://www.tcm-resources.com/）的生態因子數據（降水、溫度、植被類型和土壤），選取適應肉蓯蓉藥材生長的所有生態因子數據。

1.3 最大熵模型參數設置

將轉換為.csv格式的肉蓯蓉藥材樣點信息導入MaxEnt3.4.0軟件，設置建模參數，隨機測試比例15%，設置響應曲線、ROC曲線和刀切法。用響應曲線評價生態因子適宜度范圍，用ROC曲線及曲線下面積（即AUC值）評價模型精度，用刀切法檢驗生態因子的權重。

1.4 模型預測評價

采用AUC值評價預測結果精度，取值范圍0～1，值越大表示模型判斷力越強。

1.5 生態因子篩選

導入3種肉蓯蓉藥材的采集信息和55個生態因子，進行迭代運算，舍棄貢獻因子為0的生態因子，得到對肉蓯蓉藥材生長影響貢獻率較高的主要生態因子，依據響應曲線得到適宜范圍。

1.6 生態適宜區劃分

將MaxEnt導出的結果導入GIS，參照生態適宜度最小值及正態分布曲線的均值（μ）和均方差（δ），以[0，μ－δ]為不適宜區，[μ－δ，μ]為次適宜區，[μ，1]為最適宜區，繪制3種肉蓯蓉藥材生態適宜性區劃分布圖。

2 結果與分析

2.1 刀切圖結果

肉蓯蓉、沙蓯蓉、鹽生肉蓯蓉的ROC曲線訓練數據集AUC分別為0.996、0.998、0.998，測試數據集AUC分別為0.992、0.997、0.998，均為0.9～1，表明MaxEnt模型預測肉蓯蓉藥材在甘肅省的潛在分布準確度和可信度都很高。肉蓯蓉、沙蓯蓉、鹽生肉蓯蓉刀切法檢驗結果見圖2～圖4，肉蓯蓉、沙蓯蓉、鹽生肉蓯蓉訓練集的ROC曲線見圖5～圖7。

2.2 主要生態因子

篩選55個生態因子，其中20個對肉蓯蓉生態適宜性有貢獻，10個為影響肉蓯蓉適宜性的主要生態因子，貢獻率總和為95.400 5%；20個對沙蓯蓉生態適宜性有貢獻，8個為影響沙蓯蓉適宜性的主要生態因子，貢獻率總和為96.871 7%；22個對鹽生肉蓯蓉生態適宜性有貢獻，10個為影響鹽生肉蓯蓉適宜性的主要生態因子，貢獻率總和為95.671 1%。海拔、植被類型、土壤亞類、降雨、溫度均為影響3種肉蓯蓉藥材生長的主要生態因子。3種肉蓯蓉主要生態因子適宜值詳見表2～表4。

圖2 肉蓯蓉生態因子刀切圖

圖3 沙蓯蓉生態因子刀切圖

圖4 鹽生肉蓯蓉生態因子刀切圖

圖5 肉蓯蓉訓練集的ROC曲線

圖6 沙蓯蓉訓練集的ROC曲線圖

圖7 鹽生肉蓯蓉訓練集的ROC曲線

表2 肉蓯蓉主要生態因子貢獻率及適宜值范圍

生態因子貢獻率/%適宜值 海拔23.932 5800～3000 km 植被類型22.463 0高山稀疏植被、溫帶多汁鹽生矮半灌木荒漠、溫帶叢生矮禾草、矮半灌木荒漠草原、溫帶半灌木、矮半灌木荒漠、溫帶禾草雜類草鹽生草甸、溫帶草原化灌木荒漠、溫帶1年生草本荒漠 7月份溫度15.495 514～27 ℃ 土壤亞類10.854 2內陸鹽水、過渡性紅砂土、石灰性栗鈣土、水灰化土、普通栗鈣土、普通鈣質土、普通紅砂土、過渡性灰壤、酸性硫酸鹽潛育土、紅砂土、石化鈣溶膠、松軟鹽土、石膏層鹽土、鈣質鹽土 12月份降水量 8.226 20～3 mm 1月份溫度 4.698 63.5～17 ℃ 最干月降水量 4.331 60～2.5 mm 11月份降水量 2.304 20～14.5 mm 1月份降水量 1.686 70～7 mm 土壤質地分類 1.408 0黏性壤土、肥土、砂質黏壤土、砂壤土、沙土

表3 沙蓯蓉主生態因子貢獻率及適宜值范圍

生態因子貢獻率/%適宜值 海拔34.522 6400～4000 m 植被類型20.453 0溫帶多汁鹽生矮半灌木荒漠、溫帶半灌木矮半灌木荒漠、溫帶禾草、雜草類鹽生草甸、溫帶草原化灌木荒漠 土壤亞類 8.917 9石灰性始成土、栗鈣土、普通黑鈣土、灰化土、普通鈣積土、普通紅砂土、過渡性灰壤、鈣積土、飽和薄層土、松軟鹽土 最干月降水量 8.649 00～5 mm 12月份降水量 7.050 70～7 mm 2月份溫度 6.806 8-24～16 ℃ 最干季節降水量 5.505 20～19 mm 11月份降水量 4.966 50～13 mm

表4 鹽生肉蓯蓉主生態因子貢獻率及適宜值范圍

生態因子貢獻率/%適宜值 海拔24.716 8467～867 m 土壤亞類22.970 6過渡性紅砂土、黑色石灰土和薄層土、薄層鈣積土、薄層石膏土、石灰性砂土、飽和薄層土 植被類型16.381 2高山稀疏植被、溫帶多汁鹽生矮半灌木荒漠、溫帶半灌木、矮半灌木荒漠、溫帶灌木荒漠、溫帶矮半喬木荒漠 最干月降水量 8.680 60～4 mm 最暖月最高溫 7.630 117.5～34 ℃ 12月份降水量 6.512 60～4.3 mm 9月份降水量 3.384 00～9.5 mm 11月份溫度 2.158 0-19～20 ℃ 溫度季節性變化標準差 2.070 921.7～168.3 2月份降水量 1.166 30～8 mm

2.3 生態適宜性區劃

肉蓯蓉藥材的生態適宜區分布縣見表5。肉蓯蓉最適宜區包括酒泉南部邊緣地區、張掖西部、金昌東部、武威南部、白銀市，次適宜區為酒泉市中北部、張掖市中北部、金昌西部、武威北部、蘭州市、定西市北部、臨夏回族自治州北部。見圖8。沙蓯蓉最適宜區包括酒泉東部邊緣、武威東部、白銀市、蘭州市，次適宜區為酒泉中東部邊緣地區、定西市北部、臨夏市部分地區。見圖9。鹽生肉蓯蓉最適宜區包括張掖市北部、白銀市為肉蓯蓉適宜區，次適宜區為酒泉市東部部分地區、張掖市中部、金昌市、武威市中部、蘭州部分地區、臨夏部分地區。見圖10。

表5 肉蓯蓉藥材生態適宜性分布區

品種最適宜區分布縣次適宜區分布縣 肉蓯蓉玉門市南部、金塔縣南部、嘉峪關南部和東部、肅州區、高臺縣中部和西部、臨澤縣、甘州區北部邊緣、金川區東部和南部、民勤縣南部、涼州區中北部、景泰縣大部、靖遠縣、平川區、白銀區、皋蘭縣肅北蒙古族自治縣大部、瓜州縣北部和南部、敦煌市東南部和東北部、玉門市北部、金塔縣大部、嘉峪關西部和北部、肅南裕固族自治縣北部、高臺縣東部、臨澤縣東部和西部、甘州區大部、民樂縣中北部、山丹縣中北部、金川區西部和北部邊緣、永昌縣中西部、民勤縣大部、涼州區南部、永登縣大部、西固區、城關區、七里河區、榆中縣大部、會寧縣、安定區 沙蓯蓉金塔縣南部邊緣地區、嘉峪關、肅州區、永昌縣東部、涼州區大部、景泰縣大部、靖遠縣、平川區、白銀區、皋蘭縣、城關區、西固區、七里河區、會寧縣北部瓜州縣東部、玉門大部、金塔西部、高臺縣南部、臨澤縣南部、甘州區南部、民勤縣南部、永靖縣大部、積石山保安族東鄉族撒拉族自治縣中北部、東鄉族自治縣大部、臨夏縣中北部、和政縣北部、榆中縣北部和南部、安定區大部、會寧縣中部 鹽生肉蓯蓉高臺縣北部、臨澤縣西部、甘州區北部、金川區北部、永昌縣北部、景泰縣大部、靖遠縣中西部、平川區大部、白銀區大部、皋蘭縣大部肅北蒙古族自治區北部邊緣、瓜州縣西北部邊緣東北和東南邊緣、敦煌市北部邊緣和南部邊緣、玉門市北部和南部、金塔縣大部、嘉峪關大部、肅州區中東部、肅南裕固族自治縣北部、高臺縣中南部、臨澤縣中東部、甘州區中南部、山丹縣中北部、民樂縣中北部、金川區中部、永昌縣中部、民勤縣南部和西部、涼州區、靖遠縣東部、永登縣中南部、西固區、永靖縣北部、會寧縣中北部、安定區北部邊緣、榆中縣中北部

圖8 甘肅省肉蓯蓉生態適宜性區劃

圖9 甘肅省沙蓯蓉生態適宜性區劃

圖10 甘肅省鹽生肉蓯蓉生態適宜性區劃

3 討論

3.1 海拔對肉蓯蓉生長影響

海拔是影響肉蓯蓉生長的重要生態因子。王猛等[2]認為，由于長期風蝕作用，海拔高度的不同直接影響了沙層厚度，并對肉蓯蓉的寄主（如梭梭）生長產生干預，影響養分的獲取。因此，適宜的海拔高度是進行肉蓯蓉選育必備因素之一。

3.2 植被類型對肉蓯蓉生長影響

不同植被類型通過影響肉蓯蓉土壤中根系的生長，使其有不同的形態結構和生理特點，從而干預營養吸收。同時，不同土質植物的代謝強度和蒸騰強度不同也會對肉蓯蓉生長產生影響。肉蓯蓉生長在荒漠地區，常年干旱少雨，蒸發量大，日照充足，溫差較大，砂質化嚴重，使肉蓯蓉生長環境植被種類少，需寄生在寄主（如梭梭）根系上吸收養分才能維持生長，導致其成活率低。因此，對于肉蓯蓉的選育應進行嚴格的生長環境篩選。

3.3 溫度對肉蓯蓉生長影響

1、2月份為一年中氣溫最低時期，7月份為氣溫最高時期，這3個月份只有在肉蓯蓉生長的適宜溫度范圍內，才能保證其正常生長。另外，氣溫也影響土壤溫度，進而影響肉蓯蓉新陳代謝強度和蒸騰強度。因此，1、2、7月份適宜溫度對肉蓯蓉生長至關重要。

3.4 土壤亞類對肉蓯蓉生長影響

土壤酸堿度、含水量、松軟度分別影響肉蓯蓉生長的成活率、呼吸及養分獲取、發育程度。由于肉蓯蓉主要生長在鹽漬化的松軟沙土上，土壤以松軟鹽土為主，沙土層越厚，沙土越松軟，肉蓯蓉生長受到的阻礙越小，肉蓯蓉質量越好。因此，土質的選取是肉蓯蓉能否成功引種的重要因素。

3.5 降水量對肉蓯蓉生長影響

水分是限制肉蓯蓉生長的另一個主要生態因素，降水的時間分布和數量是決定肉蓯蓉定植、生長，物種生存組成及結構至關重要的因素。肉蓯蓉喜干旱，其生長地多具有雨量少、蒸發量大的特點。若降水量過大，土壤水分含量高，則影響土壤中氧氣含量，使肉蓯蓉出現腐爛現象；而降水量過少，肉蓯蓉又因得不到有效水分而無法正常生長。因此，種植肉蓯蓉應維持土壤適宜的含水量。

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

[2] 王猛,汪季,蒙仲舉,等.巴丹吉林沙漠東緣天然梭梭種群空間分布異質性[J].生態學報,2016,36(13)：4055-4063.

Study on Ecological Suitability Regionalization of Three Species of Cistanches Herba in Gansu Province

CHEN Bo1, ZHU Tiantian1, CHENG Xi1, CAO Houkang1, XU Xiaoqiong1,2, JIN Ling1,3

The ecological suitability of three species of Cistanches Herba in Gansu Province was evaluated; To provide basis for selecting planting areas of Cistanches Herba and rationally utilizing high-quality Cistanches Herba resources.Through consulting network data and on-the-spot collection, this study collected 197 sample points of Cistanches Herba in Gansu Province, including 87 sample points of, 50 sample points ofG. Beck, 60 sample points of(C. A. Mey.) G. Beck. Combining 55 ecological factors, the geographic information system and the maximum entropy model were used to analyze the ecological suitability of Cistanches Herba in Gansu Province.The main environmental factors affecting the ecological suitability of three species of Cistanches Herba in Gansu Province were altitude, vegetation type, soil subtypes, rainfall and temperature; the most suitable habitats of Cistanches Herba in Gansu Province were mainly concentrated in Hexi area and Baiyin city, Gansu Province. However, different species had different distribution areas and spatial patterns in different areas, so different types of Cistanches Herba should be distinguished when they were artificially planted.The resultsof this study are consistent with the current production areas of Cistanches Herba in Gansu Province, which can provide a basis for the rational selection of high-quality planting areas of Cistanches Herba.

;G. Beck;G. Beck; ecological suitability

R282.5

A

1005-5304(2020)12-0001-05

10.19879/j.cnki.1005-5304.202002043

甘肅省教育廳高等學校創新能力提升項目（2020A-079）；第四次全國中藥資源普查工作（2018年）；甘肅省地方藥材質量標準提升研究（2017年）

晉玲，E-mail：zyxyjl@163.com

（2020-02-04）

（2020-05-11；編輯：梅智勝）