基于MaxEnt模型的當(dāng)歸全球生態(tài)適宜區(qū)和生態(tài)特征研究

張東方, 張 琴, 郭 杰,孫成忠,吳 杰,聶 祥,謝彩香,*

1 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院, 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥用植物研究所,北京 100193 2 江蘇師范大學(xué),徐州 221116 3 中國測繪科學(xué)研究院,北京 100039 4 中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所,北京 100029 5 貴州省畢節(jié)市氣象局,畢節(jié) 551714

基于MaxEnt模型的當(dāng)歸全球生態(tài)適宜區(qū)和生態(tài)特征研究

張東方1,2, 張 琴1, 郭 杰1,孫成忠3,吳 杰4,聶 祥5,謝彩香1,*

1 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院, 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥用植物研究所,北京 100193 2 江蘇師范大學(xué),徐州 221116 3 中國測繪科學(xué)研究院,北京 100039 4 中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所,北京 100029 5 貴州省畢節(jié)市氣象局,畢節(jié) 551714

研究藥用植物當(dāng)歸在全球范圍內(nèi)的生態(tài)適宜區(qū)和生態(tài)特征,根據(jù)109個當(dāng)歸樣本點和37個生態(tài)因子,利用最大信息熵模型(MaxEnt)和地理信息系統(tǒng)(Geographic information System, GIS)對其進行全球適宜性區(qū)劃。結(jié)果表明,當(dāng)歸生態(tài)適宜區(qū)主要集中在北緯20—50°范圍內(nèi)的北美洲、歐洲、亞洲和南緯15—35°范圍內(nèi)的南美洲和非洲,共約593.07萬km2。其中生態(tài)相似度最高的區(qū)域主要分布在中國甘肅省南部、四川省、西藏自治區(qū)東部、云南省北部、貴州省、陜西省西南部等地區(qū),可見中國十分適合當(dāng)歸的種植,是當(dāng)歸的主產(chǎn)區(qū)。影響當(dāng)歸地理分布的主要氣候因子適宜值范圍分別為：最暖季降水量為300—700 mm,最冷季平均溫為-3—7℃,降水的季節(jié)性數(shù)值為70—98；影響當(dāng)歸地理分布的主要土壤因子適宜值范圍分別為：碳酸鈣含量為50%—60%,粘土比重為17%—24%。研究結(jié)果為當(dāng)歸人工引種栽培及精細(xì)化種植管理提供參考。

當(dāng)歸；最大信息熵模型；地理信息系統(tǒng)；生態(tài)適宜性；生態(tài)特征

當(dāng)歸為傘形科(Umbelliferae)當(dāng)歸屬(Angelica)植物當(dāng)歸(Angelicasinensis(Oliv.)Diels.)的干燥根,是臨床常用中藥,素有“十方九歸”之稱[1],現(xiàn)代藥理研究表明：當(dāng)歸在心臟保護、胃腸保護、抗輻射和抗腫瘤以及鎮(zhèn)痛等方面均有較好療效[2- 5]。當(dāng)歸作為傳統(tǒng)出口大宗藥材,不僅用于配方,而且在傳統(tǒng)膳食及保健品中均有較多應(yīng)用,全年銷量達到13000—15000 t[6]。

當(dāng)歸屬植物主要分布于北溫帶地區(qū),北美和東亞為其世界分布中心,東亞則以中國種類最豐,在日本、朝鮮和越南也有當(dāng)歸栽培品[7]。我國當(dāng)歸產(chǎn)地廣泛分布于甘肅、云南、貴州、四川、陜西、青海、湖南、湖北等地[8- 9]。目前當(dāng)歸主要來源于栽培,雖然有著悠久的栽培歷史及廣泛的應(yīng)用前景,但是當(dāng)歸存在種質(zhì)資源退化、栽培技術(shù)落后、質(zhì)量下降等問題,而且栽培過程中還存在著嚴(yán)重的連作障礙,導(dǎo)致當(dāng)歸可栽培土地逐漸減少,其產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上市場需求,嚴(yán)重影響著當(dāng)歸的現(xiàn)代化發(fā)展。

氣候和土壤是決定物種分布的最主要因素,近年來已經(jīng)有很多國內(nèi)外學(xué)者研究了環(huán)境因子對植物潛在分布的影響[10- 11],但對當(dāng)歸的研究目前主要集中在植物學(xué)、栽培學(xué)、藥理藥效、臨床應(yīng)用和化學(xué)成分提取等方面,當(dāng)歸在全球的資源分布及生態(tài)適宜性研究鮮有報道。為了避免盲目引種擴種和連作障礙等問題帶來的經(jīng)濟損失,研究當(dāng)歸全球適宜性區(qū)劃及其生態(tài)特征,對當(dāng)歸科學(xué)引種栽培及精細(xì)化種植管理具有重大意義。本文利用GIS技術(shù)和最大信息熵模型,通過數(shù)據(jù)庫和文獻檢索,收集當(dāng)歸分布信息,結(jié)合氣候、地形和土壤等相關(guān)生態(tài)因子,對當(dāng)歸地理分布進行區(qū)劃,找出影響當(dāng)歸分布的主要生態(tài)因子以及最適合生長的區(qū)域,為當(dāng)歸人工引種栽培及選址提供參考,以提高當(dāng)歸質(zhì)量和產(chǎn)量,實現(xiàn)中藥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料

1.1 最大信息熵模型

最大信息熵模型MaxEnt軟件(版本為3.3.3 k)來源于官網(wǎng)(http://www.cs.princeton.edu/—schapire/maxtent),MaxEnt模型是一種基于最大熵理論而提出的生態(tài)位模型[12-13],是把研究區(qū)所有柵格單元作為最大熵的可能分布空間,將已知物種分布點的柵格單元作為樣點,根據(jù)樣點單元的環(huán)境變量得出約束條件,尋找此約束條件下的最大熵的可能分布[14-15],具有操作簡單、運算速度快、預(yù)測結(jié)果好等優(yōu)點[16-19]。

1.2 當(dāng)歸分布數(shù)據(jù)

根據(jù)全球生物多樣性信息數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)(GBIF,http://www.gbif.org/)和中國數(shù)字植物標(biāo)本館(CVH,http://www.cvh.org.cn/)以及文獻檢索得到全球109個當(dāng)歸樣本點,主要分布在亞洲、美洲等(如圖1)。

圖1 當(dāng)歸樣本分布圖Fig.1 Sample distribution of Angelica sinensis

1.2 環(huán)境數(shù)據(jù)

氣候數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)來源于世界氣候網(wǎng)(http://www.worldclim.org/),坐標(biāo)系為WGS84,柵格大小約為25km2。氣候數(shù)據(jù)為1950年至2000年監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值,共19個氣候因子,圖層中的溫度數(shù)值(℃)為實際數(shù)值×10。地形數(shù)據(jù)包括高程、坡度和坡向數(shù)據(jù),其中坡度和坡向數(shù)據(jù)利用ArcGIS軟件對高程數(shù)據(jù)進行表面分析得到。土壤數(shù)據(jù)來自世界土壤數(shù)據(jù)庫(http://webarchive.iiasa.ac.at/Research / LUC/External-World-soil-database/ HTML/),坐標(biāo)系為WGS84,柵格大小約為1km2,共15個土壤因子,則全部生態(tài)因子共37個。地圖資料來源于國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)(http://nfgis.nsdi.gov. cn/)。

2 方法

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

采用ENVI4.8和ArcGIS 10.0對土壤數(shù)據(jù)進行重采樣,得到與氣候數(shù)據(jù)相同的柵格大小,同時對土壤數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換,得到與氣候數(shù)據(jù)和海拔數(shù)據(jù)相同的數(shù)據(jù)格式(.asc),可直接加載于MaxEnt軟件。當(dāng)歸樣本點數(shù)據(jù)文件保存為csv格式。

2.2 MaxEnt模型參數(shù)設(shè)置

將分布點數(shù)據(jù)(csv格式)和生態(tài)因子數(shù)據(jù)集導(dǎo)入MaxEnt軟件中,設(shè)置參數(shù)建模運行,具體參數(shù)設(shè)置為：設(shè)置刀切法檢驗權(quán)重,MaxEnt自定義設(shè)置ROC評價曲線,其他參數(shù)設(shè)置為軟件默認(rèn)值。

2.3 區(qū)劃結(jié)果可信度和準(zhǔn)確度

本實驗應(yīng)用ROC曲線和AUC值對預(yù)測結(jié)果進行精度評價。ROC曲線分析法在物種潛在分布預(yù)測模型評價中得到了廣泛的應(yīng)用,是目前認(rèn)可度較高的診斷試驗評價指標(biāo)[20-22]。通過計算ROC接受曲線下方的面積得到AUC值,AUC的數(shù)值范圍為0.5—1,值越大表示預(yù)測越精確。

2.4 當(dāng)歸生態(tài)適宜區(qū)劃

利用ArcGIS 10.0軟件對MaxEnt模型計算的結(jié)果進行疊加分析和地圖制作,繪制出基于主要生態(tài)因子的當(dāng)歸生態(tài)適宜區(qū)劃全球圖,采用人工分級方法基于生態(tài)相似度劃分出不同等級分布區(qū)域,其生態(tài)相似度共劃分為<10%,10%—30%,30%—50%,50%—70%和>70% 5個等級,并確定當(dāng)歸生態(tài)適宜分布區(qū)與行政歸屬范圍。通過MaxEnt模型運行結(jié)果中的響應(yīng)曲線得出生態(tài)因子適宜值范圍。

圖2 基于MaxEnt模型預(yù)測當(dāng)歸全球分布的ROC曲線 Fig.2 The ROC curve predicting the distribution of Angelica sinensis based on MaxEnt

3 結(jié)果與分析

3.1 區(qū)劃結(jié)果可信度和準(zhǔn)確度

AUC指的是ROC曲線與橫坐標(biāo)圍成的區(qū)域面積,其大小反映了模型模擬效果的準(zhǔn)確性,數(shù)值越大,模型模擬的準(zhǔn)確性越高。如圖2所示,訓(xùn)練集AUC值達到0.989,測試集AUC值達到了0.967,表明模型模擬效果達到極高的水平,由模型運算得出的當(dāng)歸生態(tài)適宜區(qū)劃具有較高的可信度和準(zhǔn)確度。

3.2 生態(tài)因子貢獻率

MaxEnt模型自動輸出各個生態(tài)因子貢獻率,其中貢獻率較大的幾個生態(tài)因子從大到小依次是最暖季降水量、最冷季平均溫、碳酸鈣含量、降水的季節(jié)性、坡度、氣溫的季節(jié)性、粘土比重、海拔、土壤中粘粒組的陽離子交換能力、氣溫年范圍等,其累計貢獻率為92%,見表1。

3.3 當(dāng)歸分布區(qū)氣候特征

基于各氣候因子響應(yīng)曲線(圖3)可知,當(dāng)存在概率大于0.5時,其對應(yīng)的生態(tài)因子值比較適合當(dāng)歸的生長[23]。

(1)最暖季降水量(貢獻率26.5%)在約250mm以下時,當(dāng)歸的存在概率極低,在0.5以下。隨著最暖季降水量變大,當(dāng)歸存在概率迅速提高,約為650mm時達到最大。隨后,隨著最暖季降水量變大,當(dāng)歸存在概率降低,當(dāng)最暖季降水量達到700mm時,當(dāng)歸存在概率降到0.4以下,隨著降水量的增大,存在概率略有增加,但小于0.5。以存在概率0.5以上為適宜范圍,因此,當(dāng)歸最暖季降水量的適宜范圍約為300—700 mm。

表1 生態(tài)因子貢獻率

(2)最冷季平均溫(貢獻率15.4%)在約-11℃以下時,當(dāng)歸存在概率很低,在0.1以下。隨著溫度升高,存在概率變大,約7℃時達到最大,隨后隨著溫度升高,當(dāng)歸存在概率降低,在11℃時降到0.1以下。根據(jù)存在概率0.5以上為適宜范圍,當(dāng)歸最冷季平均溫的適宜范圍約為-3—7 ℃。

(3)降水的季節(jié)性(貢獻率8.6%)在約55以下時,當(dāng)歸存在概率低于0.3,隨著其上升,存在概率不斷變大,當(dāng)存在概率為0.5時,降水的季節(jié)性為70,降水的季節(jié)性為80時存在概率最大,然后不斷下降。因此存在概率為0.5以上時,當(dāng)歸分布區(qū)降水的季節(jié)性范圍約為70—98。

圖3 主要氣候因子響應(yīng)曲線：最暖季降水量、最冷季平均溫和降水的季節(jié)性Fig.3 Response curves of three main climate factors: Precipitation of warmest quarter,Mean temperature of coldest quarter and Coefficient of variation of precipitation seasonality

3.4 當(dāng)歸分布區(qū)土壤特征

基于各土壤因子響應(yīng)曲線(圖4)可知適合當(dāng)歸種植的土壤因子范圍。

圖4 主要土壤因子響應(yīng)曲線：碳酸鈣含量和粘土比重Fig.4 Response curves of two main soil factors:the calcium carbonate (lime) content in top- and subsoil and Percentage clay respectively in the top- and subsoil

(1)碳酸鈣含量(9.5%),當(dāng)碳酸鈣含量約為55%時,當(dāng)歸的存在概率為0.5,隨著碳酸鈣含量增加當(dāng)歸的存在概率也不斷增加,當(dāng)碳酸鈣含量約為60%時,存在概率達到最大,當(dāng)碳酸鈣含量繼續(xù)增加時,存在概率反而先下降后上升然后下降,但是根據(jù)實際情況可知,碳酸鈣的含量范圍一般為0—1,因此碳酸鈣含量的適宜性范圍值約為55%—60%。

(2)粘土比重(6.3%),當(dāng)粘土比重約為14%時,存在概率為0.3,粘土比重約為17%時,存在概率為0.5,隨著粘土比重加大,存在概率達到最大后變小,當(dāng)粘土比重變?yōu)?4%時,存在概率再次降至0.5,因此粘土比重的適宜范圍值約為17%—24%。

3.5 當(dāng)歸生態(tài)區(qū)劃

基于MaxEnt模型獲得的當(dāng)歸生態(tài)區(qū)劃結(jié)果,其存在概率取值在0到0.929之間,對其進行歸一化處理,將存在概率值歸一化到0到1之間,根據(jù)專家經(jīng)驗法確定70%以上為相似度最高等級,以20%間隔劃分出小于10%,10%至30%,30%至50%,50%至70%和大于70%,共5個等級。

3.5.1 當(dāng)歸全球區(qū)劃

圖5 當(dāng)歸全球生態(tài)區(qū)劃圖Fig.5 Global ecological division of Angelica sinensis

當(dāng)歸潛在生態(tài)適宜區(qū)域主要分布在北半球北緯20—50°范圍內(nèi)的北美洲,歐洲,亞洲以及南半球南緯15—35°范圍內(nèi)的南美洲和非洲(圖5),共約593.07萬km2。北美洲的生態(tài)適宜區(qū)域主要位于美國中部的南達科他州、內(nèi)布拉斯加州、奧克拉荷馬州、堪薩斯州、德克薩斯州、新墨西哥洲等地以及美國西海岸的加利福尼亞州、華盛頓州、俄勒岡州；另外,墨西哥的奇瓦瓦州等地區(qū)也有少量分布。北美洲區(qū)域中當(dāng)歸的生態(tài)相似度主要在10%至30%之間,共約47.96萬km2。歐洲的生態(tài)適宜區(qū)域主要包括羅馬尼亞、烏克蘭西部、波蘭南部、俄羅斯西南部土耳其等地區(qū),生態(tài)相似度主要在10%至30%之間,共約27.22萬km2。南美洲的生態(tài)適宜區(qū)域主要分布在秘魯、智利、玻利維亞和阿根廷,生態(tài)相似度主要有10%至30%和30%至50%兩個等級,面積分別為9.01萬km2和2.05萬km2。非洲的生態(tài)適宜區(qū)域主要分布在贊比亞、津巴布韋、馬拉維科摩羅、南非和萊托索,生態(tài)相似度主要在10%到30%之間,共約28.23萬km2。亞洲的生態(tài)適宜區(qū)域主要分布在印度南部、阿富汗東部、巴基斯坦東南部、尼泊爾、不丹、中國、韓國、朝鮮、日本,其生態(tài)相似度在10%至30%,30%至50%,50%至70%,大于70% 4個等級均有分布,面積分別為207.58萬km2、132.73萬km2、82.45萬km2、44.31萬km2,共467.07萬km2,見表2。

表2 當(dāng)歸不同生態(tài)相似度區(qū)域分布

3.5.2 當(dāng)歸中國區(qū)劃

利用ArcGIS 10.0對MaxEnt模型計算的結(jié)果與中國行政分區(qū)矢量圖進行疊加分析,得到當(dāng)歸在中國生態(tài)適宜區(qū)劃圖(圖6)。當(dāng)歸生態(tài)適宜區(qū)域在中國分布很廣泛,其生態(tài)相似度在10%—30%,30%—50%,50%—70%,>70% 4個等級均有分布,面積分別為138.2萬km2、114.03萬km2、77.56萬km2、41.08萬km2,共370.87萬km2(圖7)。其中生態(tài)相似度70%以上的區(qū)域主要集中在甘肅省南部、四川省、西藏自治區(qū)東部、云南省北部、貴州省、陜西省西南部?？梢?中國十分適合當(dāng)歸的種植,是當(dāng)歸的主產(chǎn)區(qū)。

圖6 當(dāng)歸中國生態(tài)區(qū)劃圖Fig.6 Ecological division of Angelica sinensis in China

圖7 當(dāng)歸不同生態(tài)相似度區(qū)域中國面積分布圖Fig.7 Ecological similarity area of Angelica sinensis in China

4 討論

中藥材品質(zhì)和藥效與其生長的地域環(huán)境密切相關(guān)[24- 25],當(dāng)歸作為重要的中藥材之一,其產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直受到密切關(guān)注。由于連作障礙等問題存在,當(dāng)歸的生長面積不斷縮減,迫切需要在世界范圍內(nèi)研究當(dāng)歸生態(tài)特征及其生態(tài)適宜區(qū),實現(xiàn)當(dāng)歸精細(xì)化種植管理及科學(xué)引種栽培,本文首次基于最大信息熵模型研究當(dāng)歸在全球范圍內(nèi)的適宜區(qū)及其生態(tài)特征。

4.1 當(dāng)歸生態(tài)特征

影響當(dāng)歸地理分布的生態(tài)因子主要有最暖季降水量、最冷季平均溫、碳酸鈣含量、降水的季節(jié)性、坡度、氣溫的季節(jié)性、粘土比重、海拔、土壤中粘粒組的陽離子交換能力和氣溫年范圍。最暖季降水量和最冷季平均溫對當(dāng)歸的地理分布貢獻率較大,最暖季是當(dāng)歸生長的旺盛期,表明當(dāng)歸生長期的降水量對當(dāng)歸的生長至關(guān)重要,最暖季降水量范圍的適宜值范圍為300—700 mm,這個降水量條件保證了水分含量但卻不會過分潮濕,這與目前對當(dāng)歸與道地產(chǎn)區(qū)環(huán)境適宜性的研究結(jié)果相一致,當(dāng)歸喜濕潤地帶,不耐旱不耐澇,水分含量過多易導(dǎo)致當(dāng)歸發(fā)生根腐病[26]。最冷季平均溫則是對當(dāng)歸的分布有著限制性影響,最冷季的極限溫度決定了當(dāng)歸是否能夠存活,本實驗結(jié)果表明當(dāng)歸分布區(qū)最冷季平均溫的適宜范圍為-3—7℃,而據(jù)相關(guān)文獻報道[27],適宜當(dāng)歸生長地區(qū)的年均溫約為2—6℃,研究結(jié)果和之前報道基本一致。

影響當(dāng)歸地理分布的土壤因子主要有碳酸鈣含量、粘土比重。土壤碳酸鈣含量對當(dāng)歸生長有重要影響,表明當(dāng)歸對土壤的無機元素含量要求較高,相關(guān)文獻表明,當(dāng)歸原產(chǎn)區(qū)土壤中含有豐富的氮、磷、鉀、鎂等無機元素[28],因此在栽培過程中要注意土壤中元素含量和組成。粘土比重反映了土壤的物理性質(zhì),粘土比重小,土壤疏松透氣,排水性良好。由此可見,當(dāng)歸需要生活在無機元素含量豐富,疏松透氣排水性好的土壤中,這與文獻報道中對當(dāng)歸栽培區(qū)土壤研究結(jié)果相符合[29],因此在生態(tài)相似度相對低的地區(qū)引種栽培過程時,可以通過改善土壤質(zhì)地,合理施肥,以提高當(dāng)歸生長質(zhì)量。

4.2 當(dāng)歸潛在分布區(qū)

當(dāng)歸潛在分布區(qū)主要集中在北緯20—50°之間,緯度可能是限制其分布的一個因素,但在相同緯度的美洲地區(qū),當(dāng)歸分布極少,這可能是與不同地區(qū)海拔有關(guān),因為亞洲地區(qū)的當(dāng)歸主要是分布在海拔相對較高的地區(qū),這與當(dāng)歸喜低溫、高寒氣候的生物學(xué)特征相一致[30]。當(dāng)歸在美洲和歐洲有部分相似度為10%—30%的潛在分布區(qū)域,但目前關(guān)于這些地區(qū)的當(dāng)歸分布狀況很少有報導(dǎo),因此,在其他條件允許的情況下,這些地區(qū)可以成為當(dāng)歸合適的引種栽培區(qū)。分析結(jié)果顯示中國地區(qū)的四川省和甘肅省是當(dāng)歸的主產(chǎn)區(qū),在甘肅省南部和四川省的大片地區(qū)其生態(tài)相似度都大于70%,屬于生態(tài)相似度最高等級；同時,西藏自治區(qū)東部、云南省北部、貴州省、陜西省西南部等地區(qū)也有部分相似度大于70%的區(qū)域,另外,湖南、重慶、湖北等地區(qū)有生態(tài)相似度50%—70%的區(qū)域,目前這些地區(qū)雖有當(dāng)歸分布,但是規(guī)模較小,可以考慮擴種。此外,青海、河南、安徽、江蘇、浙江、江西、福建、湖南等地存在著大面積相似度為10%—30%的分布區(qū),因此,將這些地區(qū)的局部條件加以控制,可以會成為當(dāng)歸的生產(chǎn)基地,這與相關(guān)文獻中對當(dāng)歸適宜性分布研究結(jié)果[11]較一致。本文當(dāng)歸適宜區(qū)分析結(jié)果與第三次中藥資源普查結(jié)果相一致,當(dāng)歸資源生產(chǎn)區(qū)域均包含在本文生態(tài)相似度較高的潛在分布區(qū)域中,且潛在分布區(qū)域面積比第三次資源普查的當(dāng)歸真實分布區(qū)更大,因為模型預(yù)測物種的潛在分布,理論上大于物種的實際分布。同時,本文中不同地區(qū)的生態(tài)相似度與當(dāng)歸品質(zhì)評價結(jié)果相一致,即生態(tài)相似度較高的地區(qū)當(dāng)歸品質(zhì)較高[31- 32],因此,本文研究結(jié)果具有一定的科學(xué)指導(dǎo)意義。

本文基于MaxEnt軟件和一定生態(tài)數(shù)據(jù)對全球當(dāng)歸地理分布進行預(yù)測,旨在為當(dāng)歸引種栽培提供科學(xué)參考依據(jù)。但由于影響藥用植物分布的因素有很多,且每種模型有其優(yōu)缺點,因此在擴種引種的具體操作中,為兼顧經(jīng)濟,種植地等因素,應(yīng)先進行試驗種植,方可大規(guī)模引種。

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ResearchontheglobalecologicalsuitabilityandcharacteristicsofregionswithAngelicasinensisbasedontheMaxEntmodel

ZHANG Dongfang1,2, ZHANG Qin1, GUO Jie1, SUN Chengzhong3,WU Jie4,NIE Xiang5,XIE Caixiang1,*

1InstituteofMedicinalPlantDevelopment,PekingUnionMedicalCollege,ChineseAcademyofMedicalSciences,Beijing100193,China2JiangsuNormalUniversity,Xuzhou221116,China3ChineseAcademyofSurveying&Mapping,Beijing100039,China4InstituteofChineseMateriaChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100029,China5MeteorologicalBureauofBiJieofGuiZhouProvince,Bijie551714,China

In order to investigate the global ecological suitability and characteristics of regions for the medicinal plantAngelicasinensis, a maximum entropy model (MaxEnt) and geographic information system (GIS) technology were used to investigate global ecology suitability regions based on 109 sample points ofA.sinensisand 37 ecological factors. The results showed that global ecological regions that are suitable forA.sinensisare located mainly in the range of 20—50°N and 15—35°S, which includes sections of North America, Europe, Asia, South America and Africa. The total area of suitable regions found was about 5930700 km2. The regions with the most similarity were found to be mainly in the south of Gansu province, Sichuan, the east of the Tibet Autonomous Region, the north of Yunnan province, Guizhou, the southwest of Shanxi province, and other nearby regions. These results signify that China is very suitable for the cultivation and production ofA.sinensis. The climatic factors that were found to affect the distribution ofA.sinensiswere mainly precipitation during warmest quarter, mean temperature of the coldest quarter, and the coefficient of variation of precipitation seasonality, with the most suitable value ranges being 300—700 mm, -3—7℃ and 70—98 respectively. The soil factors affecting the distribution ofA.sinensiswere found to be mainly the calcium carbonate (lime) content and percentage clay, the value ranges of which were found to be 60%—0% and 17%—24%, respectively, in the ecologically suitable regions. These results provide a scientific reference for the refinement of the artificial cultivation ofA.sinensis.

Angelicasinensis; maximum entropy model; geographic information system; ecological suitability; ecological characteristics

國家自然科學(xué)基金項目(81473304,81130069)；國家科技支撐計劃課題(2015BAI05B01)；國家科技支撐計劃(2011BAI07B08)；重大新藥創(chuàng)制國家科技重大專項(2014ZX09304307001)

2016- 05- 03; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 03- 22

10.5846/stxb201605030837

*通訊作者Corresponding author.E-mail: caixiangxie@163.com

張東方, 張琴, 郭杰,孫成忠,吳杰,聶祥,謝彩香.基于MaxEnt模型的當(dāng)歸全球生態(tài)適宜區(qū)和生態(tài)特征研究.生態(tài)學(xué)報,2017,37(15):5111- 5120.

Zhang D F, Zhang Q, Guo J, Sun C Z,Wu J,Nie X,Xie C X.Research on the global ecological suitability and characteristics of regions withAngelicasinensisbased on the MaxEnt model.Acta Ecologica Sinica,2017,37(15):5111- 5120.