基于地形因子的河北省北柴胡生態(tài)適宜性區(qū)劃研究

李英　焦倩　張?zhí)焯臁叟蟆↑S璐琦　楊光　鄭玉光

[摘要]通過北柴胡中柴胡皂苷類成分含量與地形因子之間的關(guān)系，對河北省北柴胡的地形適宜性進行區(qū)劃研究，為選取種植柴胡的合理區(qū)域提供科學(xué)的依據(jù)。在對河北省43個產(chǎn)地的柴胡實地采樣的基礎(chǔ)上，應(yīng)用統(tǒng)計分析方法全面分析了不同地形因子條件下柴胡中柴胡皂苷類成分含量的差異，海拔、坡度、坡向?qū)Σ窈碥疹惓煞趾康挠绊?，并依?jù)柴胡皂苷類成分與地形因子之間的關(guān)系，應(yīng)用ArcGIS進行了基于地形因子的河北省北柴胡生態(tài)適宜性區(qū)劃。最適宜柴胡皂苷類成分積累的地形因素為海拔（600 m以上）、坡度（400～550°）、坡向（陽坡），因此，將北柴胡種植在太行山、燕山等地形條件相似的山區(qū)地帶最為適宜。

[關(guān)鍵詞]地形； 柴胡； 生態(tài)適宜性； 區(qū)劃

[Abstract]To study the correlation between the content of saikosaponins ingredient of Bupleuri Radix and topographic factors，we researched the ecology suitability regionalization of topographic of Bupleuri Radix from Hebei province to provide a scientific basis for selecting artificial planting Based on 43 samples of Bupleuri Radix from Hebei province， the variation of the content of saikosaponins in different conditions of topographic factors and the influence of slope， altitude and aspect were comprehensively analyzed by SPSS 210Then we studied topographic factors of ecology suitability regionalization of Bupleuri Radix on the basis of the relationship between the saikosaponins and topographic factors by ArcGIS The most suitable conditions of topographic for cultivation of saikosaponins are as follows：altitude 600 m above， slope 400550 degrees， aspect to the sun In Hebei province， it is suitable for growth of Bupleuri Radix in the Taihang Mountains and the Yanshan Mountains where the content of saikosaponins is higher

[Key words]topographic； Bupleuri Radix； ecological suitability； regionalization

柴胡為傘形科植物柴胡Bupleurum chinense DC或狹葉柴胡Bscorzonerifolium Willd的干燥根，按其性狀不同，藥材分別習(xí)稱“北柴胡”和“南柴胡”，具有解表和里、疏肝解郁、升舉陽氣等功效[1]，為河北省道地藥材之一?，F(xiàn)代藥理研究表明，其主要有效成分有柴胡皂苷類、揮發(fā)油等，柴胡皂苷作為柴胡質(zhì)量檢驗的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，具鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、抗炎、保肝、抗腫瘤等作用，其中柴胡皂苷a、柴胡皂苷d的藥理活性較強[2]。河北省主要柴胡產(chǎn)區(qū)為邯鄲、邢臺、保定、承德、張家口等地，但不同產(chǎn)區(qū)地形地貌條件復(fù)雜，柴胡質(zhì)量參差不齊，選取最適宜的區(qū)域進行柴胡引種栽培，才能保證柴胡藥材的質(zhì)量。

本文對河北省柴胡實地調(diào)查基礎(chǔ)上，應(yīng)用空間分析技術(shù)，對柴胡皂苷類成分含量與地形因子之間的關(guān)系進行分析研究和生態(tài)適宜性分析，明確了柴胡皂苷類成分的含量與地形因子之間的關(guān)系，為柴胡選擇最佳種植基地提供了依據(jù)[3]。

1材料與方法

11自然概況

河北省地域廣闊，自然地理環(huán)境復(fù)雜，地貌總的特點是高度差別大，南北、東西地勢高低不一，主要有3個地貌單元，其中壩上高原地形南高北低，約占河北省總面積的85%；燕山和太行山地，包括丘陵和盆地，約占全省總面積的481%；河北平原是華北大平原的一部分，占全省總面積的434%[4]。河北省特殊的地貌特征為柴胡生長提供了不同的生態(tài)條件。

12樣品采集

在河北省采集了43個不同產(chǎn)地的野生北柴胡，采收時間為2016年8—9月，采集部位為根。由河北省食品藥品檢驗院孫寶惠主任中藥師鑒定為傘形科植物柴胡Bchinense的根，見表1。

13柴胡皂苷類成分的含量測定

儀器和試劑：島津LC20AT高效液相色譜儀（日本島津制作所），SPDM20A二極管陣列DAD檢測器（日本島津制作所），島津LabSolutions色譜工作站（日本島津制作所）；柴胡皂苷a（購自上海源葉生物科技有限公司，批號為W25J6K1919），柴胡皂苷d（購自上海源葉生物科技有限公司，批號為P27J6F1848），乙腈、甲醇為色譜純，水為自制超純水。色譜條件：Inertsil ODSSP C18柱（46 mm×250 mm，5 μm）；乙腈水為流動相進行梯度洗脫，（0～50 min 乙腈25%～90%，50～55 min 乙腈90%）[1]，流速10 mL·min-1，柱溫35 ℃，檢測波長為210 nm。測得43份柴胡樣品中柴胡皂苷a，d的含量，二者總和柴胡皂苷類成分含量見表1。endprint

14地形數(shù)據(jù)[5]

數(shù)據(jù)來源于“中藥資源空間信息格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫”。比例尺為1∶100萬，投影為 WGS84地理坐標(biāo)系。數(shù)據(jù)作者：中國中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心、道地藥材國家重點實驗室。

地形數(shù)據(jù)包含分辨率1 km的海拔、坡度和坡向數(shù)據(jù)。

15數(shù)據(jù)分析

151柴胡皂苷類成分含量與經(jīng)緯度的關(guān)系分析使用SPSS 210統(tǒng)計軟件，對43個產(chǎn)地的柴胡皂苷類成分含量進行正態(tài)性檢驗，對柴胡皂苷類成分含量與經(jīng)度、緯度進行相關(guān)分析，分析柴胡皂苷類成分含量與地理位置的關(guān)系。

152柴胡皂苷類成分含量與地形因子之間的關(guān)系分析使用SPSS 210統(tǒng)計軟件對柴胡皂苷類成分含量與海拔高度、坡度、坡向進行相關(guān)分析，并分析各地形因子對柴胡皂苷類成分含量的影響。

153基于地形因子的柴胡生態(tài)適宜性區(qū)劃將對柴胡皂苷類成分含量變化有影響的各地形因子劃分為不同的適應(yīng)性等級，應(yīng)用ArcGIS軟件，按各地形因子的適宜性等級分類結(jié)果，提取得到各地形因子的空間分布和適宜柴胡皂苷類成分含量積累的等級分布圖。并在此基礎(chǔ)上將各地形因子的適宜性等級分布結(jié)果進行空間疊加，得到基于地形因子的柴胡生態(tài)適宜性等級分布圖。

2結(jié)果

21柴胡皂苷類成分含量與經(jīng)緯度的關(guān)系分析

對43份柴胡樣品中柴胡皂苷類成分含量數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，ShapiroWilk統(tǒng)計量0192，說明43個產(chǎn)地的柴胡皂苷類成分含量服從正態(tài)分布（P>010）。其中經(jīng)度和緯度均不符合正態(tài)分布（P<010），因此選用Spearman法對上述3個指標(biāo)進行相關(guān)分析。柴胡皂苷類成分含量與經(jīng)度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0488，具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<005），柴胡皂苷類成分含量與緯度相關(guān)系數(shù)為-0126，沒有統(tǒng)計學(xué)意義。43份柴胡樣品的分布見圖1。

22柴胡皂苷類成分含量與地形因子之間的關(guān)系分析

柴胡皂苷類成分含量符合正態(tài)（P>01），而海拔、坡度、坡向均不符合正態(tài)分布（P<01），因此選擇Spearman法對柴胡皂苷類成分含量與3個地形因子進行相關(guān)分析。

柴胡皂苷類成分含量與海拔、坡度、坡向的相關(guān)系數(shù)分別為0683，0554，-0160，柴胡皂苷類成分含量與海拔和坡度之間的相關(guān)系數(shù)有統(tǒng)計學(xué)意義（P<005），與坡向之間不具有統(tǒng)計學(xué)意義。說明海拔和坡度對柴胡皂苷類成分含量高低有影響。

將海拔分為3個不同海拔高度（大于600 m，200～600 m，小于200 m），進行方差分析，研究不同海拔條件下，柴胡皂苷類成分含量與海拔之間的關(guān)系。全部海拔組數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布（P>01），但是各組海拔柴胡皂苷類成分含量的方差不齊（P<01），因此選用秩和檢驗對各組柴胡皂苷類成分含量進行差異比較，卡方值為18117，P<005，說明河北省不同海拔條件對柴胡中柴胡皂苷類成分含量高低有影響。從各組柴胡皂苷類成分含量的平均秩中可以看出，柴胡皂苷類成分含量最高的是海拔大于600 m，含量較高的是200～600 m，最低的是海拔小于200 m。

將坡度分成4個不同坡度組（550°以上組，400～550°組，250～399°組，250°以下組），進行方差分析，研究不同坡度條件下，柴胡皂苷類成分含量與坡度之間的關(guān)系。非全部坡度組數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布，因此選用秩和檢驗對各組柴胡皂苷類成分含量進行差異比較。Kruskal Wallis秩和檢驗結(jié)果卡方值為14666，P<005，說明不同坡度組下柴胡中柴胡皂苷類成分有顯著差異。從各組柴胡皂苷類成分含量的平均秩中可以看出，柴胡皂苷類成分含量最高的是400～550°組，最低的是250°以下組。

將坡向分為陽坡（南、東南、西南、東）和陰坡（北、東北、西北、西）2個組，2組的數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布（P>01），因此，選t檢驗對2組柴胡皂苷類成分含量進行差異比較。但2組柴胡皂苷類成分含量方差不齊（P<01），因此看近似t檢驗的結(jié)果t′為-2103，提示陽坡和陰坡柴胡皂苷類成分含量差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<005），得到陽坡柴胡皂苷類成分含量高于陰坡。

23基于地形因子的柴胡生態(tài)適宜性區(qū)劃

依據(jù)不同地形條件下柴胡皂苷類成分含量差異分析結(jié)果，將海拔、坡度、坡向劃分為不同的適宜性等級見表2。應(yīng)用ArcGIS軟件，提取得到河北省各海拔、坡度和坡向的空間分布和適宜柴胡中柴胡皂苷類成分含量積累的等級分布情況，見圖2～4。應(yīng)用ArcGIS的空間計算功能，將海拔、坡度、坡向適宜性等級劃分結(jié)果進行空間疊加，得到柴胡地形因子的生態(tài)適宜性等級分布圖，見圖5。

3結(jié)論與討論

31柴胡皂苷類成分含量與地理位置的關(guān)系

根據(jù)河北省份所采樣品分析結(jié)果表明，不同產(chǎn)地柴胡中柴胡皂苷類成分含量差異較大，隨著經(jīng)度的增高，柴胡皂苷類成分含量明顯降低，而緯度對柴胡皂苷類成分含量的積累的影響沒有明顯的聯(lián)系。這可能與河北省的地形和氣候因素有關(guān)，采集樣品中經(jīng)度較大地區(qū)如唐山、秦皇島海拔較低，經(jīng)度較小地區(qū)海拔較高、可能導(dǎo)致柴胡含量有一定的差別；而河北省不同緯度地區(qū)，海拔高度差距較大，沒有規(guī)律，因而沒有發(fā)現(xiàn)柴胡皂苷含量與緯度之間的關(guān)系。

32柴胡皂苷類成分含量與地形因子的關(guān)系

通過研究發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域內(nèi)地形條件對柴胡皂苷類成分含量均有影響，海拔、坡度與坡向?qū)Σ窈碥疹惓煞趾坑绊戯@著。

隨著海拔的增高，柴胡皂苷類成分含量顯著增高。當(dāng)海拔大于600 m時，最有利于柴胡皂苷類成分的積累，如產(chǎn)地邯鄲、邢臺、保定、承德部分地區(qū)，張家口大部分地區(qū)等；當(dāng)海拔在200～600 m時，較利于柴胡皂苷類成分的積累，如產(chǎn)地中邯鄲、邢臺、石家莊、唐山等部分山區(qū)；當(dāng)海拔200 m以下時，不利于柴胡皂苷類成分的積累。可以得出，海拔200 m以上的山區(qū)的地形條件較適合柴胡皂苷類成分的積累，海拔在600 m以上的山地最適合柴胡中柴胡皂苷的積累。endprint

在4個坡度分組中，當(dāng)柴胡生長于400～550°坡度時，最有利于柴胡皂苷類成分的積累。這可能是由于當(dāng)坡度處于400～550°時，最有利于柴胡根系對水分的吸收和排放；但是當(dāng)坡度大于550°時，雖然結(jié)果也較利于柴胡皂苷的積累，但是也開始呈現(xiàn)柴胡皂苷含量下降的趨勢，并且采集到的柴胡樣品中沒有坡度大于950°，可能是因為當(dāng)坡度較大時的水分很快流失，不利于柴胡根系的吸水，故而不利于柴胡的生長；而當(dāng)坡度小于250°時，土壤中的水分不容易排放，柴胡根系長時間處于濕潤狀態(tài)中，不適合根系的生長，不利于柴胡皂苷成分的積累。坡度過高或過低的地形均不利于柴胡藥材的生長和柴胡皂苷類成分的積累。因而可以得出，400～550°的山坡地形最有利于柴胡皂苷類成分的積累。

坡向與柴胡皂苷類成分含量的分析可以看出，生于陽坡的柴胡中柴胡皂苷類成分含量要高于陰坡，這可能是因為陽坡有利于柴胡進行光合作用，有利于柴胡皂苷成分的積累，這與生產(chǎn)實踐的經(jīng)驗也是相吻合的。

因此，最適宜柴胡皂苷類成分積累的地形因素為：海拔（600 m以上），坡度（400～550°），陽坡。

33柴胡種植生態(tài)適宜性等級劃分

柴胡在河北省各地分布較廣，但柴胡中柴胡皂苷類成分含量存在顯著差異。通過對河北省北柴胡地形因子生態(tài)適宜性區(qū)劃研究發(fā)現(xiàn)，河北省太行山脈和燕山山脈等地的山區(qū)最合適柴胡的生長，海拔在600 m以上、坡度為400～550°、坡向為陽坡的區(qū)域，柴胡皂苷類成分含量較高。在河北省推廣種植柴胡時應(yīng)該選擇適宜柴胡的生長及含量積累的山區(qū)地帶。

因此，要進行柴胡的人工種植，首先需要進行生態(tài)適宜性研究，以適宜生態(tài)環(huán)境條件區(qū)劃研究結(jié)果為指導(dǎo)依據(jù)，選取與最適宜生態(tài)因子條件相似性高的山區(qū)，才能保證柴胡藥材的質(zhì)量。

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[責(zé)任編輯呂冬梅]endprint