瀕危藥材桃兒七生態(tài)適宜性區(qū)劃研究

呂蓉，韋翡翡，晉玲

瀕危藥材桃兒七生態(tài)適宜性區(qū)劃研究

呂蓉1，韋翡翡1，晉玲1，2

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.中（藏）藥資源研究所，甘肅 蘭州 730000

通過對桃兒七在我國的適宜性區(qū)劃研究，為桃兒七野生資源保護(hù)及種植環(huán)境的選擇提供依據(jù)。利用最大熵模型結(jié)合地理信息系統(tǒng)軟件（ArcGIS）分析桃兒七在我國的生態(tài)適宜性分布地區(qū)，得出影響其生長的主要環(huán)境因子。等溫性、4月份降水量、海拔為桃兒七生長的3個主要生態(tài)因子，桃兒七在我國最適宜區(qū)主要在甘肅西南部、四川中部及南部、西藏東南部、云南西北部。本研究結(jié)果與桃兒七實(shí)際生長環(huán)境基本吻合，可為桃兒七野生資源保護(hù)及種植環(huán)境選擇提供一定依據(jù)。

桃兒七；最大熵模型；生態(tài)因子；生態(tài)適宜性；地理信息系統(tǒng)

桃兒七為小檗科Berberidaceae桃兒七屬Ying植物桃兒七的根及根莖。其氣微，味苦、微辛，性溫，有毒，具有祛風(fēng)除濕、活血止痛、祛痰止咳、調(diào)和諸藥等功效[1]，民間用于風(fēng)濕痹痛、跌打損傷、月經(jīng)不調(diào)等[2]。桃兒七作為重要的藏藥之一，其根及根莖含有鬼臼毒素等多種毒性成分，具有一定的抗癌作用。隨著桃兒七藥用需求增大，出現(xiàn)濫采濫挖現(xiàn)象，導(dǎo)致野生資源瀕臨滅絕，現(xiàn)已被列入《中國珍稀瀕危保護(hù)植物名錄》（第一冊）[3]和《中國植物紅皮書——稀有瀕危植物》（第一冊）[4]。為保護(hù)桃兒七野生資源，一些學(xué)者對其種植栽培技術(shù)進(jìn)行了大量研究工作[5-6]。桃兒七的生長與海拔、溫度、降雨量等有密切關(guān)系，因此，選擇合適的種植環(huán)境對保證其產(chǎn)量及有效成分含量尤為重要。為準(zhǔn)確選擇種植區(qū)域，筆者通過利用最大熵（MaxEnt）模型結(jié)合地理信息系統(tǒng)軟件（ArcGIS），分析影響桃兒七生長的主要生態(tài)因子，繪制我國的適宜生長區(qū)，為其培育和種植條件及環(huán)境選擇提供一定指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1.1 儀器

便攜式衛(wèi)星導(dǎo)航儀（GARMIN GPSMAP60CSX），北京佳明航電科技有限公司。

1.2 樣本收集

查閱相關(guān)文獻(xiàn)[7-8]明確桃兒七分布范圍，于2017年6月－2018年8月采集桃兒七樣本，記錄經(jīng)緯度、海拔和生境；查閱中國數(shù)字植物標(biāo)本館（CVH，http://www.cvh.ac.cn/class），收集桃兒七分布信息，未記錄經(jīng)緯度坐標(biāo)的分布點(diǎn)則以最小可查行政單位為準(zhǔn)。本研究實(shí)地采集到桃兒七樣本信息23份（即表1中1～23號）；從CVH獲得的桃兒七經(jīng)緯度信息共114條。見表1。

1.3 生長分布預(yù)測

1.3.1 生態(tài)因子數(shù)據(jù)獲取

查閱中藥資源空間信息網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫（http://www.tcm-resources.com/），獲得可能影響桃兒七生長的55種生態(tài)因子。

表1 桃兒七樣本經(jīng)緯度信息

序號 經(jīng)度（E）緯度（N） 序號 經(jīng)度（E）緯度（N） 序號 經(jīng)度（E）緯度（N） 序號 經(jīng)度（E）緯度（N） 序號 經(jīng)度（E）緯度（N） 1102.173°25.400° 2799.503°29.454° 53103.046°34.464° 7999.613°29.015° 10599.800°26.005° 295.647°30.938° 28104.766°33.256° 54102.469°35.585° 80102.360°30.278° 106100.393°36.480° 3102.393°34.827° 2996.438°30.190° 55102.244°36.156° 81102.096°31.113° 107102.733°31.520° 497.405°30.103° 30102.041°31.047° 56102.766°36.793° 82103.524°36.035° 10896.141°29.949° 5102.316°30.948° 31102.305°29.872° 57103.085°30.454° 8394.647°30.267° 109104.755°34.200° 694.900°29.070° 32100.393°27.180° 58102.557°31.86° 8494.768°29.158° 11099.261°27.795° 793.823°28.455° 3399.932°26.719° 59102.524°30.553° 85103.063°31.718° 111101.514°37.244° 899.860°28.850° 34101.030°25.906° 60103.513°30.970° 86102.233°29.663° 112101.415°37.002° 999.838°29.064° 3594.658°29.487° 61102.634°31.838° 87102.283°29.103° 113104.656°33.354° 1099.778°29.493° 3695.251°30.125° 62103.118°31.707° 8894.367°29.108° 114104.656°33.739° 11102.195°30.322° 3794.504°29.817° 63102.371°34.772° 8995.548°29.498° 115103.788°33.728° 12103.348°31.487° 3894.504°29.092° 64103.140°32.124° 9094.417°29.004° 116101.766°37.991° 1395.625°29.674° 3997.822°29.751° 6597.064°30.916° 91102.865°31.234° 117103.112°36.755° 1495.867°30.344° 4099.734°28.521° 66101.404°36.914° 92102.524°30.685° 118108.111°33.602° 15103.096°36.090° 41101.733°26.719° 67102.750°31.937° 9399.910°29.421° 119103.291°36.733° 1699.778°27.554° 4293.713°35.881° 6894.977°29.191° 94102.327°29.943° 120101.415°36.513° 1794.955°29.213° 43102.217°28.784° 69100.662°37.507° 9595.087°31.344° 12193.906°28.867° 1896.746°30.795° 4499.536°29.443° 7096.932°31.025° 9694.109°28.927° 12296.685°33.514° 19100.789°37.068° 4593.999°27.224° 71102.469°28.037° 97103.052°34.299° 12396.685°32.371° 20103.392°31.674° 4698.218°28.608° 72101.678°29.070° 9893.735°28.927° 124103.909°35.008° 21102.656°30.905° 47101.909°29.751° 73102.513°31.597° 9998.009°28.356° 12594.334°29.152° 22103.557°34.651° 48100.151°29.103° 74104.392°32.783° 100101.689°29.454° 126102.371°30.015° 23104.128°32.684° 49101.349°27.466° 75101.316°36.595° 10199.976°27.092° 2496.581°30.663° 50101.613°27.697° 76102.255°32.130° 10299.811°26.971° 25102.349°36.947° 5199.119°28.564° 7794.933°29.586° 103102.129°30.652° 26102.920°31.344° 52102.524°27.598° 78100.975°36.980° 104101.689°29.366°

1.3.2 最大熵模型參數(shù)設(shè)置

將桃兒七的采樣信息和環(huán)境數(shù)據(jù)按物種名、分布點(diǎn)經(jīng)度和緯度順序從Excel2016中導(dǎo)出為.csv文件。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入MaxEnt軟件，設(shè)置模型參數(shù)。設(shè)置最大迭代次數(shù)為106，ROC曲線下面積（AUC）評價曲線，刀切法（jackknife）檢驗(yàn)權(quán)重，其他參數(shù)為默認(rèn)值。

1.3.3 模型預(yù)測評價

通過AUC值評測模型精度。

1.3.4 生態(tài)因子篩選

將126個桃兒七樣本分布信息及55個生態(tài)因子導(dǎo)入MaxEnt模型中進(jìn)行迭代運(yùn)算，直至不再出現(xiàn)生態(tài)因子為0的運(yùn)行結(jié)果，最后對所有生態(tài)因子貢獻(xiàn)率進(jìn)行排序，找出貢獻(xiàn)率最大的生態(tài)因子。

1.4 生態(tài)適宜性區(qū)劃分析

采用ArcGIS軟件提取MaxEnt模型預(yù)測結(jié)果的生態(tài)適宜度值，參照生態(tài)適宜度最小值及正態(tài)分布曲線的均值（μ）和均方差（δ），以[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)，繪制桃兒七生態(tài)適宜性區(qū)劃分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 模型預(yù)測評價

AUC取值范圍為0～1，值越大表示模型判斷力越強(qiáng)。桃兒七M(jìn)axEnt模型ROC曲線訓(xùn)練數(shù)據(jù)集AUC＝0.991，測試數(shù)據(jù)集AUC＝0.979，均大于0.9，趨近于1，表明由MaxEnt模型運(yùn)算得出的桃兒七生境適宜度具有很高的準(zhǔn)確度和可信度。

2.2 主要生態(tài)因子選擇

進(jìn)行8次運(yùn)行后，共剩余24個對桃兒七生長有影響的生態(tài)因子，見表2。

表2 影響桃兒七生長的生態(tài)因子及其貢獻(xiàn)率

生態(tài)因子貢獻(xiàn)率/% 生態(tài)因子貢獻(xiàn)率/% 等溫性24.4 坡度1.0 4月份降水量23.4 含黏土量0.8 海拔23.3 坡向0.7 5月份降水量 8.1 6月份平均氣溫0.7 12月份降水量 4.3 溫度季節(jié)性變化標(biāo)準(zhǔn)差0.5 晝夜溫差月均值 2.3 9月份降水量0.5 土壤類型 2.0 最干月降水量0.4 7月份平均氣溫 1.6 12月份平均氣溫0.4 年平均降水量 1.4 土壤質(zhì)地0.3 降雨量變異系數(shù) 1.2 最冷月最低溫0.2 最干季節(jié)降雨量 1.1 11月份降水量0.2 植被亞類 1.1 10月份降水量0.1

由表2可知，影響桃兒七生長的主要3個生態(tài)因子為等溫性、4月份降水量及海拔，貢獻(xiàn)率分別為24.4%、23.4%、23.3%，占55種生態(tài)因子總貢獻(xiàn)率的71.1%。而等溫性38～48、4月份降雨量20～70 mm、海拔2100～4500 m最適宜桃兒七生長繁殖。

3 生態(tài)適宜性區(qū)劃

桃兒七在我國的生態(tài)適宜性分布見圖1。桃兒七在我國最適宜區(qū)主要在甘肅西南部、四川中部及南部、西藏東南部、云南西北部；次適宜區(qū)為甘肅東南部、陜西南部、青海東部、四川西部、云南北部，西藏西南部有少許區(qū)域也為次適宜區(qū)。各省的桃兒七生態(tài)適宜性分布區(qū)（縣）見表3。

圖1 我國桃兒七生態(tài)適宜性分布示意圖

表3 我國桃兒七生態(tài)適宜性分布區(qū)

省份最適宜分布區(qū) 甘肅古浪、天祝、永登、東鄉(xiāng)、夏河、合作、瑪曲、卓尼、臨潭、碌曲、瑪曲、迭部、岷縣、西河、成縣、徽縣、禮縣、西河、文縣、康縣、舟曲 青海貴德、尖扎、巴燕鎮(zhèn)、同仁、澤庫、同德 四川紅原、阿壩、松潘、黑水、茂縣、丹巴、康定、瀘定、道孚、雅江、九龍、石綿、甘洛、越西、喜德、美姑、西昌、鹽源、德昌、寧南、米易、鹽邊 云南華坪、永勝、鶴慶、賓川、玉龍納西族自治縣、維西傈僳族自治縣、德欽縣、貢山獨(dú)龍族怒族自治縣、寧蒗彝族自治縣 西藏江達(dá)、白玉、昌都、察雅、類烏齊、芒康、左貢、察隅、八宿、波密、洛隆、丁青、邊壩、巴青、索縣、那曲、聶榮、嘉黎、林芝、墨竹工卡、曲松、隆子、朗縣、錯那、價察、桑日、乃東

4 小結(jié)

本研究通過實(shí)地調(diào)查，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)共享平臺，采用MaxEnt模型對桃兒七進(jìn)行生態(tài)適宜性區(qū)劃預(yù)測模擬，結(jié)果ROC曲線得到AUC值＞0.9，表明本模型模擬比較可靠。篩選得到等溫性、4月份降雨量、海拔為桃兒七生長的3個主要生態(tài)因子，其貢獻(xiàn)率分別為24.4%、23.4%、23.3%，結(jié)果顯示，等溫性38～48、4月份降水量20～70 mm、海拔2100～4500 m最適宜桃兒七生長繁殖。桃兒七在我國最適宜區(qū)主要在甘肅西南部、四川中部及南部、西藏東南部、云南西北部。

鑒于目前野生資源瀕臨滅絕，因此對桃兒七的種植研究勢在必行。本研究結(jié)果對其種植的生態(tài)因子及種植區(qū)域進(jìn)行了預(yù)測和篩選，為今后桃兒七的種植研究奠定相應(yīng)基礎(chǔ)。

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Study on Ecological Suitability of Endangered Chinese Materia Medica

LYU Rong1, WEI Feifei1, JIN Ling1,2

To provide a basis for the protection ofwild resources and the selection of planting environment through research on the suitability ofin China.The maximum entropy (MaxEnt) model was combined with ArcGIS software to analyze the ecological suitability distribution ofin China and the main environmental factors affecting its growth were obtained.Isothermality, precipitation in April, and altitude were the three main ecological factors for the growth of. The most suitable areas forin China are mainly in southwestern Gansu, central Sichuan, southern Sichuan, southeastern Tibet and northwestern Yunnan.The results of this study are basically consistent with the actual growth environment of, which can provide a basis for the protection ofwild resources and the choice of planting environment.

; MaxEnt model; ecological factors; ecological suitability; GIS

R282.1

A

1005-5304(2020)10-0005-04

10.19879/j.cnki.1005-5304.201907245

國家中醫(yī)藥管理局中藥飲片標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目（ZYBZH-Y-GS-10）；央本級重大增減支項(xiàng)目—名貴中藥資源可持續(xù)利用能力建設(shè)（2060302）；甘肅省科技計(jì)劃基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體資助項(xiàng)目（1606RJIA323）；甘肅省地方藥材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提升研究（17ZD2FAOO9）；第四次全國中藥資源普查工作（2018年）

晉玲，E-mail：zyxyjl@163.com

（2019-07-16）

（2020-03-26；編輯：梅智勝）