甘肅省3種肉蓯蓉藥材生態(tài)適宜性區(qū)劃研究

陳博，朱田田，成希，曹后康，徐小瓊，晉玲

資源調(diào)查

甘肅省3種肉蓯蓉藥材生態(tài)適宜性區(qū)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(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅醫(yī)學(xué)院，甘肅 平?jīng)?744000；3.中（藏）藥資源研究所，甘肅 蘭州 730000

通過(guò)對(duì)甘肅省3種肉蓯蓉藥材的生態(tài)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為選取種植區(qū)域及合理利用優(yōu)質(zhì)肉蓯蓉藥材資源提供依據(jù)。通過(guò)查閱網(wǎng)絡(luò)資料和實(shí)地采集，收集甘肅省肉蓯蓉藥材共197個(gè)樣點(diǎn)信息，其中肉蓯蓉87個(gè)樣點(diǎn)，沙蓯蓉50個(gè)樣點(diǎn)，鹽生肉蓯蓉60個(gè)樣點(diǎn)，綜合55個(gè)生態(tài)因子，采用地理信息系統(tǒng)和最大熵模型分析肉蓯蓉藥材在甘肅省的生態(tài)適宜性分布。影響甘肅省3種肉蓯蓉藥材生態(tài)適宜性的主要生態(tài)因子是海拔、植被類(lèi)型、土壤亞類(lèi)、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(qū)和白銀市，但物種不同，各地區(qū)分布面積及空間格局存在差異，因此不同種肉蓯蓉進(jìn)行人工種植時(shí)應(yīng)加以區(qū)分。本研究結(jié)果與目前甘肅省肉蓯蓉藥材的產(chǎn)區(qū)一致，可為合理選擇優(yōu)質(zhì)肉蓯蓉種植區(qū)提供依據(jù)。

肉蓯蓉；沙蓯蓉；鹽生肉蓯蓉；生態(tài)適宜性

肉蓯蓉為列當(dāng)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(zhì)莖，別名疆蕓、寸蕓、蓯蓉、查干告亞（蒙語(yǔ)），具有補(bǔ)腎陽(yáng)、益精血、潤(rùn)腸道功效[1]，素有“沙漠人參”之美譽(yù)，是傳統(tǒng)名貴中藥材。近年隨著亂采濫挖日趨嚴(yán)重，甘肅省肉蓯蓉資源瀕臨枯竭；另外，甘肅省許多地區(qū)大面積種植肉蓯蓉，但因不同品種混用，以及缺乏相應(yīng)的系統(tǒng)性適宜生境研究，導(dǎo)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(wèn)題。筆者通過(guò)收集甘肅省3種肉蓯蓉樣點(diǎn)信息，結(jié)合生態(tài)因子數(shù)據(jù)，采用最大熵（MaxEnt）模型預(yù)測(cè)其生態(tài)適宜分布區(qū)，并利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)將其表現(xiàn)出來(lái)，以期為優(yōu)質(zhì)肉蓯蓉的人工栽培選地提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 藥材分布信息

通過(guò)自采和查閱中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館（http://www.cvh.ac.cn），共收集197個(gè)樣點(diǎn)信息，其中肉蓯蓉87個(gè)樣點(diǎn)，沙蓯蓉50個(gè)樣點(diǎn)，鹽生肉蓯蓉60個(gè)樣點(diǎn)。將物種名、分布地區(qū)的物種名存儲(chǔ)為MaxEnt模型要求的.csv格式。樣點(diǎn)分布詳見(jiàn)圖1，樣點(diǎn)信息見(jiàn)表1。

圖1 肉蓯蓉藥材樣點(diǎn)分布

表1 肉蓯蓉藥材樣點(diǎn)分布信息

品種 分布地區(qū)分布樣點(diǎn)數(shù)/個(gè) 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(tài)因子數(shù)據(jù)

本研究使用來(lái)源于“中藥資源空間信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)”（http://www.tcm-resources.com/）的生態(tài)因子數(shù)據(jù)（降水、溫度、植被類(lèi)型和土壤），選取適應(yīng)肉蓯蓉藥材生長(zhǎng)的所有生態(tài)因子數(shù)據(jù)。

1.3 最大熵模型參數(shù)設(shè)置

將轉(zhuǎn)換為.csv格式的肉蓯蓉藥材樣點(diǎn)信息導(dǎo)入MaxEnt3.4.0軟件，設(shè)置建模參數(shù)，隨機(jī)測(cè)試比例15%，設(shè)置響應(yīng)曲線、ROC曲線和刀切法。用響應(yīng)曲線評(píng)價(jià)生態(tài)因子適宜度范圍，用ROC曲線及曲線下面積（即AUC值）評(píng)價(jià)模型精度，用刀切法檢驗(yàn)生態(tài)因子的權(quán)重。

1.4 模型預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

采用AUC值評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果精度，取值范圍0～1，值越大表示模型判斷力越強(qiáng)。

1.5 生態(tài)因子篩選

導(dǎo)入3種肉蓯蓉藥材的采集信息和55個(gè)生態(tài)因子，進(jìn)行迭代運(yùn)算，舍棄貢獻(xiàn)因子為0的生態(tài)因子，得到對(duì)肉蓯蓉藥材生長(zhǎng)影響貢獻(xiàn)率較高的主要生態(tài)因子，依據(jù)響應(yīng)曲線得到適宜范圍。

1.6 生態(tài)適宜區(qū)劃分

將MaxEnt導(dǎo)出的結(jié)果導(dǎo)入GIS，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，μ－δ]為不適宜區(qū)，[μ－δ，μ]為次適宜區(qū)，[μ，1]為最適宜區(qū)，繪制3種肉蓯蓉藥材生態(tài)適宜性區(qū)劃分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 刀切圖結(jié)果

肉蓯蓉、沙蓯蓉、鹽生肉蓯蓉的ROC曲線訓(xùn)練數(shù)據(jù)集AUC分別為0.996、0.998、0.998，測(cè)試數(shù)據(jù)集AUC分別為0.992、0.997、0.998，均為0.9～1，表明MaxEnt模型預(yù)測(cè)肉蓯蓉藥材在甘肅省的潛在分布準(zhǔn)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2～圖4，肉蓯蓉、沙蓯蓉、鹽生肉蓯蓉訓(xùn)練集的ROC曲線見(jiàn)圖5～圖7。

2.2 主要生態(tài)因子

篩選55個(gè)生態(tài)因子，其中20個(gè)對(duì)肉蓯蓉生態(tài)適宜性有貢獻(xiàn)，10個(gè)為影響肉蓯蓉適宜性的主要生態(tài)因子，貢獻(xiàn)率總和為95.400 5%；20個(gè)對(duì)沙蓯蓉生態(tài)適宜性有貢獻(xiàn)，8個(gè)為影響沙蓯蓉適宜性的主要生態(tài)因子，貢獻(xiàn)率總和為96.871 7%；22個(gè)對(duì)鹽生肉蓯蓉生態(tài)適宜性有貢獻(xiàn)，10個(gè)為影響鹽生肉蓯蓉適宜性的主要生態(tài)因子，貢獻(xiàn)率總和為95.671 1%。海拔、植被類(lèi)型、土壤亞類(lèi)、降雨、溫度均為影響3種肉蓯蓉藥材生長(zhǎng)的主要生態(tài)因子。3種肉蓯蓉主要生態(tài)因子適宜值詳見(jiàn)表2～表4。

圖2 肉蓯蓉生態(tài)因子刀切圖

圖3 沙蓯蓉生態(tài)因子刀切圖

圖4 鹽生肉蓯蓉生態(tài)因子刀切圖

圖5 肉蓯蓉訓(xùn)練集的ROC曲線

圖6 沙蓯蓉訓(xùn)練集的ROC曲線圖

圖7 鹽生肉蓯蓉訓(xùn)練集的ROC曲線

表2 肉蓯蓉主要生態(tài)因子貢獻(xiàn)率及適宜值范圍

生態(tài)因子貢獻(xiàn)率/%適宜值 海拔23.932 5800～3000 km 植被類(lèi)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(lèi)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(lèi)10.854 2內(nèi)陸鹽水、過(guò)渡性紅砂土、石灰性栗鈣土、水灰化土、普通栗鈣土、普通鈣質(zhì)土、普通紅砂土、過(guò)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(zhì)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(zhì)地分類(lèi) 1.408 0黏性壤土、肥土、砂質(zhì)黏壤土、砂壤土、沙土

表3 沙蓯蓉主生態(tài)因子貢獻(xiàn)率及適宜值范圍

生態(tài)因子貢獻(xiàn)率/%適宜值 海拔34.522 6400～4000 m 植被類(lèi)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(lèi)鹽生草甸、溫帶草原化灌木荒漠 土壤亞類(lèi) 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(guò)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(jié)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(tài)因子貢獻(xiàn)率及適宜值范圍

生態(tài)因子貢獻(xiàn)率/%適宜值 海拔24.716 8467～867 m 土壤亞類(lèi)22.970 6過(guò)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(lèi)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(jié)性變化標(biāo)準(zhǔn)差 2.070 921.7～168.3 2月份降水量 1.166 30～8 mm

2.3 生態(tài)適宜性區(qū)劃

肉蓯蓉藥材的生態(tài)適宜區(qū)分布縣見(jiàn)表5。肉蓯蓉最適宜區(qū)包括酒泉南部邊緣地區(qū)、張掖西部、金昌東部、武威南部、白銀市，次適宜區(qū)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(jiàn)圖8。沙蓯蓉最適宜區(qū)包括酒泉東部邊緣、武威東部、白銀市、蘭州市，次適宜區(qū)為酒泉中東部邊緣地區(qū)、定西市北部、臨夏市部分地區(qū)。見(jiàn)圖9。鹽生肉蓯蓉最適宜區(qū)包括張掖市北部、白銀市為肉蓯蓉適宜區(qū)，次適宜區(qū)為酒泉市東部部分地區(qū)、張掖市中部、金昌市、武威市中部、蘭州部分地區(qū)、臨夏部分地區(qū)。見(jiàn)圖10。

表5 肉蓯蓉藥材生態(tài)適宜性分布區(qū)

品種最適宜區(qū)分布縣次適宜區(qū)分布縣 肉蓯蓉玉門(mén)市南部、金塔縣南部、嘉峪關(guān)南部和東部、肅州區(qū)、高臺(tái)縣中部和西部、臨澤縣、甘州區(qū)北部邊緣、金川區(qū)東部和南部、民勤縣南部、涼州區(qū)中北部、景泰縣大部、靖遠(yuǎn)縣、平川區(qū)、白銀區(qū)、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(mén)市北部、金塔縣大部、嘉峪關(guān)西部和北部、肅南裕固族自治縣北部、高臺(tái)縣東部、臨澤縣東部和西部、甘州區(qū)大部、民樂(lè)縣中北部、山丹縣中北部、金川區(qū)西部和北部邊緣、永昌縣中西部、民勤縣大部、涼州區(qū)南部、永登縣大部、西固區(qū)、城關(guān)區(qū)、七里河區(qū)、榆中縣大部、會(huì)寧縣、安定區(qū) 沙蓯蓉金塔縣南部邊緣地區(qū)、嘉峪關(guān)、肅州區(qū)、永昌縣東部、涼州區(qū)大部、景泰縣大部、靖遠(yuǎn)縣、平川區(qū)、白銀區(qū)、皋蘭縣、城關(guān)區(qū)、西固區(qū)、七里河區(qū)、會(huì)寧縣北部瓜州縣東部、玉門(mén)大部、金塔西部、高臺(tái)縣南部、臨澤縣南部、甘州區(qū)南部、民勤縣南部、永靖縣大部、積石山保安族東鄉(xiāng)族撒拉族自治縣中北部、東鄉(xiāng)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(qū)大部、會(huì)寧縣中部 鹽生肉蓯蓉高臺(tái)縣北部、臨澤縣西部、甘州區(qū)北部、金川區(qū)北部、永昌縣北部、景泰縣大部、靖遠(yuǎn)縣中西部、平川區(qū)大部、白銀區(qū)大部、皋蘭縣大部肅北蒙古族自治區(qū)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(mén)市北部和南部、金塔縣大部、嘉峪關(guān)大部、肅州區(qū)中東部、肅南裕固族自治縣北部、高臺(tái)縣中南部、臨澤縣中東部、甘州區(qū)中南部、山丹縣中北部、民樂(lè)縣中北部、金川區(qū)中部、永昌縣中部、民勤縣南部和西部、涼州區(qū)、靖遠(yuǎn)縣東部、永登縣中南部、西固區(qū)、永靖縣北部、會(huì)寧縣中北部、安定區(qū)北部邊緣、榆中縣中北部

圖8 甘肅省肉蓯蓉生態(tài)適宜性區(qū)劃

圖9 甘肅省沙蓯蓉生態(tài)適宜性區(qū)劃

圖10 甘肅省鹽生肉蓯蓉生態(tài)適宜性區(qū)劃

3 討論

3.1 海拔對(duì)肉蓯蓉生長(zhǎng)影響

海拔是影響肉蓯蓉生長(zhǎng)的重要生態(tài)因子。王猛等[2]認(rèn)為，由于長(zhǎng)期風(fēng)蝕作用，海拔高度的不同直接影響了沙層厚度，并對(duì)肉蓯蓉的寄主（如梭梭）生長(zhǎng)產(chǎn)生干預(yù)，影響?zhàn)B分的獲取。因此，適宜的海拔高度是進(jìn)行肉蓯蓉選育必備因素之一。

3.2 植被類(lèi)型對(duì)肉蓯蓉生長(zhǎng)影響

不同植被類(lèi)型通過(guò)影響肉蓯蓉土壤中根系的生長(zhǎng)，使其有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特點(diǎn)，從而干預(yù)營(yíng)養(yǎng)吸收。同時(shí)，不同土質(zhì)植物的代謝強(qiáng)度和蒸騰強(qiáng)度不同也會(huì)對(duì)肉蓯蓉生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。肉蓯蓉生長(zhǎng)在荒漠地區(qū)，常年干旱少雨，蒸發(fā)量大，日照充足，溫差較大，砂質(zhì)化嚴(yán)重，使肉蓯蓉生長(zhǎng)環(huán)境植被種類(lèi)少，需寄生在寄主（如梭梭）根系上吸收養(yǎng)分才能維持生長(zhǎng)，導(dǎo)致其成活率低。因此，對(duì)于肉蓯蓉的選育應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的生長(zhǎng)環(huán)境篩選。

3.3 溫度對(duì)肉蓯蓉生長(zhǎng)影響

1、2月份為一年中氣溫最低時(shí)期，7月份為氣溫最高時(shí)期，這3個(gè)月份只有在肉蓯蓉生長(zhǎng)的適宜溫度范圍內(nèi)，才能保證其正常生長(zhǎng)。另外，氣溫也影響土壤溫度，進(jìn)而影響肉蓯蓉新陳代謝強(qiáng)度和蒸騰強(qiáng)度。因此，1、2、7月份適宜溫度對(duì)肉蓯蓉生長(zhǎng)至關(guān)重要。

3.4 土壤亞類(lèi)對(duì)肉蓯蓉生長(zhǎng)影響

土壤酸堿度、含水量、松軟度分別影響肉蓯蓉生長(zhǎng)的成活率、呼吸及養(yǎng)分獲取、發(fā)育程度。由于肉蓯蓉主要生長(zhǎng)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(zhǎng)受到的阻礙越小，肉蓯蓉質(zhì)量越好。因此，土質(zhì)的選取是肉蓯蓉能否成功引種的重要因素。

3.5 降水量對(duì)肉蓯蓉生長(zhǎng)影響

水分是限制肉蓯蓉生長(zhǎng)的另一個(gè)主要生態(tài)因素，降水的時(shí)間分布和數(shù)量是決定肉蓯蓉定植、生長(zhǎng)，物種生存組成及結(jié)構(gòu)至關(guān)重要的因素。肉蓯蓉喜干旱，其生長(zhǎng)地多具有雨量少、蒸發(fā)量大的特點(diǎn)。若降水量過(guò)大，土壤水分含量高，則影響土壤中氧氣含量，使肉蓯蓉出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象；而降水量過(guò)少，肉蓯蓉又因得不到有效水分而無(wú)法正常生長(zhǎng)。因此，種植肉蓯蓉應(yīng)維持土壤適宜的含水量。

[1] 國(guó)家藥典委員會(huì).中華人民共和國(guó)藥典：一部[M].北京：中國(guó)醫(yī)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(zhì)性[J].生態(tài)學(xué)報(bào),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(xué)校創(chuàng)新能力提升項(xiàng)目（2020A-079）；第四次全國(guó)中藥資源普查工作（2018年）；甘肅省地方藥材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提升研究（2017年）

晉玲，E-mail：zyxyjl@163.com

（2020-02-04）

（2020-05-11；編輯：梅智勝）