黨參藥材分布區劃研究

吳曉俊　張小波　郭蘭萍　余意　黃璐琦

[摘要]為了明確黨參藥材在我國的分布情況，尋找影響其分布的主要生態因子，該研究通過查閱文獻、網絡標本館平臺、實地調查等獲取關于黨參藥材的分布信息。利用MaxEnt模型和ArcGIS 技術，綜合55 項環境因子，分析影響黨參藥材分布的主要環境因子，結果顯示，降水量和海拔等對黨參3個種的分布均產生主要影響。其中，黨參主要集中在甘肅南部、陜西南部、山西南部、寧夏南部及吉林東南部；素花黨參主要集中在甘肅南部、貴州西北部、四川東北部；川黨參主要集中在湖北西部、重慶東部、四川中部。結合栽培黨參藥材分布信息，對所得黨參藥材的分布區劃結果進行驗證，研究所得分布與每種黨參的實際分布相一致，為開展黨參藥材合理引種栽培提供了科學依據。

[關鍵詞]黨參； 分布區劃； 生態因子； ArcGIS； MaxEnt

[Abstract]This paper is aimed to clarify the distribution of Codonopsis Radix in China and search the main ecological factors that affect the suitability distribution Through literature reading，National Specimen Information Infrastructure researching， field investigation and general survey of Chinese medicine resources， the distribution information was acquired The MaxEnt model and ArcGIS technologywere applied to analyze the main environmental factors influencing the suitability of Codonopsis Radix with integrated 55 environmental factors The results showed the precipitation and altitude were the major factors impacting the ecology suitable of Codonopsis Radix The ecological suitable region of C pilosula was mainly concentrated in south Gansu， Shanxi， Shanxi， Ningxia and， and the ecological suitable region of C pilosula var modesta was mainly concentrated in south Gansu， northwest Guizhou， northeast Sichuan， and the ecological suitable region of C tangshen was mainly concentrated in west Hubei， east Chongqing， middle Sichuan Combined with the investigation and cultivation of Codonopsis Radix distribution information， the results of ecological suitability of Codonopsis Radix were verified The ecological suitability distribution result of Codonopsis Radix was consistent with each species actual distribution， which could provide scientific basis for carrying out the rational cultivation of Codonopsis Radix

[Key words]Codonopsis Radix； distribution division； environmental factors； ArcGIS； MaxEnt

黨參為桔?？浦参稂h參Codonopsis pilosula（Franch） Nannf.、素花黨參C pilosula Nannf var modesta（Nannf） L T Shen或川黨參C tangshen Oliv的干燥根，其性味甘、平，具有健脾益肺，養血生津等功效[1]，為常用大宗藥材?，F代藥理學研究證實，黨參對心血管系統、血液及造血功能、消化系統、機體免疫功能、延緩衰老等有一定的作用[23]。傳統以山西長治所產潞黨、甘肅文縣所產紋黨、湖北恩施所產板橋黨為道地藥材。近年來，由于黨參藥材需求量大、野生資源有限，市場上以栽培品為主，不同產地間黨參藥材質量存在較大的差異。目前黨參藥材產地主要集中于甘肅、山西、四川，陜西、湖北、貴州等地也有分布。由于藥材的生產與其引種地的生態環境有關，因此，進行我國黨參藥材適宜性等級劃分研究，對了解黨參資源的整體概況和科學選取適宜區域進行黨參藥材的人工種植具有十分重要的意義。

目前，中藥領域與其他領域的結合研究已越來越多，“3S”等空間分析技術已引入到中藥學領域，并在中藥材產地適應性分析方面得到廣泛應用[4]。中藥區劃是依據中藥資源的地域分布規律對其進行區域分化，研究方法包括定性描述法、模糊數學方法、構建模板法、構建模型法和基于遙感數據等方法[5]。地理信息系統（GIS）作為空間信息分析的核心技術，以其強大的空間信息分析和管理能力，在中藥產地適宜性評價中得到廣泛應用[68]。本研究通過黨參藥材3個種的分布信息，綜合氣象數據、土壤數據和植被類型等，利用GIS技術和最大信息熵MaxEnt模型，對黨參藥材進行全國區域的分布區劃研究，尋找影響黨參藥材分布的主要生態因子，得到黨參藥材分布區劃圖，并結合黨參藥材栽培地的分布對所得結果進行驗證，為黨參藥材栽培區域的選擇提供參考依據。endprint

1材料與方法

11數據收集

通過查閱CNKI、網絡標本館等數據庫及實地調查中收集黨參藥材3個種的分布信息，包括經緯度、海拔、生境等；將分布點按物種名、分布點經度和緯度順序存儲成“csv”格式文件。

本研究所使用生態因子數據庫來源于“中藥資源空間信息格網數據庫”，包含對中藥資源分布有影響的55個生態因子數據。其中氣候因子數據是根據我國氣象觀測站1950—2000年的氣候觀測數據插值而成，空間分辨率為1 km×1 km；土壤類數據根據第二次全國土地調查提供的《1∶100萬中華人民共和國土壤圖》制成，采用的土壤分類系統主要為FAO90；地形數據包括：高程和坡向；植被類型數據以中科院植物研究所的《中華人民共和國植被圖》（1∶100 萬）中的植被亞類數據制成。

12黨參藥材分布區預測

121主要生態因子的選擇第一步，根據3個種分布的GPS 數據和55個生態因子分別在MaxEnt中的迭代運算結果，選取總貢獻率≥95%的生態因子作為供篩選的生態因子；第二步，分別提取3個種分布點供篩選的生態因子數值，進行Spearman相關性分析，相關系數大于08的生態因子棄去貢獻率較小的1個；第三步，將第二步剩余的生態因子利用MaxEnt模型分別計算分析，得到生態因子對黨參藥材3個種分布的貢獻率和刀切法獲得的主要生態因子權重分析，選取貢獻率大權重高的生態因子作為主生態因子，根據響應曲線獲取適宜性。

122MaxEnt模型參數設置將黨參藥材3個種的分布信息和環境數據按要求格式轉換后分別導入MaxEnt軟件，設置參數運行建模，具體參數如下：隨機測試比例為15%，最大迭代運算次數為1×106，設置響應曲線，MaxEnt自定義設置ROC評價曲線和刀切法（jackknife）檢驗權重，其他參數為軟件默認值。

123模型預測評價采用MaxEnt計算結果所得的ROC工作曲線和曲線下面積（AUC值）進行模型精度評測。近年來，通過ROC曲線下面積（即AUC）作為模型預測準確度的衡量指標，在物種潛在分布預測模型評價中應用越來越廣泛[9]。AUC取值范圍為[0，1]，AUC越大表示模型判斷力越強。AUC在05～06為失敗，06～07為較差，07～08為一般，08～09為好，09～10為非常好[10]。

13潛在分布區劃分析

在建立黨參藥材對生態環境條件適宜性標準時，本研究將各個因子分為最適宜、適宜和不適宜3個等級。最適宜分布區域表示生態因子處于最佳狀態，對藥材生長發育的限制因素較少；適宜分布區域表示生態因子適宜藥材生長，但在程度上略遜于最適宜分布區域；不適宜分布區域表示生態因子有嚴重限制，對藥材的生長不利，不適宜栽培種植。

利用GIS軟件MaxEnt模型計算結果進行疊加和地圖制作，根據分布點所處生境適宜度值，按正態分布參數μ，δ進行劃分：[0，μ-δ]為不適宜區，（μ-δ，μ）為適宜區，[μ，1]為最適宜區，分別繪制黨參藥材3個種的潛在分布區，并將3個種的圖層進行疊加獲得黨參藥材的分布區劃圖。

14黨參藥材分布區驗證分析

結合所得黨參藥材的分布區，以黨參3個種的部分栽培分布信息作為參考，對黨參3個種的區劃結果進行驗證。

2結果與分析

21數據收集

本研究共收集到黨參藥材分布信息1 659條，共涉及22省，267縣。其中：黨參1 295條，素花黨參104條，川黨參260條，野生及栽培黨參藥材分布數據見表 1，空間分布圖見圖1。

22主要生態因子的選擇

按121方法，應用Maxent對生態因子進行篩選，結果顯示，55個生態因子中38個對黨參分布有貢獻率、20個對素花黨參分布有貢獻率、26個對川黨參分布有貢獻率。篩選貢獻率≥95%的生態因子，見表 2。

23模型預測評價

按123的方法，分別計算MaxEnt模型ROC曲線訓練數據集和測試數據集的AUC。結果顯示，黨參的AUC分別是0943，0946；素花黨參的AUC分別是0992，0993；川黨參的AUC分別是0982，0976。表明MaxEnt模型對黨參藥材潛在分布區的預測效果非常好。可知模型運算得出的黨參藥材生境適宜度，具有很高的準確度和可信度。

24黨參藥材分布區劃

利用GIS軟件MaxEnt模型計算結果進行疊加和地圖制作，分別繪制黨參、素花黨參和川黨參的分布區劃結果。其中，黨參分布區劃結果見圖2，較高適宜度主要集中在甘肅南部、陜西南部、山西南部、寧夏南部及吉林東南部；素花黨參分布區劃結果見圖3，較高適宜度主要集中在甘肅南部、貴州西北部、四川東北部；川黨參分布區劃結果見圖4，較高適宜度主要集中在湖北西部、重慶東部、四川中部。將黨參、素花黨參、川黨參3個來源的分布區劃結果圖疊加，得到黨參藥材的分布區劃圖，結果見圖5。由圖5可知，黨參藥材的分布適宜區主要集中在甘肅南部、陜西、山西、湖北西部、貴州北部、四川東部、吉林東南部。

根據中國植物志記載：黨參分布于西藏東南部、四川西部、云南西北部、甘肅東部、陜西南部、寧夏、青海東部、河南、山西、河北、內蒙古及東北等地區。

本研究顯示，除以上分布區外，貴州、湖南、新疆等地也有分布。素花黨參分布于四川西北部、青海、甘肅及陜西南部至山西中部，以陜西南部為集中分布地區。川黨參分布于四川北部及東部、貴州北部、湖南西北部、湖北西部以及陜西西南部，本研究結果與該種記載分布區大致相同。以上所得適宜分布區與中國植物志中黨參藥材的3個種的分布區域基本吻合。由此，可得出黨參藥材主要集中分布于甘肅、陜西、山西、四川。

由表2可知，海拔對黨參藥材3個種分布均有影響。基于所得黨參適宜分布區結果，應用ArcGIS軟件，提取黨參藥材3個種的地理空間分布范圍，結果見表3。endprint

25黨參藥材分布驗證

黨參藥材資源分布較廣，以栽培為主，少量為野生，且栽培區域呈逐年擴大的趨勢。目前，以黨參為基原的“潞黨”、“白條黨”在山西長治、甘肅渭源等地大量栽培；素花黨參為基原的“紋黨”、“鳳黨”在甘肅文縣、陜西鳳縣等地栽培；川黨參為基原的“板橋黨”在湖北恩施、貴州等地栽培種植。根據《中國植物志》記載，黨參藥材的3個來源，主要分布于河北、山西、內蒙古、吉林、遼寧、黑龍江、河南、湖北、湖南、四川、貴州、云南、西藏、陜西、甘肅、青海、寧夏等省。通過本研究結果顯示，在新疆、浙江、福建等省也有黨參藥材的潛在分布區域。

通過二次實地調查，結果顯示，新疆昭蘇縣現正種植黨參為基原的黨參藥材。浙江、福建等省份前期有黨參栽培，但以零星種植為主，無法藥用。以上印證了本研究結果。

3結論

本研究利用MaxEnt模型和ArcGIS技術相結合，較全面的考慮了各生態因子的影響，最終得出對黨參、素花黨參、川黨參分布影響較大的生態因子及其適宜范圍。再綜合分析3個種的主要影響生態因子，降雨量、海拔對3個種分布均產生主要影響。從地理空間分布角度分析，與黨參相比，素花黨參和川黨參適宜分布的海拔范圍相對較廣；水平方向上，黨參分布范圍遠遠大于素花黨參和川黨參。

綜合整個研究，收集的分布信息基本覆蓋了黨參藥材的分布區，考慮大多數黨參藥材的實際分布，研究得出黨參藥材在我國的潛在區劃分布。黨參藥材3個種的道地性分布較強，最適宜地區集中分布在甘肅、山西和陜西、四川。其中，甘肅以黨參和素花黨參潛在分布為主，山西以黨參的潛在分布面積最大，四川、湖北等省有較大的川黨參潛在分布；云南、河南和湖南等省有一定的潛在分布性，但其適宜度較低，不作為引種栽培的首選區域。由于黨參3個種的適宜生長區域存在差異，在引種栽培和種植規劃時需要進行區分。通過與實地調查栽培黨參藥材分布結果對比，模型預測結果與黨參藥材的實際分布吻合度較高，可以為黨參藥材野生資源的收集、保護和種植區劃提供理論依據。

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[責任編輯呂冬梅]endprint