益智的地理分布及適生區預測

周繼曾，張 焜，3，張藍月，冼啟秋，孫鵬珍，杜志云*

(1.廣東工業大學輕工化工學院天然藥物與綠色化學研究所，廣東廣州 510006；2.廣東省藥食同源天然資源綜合利用工程中心，廣東廣州 510006；3.五邑大學化學與環境工程學院，廣東江門 529020)

益智(AlpiniaoxyphyllaMiq.)，別名益智仁、益智子，為姜科(Zingiberaceae)山姜屬(AlpiniaRoxb.)多年生常綠草本植物。它被譽為我國四大南藥之一，也是原國家衛計委公布的藥食同源品種之一，具有抗癌、強心、舒張血管、鎮靜、鎮痛、抗過敏、抗衰老、抗氧化、提高免疫力和保護神經等藥理活性，用于治療腎虛遺尿、小便頻數、遺精白濁、脾寒泄瀉、腹中冷痛、口多唾涎等疾病[1]，其主要活性成分為倍半萜類，其次為黃酮類、二芳基庚烷類化合物[2]。在我國，主要分布在海南、廣東、廣西等地，多生于具有一定蔭蔽條件的山腳下、河溝邊和坡度較小的山林地帶。

物種的分布區域是物種重要的空間特征，與物種滅絕、生態入侵、生態位幅度密切相關，對研究物種的起源、散布和演化有著重要的意義[3]。環境因素、生物因素、物種的擴散能力及物種適應新環境的能力都是影響物種地理分布的因素。DIVA-GIS軟件作為研究生物多樣性的地理信息系統(GIS)軟件，它將物種的分布信息導入地理信息系統對物種分布區進行研究，繪制物種分布圖，分析物種多樣性分布格局，為物種資源的可持續利用和合理保護提供理論依據。物種分布信息結合GIS技術已經廣泛應用于物種分布格局的研究[4-6]。MaxEnt模型利用最大熵原理通過已知物種分布地區和多種環境數據預測物種的地理分布，其在物種潛在分布區預測研究中已得到廣泛應用[7-9]。筆者基于益智的地理分布信息，采用DIVA-GIS軟件對益智在我國的分布區域和分布規律進行研究，利用MaxEnt軟件預測其在我國的潛在分布區[10]，為益智的種植栽培、合理保護和開發提供理論依據。

1 資料與方法

1.1數據收集

1.1.1物種分布信息。查閱標本記錄和文獻信息，確定益智目前已知的分布點。通過國家標本平臺(NSII；http：//www.nsii.org.cn)和中國數字植物標本館(CVH；http：//www.cvh.ac.cn/)提取來自中國科學院植物研究所標本館(PE)、中國科學院華南植物園標本館(IBSC)、廣西植物研究所標本館(IBK)、重慶市藥物種植研究所標本館(IMC)、廣西藥用植物園植物標本室植物標本館(GXMG)、福建省亞熱帶植物研究所植物分類標本室(FJSI)、廈門大學生物生命科學學院植物標本室(AU)、中國科學院昆明植物研究所標本館(KUN)、廣西中醫藥研究院植物標本館(GXMI)、南京大學生物系植物標本室(N)、中南林業科技大學林學院森林植物標本(CSFI)、中國科學院西雙版納熱帶植物園植物標本館(HITBC)、上海辰山植物標本館(CSH)、廣東省韓山師范學院生命科學與食品科技學院植物標本室(CZH)、中國醫學科學院藥用植物研究所云南分所標本館(IMDY)、中山大學標本館(SYS)、成都中醫藥大學(CDUTCM)、重慶南川藥用植物栽培研究所、中國農業大學標本館(CAU)、南京大學植物標本室(NJU)、江蘇省中國科學院植物研究所共21所標本館250份益智標本信息；查閱密蘇里植物園標本館(http：//www.tropicos.org)5份，共收集255份益智標本信息；查閱《中國植物志》《海南植物志》《廣東植物志》《廣西植物志》《云南植物志》《貴州植物志》《植物志》等地方植物志以及益智相關的文獻確定其分布點。根據國家標本平臺和中國數字植物標本館所記錄的信息，以及中國數字植物標本館的新舊地名數據庫查詢系統(http：//www.cvh.ac.cn/jiudiming/list.asp)，利用Google Earth衛星圖定位獲得分布地點的經緯度。

1.1.2地圖數據。該研究所使用的地圖均來源于DIVA-GIS網站提供的鏈接(http：//www.diva-gis.org/gdata)上下載的中國行政區劃圖、海拔圖和植被類型圖。

1.1.3氣候數據。該研究所使用的環境因子均來自DIVA-GIS網站(http：//www.diva-gis.org/climate)，使用的環境因子選擇與溫度和降雨量相關的19個對物種分布有重要影響的生物氣候變量，分別是年均溫(BIO1)、平均月溫差(BIO2)、平均年溫差(BIO3)、溫度季節變化方差(BIO4)、最熱月溫度(BIO5)、最冷月溫度(BIO6)、年均溫差(BIO7)、雨季均溫(BIO8)、干季均溫(BIO9)、暖季均溫(BIO10)、冷季均溫(BIO11)、年降雨量(BIO12)、最濕月降雨量(BIO13)、最干月降雨量(BIO14)、季降雨量變異系數(BIO15)、雨季降雨量(BIO16)、干季降雨量(BIO17)、暖季降雨量(BIO18)、冷季降雨量(BIO19)，采用的空間分辨率為2.5 min。下載的數據為clm格式，需經過DIVA-GIS軟件轉化為ascii格式在Maxent軟件中使用。

1.2地理分布分析

1.2.1地理分布圖繪制。根據收集到的標本記錄和文獻記載信息，用DIVA-GIS軟件繪制益智的地理分布圖，分別以海拔圖層和植被圖層作為底圖，每個分布點至少有1份標本采集的地理分布圖。用Microsoft Excle 2007軟件收集分布點的經緯度，用Photoshop軟件處理圖形文件。

1.2.2豐富度統計。豐富度以分布地點為參數，并以一個地點代表一個益智群落的存在，在1°×1°的網格內統計益智群落的次數；分5個等級，便于觀察益智的集中分布點，分別為深綠色(標本數為1～13)、綠色(標本數為14～25)、黃色(標本數為26～38)、橙色(標本數為39～50)、紅色(標本數為51～63)。

1.2.3物種分布區模擬。以中國省份行政圖、海拔圖和植被類型圖作為底圖，將收集到的益智分布信息導入DIVA-GIS軟件中，生成益智的地理分布圖。

1.2.4物種潛在分布區預測。將從MaxEnt得到的數據導入DIVA-GIS軟件，根據適生性概率P，益智在我國分布集中的地區為海南、廣東、廣西3個省(自治區)的適生性概率在0.45以上，其他有益智分布的地區適生性概率也在0.25以上，適生性概率在0.05以下的地區無益智分布記錄。最終設定：P<0.05為不適生區；0.05≤P<0.25為低度適生區；0.25≤P<0.45為中度適生區；P≥0.45為高度適生區[10]。

2 結果與分析

2.1地理分布與豐富度統計采用DIVA-GIS軟件分析益智的地理分布，結果發現(圖1)，益智主要分布在海南、重慶、廣東和廣西，其中海南是益智分布最集中的地區，在湖南、貴州、云南、四川等地也有分布。結合海拔圖層的分析(圖1)表明，益智大部分在我國30° N以南中低海拔10～1 200 m地區分布，小部分在中高海拔1 500～2 000 m地區分布。標本記錄和群落調查顯示，益智在海南產于崖州、林高、樂會、儋州、陵水、昌江、三亞等地，海拔400～900 m的山區有大量栽培；重慶分布在金佛山、南川等地，海拔500～900 m；廣東的高州、從化、廣州、陽春、徐聞、湛江、樂興、潮州等地均有分布，海拔200～900 m；廣西分布在南寧、東興、陸川、紹平、上思、欽州、睦邊、龍州等地區，海拔在72～400 m；湖南分布在芷江縣海拔400 m左右；云南分布在西雙版納、景洪市等地，海拔在800～1 200 m；四川分布在涼山州海拔2 000 m左右。

圖1 益智地理分布Fig.1 Geographical distribution of Alpinia oxyphylla

標本信息顯示(圖1)，在255份標本記錄中有93份來自海南，其中有14份于1973—2012年采自萬寧南林農場，16份于1933—1984年采自崖州，11份于1935—2012年采自保亭七仙嶺，8份于1969—2012年采自陵水捉公社小南坪藥場，10份于1988—2009年采自三亞甘什嶺，5份于1927年采自林高，6份于1954年采自樂會南太圾塘，6份于1986—2012年采自昌江壩王嶺，8份于1933年采自澄邁田村大王嶺，4份于1936年采自白沙圓門洞附近，3份于1973年采自屯昌烏坡公社附近，2份于1928—2012年采自儋州蓮花山。來自重慶的標本有53份為1994年采自金佛山，廣東的標本有56份來自高州、從化、廣州、陽春、徐聞、湛江、樂興、潮州等地，廣西的標本有33份來自南寧、東興、陸川、紹平、上思、欽州、睦邊、龍州等地區。其余分布地區為云南11份，湖南4份，四川3份，貴州2份。益智的分布點統計表明，海南分布點最多，其次為廣東、重慶、廣西。

2.2分布地植被類型分析根據15種土地覆蓋類型，結合DIVA-GIS軟件分析益智分布地植被類型，結果發現(圖2)，益智分布在我國的2個植被區(亞熱帶常綠闊葉林區和熱帶季雨林區)、4個植被亞區(東部常綠闊葉林亞區、西部常綠闊葉林亞區、東部熱帶季雨林亞區和西部熱帶季雨林亞區)、5個植被地帶(含常綠闊葉樹的落葉闊葉林地帶、常綠闊葉林地帶、硬葉常綠闊葉林地帶、季雨林型常綠闊葉林地帶、季雨林地帶)。益智的分布區域出現在疏林、灌叢及其他自然植被的鑲嵌區中。生境多為山腳、山地陽處、山腰、山谷、山坡、路旁、溝谷溪邊及林下陰濕處等有適當蔭蔽且肥沃、濕潤的土壤[11]，生長狀態為散生、野生。

2.3自然潛在分布預測該研究為了預測益智的自然潛在分布區，不考慮氣候變化對益智潛在分布區的影響，采用MaxEnt軟件分析益智在我國的潛在分布區預測結果(圖3)。圖3顯示，適生等級在中度以上的區域主要在我國東南部

圖2 益智分布地植被類型Fig.2 Vegetation type of the distribution zone of Alpinia oxyphylla

圖3 益智在我國適生等級分布Fig.3 Suitability grade distribution of Alpinia oxyphylla in China

(18°～32°N、102°～121°E)的海南、廣東、廣西、重慶大部分區域；同時，適生等級較高的區域出現在江西、福建、浙江的東南部；而在我國西北地區大部分為不適生地區。研究結果表明，益智的地理分布及豐富度與植被類型和海拔關系密切。海拔的升高會使分布范圍逐漸縮小和豐富度逐漸降低。植被類型的變化與植被分布密度降低使得分布范圍和豐富度都有降低的趨勢。分析益智的潛在分布區發現，益智適合在我國溫暖濕潤氣候區生長并有逐漸擴大分布的趨勢，不適合我國西北地區寒冷干燥的環境。

3 結論與討論

該研究使用DIVA-GIS軟件繪制益智地理分布圖和分布地植被類型圖，結合MaxEnt模型預測出益智在我國的適生區。結果表明，益智地理分布主要受到植被和海拔等因素的影響。預測益智的潛在分布區為海南、廣東、廣西、重慶、福建、湖南、江西、浙江、四川、云南等地區的山區和園林中，具有良好的生長狀態。該研究結果將為益智的種植栽培、合理保護和開發利用以及可持續發展提供一定的前期指導和參考依據，減少由于盲目開發所造成的種質資源的浪費和破壞。

益智為姜科山姜屬多年生常綠草本植物，是我國四大南藥之一，具有較好的藥用價值。益智在我國的低中海拔地區野生資源豐富，而這些區域易受人類活動的影響，導致近年來遭受到較為嚴重的破壞。相關部門應加強對益智的保護力度，對其保護以就地保護為主。此外，其潛在的適生區也應引起重視，減少對益智潛在適生區生境的人為破壞，只有通過保護益智未來潛在分布區的生境，才能為益智提供長期生存的條件。遷地保護可作為就地保護的一種重要補充，發展益智的遷地保育和扦插技術對益智的保護有重要意義。

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