4種基原的淫羊藿適宜生境分布研究

趙文龍 王惠珍 馬毅 陸國弟 陳紅剛 晉玲

摘要：目的 ?對淫羊藿的生境適宜性開展評價，為種植區域選取和優質淫羊藿藥材資源合理利用提供依據。方法 ?使用最大熵模型與地理信息系統（GIS）技術，結合生態環境數據和淫羊藿4個基原（淫羊藿、柔毛淫羊藿、箭葉淫羊藿和朝鮮淫羊藿）的實際地理分布信息，預測淫羊藿全國適宜生境的空間分布并進行等級劃分。結果 ?降水量是影響不同基原淫羊藿生境適宜性最重要的生態因子，地域間不同的氣候節律導致降水量影響不同基原淫羊藿的時間不同;淫羊藿和柔毛淫羊藿適宜生境面積最大的地區為四川省，分別為251.33×10³km²和302.22×10³km²，這2種基原在分布范圍上也存在重合，主要集中于甘肅、陜西和四川省的低海拔林區;朝鮮淫羊藿作為特有種，僅分布在與朝鮮接壤的遼寧和吉林部分地區;箭葉淫羊藿較上述3個種的適宜分布范圍有所南移，集中于浙江和安徽交界一帶。結論 ?淫羊藿4個基原種雖歸于同屬藥用植物，但對生境要求各不相同，導致其適宜生境地理分布存在空間差異，因此在引種栽培和種植規劃時需對不同基原進行鑒別和區分。

關鍵詞：淫羊藿;最大熵模型;地理信息系統;適宜生境

中圖分類號：R282.1??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：1005-5304（2019）02-0001-05

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2019.02.001

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Objective To evaluate the habitat suitability of Epimedii Folium; To provide scientific basis for selecting planting areas of Epimedii Folium and rational utilization of medical material resource of high quality Epimedii Folium. Methods By using Maximum Entropy Model and GIS technology， and combined with the spatial data of ecological factors nationwide and the actual geographical distribution of 4 species of Epimedii Folium （E.brevicornum Maxim.， E.pubescens Maxim.， E.sagittatum Maxim.， and E.koreanum Nakai）， the spatial distribution of nationwide habitat suitability of Epimedii Folium was predicted and classified. Results Precipitation was the most important ecological factor affecting the habitat suitability of 4 sources of Epimedii Folium. Different climate rhythms could lead to different effecting time in different Epimedii Folium sources. The largest area of suitable habitat for E.brevicornum Maxim. and E.pubescens Maxim. was Sichuan Province， and the area was 251.33×10³ km² and 302.22×10³ km² respectively. This two sources also coincided in the distribution range， and the range mainly concentrated in the low elevation forest range of Gansu， Shaanxi and Sichuan provinces. As an endemic species， E.koreanum Nakai only distributed on the border range of Liaoning and Jilin provinces with North Korea. The suitable habitat range of E.sagittatum Maxim. went southward compared with the other 3 species， which was mainly distributed in Zhejiang and Anhui provinces. Conclusion Although the four source species of Epimedii Folium belong to Epimedium Linn.， there are spatial differences in the geographical distribution of suitable habitats because of their different habitat requirements. Therefore，it is necessary to distinguish different sources when Epimedii Folium is introduced， domesticated， and artificially planted.

Keywords：Epimedii Folium; MaxEnt model; GIS; suitable habitat

淫羊藿又名仙靈脾、剛前，是小檗科淫羊藿屬Epimedium Linn.植物干燥葉，《神農本草經》列為中品，具有補腎陽、強筋骨、祛風濕功效，用于腎陽虛衰所致陽痿遺精、筋骨痿軟、風濕痹痛、麻木拘攣，是臨床常用中藥^[1-2]。中國是淫羊藿的地理分布中心，有40個淫羊藿品種，目前形成藥材商品的主要種類有15種^[3]，其中淫羊藿E.brevicornum Maxim.、柔毛淫羊藿E.pubescens Maxim.、箭葉淫羊藿E.sagittatum Maxim.和朝鮮淫羊藿E.koreanum Nakai被2015年版《中華人民共和國藥典》^[1]收載為主要基原種。

近年隨著中醫大健康產業迅速發展，藥用植物資源的經濟效益日趨顯著，但亂采濫挖導致野生淫羊藿資源瀕臨枯竭。有些地區雖已開展淫羊藿引種馴化，但不同基原混用，對適生環境研究不夠，盲目種植導致成功率不高。因此，研究不同基原淫羊藿的適宜生境地域性分布格局，明確其適宜生境范圍，是目前資源保育、人工馴化與中藥材“生產質量管理規范”（GAP）栽培過程亟需解決的問題。

根據最大熵理論^[4]，在已知條件下，熵最大的事物最接近其真實狀態。該理論已被構建為最大熵模型（MaxEnt）用于預測物種潛在分布區及其最適宜生境^[5]。國內一些研究表明，MaxEnt結合地理信息系統（GIS）空間分析技術在模擬道地藥材生境適宜性方面可發揮更大優勢^[6-12]。筆者通過實地調查和查閱資料收集中國4種基原淫羊藿的地理分布數據，利用MaxEnt和GIS技術，結合環境生態數據，開展不同基原淫羊藿適宜生境分布研究，為不同地區引種栽培和選址區劃提供參考依據。

1? 資料與方法

1.1? 數據來源

1.1.1? 生態環境

本研究所使用生態因子數據來源于“中藥資源空間信息網格數據庫”（http：www.tcm-resoureces.com），其中氣候數據是根據我國氣象觀測站1950-2000年氣候觀測數據插值成空間分辨率為1 km×1 km的網格數據;土壤類型數據采用FAO-90土壤分類系統，根據《中華人民共和國土壤圖：1∶1000000》^[13]制成;植被類型數據來源于中科院植物所《中華人民共和國植被圖集：1∶1000000》^[14]植被亞類數據。

1.1.2? 樣點分布地理信息

通過實地調查和查閱“中國數字植物標本館”（http：//www.cvh.ac.cn）及“教學標本標準化整理整合與資源共享平臺”（http：//mnh.scu.edu.cn），收集淫羊藿4種基原全國分布信息304條，其中淫羊藿97條、柔毛淫羊藿55條、箭葉淫羊藿75條、朝鮮淫羊藿77條，見表1。

1.2? 研究方法

1.2.1? 最大熵模型參數設置

將4種基原淫羊藿分布信息和生態因子數據按要求導入MaxEnt，并設置如下參數：隨機測試比例為15%，最大迭代次數為10⁴次，在環境參數設置中開啟刀切法（Jackknife）評價各生態因子的權重。

1.2.2? 模型預測精度評價

采用受試者工作特征曲線（ROC）和曲線下面積（AUC）的大小作為模型預測準確度的衡量指標，其取值范圍為[0，1]，值越大表示模型判斷力越強。AUC值在0.5～0.6為失敗，0.6～0.7為較差，0.7～0.8為一般，0.8～0.9為好，0.9～1.0為非常好。

1.2.3? 主要生態因子篩選

根據4種基原分布的位置信息和55個生態因子數據，分別在MaxEnt進行迭代運算，得到對淫羊藿各基原生長影響貢獻率較高的主要生態因子，并根據其響應曲線獲得相應適宜值范圍。

1.2.4? 生境適宜性分析

MaxEnt模擬出的生境適宜值為0～1，數值越大，表明該地區目標的物種生境適宜性越高，分別提取中藥淫羊藿4種基原所在樣點的生境適宜值，以提取結果中最小值（Min）作為適宜生長和不適宜生長的分界線;對于適宜生長的區間，則以正態分布中的指標參數平均值（μ）和標準差（δ）作為區分次適宜區和最適宜區的中斷值，即[0，Min]為不適宜區，（Min，μ-δ]為次適宜區，（μ-δ，1]為最適宜區。

2? 結果與分析

2.1? 模型預測評價

淫羊藿、柔毛淫羊藿、箭葉淫羊藿和朝鮮淫羊藿的MaxEnt模型ROC曲線訓練數據集和測試數據集的AUC值依次分別是0.990和0.986、0.993和0.999、0.994和0.997、0.996和0.998，均大于0.9且趨近于1.0，表明本研究MaxEnt對4種基原的淫羊藿在中國生境適宜性分布的預測結果具有很高的準確度和可信度。

2.2? 生態環境對淫羊藿生境適宜性的影響

根據MaxEnt計算得到各生態因子對淫羊藿分布的貢獻率和刀切法獲得的主要生態因子權重，選取貢獻率和權重較高的生態因子作為主導生態因子。

結果顯示55個生態因子中有21個對淫羊藿生境適宜性有影響，其中降水量3月和5月貢獻率最高，分別為24.3%和19.7%;對柔毛淫羊藿生境適宜性產生影響的生態因子有14個，貢獻率最高的降水量是9月（33.4%）和4月（30.7%）;對箭葉淫羊藿生境適宜性有影響的生態因子有14個，最干月降水和11月降水量貢獻率最高，分別為34.9%和33.3%;影響朝鮮淫羊藿生境適宜性的生態因子有13個，降水量8月（41.4%）和11月（25%）貢獻率最高。詳見表2。

2.3? 淫羊藿生境適宜性空間分布

生境適宜性計算結果取值范圍為0～1，依據正態分布的參數μ和δ，結合樣點位置的提取值，按照生境適宜性從低到高將4種基原淫羊藿生境適宜分布區分別劃為3個等級。淫羊藿生境適宜性劃分結果為不適宜區[0，0.089 2]、次適宜區（0.089 2，0.367 6]、最適宜區（0.367 6，1]。

從空間分布格局看，甘肅東南和陜西南部地區，江西、浙江、福建三省交界地區淫羊藿生境適宜性最高，其他地區雖也有分布，但生境適宜性相對較低;柔毛淫羊藿生境適宜性劃分結果為不適宜區[0，0.037 0]、次適宜區（0.037 0，0.399 4]、最適宜區（0.399 4，1]，陜西和甘肅境內秦嶺地區、四川盆地以西生境適宜性最高;箭葉淫羊藿生境適宜性劃分結果為不適宜區[0，0.083 3]、次適宜區（0.083 3，0.378 0]、最適宜區（0.378 0，1]，最適宜地區主要集中在浙江境內，安徽南部和湖南北部也有分布;而對于朝鮮淫羊藿，其生境適宜性劃分結果為不適宜區[0，0.121 2]、次適宜區（0.121 2，0.438 9]、最適宜區（0.438 9，1]，最適宜生境分布比較單一，集中在與朝鮮接壤的遼寧和吉林小部分地區。

2.4? 各省淫羊藿適宜生境面積

筆者使用ArcGIS中的區域統計工具，對全國各省中藥淫羊藿生境最適宜與次適宜地區的分布面積進行了統計，結果淫羊藿適宜生境總面積較廣的省份依次為四川、陜西、湖北、江西和甘肅，其中甘肅最適宜面積最大，達到131.56×10³ km²，其次是陜西，為89.52×10³ km²，雖然四川省總適宜面積最大，但大部分為次適宜生境;柔毛淫羊藿適宜生境分布總面積較廣的省份依次為四川、陜西、湖北、甘肅和浙江，其中四川和陜西兩省的最適宜生境面積最大，且較其他省份相差懸殊，分別達到97.27×10³ km²和95.44×10³ km²;湖南、浙江和江西為箭葉淫羊藿適宜生境總面積最大的省份;而對于朝鮮淫羊藿，其適生省份只有遼寧和吉林，適生總面積分別為65.61×10³ km²和34.78×10³ km²，其他省份適生范圍極小，詳見表3。

3? 討論

本研究顯示，不同月份降水量是影響4種基原中藥淫羊藿生境適宜性最重要的生態因子，這與淫羊藿屬藥用植物喜陰濕的生長習性高度一致，地域間不同的氣候節律導致降水量在1年中發生重要作用的時期不同。因此，對淫羊藿屬藥用植物進行引種栽培時，要注意選擇降水充沛地區及適宜的栽播時間。

比較實際樣點地理位置和適宜生境模擬結果可以看出，4種基原淫羊藿樣點均位于模擬得出的適宜生境分布區域內，說明預測結果較為準確。從適宜生境地理分布的空間格局看，淫羊藿和柔毛淫羊藿適宜生境分布范圍有部分重合，重合范圍主要集中于甘肅、陜西和四川省的低海拔林區，這些地區空氣和土壤濕度較高、有林木覆蓋且遮蔭較好;箭葉淫羊藿較上述2種基原的適宜分布范圍在地理分布上有所南移，主要分布在浙江、安徽和湖南部分地區。因此，在引種栽培和種植規劃時需對上述3個基原加以區分。朝鮮淫羊藿作為特有種，對地域性要求較為嚴格，僅分布在與朝鮮接壤的遼寧和吉林部分地區，對其引種栽培最好也集中于上述地區。

4? 結語

通過生境適宜性研究，劃定藥用植物人工引種和栽培的最適區域是從根本上緩解野生藥用植物資源壓力行之有效的方法之一。本研究以生態環境數據為基礎，對中國4種基原的淫羊藿適宜生境分布進行了預測，可為淫羊藿種植區域的選取和優質藥材資源的合理利用提供依據。

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