甘肅省款冬花生態適宜性區劃研究

陳博，曹后康，郭延秀，席少陽，朱田田，晉玲，2

1.甘肅中醫藥大學藥學院，甘肅 蘭州 730000；2.中（藏）藥資源研究所，甘肅 蘭州 730000

款冬花為菊科植物款冬L.的干燥花蕾，為止咳平喘方劑中的常用中藥，具有潤肺下氣、止咳化痰功效，由于市場需求增加，因此增加供給是目前亟需解決的問題。甘肅位于黃土高原、內蒙古高原和青藏高原交匯處，整體地貌為山地型高原，主要為暖溫帶、溫帶半干旱、干旱氣候，由于全省南北跨度大、地形復雜，氣候差別較大，款冬花曾在甘肅的分布范圍很廣，但由于氣候變化，以及肆意采挖，生境遭到嚴重破壞，使野生款冬花資源蘊藏量急劇下降。因此，選擇適宜地區進行人工栽培，是保證款冬花資源可持續利用的有效途徑。

以生態位為原理的最大熵（MaxEnt）模型已廣泛用于預測生物物種潛在分布的研究中，地理信息系統（GIS）在預測物種潛在分布中也發揮巨大優勢。筆者通過查閱資料和實地采樣，收集甘肅省不同產區款冬花樣點信息，結合生態因子數據，采用MaxEnt模型預測其生態適宜分布區，并利用GIS技術將其表現出來，以期為優質款冬花的栽培選地提供依據。

1 資料與方法

1.1 分布信息

通過2019年12月－2020年2月自采和查閱中國數字植物標本館（http://www.cvh.ac.cn），共收集 188份款冬花樣點分布信息（見圖1）。將物種名、分布地區存儲為MaxEnt模型要求的.csv格式。

圖1 款冬花樣點分布

1.2 生態因子數據

使用源自“中藥資源空間信息網格數據庫”（http://www.tcm-resources.com/）的生態因子數據（降水量、溫度、植被類型和土壤），其中包括43個氣候類型數據（12個月的平均氣溫與降水量、19個綜合氣候因子）、8個土壤類型數據、3個地形數據、1個植被類型數據，選取所有生態因子數據，在國家地理信息數據網站（http://nfgis.nsdi.gov.cn）下載 1∶400萬中國行政區劃圖及中國地圖，經過GIS處理后得到甘肅省行政區劃圖。

將188份款冬花的樣點分布信息和55個生態因子導入MaxEnt3.4.0軟件進行迭代運算。每次篩選出貢獻因子為0的生態因子，舍棄；繼續迭代直至貢獻因子無0出現，得到所有對款冬花生長有貢獻的生態因子。

1.3 分布預測

將款冬花樣點分布信息導入MaxEnt3.4.0軟件，綜合對款冬花生長有貢獻的生態因子，進行生態適宜性研究。設置具體參數如下：隨機測試比例25%，最大迭代次數10，收斂門限0.000 5，用受試者工作特征（ROC）曲線下面積（AUC）評價預測結果精度，并用刀切法（jackknife）檢驗權重，其他參數為軟件默認值。以AUC為衡量精度指標，范圍0～1，AUC數值越大，模型判斷力越強。若 AUC＞0.9，則模型精度良好。

將MaxEnt導出的結果導入GIS進行疊加和地圖制作，獲得正態分布參數μ、δ，將款冬花區劃分為不適宜區、次適宜區和適宜區3個等級，并繪制款冬花生態適宜性區劃分布圖。

2 結果與分析

2.1 模型精度評價

MaxEnt模型通過刀切圖反映不同生態因子在影響款冬花生長適宜度中所占權重。款冬花ROC曲線訓練數據集AUC＝0.965，測試數據集AUC＝0.965，均大于0.9，表明MaxEnt模型對預測款冬花在甘肅省的潛在分布準確度和可信度都很高。甘肅省款冬花生態因子刀切圖見圖2，款冬花分布預測模型ROC曲線見圖3。

圖2 甘肅省款冬花潛在分布生態因子刀切圖

圖3 款冬花分布預測模型ROC曲線

2.2 主生態因子選擇

篩選55個生態因子，其中27個對款冬花生態適宜性有貢獻，7個為影響款冬花適宜性的主要生態因子，貢獻率總和為95.52%。主生態因子響應圖見圖4，主生態因子適宜值見表1。

表1 款冬花主生態因子的貢獻率及適宜值

圖4 影響甘肅省款冬花的主生態因子響應圖

2.3 生態適宜性區劃

本研究顯示，甘肅省款冬花生態適宜性區劃為：定西中南部、隴南大部、臨夏南部、平涼中部、天水大部、甘南東部邊緣為適宜區，甘南東部、隴南東部邊緣、定西北部、臨夏北部、平涼東部和西部、慶陽南部、蘭州西部為次適宜區，甘南中西部、慶陽北部、白銀、武威、金昌、張掖、酒泉為不適宜區。款冬花在甘肅省生態適宜分布見表2、圖5。

圖5 甘肅省款冬花生態適宜性區劃

表2 甘肅省款冬花生態適宜性分布區域

3 討論

本研究收集了188份款冬花分布信息，利用GIS技術和MaxEnt模型對款冬花在甘肅省的生態適宜區進行預測，結果AUC均大于0.9，表明預測結果和可信度準確。

綜合分析款冬花的主生態因子，對款冬花生長影響較大的分別是 4月份降水量（44.68%）＞海拔（26.49%）＞12月份降水量（11.30%）＞等溫性（7.77%）＞土壤有效水含量等級（3.21%）＞土壤亞類（1.07%）＞植被類型（1.01%）。由表1可知，款冬花喜0～5 000 m海拔高度，陰涼天氣，與已知的款冬花生境吻合。另外，款冬為春秋兩季栽種，4月和12月充足的降水量更有助于款冬花生長。溫度也是影響其生長的主要條件，適宜溫度能促進植株正常發育。