达乌里秦艽潜在适生分布区研究△

崔治家，雷丰顺，卢有媛，晋玲，马毅，王振恒

(甘肃中医药大学药学院中(藏)药资源研究所，甘肃 兰州 730000)

·中药农业·

达乌里秦艽潜在适生分布区研究△

崔治家，雷丰顺，卢有媛，晋玲*，马毅，王振恒

(甘肃中医药大学药学院中(藏)药资源研究所，甘肃 兰州 730000)

目的：研究影响达乌里秦艽适宜性分布的生态因子，预测达乌里秦艽在我国的潜在适生分布区。方法：利用达乌里秦艽在中国的154个地理分布记录，结合28项环境因子，应用最大熵模型(MaxEnt)研究影响达乌里秦艽适宜性分布的生态因子，结合ArcGIS软件预测达乌里秦艽全国及各省潜在适生分布区。结果：影响达乌里秦艽适宜性生长的主要环境因子为海拔、1月最高温和1月降水量；达乌里秦艽在我国10个省的潜在适生性较高，适生区总面积达577 517.4 km2，占全国总面积的6.02%；甘肃省达乌里秦艽潜在适生区面积最大，青海次之。结论：研究结果对达乌里秦艽原产地资源保护和野生抚育具有指导作用，可以为达乌里秦艽栽培选地和生产区划研究提供科学依据。

达乌里秦艽；潜在适生区；最大熵模型；ArcGIS

达乌里秦艽(GentianadahuricaFisch.)又称小秦艽，其干燥根为中药秦艽，具有祛风湿、清湿热、止痹痛、退虚热之功[1]；其花为藏药解吉那保，具有清热、消炎之功效[2]。达乌里秦艽喜凉爽、湿润气候，耐寒，主要分布于内蒙古、陕西、甘肃、宁夏、山西、青海、新疆、四川、西藏及河北等地[3-4]。由于长期采挖，其野生资源日趋减少，不能满足市场需求。达乌里秦艽地理分布及生境、形态特征、化学成分及药理作用等方面已有相关研究报道[5-8]，但是长期依靠野生资源使得研究其生长的环境因子及适宜生长区工作开展较少。

随着统计模型和GIS技术的兴起，生态学原理、地理信息系统(Geographic Information System，GIS)结合环境变量进行物种潜在适生分布区预测得到了应用。目前，常用的生态位模型主要有6种，分别为GARP模型、ENFA模型、CLIMEX模型、MAXENT模型、BIOCLIM模型、DOMAIN模型[9-13]。其中，MaxEnt模型在农作物适宜区预测及药用植物潜在生境分布中得到了广泛应用并取得了良好效果。5种生态位模型预测黄顶菊的研究证明MaxEnt模型的模拟精度最好[14]。本研究应用Maxent模型对达乌里秦艽的潜在适生分布区进行预测，研究影响其分布的主要环境因子，结合ArcGIS获得达乌里秦艽的潜在适生区，为达乌里秦艽栽培生产选地和生产区划研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 达乌里秦艽分布数据的获取与处理

查阅全球生物多样性信息平台(GBIF，http：//www.gbif.org/)、中国数字植物标本馆(CVH，http：//www.cvh.org.cn/cms/)、中国自然保护区资源平台(http：www.papc.cn/)、教学标本标准化整理整合与资源共享平台(http：//mnh.scu.edu.cn/)，并参考文献资料，共获得达乌里秦艽分布信息1114条，没有经纬度坐标的分布点以最小可查行政单位为准，剔除重复数据及无法查询数据，最终获得154个采样点信息，见图1。采样点数据按种名、分布点经度和纬度顺序排列后以.csv格式保存。

图1 达乌里秦艽的样点分布图

1.2 环境变量数据获取

从世界气候数据库(http：//www.worldclim.org)中获得的1950～2000年的28项环境因子，精度为2.5弧分×2.5弧分(≈25 km)，详细信息见(表1)。环境因子数据用ArcMap中的格式转换工具转换为ESRI ASCII格式。

1.3 MaxEnt模型设定

参考川贝母潜在分布区预测方法[15]，测试数据比例为25%，最大迭代次数106，设置ROC曲线评价模型准确度，响应曲线和刀切法检验环境因子权重，其余为模型默认设置。

1.4 适宜区划分

根据Maxent模型预测达乌里秦艽在中国的分布概况及资料数据，将达乌里秦艽适宜性分为四类，分别为：P<0.1不适生区，0.1≤P<0.4低适生区，0.4≤P<0.6中适生区，P≥0.6高适生区。将三级以上河流分布区域设为低适宜区，最终获得达乌里秦艽在中国的潜在适生区分布图；利用提取工具获得其在各省的潜在适生区分布图；利用重分类工具计算得到中适生区和高适生区面积。

表1 达乌里秦艽适生区研究所用环境变量

表1(续)

2 结果与分析

2.1 MaxEnt模型预测精度

采用ROC曲线对Maxent模型预测结果进行精度检验，即用AUC值(ROC曲线下的面积)作为衡量指标[16]，AUC的取值范围为0.5～1，其值越靠近1，说明预测结果越好，即MaxEnt模型预测结果越准确。AUC值的标准为：0.5～0.6(失败)，0.6～0.7(较差)，07～0.8(一般)，0.8～0.9(好)，0.9～1(非常好)。本研究MaxEnt模型预测结果测试数据集和训练数据集的AUC值分别为0.994和0.996(图2)，说明Maxent模型预测达乌里秦艽潜在适生区分布结果具有较高的额准确度和可信度。

图2 达乌里秦艽潜在分布预测的ROC曲线

2.2 主导环境因子的确定

根据刀切法的结果可知(图3)，1月降雨量、海拔、最冷季度平均温度、最冷季度降雨量、1月均温、1月最高温是影响其分布的主要环境因子，根据模型中各环境变量的贡献率(表2)可知，海拔(38.7%)、1月降雨量(25.7%)、1月最高温(13.9%)、最暖季度降水量(10.7%)是影响达乌里秦艽分布的主要环境因子，取两者共有环境因子，即海拔、1月降雨量、1月最高温是影响达乌里秦艽分布的主要环境因子。

2.3 达乌里秦艽适生区分布

由全国适宜分布图(图4)可知，达乌里秦艽的适宜分布区主要集中在甘肃中部及南部、青海及西藏东部、四川西北部及北部、宁夏南部、陕西北部、山西北部及中部地区、内蒙古中南部及河北北部地区，新疆中西部等地也有低适宜区分布。各省适宜分布图(图5)显示，甘肃省达乌里秦艽的适生区主要分布张掖、武威、天祝等地及中部和西南部的甘南藏族自治州、白银、平凉、定西、兰州、临夏等地，东部庆阳环县等地也有中适宜分布区；内蒙古达乌里秦艽适生区主要集中在中南部乌兰察布、呼和浩特等地；宁夏达乌里秦艽适生区主要集中在南部固原、海源等地和中部吴忠部分地区，沿贺兰山也有少量适生区分布；青海省达乌里秦艽适生区分布在东部海北藏族自治州、海南藏族自治州、西宁、黄南藏族自治州、海东等地区和中部海西蒙古族藏族自治州；山西省除南部运城、晋城及临汾部分地区外，其他地区均为达乌里秦艽适生区；陕西省达乌里秦艽适生区主要分布在北部榆林地区和延安地区，宝鸡及西安部分地区有低适宜分布区；四川省达乌里秦艽高适生区主要分布在北部地区阿坝藏族羌族自治州；新疆中西部伊利哈萨克有达乌里秦艽中、低适宜分布区；河北省达乌里秦艽中、高适宜区主要分布在北部的张家口，承德北部的围场等地为低适宜分布区；西藏达东部的昌都、妥坝、左贡等地区有乌里秦艽低适生区分布。

图3 刀切法的环境变量重要性分析

环境因子贡献率(%)环境因子贡献率(%)海拔387Bio17最干季度降水量051月降雨量257Bio14最干月降水量031月最高温139Bio1年均温02Bio18最暖季度降水量107Bio19最冷季度降水量017月降雨量43Bio7年均温变化范围01Bio6最冷月最低温25Bio3等温性01bio4温度季节性变化的标准差15Bio8最湿季度平均温度01Bio11最冷季度平均温度07Bio15降水量变异系数01Bio12年均降水量05

图4 达乌里秦艽在中国适生区分布图

注：A.甘省肃；B.内蒙古自治区；C.宁夏回族自治区；D.青海省E.山西省；F.陕西省；G.四川省；H.新疆维吾尔自治区；I.河北省；J.西藏自治区。图5 达乌里秦艽在各省区的潜在适生区分布图

各省达乌里秦艽高适生区和中适生区面积及其占全国和全省面积比例统计见表3。由表3可知，达乌里秦艽在全国的适生区面积为577 517.4 km2，占国土总面积的6.02%；甘肃省达乌里秦艽适生面积最大为139 913.2 km2，占国土面积的1.46%，占甘肃省总面积的30.86%，其次为青海省；宁夏适生区面积为24 166.67 km2，占到全省总面积的36.4%，为达乌里秦艽适生区面积占有率最高的省；相比较而言，西藏和新疆达乌里秦艽适生区面积较少，在全国及全省土地适生区的占有率较低。

表3 各省达乌里秦艽主要适生分布区面积统计

3 讨论

本研究利用Maxent模型和地理信息系统，并结合环境变量对达乌里秦艽在我国的适生分布区进行预测，获得了达乌里秦艽在我国的适生分布区，ROC曲线显示测试数据和训练数据的AUC值均在0.9以上，说明模型预测结果的可信较高。预测结果表明，达乌里秦艽的高适生分布区主要分布在甘肃、青海、山西、内蒙古、四川、陕西、宁夏、新疆、河北、西藏等地，这与文献记载达乌里秦艽实际分布区相吻合。研究结果从理论上明确了影响达乌里秦艽分布的主要环境因子及在各省的适宜分布区，对于进一步开展达乌里秦艽原产地资源保护和野生抚育具有指导作用，为达乌里秦艽野生资源的收集及栽培选地和生产区划研究提供了参考。同时，

研究中也存在不足，如仅考虑了气候和地形因子的影响，没有涉及土壤类型、植被类型及人类活动范围以及社会的城镇化发展对其生态适宜性分布的影响。

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StudyofPotentialDistributionRegionsofGentianadahurica

CUIZhijia，LEIFengshun，LUYouyuan，JINLin*，MAYi，WANGZhenheng

(SchoolofPharmaceuticalSciences，InstituteofTraditionalChineseMedicineandTibetanMedicineResources，GansuUniversityofChineseMedicine，Lanzhou730000，China)

Objective：To study effect of ecological factors on distribution ofGentianadahuricaand predict the potential suitable distribution regions ofG.dahuricain China.Methods：By using 154 distribution recordings in China and 28 ecological factors and combined with ArcGIS，the effect of the ecological factors on the suitable distribution regions ofG.dahuricaand the potential suitable distribution regions in China and each province were studied by MaxEnt.Results：The main factors effect of the suitable growth ofG.dahuricawere altitude，the highest temperature and the precipitation in January.10 provinces in China existed higher suitable distribution areas forG.dahurica.The suitable distribution areas were 577 517.4 km2，accounting for 6.02% of the total area of the country.Gansu province had the largest areas for the suitable growth ofG.dahurica，and the second was Qinghai.Conclusion：The results could guide for resources native protection and wild nurture ofG.dahurica.Meanwhile，it could provide scientific basis for selecting cultivation fields and suitable production area ofG.dahurica.

GentianadahuricaFisch.；potential suitable distribution regions；MaxEnt；ArcGIS

甘肃中医药大学中青年基金(ZQN-2013-1)；中央本级重大增减支项目(20603020212，20603020110)；中医药公共卫生专项 (财社[2011]76 号)；中医药行业科研专项(201207002)

] 晋玲，教授，研究方向：珍惜濒危和大宗常用中药资源可持续利用；E-mail：zyxyjl@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.6.016

2016-11-10)

*[