基于地形因子的河北省北柴胡生态适宜性区划研究

李英　焦倩　张天天　刘爱朋　黄璐琦　杨光　郑玉光

[摘要]通过北柴胡中柴胡皂苷类成分含量与地形因子之间的关系，对河北省北柴胡的地形适宜性进行区划研究，为选取种植柴胡的合理区域提供科学的依据。在对河北省43个产地的柴胡实地采样的基礎上，应用统计分析方法全面分析了不同地形因子条件下柴胡中柴胡皂苷类成分含量的差异，海拔、坡度、坡向对柴胡皂苷类成分含量的影响，并依据柴胡皂苷类成分与地形因子之间的关系，应用ArcGIS进行了基于地形因子的河北省北柴胡生态适宜性区划。最适宜柴胡皂苷类成分积累的地形因素为海拔（600 m以上）、坡度（400～550°）、坡向（阳坡），因此，将北柴胡种植在太行山、燕山等地形条件相似的山区地带最为适宜。

[关键词]地形； 柴胡； 生态适宜性； 区划

[Abstract]To study the correlation between the content of saikosaponins ingredient of Bupleuri Radix and topographic factors，we researched the ecology suitability regionalization of topographic of Bupleuri Radix from Hebei province to provide a scientific basis for selecting artificial planting Based on 43 samples of Bupleuri Radix from Hebei province， the variation of the content of saikosaponins in different conditions of topographic factors and the influence of slope， altitude and aspect were comprehensively analyzed by SPSS 210Then we studied topographic factors of ecology suitability regionalization of Bupleuri Radix on the basis of the relationship between the saikosaponins and topographic factors by ArcGIS The most suitable conditions of topographic for cultivation of saikosaponins are as follows：altitude 600 m above， slope 400550 degrees， aspect to the sun In Hebei province， it is suitable for growth of Bupleuri Radix in the Taihang Mountains and the Yanshan Mountains where the content of saikosaponins is higher

[Key words]topographic； Bupleuri Radix； ecological suitability； regionalization

柴胡为伞形科植物柴胡Bupleurum chinense DC或狭叶柴胡Bscorzonerifolium Willd的干燥根，按其性状不同，药材分别习称“北柴胡”和“南柴胡”，具有解表和里、疏肝解郁、升举阳气等功效[1]，为河北省道地药材之一。现代药理研究表明，其主要有效成分有柴胡皂苷类、挥发油等，柴胡皂苷作为柴胡质量检验的标准物质，具镇静、镇痛、抗炎、保肝、抗肿瘤等作用，其中柴胡皂苷a、柴胡皂苷d的药理活性较强[2]。河北省主要柴胡产区为邯郸、邢台、保定、承德、张家口等地，但不同产区地形地貌条件复杂，柴胡质量参差不齐，选取最适宜的区域进行柴胡引种栽培，才能保证柴胡药材的质量。

本文对河北省柴胡实地调查基础上，应用空间分析技术，对柴胡皂苷类成分含量与地形因子之间的关系进行分析研究和生态适宜性分析，明确了柴胡皂苷类成分的含量与地形因子之间的关系，为柴胡选择最佳种植基地提供了依据[3]。

1材料与方法

11自然概况

河北省地域广阔，自然地理环境复杂，地貌总的特点是高度差别大，南北、东西地势高低不一，主要有3个地貌单元，其中坝上高原地形南高北低，约占河北省总面积的85%；燕山和太行山地，包括丘陵和盆地，约占全省总面积的481%；河北平原是华北大平原的一部分，占全省总面积的434%[4]。河北省特殊的地貌特征为柴胡生长提供了不同的生态条件。

12样品采集

在河北省采集了43个不同产地的野生北柴胡，采收时间为2016年8—9月，采集部位为根。由河北省食品药品检验院孙宝惠主任中药师鉴定为伞形科植物柴胡Bchinense的根，见表1。

13柴胡皂苷类成分的含量测定

仪器和试剂：岛津LC20AT高效液相色谱仪（日本岛津制作所），SPDM20A二极管阵列DAD检测器（日本岛津制作所），岛津LabSolutions色谱工作站（日本岛津制作所）；柴胡皂苷a（购自上海源叶生物科技有限公司，批号为W25J6K1919），柴胡皂苷d（购自上海源叶生物科技有限公司，批号为P27J6F1848），乙腈、甲醇为色谱纯，水为自制超纯水。色谱条件：Inertsil ODSSP C18柱（46 mm×250 mm，5 μm）；乙腈水为流动相进行梯度洗脱，（0～50 min 乙腈25%～90%，50～55 min 乙腈90%）[1]，流速10 mL·min-1，柱温35 ℃，检测波长为210 nm。测得43份柴胡样品中柴胡皂苷a，d的含量，二者总和柴胡皂苷类成分含量见表1。endprint

14地形数据[5]

数据来源于“中药资源空间信息格网数据库”。比例尺为1∶100万，投影为 WGS84地理坐标系。数据作者：中国中医科学院中药资源中心、道地药材国家重点实验室。

地形数据包含分辨率1 km的海拔、坡度和坡向数据。

15数据分析

151柴胡皂苷类成分含量与经纬度的关系分析使用SPSS 210统计软件，对43个产地的柴胡皂苷类成分含量进行正态性检验，对柴胡皂苷类成分含量与经度、纬度进行相关分析，分析柴胡皂苷类成分含量与地理位置的关系。

152柴胡皂苷类成分含量与地形因子之间的关系分析使用SPSS 210统计软件对柴胡皂苷类成分含量与海拔高度、坡度、坡向进行相关分析，并分析各地形因子对柴胡皂苷类成分含量的影响。

153基于地形因子的柴胡生态适宜性区划将对柴胡皂苷类成分含量变化有影响的各地形因子划分为不同的适应性等级，应用ArcGIS软件，按各地形因子的适宜性等级分类结果，提取得到各地形因子的空间分布和适宜柴胡皂苷类成分含量积累的等级分布图。并在此基础上将各地形因子的适宜性等级分布结果进行空间叠加，得到基于地形因子的柴胡生态适宜性等级分布图。

2结果

21柴胡皂苷类成分含量与经纬度的关系分析

对43份柴胡样品中柴胡皂苷类成分含量数据进行正态性检验，ShapiroWilk统计量0192，说明43个产地的柴胡皂苷类成分含量服从正态分布（P>010）。其中经度和纬度均不符合正态分布（P<010），因此选用Spearman法对上述3个指标进行相关分析。柴胡皂苷类成分含量与经度负相关，相关系数为-0488，具有统计学意义（P<005），柴胡皂苷类成分含量与纬度相关系数为-0126，没有统计学意义。43份柴胡样品的分布见图1。

22柴胡皂苷类成分含量与地形因子之间的关系分析

柴胡皂苷类成分含量符合正态（P>01），而海拔、坡度、坡向均不符合正态分布（P<01），因此选择Spearman法对柴胡皂苷类成分含量与3个地形因子进行相关分析。

柴胡皂苷类成分含量与海拔、坡度、坡向的相关系数分别为0683，0554，-0160，柴胡皂苷类成分含量与海拔和坡度之间的相关系数有统计学意义（P<005），與坡向之间不具有统计学意义。说明海拔和坡度对柴胡皂苷类成分含量高低有影响。

将海拔分为3个不同海拔高度（大于600 m，200～600 m，小于200 m），进行方差分析，研究不同海拔条件下，柴胡皂苷类成分含量与海拔之间的关系。全部海拔组数据均符合正态分布（P>01），但是各组海拔柴胡皂苷类成分含量的方差不齐（P<01），因此选用秩和检验对各组柴胡皂苷类成分含量进行差异比较，卡方值为18117，P<005，说明河北省不同海拔条件对柴胡中柴胡皂苷类成分含量高低有影响。从各组柴胡皂苷类成分含量的平均秩中可以看出，柴胡皂苷类成分含量最高的是海拔大于600 m，含量较高的是200～600 m，最低的是海拔小于200 m。

将坡度分成4个不同坡度组（550°以上组，400～550°组，250～399°组，250°以下组），进行方差分析，研究不同坡度条件下，柴胡皂苷类成分含量与坡度之间的关系。非全部坡度组数据均符合正态分布，因此选用秩和检验对各组柴胡皂苷类成分含量进行差异比较。Kruskal Wallis秩和检验结果卡方值为14666，P<005，说明不同坡度组下柴胡中柴胡皂苷类成分有显著差异。从各组柴胡皂苷类成分含量的平均秩中可以看出，柴胡皂苷类成分含量最高的是400～550°组，最低的是250°以下组。

将坡向分为阳坡（南、东南、西南、东）和阴坡（北、东北、西北、西）2个组，2组的数据均符合正态分布（P>01），因此，选t检验对2组柴胡皂苷类成分含量进行差异比较。但2组柴胡皂苷类成分含量方差不齐（P<01），因此看近似t检验的结果t′为-2103，提示阳坡和阴坡柴胡皂苷类成分含量差异具有统计学意义（P<005），得到阳坡柴胡皂苷类成分含量高于阴坡。

23基于地形因子的柴胡生态适宜性区划

依据不同地形条件下柴胡皂苷类成分含量差异分析结果，将海拔、坡度、坡向划分为不同的适宜性等级见表2。应用ArcGIS软件，提取得到河北省各海拔、坡度和坡向的空间分布和适宜柴胡中柴胡皂苷类成分含量积累的等级分布情况，见图2～4。应用ArcGIS的空间计算功能，将海拔、坡度、坡向适宜性等级划分结果进行空间叠加，得到柴胡地形因子的生态适宜性等级分布图，见图5。

3结论与讨论

31柴胡皂苷类成分含量与地理位置的关系

根据河北省份所采样品分析结果表明，不同产地柴胡中柴胡皂苷类成分含量差异较大，随着经度的增高，柴胡皂苷类成分含量明显降低，而纬度对柴胡皂苷类成分含量的积累的影响没有明显的联系。这可能与河北省的地形和气候因素有关，采集样品中经度较大地区如唐山、秦皇岛海拔较低，经度较小地区海拔较高、可能导致柴胡含量有一定的差别；而河北省不同纬度地区，海拔高度差距较大，没有规律，因而没有发现柴胡皂苷含量与纬度之间的关系。

32柴胡皂苷类成分含量与地形因子的关系

通过研究发现，不同区域内地形条件对柴胡皂苷类成分含量均有影响，海拔、坡度与坡向对柴胡皂苷类成分含量影响显著。

随着海拔的增高，柴胡皂苷类成分含量显著增高。当海拔大于600 m时，最有利于柴胡皂苷类成分的积累，如产地邯郸、邢台、保定、承德部分地区，张家口大部分地区等；当海拔在200～600 m时，较利于柴胡皂苷类成分的积累，如产地中邯郸、邢台、石家庄、唐山等部分山区；当海拔200 m以下时，不利于柴胡皂苷类成分的积累。可以得出，海拔200 m以上的山区的地形条件较适合柴胡皂苷类成分的积累，海拔在600 m以上的山地最适合柴胡中柴胡皂苷的积累。endprint

在4个坡度分组中，当柴胡生长于400～550°坡度时，最有利于柴胡皂苷类成分的积累。这可能是由于当坡度处于400～550°时，最有利于柴胡根系对水分的吸收和排放；但是当坡度大于550°时，虽然结果也较利于柴胡皂苷的积累，但是也开始呈现柴胡皂苷含量下降的趋势，并且采集到的柴胡样品中没有坡度大于950°，可能是因为当坡度较大时的水分很快流失，不利于柴胡根系的吸水，故而不利于柴胡的生长；而当坡度小于250°时，土壤中的水分不容易排放，柴胡根系长时间处于湿润状态中，不适合根系的生长，不利于柴胡皂苷成分的积累。坡度过高或过低的地形均不利于柴胡药材的生长和柴胡皂苷类成分的积累。因而可以得出，400～550°的山坡地形最有利于柴胡皂苷类成分的积累。

坡向与柴胡皂苷类成分含量的分析可以看出，生于阳坡的柴胡中柴胡皂苷类成分含量要高于阴坡，这可能是因为阳坡有利于柴胡进行光合作用，有利于柴胡皂苷成分的积累，这与生产实践的经验也是相吻合的。

因此，最適宜柴胡皂苷类成分积累的地形因素为：海拔（600 m以上），坡度（400～550°），阳坡。

33柴胡种植生态适宜性等级划分

柴胡在河北省各地分布较广，但柴胡中柴胡皂苷类成分含量存在显著差异。通过对河北省北柴胡地形因子生态适宜性区划研究发现，河北省太行山脉和燕山山脉等地的山区最合适柴胡的生长，海拔在600 m以上、坡度为400～550°、坡向为阳坡的区域，柴胡皂苷类成分含量较高。在河北省推广种植柴胡时应该选择适宜柴胡的生长及含量积累的山区地带。

因此，要进行柴胡的人工种植，首先需要进行生态适宜性研究，以适宜生态环境条件区划研究结果为指导依据，选取与最适宜生态因子条件相似性高的山区，才能保证柴胡药材的质量。

[参考文献]

[1]中国药典一部[S] 2015：280

[2]谭玲玲，陈莹，蔡霞，等 北柴胡的生物学及化学成分的研究进展[J] 中草药，2005（9）：155

[3]张小波，周涛，郭兰萍，等 基于地形因子的贵州省头花蓼生态适宜性等级划分[J] 中国中药杂志，2011，36（3）：311

[4]赵建成，王振杰，李琳 河北高等植物名录[M]北京：科学出版社，2005

[5]谭喆天，黄璐琦，李国川，等 基于地形因子的白术生态适宜性区划研究[J] 中国中药杂志，2014，39（23）：4566

[责任编辑吕冬梅]endprint