甘遂生态适宜性区划研究△

卢有媛，郭盛*，严辉，2，钱大玮，姜建明，姜文德，孙成忠，段金廒*

(1.南京中医药大学/江苏省中药资源产业化过程协同创新中心/中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心，江苏 南京 210023；2.国家中药材产业技术体系 盐城综合试验站，江苏 南京 210023；3.宁夏明德中药饮片有限公司，宁夏 固原 756000；4.中国测绘科学研究院，北京 100039)

中药甘遂(Kansui Radix)为大戟科大戟属植物甘遂EuphorbiakansuiT.N.Liou ex T.P.Wang的干燥块根，产于河南、山西、陕西、甘肃和宁夏，具有泻水逐饮、消肿散结之功效，用于水肿胀满、胸腹积水、痰饮积聚、气逆咳喘、二便不利、风痰癫痫、痈肿疮毒等症的治疗[1-2]。现代药理研究表明，甘遂药材具有抗肿瘤、抗病毒、抗生育、抗氧化等作用[3]。随着中医药事业的发展，甘遂药材市场需求量不断增加，过度采挖造成野生资源严重破坏，产量日趋减少，野生变家种始于20世纪50～60年代，但生长缓慢[4]。探测甘遂野生资源，建立野生资源保护区，选择适宜栽培生长区域，加快药材生产可以有效改善甘遂药材野生资源现状、满足市场需求。

“诸药所生，皆有其境”，生态环境的适宜性影响药材的道地性，盲目引种、扩种会影响中药材生产的合理布局，削弱药材的道地性[5]。中药生态区划以药用动植物所在的自然生态系统为研究对象，以其生境特征及其与自然条件之间的关系为依据，研究中药资源所在地自然条件的空间规律，并按照其自然条件的空间分异规律进行区域划分，是中药资源合理开发利用的重要依据和基础[6]。

生态位模型是依据物种自身具有的特定小生境，通过该物种已明确分布区的自然环境因子，利用数学建模方法归纳出其特定生境，并将该特定生境映射到目标区域获得该物种的潜在地理分布[7]。BIOCLIM、GARP、Maxent在生态位模型研究中应用较广。BIOCLIM模型基于全域自然环境空间建模，但是物种在自然界或连续分布、或离散分布，预测离散分布物种时BIOCLIM模型会将物种生态位空间放大，预测结果出现偏差[8]。GARP模型是基于机器学习提出的，其模型预测准确度高于BIOCLIM[9]。Maxent模型同时包含了概率论和机器学习理论，基于物种的分布数据和环境因子数据，通过寻找最大熵估计物种分布，其认可已知分布信息，对未知分布信息不做任何假设，不持偏见，统计准确率较高，实际应用效果好，已被用于药用植物、真菌的潜在适宜分布区预测[10-15]。

本研究基于我国甘遂植物的64个分布点信息及气象、土壤和植被类型等55个环境因子数据，采用Maxent生态位模型估计其在我国的潜在适生区，并通过GIS实现制图，以期为甘遂野生资源探测、建立野生资源保护区及引种栽培选址提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 甘遂分布信息

查阅中国数字植物标本馆(CVH)，收集甘遂分布信息，没有经纬度坐标记录的分布点以最小可查行政单位为准，共收集64份甘遂分布信息，分布点见图1。

图1 甘遂样本分布

1.2 生态因子数据

本研究使用的生态因子数据来源于“中药资源空间信息网络数据库”，包括43个气候类型数据(12个月的降水量和平均气温、19个综合气候因子，分辨率1 km)、8个土壤类型数据(土壤pH、阳离子交换能力、含沙量、含粘土量、土壤亚类、有效水含量等级、土壤质地分类、有机碳含量)、3个地形数据(海拔、坡度、坡向)和植被类型。

1.3 Maxent模型参数设置

甘遂分布信息及环境因子数据按规定格式分别导入Maxent软件，参数设定：随机测试比例为25%，最大迭代次数106，选择响应曲线、ROC工作曲线及刀切法检验权重，其余参数为软件默认值。

1.4 模型预测精度评价

Maxent模型采用ROC工作曲线及AUC值(曲线下面积)评价模型预测结果的精度。

1.5 生态因子筛选

基于甘遂分布信息及生态因子数据，采用Maxent模型进行迭代运算，第一次运算结束后弃去贡献率为0的生态因子进行第二次运算，至所有参与运算的生态因子均有贡献率，贡献率大权重高的生态因子则为影响甘遂生态适宜性的主要生态因子。

1.6 生态适宜区划分

根据Maxent运算结果中样本分布点生境适宜度值，基于正态分布参数均值(μ)和样本分布点最小生境适宜度值进行甘遂生态适宜性区域划分，以[0，最小值]为不适宜区，[最小值，μ]为次适宜区，[μ，1]为最适宜区，利用ArcGIS绘制甘遂生态适宜性区划分布图。

2 结果与分析

2.1 Maxent模型预测结果精度评价

Maxent模型预测结果精度评价以AUC值(ROC工作曲线下面积)为指标，AUC取值范围为[0，1]，越接近1表明模型预测精度越高[16]。评判标准为：0.5～0.6失败，0.6～0.7较差，0.7～0.8一般，0.8～0.9好，0.9～1.0非常好[17]。甘遂Maxent模型ROC曲线训练集和测试集的AUC值分别为0.983和0.946，表明由Maxent模型运算预测获得的甘遂生态适宜度具有较高的准确度和可信度。

2.2 生态因子筛选

55个生态因子经8次Maxent运算后剩余15个生态因子贡献率大于0，其中11月降水量、土壤pH、10月降水量、土壤类型、2月平均气温及海拔的贡献率分别为31.69%、15.61%、13.58%、12.90%、8.08%、7.42%，总贡献率达89.27%，是影响甘遂适宜性生长的主要生态因子。11月降水量的适宜值范围为10～25 mm，土壤pH适宜值范围

为7.5～8.5，10月降水量适宜值范围为40～70 mm，土壤类型以肥熟旱耕人为土、石灰性始成土、变性始成土、石灰性淋溶土、饱和粗骨土、饱和始成土、饱和粘磐土、堆垫旱耕人为土较好，2月平均气温适宜度范围为-8～8 ℃，海拔适宜度范围为400～1800 m。

2.3 生态适宜性区划

甘遂生态适宜性区划见图2，甘遂最适宜分布区主要集中在陕西、甘肃东部及山西南部，宁夏南部及河北南部、河南北部和西部有小部分最适宜分布区，新疆北部、甘肃南部有零星最适宜区分布。甘遂次适宜分布区主要集中在陕西、山西、宁夏、河南、内蒙古中西部、甘肃南部、重庆、四川东部、河北南部、山东中部和东部地区，湖北西部、湖南南部、贵州北部、青海东部、河北东部、辽宁西部及中南部、吉林西部部分地区为次适宜分布区，其次在黑龙江南部、新疆北部、西藏东部、云南北部、江西西部、安徽中部等地有零星次适宜区分布，各省甘遂生态适宜区分布县(区)见表1。

图2 甘遂生态适宜性分布区

省份最适宜区分布县(区)次适宜区分布县(区)陕西 韩城、合阳、洛川、宜君、澄城、蒲城、大荔、潼关、华阴、华州、临渭、华州、富平、三原、高陵、临潼、蓝田、泾阳、雁塔、莲湖、灞桥、未央、碑林、长安、秦都、礼泉、兴平、户县、周至、武功、乾县、长武、永寿、彬县、句邑、麟游、扶风、眉县、岐山、陈仓、金台、渭滨、凤翔、千阳、陇县、太白、留坝、宜川、延长、延川、清涧、子长、绥德、吴堡、子洲、米脂、佳县、吴旗、志丹、富县府谷、神木、榆阳、横山、靖边、定边、安塞、宝塔、甘泉、黄龙、白水、王益、耀州、印台、醇化、洛南、商州、柞水、宁陕、佛坪、洋县、城固、凤县、汉台、勉县、略阳、宁强、南郑、西乡、紫阳、镇巴、石泉、汉阴、汉滨、岚皋、平利、镇坪、白河、旬阳、镇安、山阳、商南、丹凤、商州

续表1

续表1

注：“—”表示无最适宜分布县(区)。

3 结论

本研究基于甘遂的自然分布信息及环境因子数据，采用Maxent预测其在我国的生态适宜性分布，模型预测结果经ROC曲线评价表明预测结果准确度及可信度较高(AUC>0.9)。Maxent模型估算结果经GIS制图，基于实际分布点的生态适宜度值及正态分布曲线划分其生态适宜区，结果显示：甘遂最适宜分布区主要集中在陕西、甘肃东部及山西南部，宁夏南部及河北南部、河南北部和西部有小部分最适宜分布区；次适宜分布区主要集中在陕西、山西、宁夏、河南、内蒙古中西部、甘肃南部、重庆、四川东部、河北南部、山东中部和东部地区，湖北西部、湖南南部、贵州北部、青海东部、河北东部、辽宁西部及中南部、吉林西部部分地区为次适宜分布区。历代甘遂产于山西、陕西、山东、江苏、河南及河北等地，随历史推移，今甘遂主产于陕西、山西、河南、甘肃、宁夏，以陕西产质量最佳[1，4]。研究结果显示除历代主产区外，西南横断山区有不同面积的甘遂生态次适宜区分布，吉林、辽宁、黑龙江三省有零星次适宜区分布。本研究从理论上预测甘遂的生态适宜区，为甘遂野生资源探测，建立野生资源保护区及引种栽培选址提供了依据。