京大戟生态适宜性区划研究

裴苏婷，张虹，2，章鹏飞，潘雅楠，刘守金，2

1.安徽中医药大学药学院，安徽 合肥 230012； 2.安徽省中医药科学院中药资源保护与开发研究所，安徽 合肥 230012

京大戟为大戟科Euphorbiaceae植物大戟Euphorbia pekinensisRupr.的干燥根，具有逐饮通便、通经泻水、消肿散结功效，主要用于治疗痰饮积聚、水肿胀满等[1]。由于野生京大戟资源无法满足不断增长的市场需求，因此选择合适的区域进行人工种植是缓解市场供需矛盾、保证京大戟药材供应的重要途径。笔者基于已知京大戟分布位置及生态因子数据，采用最大熵（MaxEnt）模型预测京大戟生态适宜分布区域，并使用地理信息系统（GIS）结合生态学原理研究京大戟的潜在分布[2]，为推广人工大规模抚育京大戟提供依据，同时也为野生京大戟资源可持续利用提供保障。

1 材料与方法

1.1 样本分布信息

利用中国数字植物标本馆（CVH）收集的京大戟标本地点信息，除去具有相似经度和纬度的分布点，无纬度和经度坐标的分布点则以最小可查行政单位为准，得到347份京大戟分布信息（见图1）。

图1 京大戟样本

1.2 生态因子数据及相关地理信息数据

使用“中药资源空间信息网格数据库”（http∶// www.tcm-resources.com/）中全部生态因子数据共55个，包括气候类型、土壤类型、地形和植被类型4类。在国家地理信息系统网站（http∶//nfgis.nsdi.gov.cn/）下载安徽省中医药科学院中药资源保护与开发研究所采用的1∶4 000 000中国地图及中国行政区划图。

1.3 最大熵模型参数设置

京大戟分布信息保存为.csv格式，导入MaxEnt3.3.3软件并添加55个生态因子数据。随机测试比例设为25%，最大迭代次数为106，设置ROC评价曲线下面积（AUC）为衡量模型准确度指标。

1.4 精确度预测

AUC取值范围为[0.5，1]，值越大则模型预测精确度越高，若AUC＞0.9则表明预测结果非常好，可以准确预测物种的潜在分布区域。

1.5 生态因子筛选

按“1.3”项下设置MaxEnt模型参数，结果以Logistic格式输出，进行11次运算，每次舍去计算结果中贡献度为0的生态因子，得到结果中具有贡献率的生态因子。

1.6 全国范围内生态适宜性区划划分

将MaxEnt模型导出的结果转换为栅格数据以用于ArcGIS10.2软件分析，提取京大戟潜在的合适分布区域图，重分类生成的栅格数据，并遵循适生指数P值将京大戟适宜性等级分为四类，即非适生区P＜0.05，低度适生区0.05≤P＜0.25，中度适生区0.25≤P＜0.5，高度适生区P≥0.5[3]。

2 结果与分析

2.1 模型精确度评价

运算MaxEnt模型可得京大戟潜在分布预测ROC曲线（见图2），京大戟训练数据集AUC＝0.962，测试数据集AUC＝0.931，由此显示MaxEnt模型运算预测京大戟潜在分布效果非常好，且具备很高可信度和准确度。

图2 京大戟潜在分布预测ROC曲线

2.2 主导环境因子权重

运算11次MaxEnt模型后得到25个生态因子，结合生态因子刀切图分析，由于具有强相关性的生态因子易导致过度拟合[4]，移除后结果表明bio12（27.9%）、bio1（16.8%）、prec11（10.8%）、soiltype（7.5%）、bio5（5.9%）、zblx（5.5%）6个生态因子的累积贡献达到74.4%，表明影响京大戟适宜性的主要生态因子为年均降水量、年平均气温、11月降水量、土壤类型、最暖月最高温、植被类型。见图3、表1。

图3 京大戟潜在分布生态因子刀切图

表1 影响京大戟适宜性生态因子贡献率

2.3 全国生态适宜性区划

按照“1.5”项下方法对进行分析，得到京大戟生态适宜性区划分布图。红色部分代表京大戟高度适生区，黄色部分代表中度适生区，绿色部分代表低度适生区，白色部分代表非适生区。从生态适宜性区划图可知，京大戟在全国范围内潜在分布地区广泛，最适宜生长的区域主要集中在北京市、河北省东部、山东省中部及沿海地区、山西省中南部、陕西省中南部、甘肃省西南部、云南省东南部、河南省西部、湖北省北部、安徽省东部、广西壮族自治区东北部等地区，中度适宜分布地区为辽宁省西部及南部沿海地区、陕西省中部、甘肃省东南部、贵州省除西南角大部分地区、湖南省西部、湖北省西部、浙江省除中部大部分地区、安徽省南部等地区，低度适生区域主要为吉林省东部、陕西省东部、宁夏回族自治区南部、四川省西部、云南省中东部、广西壮族自治区北部、贵州省西南部、重庆市、湖北省西南部、江西省中部、福建省中南部、广东省除西北角大部分地区、青海省中部、新疆西北部零星区域、西藏东南部、台湾西部等地区，非适生区主要为黑龙江省北部、吉林省北部、内蒙古自治区、甘肃省南部、青海省除中部大部分地区、西藏除东南角大部分地区、新疆除西北部大部分地区及海南省等地区。见图4。

图4 我国京大戟生态适宜性区划分布

3 讨论

基于京大戟的自然分布信息和55个生态因子，本研究采用MaxEnt模型预测其在国内的生态适宜性分布区域，结果显示训练集的AUC为0.962，测试集的AUC为0.931，表明该模型预测的适宜京大戟生长分布区域非常好且结果可靠。

影响京大戟分布的主要生态因子为年均降水量、年平均气温、11月降水量、土壤类型、最暖月最高温、植被类型，其中降水量贡献率总和为38.7%，可见预测京大戟能否在区域范围内生长主要依据当地降水量。因此，可采用人工降雨或其他方法控制降雨，使京大戟的适宜区域达到非常适宜区域的标准。

模型预测结果经GIS制图显示，京大戟最适宜分布地区与文献[1]所载主产区一致。除传统分布区外，北京市、河北省东部，山东省中部及沿海地区、山西省中南部、陕西省中南部、甘肃省西南部、云南省东南部、河南省西部、湖北省北部、安徽省东部、广西壮族自治区东北部等地区作为京大戟高度适生区，在最佳适宜地区进行人工栽培种植及野生资源养护，可以最大限度提高京大戟的产量，以促进区域内经济增长。

本研究结果阐明了京大戟的适宜分布区和主要生态因子，为进一步开展京大戟产地的资源保护和野生栽培提供依据。当然，本研究仅基于野外标本采集信息预测生态适宜性区划，药材的质量还受多种因素影响，今后可对京大戟药材进行品质区划，以更好改善其药材品质。