安徽省多花黄精适生区研究

程鹤，刘峻麟，徐君，史素影，俞年军，2，彭代银，邢丽花，吴振东

1.安徽中医药大学药学院，安徽 合肥 230012；2.中药研究与开发安徽省重点实验室，安徽 合肥 230012；3.安徽省青阳县九华中药材科技有限公司，安徽 青阳 242800

黄精为百合科黄精属多年生草本植物黄精Polygonatum sibiricumDelar.ex Redoute、多花黄精Polygonatum cyrtonemaHua 和滇黄精Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.的干燥根茎[1]。为适应市场需求，安徽省已大量栽培多花黄精，其种植区域分布于以金寨县为代表的大别山区和以青阳县、祁门县为中心的皖南山区。因气候条件与地理环境不同，大别山区和皖南山区多花黄精品质存在差异，尽管有研究对全国多花黄精适宜度进行划分与预测[2]，但未对安徽省不同地区多花黄精形态及相同适宜度差异进行考察。为此，笔者通过实地调查，了解大别山区和皖南山区多花黄精生长情况与植物形态特征，并通过适宜度预测，分析不同地区的适宜度，为安徽省多花黄精优质品种选育及扩大生态规范化栽培面积提供依据，建立和健全多花黄精品种评价体系、种质生产体系等，为其标准化和产业化奠定基础。

1 地理环境与气候

安徽省属温和气候型，年平均气温为14～17 ℃，冬季1 月平均气温为-1～4 ℃，夏季7 月平均气温为28～29 ℃，年降水量为750～1 700 mm，并呈现南多北少，山区多、平原丘陵少等特点。但有资料显示，安徽省已出现了以变暖为主要特征的气候变化，气温显著上升，蒸散量明显减小，降水量年际波动大[3]。

大别山区位于北亚热带边缘的东亚季风区，属暖温带向亚热带的过渡带气候型[4]，冷暖气团交汇频繁，天气多变，降水年际变化大，年平均气温12.5 ℃，最高18.7 ℃，最低8.8 ℃，年平均降水量1 832.8 mm，年日照时数1 400～1 600 h。

皖南山区年平均气温为15.2 ℃，安庆市、池州市等西部偏高，黄山市、宣城市等东部偏低。其中受西部山区地形环境影响，安庆市平均气温最高（16.9 ℃），黄山市平均气温最低（16.1 ℃）。气温随时间呈上升趋势，1957－2018 年皖南气温、降水量和气压变化呈上升趋势，但降水量和气压上升趋势不显著[5]。降水总体分布表现为西南偏多、东北偏少[6]。皖南地区年日照时数1 836.7 h。

2 资料与方法

2020 年5 月18－24 日，笔者采用实地走访和数据调查相结合，通过网上与图书馆资料查询、访谈、踏查、样地调查、采样调查等方法，了解当地多花黄精主要分布，根据收集的资料，参考各乡镇多花黄精分布特点、地形及地势。本次调查内容涵盖多花黄精整体植株形态，包括茎、叶、花的植物学特性，以及丰产性等。

本次主要调查地区为安徽省六安市霍山县和金寨县、黄山市浮溪村和祁门县、池州市青阳县和石台县、宣城市旌德县，对其多花黄精进行样品收集、性状记录，并由安徽中医药大学俞年军教授和刘鹤龄教授鉴定为百合科植物多花黄精Polygonatum cyrtonemaHua。

2.1 数据来源

安徽省多花黄精资源分布数据主要来自中国数字植物标本馆（http://www.cvh.org.en/en/cms/）及野外调查记录，包括多花黄精132 个样点信息，综合43 个生态因子。将物种名与换算为数字的实际分布经纬度，按MaxEnt3.3.3 软件要求，保存成.csv 格式。使用ESRI 公司开发的地理信息系统平台ArcMap10.2进行分析和制图。

2.2 气候因子

在大别山区、皖南山区、天柱山区、皖北地区分别选择六安市、池州市、安庆市、宿州市2015－2019 年的气候数据以分析其气候差异。见表1。

表1 数据显示，2015－2019 年池州市年降水量远大于六安市，六安市年平均温度高于池州市，六安市年日照时数比池州市略高。总体而言，近年来皖南山区降水量远大于大别山区，但日照时数较大别山区少，平均气温较大别山区低。

表1 2015－2019 年六安市、池州市、安庆市、宿州市气候因子

2.3 最大熵模型设置及预测评价

通过MaxEnt3.3.3 对安徽省多花黄精环境因子和地理分布二者关系建立模型，运行5 次模型，从第二次运算开始，每次运算时删除上次运算结果中贡献率为0 的生态因子。设置受试者工作特征（ROC）曲线和响应曲线，最后使用刀切法检测变量，以贡献率＞4%的环境因子作为环境变量，对安徽省多花黄精生境适宜性进行预测。最后以75%的多花黄精实际分布点为训练集，25%的多花黄精经纬度实际分布点作为测试集，最大迭代次数为106。在多花黄精地理分布基础上通过ArcGIS10.7 软件构建安徽多花黄精适生区划。

将运算结果中安徽省多花黄精的分布情况及资料数据导入ArcGIS10.7，与中国地图叠加，抽取多花黄精在安徽省的潜在适宜分布图。将生成的栅格数据文件进行重分类，按照适生指数P将多花黄精适宜性综合评价等级分为4 类[7]：高适生区P≥0.5，中适生区0.25≤P＜0.5，低适生区0.05≤P＜0.25，非适生区P＜0.05。

3 结果与分析

3.1 最大熵模型预测精度

用ROC 曲线下的面积（AUC）评价预测结果精度，运算结果中AUC 的值越接近1，表示预测的物种地理分布模型与生态因子变量之间的相关性越大，则模型预测结果信息越可靠。多花黄精样品信息及生态因子数据通过MaxEnt模型分析后的ROC曲线训练集AUC＝0.998，测试集AUC＝0.998（见图1），说明MaxEnt 模型预测多花黄精潜在适生区分布结果具有极高的准确度和可信度。

图1 多花黄精潜在分布预测ROC 曲线

3.2 主导生态因子

经过5 次运算对43 个生态因子进行筛选，每次运算除去贡献率为0 的生态因子，最后通过运算结果选择出15 个生态因子。

MaxEnt 模型根据是否加载某一生态因子变量的方式计算其对建模贡献率，同时测定不同生态因子之间的相互作用，各生态因子建模贡献率见表2。通过刀切法检验的各生态因子对其适生区影响见图2。各生态因子对多花黄精适生区影响的贡献排序为：2 月降水量、3 月降水量、12 月平均气温、7 月降水量、土壤类型、11 月降水量、植被类型、坡向、土壤有效水含量、最湿月降水量、坡度、1 月降水量、海拔、9 月降水量、年平均气温，其中前4 项累计贡献率达到81.2%。说明影响多花黄精生长适宜度的主要生态因子是2 月降水量、3 月降水量、12 月平均气温、7 月降水量。

表2 影响多花黄精潜在分布的生态因子贡献率

图2 多花黄精潜在分布生态因子刀切图

3.3 潜在分布区

使用MaxEnt 软件导出生境适宜度后，通过ArcGIS软件对数据进行重分类，得到安徽省多花黄精适宜性区划图，分为高适生区、中适生区、低适生区、非适生区。见图3。

图3 安徽省多花黄精生态适宜性分布区

多花黄精最适生长环境主要集中在大别山区金寨县、霍山县等地和皖南地区青阳县、祁门县、石台县等地。据《安徽植物志》记载，多花黄精分布于祁门、石台、黟县、休宁、歙县、铜陵、金寨等地[8]，均在多花黄精潜在分布范围内，说明模拟结果具有较高的真实性。在高、中适生区增加多黄精栽培资源是增加多花黄精产量、保障品质和保护资源多样性的有效方法。

3.4 不同地区多花黄精形态特征

通过观察植株形态特征和生长环境，发现大别山区多花黄精种植为林下阴湿仿野生，皖南山区种植为林下仿野生和大田种植；与林下种植相比，大田种植较为干燥，且需有植株为多花黄精遮阴。不同地区多花黄精根茎、叶片和茎秆的形态特征均有差异。

大别山区：主要多花黄精资源为金寨黄精Polygonatum jinzhaienseD.C.Zhang &J.Z.Shao[9]，多年生草本。茎高60～170 cm，植株整体高大，茎大部分为绿色，少量为紫色；叶互生，多为长披针形，少数为椭圆形；总花梗长2～6 cm 且扁平，常为花梗2 倍以上，筒状花；根状茎表面淡黄色较肥厚，根状茎常见类型为圆柱形或姜形，不同节间部分差异较小，茎痕较大，其茎痕占根茎往往在一半以上，翼芽较多。见图4、图5。

图4 金寨黄精Polygonatum jinzhaiense D.C.Zhang &J.Z.Shao

图5 金寨黄精Polygonatum jinzhaiense D.C.Zhang &J.Z.Shao 根茎、叶和花

大别山区也生长总花梗与花梗长度相近的多花黄精P.cyrtonemaHua[10]，整体植株较小，在金寨地区有栽培和野生资源。部分为早熟多花黄精，5 月份绝大多数多花黄精处于花期时，少量多花黄精植株已开始结果。

皖南山区：主要为栽培与仿野生多花黄精，多年生草本茎高30～90 cm，植株与金寨黄精相比较小，茎大部分为绿色，少量为紫色；叶互生，常见卵圆形或椭圆形，少数为长披针形；总花梗与花梗相近，筒状花；根状茎表面淡黄色较肥厚，主要为棋盘状，其次为姜形和圆柱形，茎痕较小。在青阳县、祁门县、旌德县等地有大量栽培资源。旌德县多花黄精根状茎为棋盘状，每年多生2～3 个芽头，根状茎肥厚。见图6、图7。

图6 皖南地区多花黄精P.cyrtonema Hua

图7 多花黄精P.cyrtonema Hua 根茎、叶和花

从大别山区到皖南山区多花黄精植株形态开始变小，茎变细，总花梗变短，且皖南山区多为卵圆形叶。同为3 年生的多花黄精，大别山区植株高大，根状茎较皖南山区大。见表3。

表3 不同地区多花黄精采样信息

4 讨论

本研究显示，安徽多花黄精高适生区有青阳县、石台县、金寨县、祁门县等地，其生长发育良好，根状茎较粗壮；另外，这些地区已有大量栽培资源，部分地区尚有多花黄精加工体系和育苗基地，以及稳定的多花黄精药材产量。中、低适生地区尚无大面积多花黄精种植，结合课题组前期收集的样品形态，低适生区的多花黄精植株较小，根状茎较细。由表1 可知，高适生区（六安市和池州市）降水量大于中适生区（安庆市）和非适生区（宿州市），与MaxEnt 模型分析一致。故建议在中、高适生区开展多花黄精试点种植，以增加多花黄精种植面积。

虽然大别山区和皖南山区同属高适生区，但多花黄精形态差异显著。其主要原因是生态不同，两地在降水量、温度、海拔、日照时间上有明显区别；另一个原因可能是多花黄精的花呈筒状，其自花授粉的概率大于异花传粉，从而导致不同地区多花黄精在形态上存在差别。今后将对不同地区多花黄精的简单重复序列亲缘关系，以及氨基酸类、多糖中单糖成分进行比对，筛选优异的资源、挖掘有利基因，以促进品种选育和改良。

从预测的结果看，影响多花黄精分布的重要环境因子是2 月、3 月降水量等环境因子，由此推测，决定多花黄精适宜生长的另一重要因素是当地春季月降水量，而夏季的气候条件对多花黄精的影响较小。尽管皖南地区降水量大于大别山区，但两地海拔差异大，因此，与大别山区相比，皖南山区相同年份多花黄精较矮和根茎较细的原因仍需进一步研究。

总之，本研究揭示了安徽省不同地区多花黄精形态特征变化可能由于不同的气候环境，并呈现从大别山区到皖南地区多花黄精植株整体形态逐渐变小。对多花黄精的开发利用应首先对野生资源进行科学管理，保护其遗传多样性；其次，应加强培育多花黄精新品种，提高品质和产量，以及栽培、生产的规范化建设，推进规范化种植基地的建立，以稳定多花黄精的产量和质量。