康傳志，周　濤,*，郭蘭萍，黃璐琦，朱壽東，肖承鴻

1 貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院, 貴陽(yáng)　550002 2 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心, 道地藥材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京　100700

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全國(guó)栽培太子參生態(tài)適宜性區(qū)劃分析

康傳志1，周濤1,*，郭蘭萍2，黃璐琦2，朱壽東2，肖承鴻1

1 貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院, 貴陽(yáng)550002 2 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心, 道地藥材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100700

摘要:采用ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件的空間分析方法和SPSS統(tǒng)計(jì)軟件的統(tǒng)計(jì)分析方法，分析了全國(guó)太子參潛在適宜種植地理分布、適宜生境及化學(xué)成分與環(huán)境因子的相關(guān)性。結(jié)果顯示：采用聚類分析從46個(gè)樣地中篩選出34個(gè)多糖含量較高的樣地。所建模型經(jīng)ROC曲線驗(yàn)證，預(yù)測(cè)效果非常好(AUC > 0.9)。最干月降水量(貢獻(xiàn)率68.4%)、土壤類型(9.7%)、最暖季平均溫(6.0%)、等溫性(4.0%)是影響太子參種植分布最重要的環(huán)境因子，其最適宜生境范圍為：最干月降水量20—60mm；最暖季平均溫21.5—30.5℃；等溫性18%—35%；土壤類型為不飽和薄層土、飽和粘磬土中的黃棕壤、黃壤、黃紅壤。相關(guān)性分析顯示，多糖和生境適宜度均與最濕季降水量、最暖季降水量、最暖季平均溫、最干月降水量及年平均氣溫?zé)o顯著相關(guān)性。太子參最適宜區(qū)主要分布在長(zhǎng)江中下游區(qū)域，主要有貴州中部，重慶與湖南、湖北接壤處，河南南部，安徽西部，江蘇中部，福建東北部以及浙江北部和東南部區(qū)域。因此，明確全國(guó)太子參潛在的適宜種植區(qū)可為太子參種植基地的選取和合理布局提供參考。

關(guān)鍵詞：太子參；Maxent模型；多糖；環(huán)境因子；生態(tài)區(qū)劃

中藥太子參PseudostellariaeRadix具有益氣健脾、生津潤(rùn)肺的功效。野生資源主要分布在東北、華北、華中、華東地區(qū)，如遼寧、內(nèi)蒙古、河北、山東、安徽、江蘇、河南、江西等省區(qū)[1]。隨著野生資源的稀缺，現(xiàn)今太子參在中醫(yī)臨床配方、中成藥、保健藥品生產(chǎn)中所用藥材均來(lái)自栽培資源。目前全國(guó)比較大的太子參栽培產(chǎn)區(qū)有山東、安徽、江蘇、福建、貴州，其中以安徽宣城、福建柘榮、貴州施秉所產(chǎn)藥材占據(jù)太子參藥材商品市場(chǎng)的主流。

太子參因藥性溫和，可藥食兩用，向保健食品、化妝品發(fā)展的趨勢(shì)也在加強(qiáng)。以貴州為例，隨著近五年來(lái)太子參藥材商品價(jià)格的不斷攀升，十余個(gè)縣市行政區(qū)擬以發(fā)展太子參藥材種植作為推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的手段之一。而作者前期在分析太子參資源現(xiàn)狀、生物學(xué)特性，探討藥材品質(zhì)變化的因素中，發(fā)現(xiàn)太子參在生產(chǎn)種植上缺乏合理布局，受人為主觀因素影響較大，再加上太子參存在連作障礙，每年都面臨重新選地和產(chǎn)區(qū)擴(kuò)大等問(wèn)題。而已有的研究報(bào)道顯示，各地栽培太子參藥材中的有些次生代謝產(chǎn)物含量差異顯著[2]。因此，依據(jù)藥材治療功效，在明確品質(zhì)特征基礎(chǔ)上，選擇合理的生產(chǎn)種植區(qū)域，方能有效保證太子參栽培藥材的產(chǎn)量和質(zhì)量。

生態(tài)適宜性區(qū)劃是基于中藥資源和生態(tài)環(huán)境因子，對(duì)中藥資源的空間分異規(guī)律進(jìn)行的區(qū)域劃分，可為中藥材科學(xué)選址和適宜性種植提供參考?，F(xiàn)代藥理研究已證明，太子參多糖具有抗應(yīng)激、抗疲勞、增強(qiáng)免疫力的功效[3]，這與太子參藥材益氣健脾、補(bǔ)氣生津的功效是相一致的，而有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)不同栽培產(chǎn)區(qū)太子參藥材中的多糖含量差異并不明顯[4]，同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)太子參藥材外觀越飽滿的塊根中多糖含量越高[5]，符合市場(chǎng)對(duì)太子參藥材商品等級(jí)劃分的要求，可作為太子參藥材內(nèi)外品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。鑒于目前太子參在生產(chǎn)布局方面存在的問(wèn)題及生態(tài)適宜性區(qū)劃研究方法的日漸成熟，本文以太子參藥材目前的適宜產(chǎn)區(qū)為基礎(chǔ)，運(yùn)用ArcGIS和Maxent模型，以氣候因子、土壤因子、地形因子和植被類型數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)，篩選出太子參多糖含量較高的產(chǎn)區(qū)，進(jìn)行生態(tài)適宜性區(qū)劃，實(shí)現(xiàn)既能保證太子參藥材質(zhì)量又能滿足適宜種植生長(zhǎng)的區(qū)劃指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1樣品材料

2013年7—8月太子參藥材采收期，于山東、福建、安徽、江蘇、貴州共5個(gè)太子參栽培地區(qū)進(jìn)行實(shí)地采樣。在福建采集樣品13份，江蘇采集樣品3份，安徽采集樣品10份，貴州采集樣品16份，山東采集樣品4份，用于生態(tài)適宜區(qū)劃分析的樣品共計(jì)46份。

1.2環(huán)境因子數(shù)據(jù)選取

本研究所用環(huán)境因子數(shù)據(jù)庫(kù)為《中藥資源空間信息網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)》，由中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心道地藥材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。各環(huán)境因子的選取主要是依據(jù)對(duì)太子參藥材產(chǎn)量和質(zhì)量有重要影響的環(huán)境因子。

太子參喜溫暖濕潤(rùn)氣候，怕高溫，抗寒力強(qiáng)，忌強(qiáng)光，有低溫發(fā)芽、越冬的特性，在-20 ℃也可安全越冬。在選擇區(qū)劃因子時(shí)可選取極端溫度如最暖季平均溫、最冷季平均溫等指標(biāo)。太子參喜陰濕環(huán)境，氣候的濕潤(rùn)度和光照強(qiáng)度也是影響太子參生長(zhǎng)的重要因素[6]。地形因子和土壤因子與太子參的生產(chǎn)種植息息相關(guān)，對(duì)于科學(xué)選址具有重要意義[7-8]。此外，王曉鵬等人研究發(fā)現(xiàn)太子參群落物種多樣性與太子參的生態(tài)環(huán)境及其生物學(xué)特性直接相關(guān)[9]。故本文選取了溫度、降水、日照等共17個(gè)生態(tài)因子。

因此，本文綜合考慮太子參適宜種植區(qū)域和藥材質(zhì)量，選取了氣候因子、土壤因子、地形因子及植被類型4個(gè)方面的環(huán)境因子數(shù)據(jù)用于全國(guó)太子參生態(tài)適宜性區(qū)劃分析。其中，氣候因子數(shù)據(jù)是根據(jù)1950—2000年間的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)插值而成(分辨率1km),包括氣溫、降水等共16個(gè)氣候因子。土壤因子數(shù)據(jù)根據(jù)第二次全國(guó)土地調(diào)查提供的《1∶100萬(wàn)中華人民共和國(guó)土壤圖》(1995年編制)制成，土壤分類系統(tǒng)為FAO- 90，主要包括土壤類型、土壤pH值、土壤含沙量、土壤含粘土量、土壤陽(yáng)離子交換能力、土壤有效含水量等級(jí)、有機(jī)碳含量。地形因子數(shù)據(jù)包括高程、坡度、坡向，此外還有植被類型數(shù)據(jù)。

1.3太子參多糖含量測(cè)定[4]

1.3.1儀器與試劑

GBCCintra20紫外分光光度計(jì)(澳大利亞照生公司)。無(wú)水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品(中國(guó)藥品生物制品檢定所，批號(hào)：110833—201205)；濃硫酸、苯酚、乙醇均為分析純。

1.3.2對(duì)照品溶液制備

精密稱取干燥至恒重的葡萄糖對(duì)照品15.07mg于25mL的量瓶中，用水定容，即得質(zhì)量濃度為602.8μg/mL的對(duì)照品溶液。

1.3.3供試品溶液的制備

取本品粗粉約0.1g，精密稱定，置100mL圓底燒瓶中，加80%乙醇70mL，置水浴中加熱回流30min，趁熱濾過(guò)，將殘?jiān)盀V紙置燒瓶中，加水80mL，置90℃水浴中熱浸1h，趁熱濾過(guò)，殘?jiān)脽崴礈?次，每次5mL，洗液并入濾液，放冷，轉(zhuǎn)移至100mL量瓶中，加水至刻度，搖勻，精密量取20mL，轉(zhuǎn)移至50mL量瓶中，加水至刻度，搖勻，即得供試品溶液。

1.3.4多糖的含量測(cè)定

精密量取上述對(duì)照品和供試品溶液各2.0mL，分別置25mL試管中，精密加入4%苯酚溶液1mL，混勻，迅速滴加濃硫酸各5mL，搖勻，放置室溫。于487nm處測(cè)定，共測(cè)太子參樣品46份。

1.4區(qū)劃分析方法

本研究首先46份采樣地的多糖進(jìn)行聚類分析，篩選得到多糖含量較高的產(chǎn)地，再對(duì)篩選到的采樣地利用空間信息分析技術(shù)(ArcGIS)對(duì)全國(guó)栽培太子參進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合最大信息熵模型(Maxent)進(jìn)行適生區(qū)域的模擬。

2結(jié)果與分析

各采樣地太子參經(jīng)緯度及多糖含量信息見(jiàn)表1。

表1　不同采樣地太子參樣品信息

2.1基于多糖的太子參采樣點(diǎn)篩選

圖1　太子參多糖含量聚類分析Fig.1　Cluster analysis of polysaccharide content

圖2　不同省區(qū)太子參多糖含量比較Fig.2　Polysaccharide comparision in different provinces

聚類分析結(jié)果顯示，當(dāng)聚類距離為5時(shí)，46個(gè)樣地的多糖含量聚為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4類，其中Ⅳ類的23(安徽宣城黃渡鄉(xiāng))和40(貴州余慶)樣地的多糖含量最低，可篩掉這一類；Ⅲ類中的21(安徽六安市)、27(貴州施秉新紅村)和31(貴州施秉下翁哨村)樣地的多糖含量最高，可保留；其余兩類樣地又可分為①、②、③、④，依據(jù)多糖含量高低，②這一類的多糖含量最高，而①和④的多糖含量均在31%左右，綜合考慮到不同產(chǎn)區(qū)樣地代表性和多糖含量，故篩掉多糖含量低的③類中的17(安徽霍山縣古橋畈村1)、41(貴州施秉甘溪鄉(xiāng))等10個(gè)樣地，最后篩選得到的樣地共計(jì)34個(gè)(表2)。對(duì)34個(gè)產(chǎn)地不同省區(qū)多糖比較可以看出(圖2)，5個(gè)省區(qū)的太子參多糖含量差異不大，均在31%—32%左右，且以貴州省的多糖含量最高(32.94%)，山東省的最低(31.44%)。34個(gè)產(chǎn)地的太子參藥材質(zhì)量均差異性不大(5.91%)，可以看作全國(guó)太子參的代表性產(chǎn)區(qū)。因此，將34個(gè)太子參藥材質(zhì)量較好的采樣點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及格式轉(zhuǎn)換，用于太子參的生態(tài)適宜性區(qū)劃分析。

2.2環(huán)境因子指標(biāo)的篩選

本研究共選取了27個(gè)環(huán)境因子指標(biāo)?；诤Y選得到的34個(gè)采樣點(diǎn)信息，通過(guò)Maxent模型第一次運(yùn)算后，得到各環(huán)境因子的貢獻(xiàn)率(表3)。貢獻(xiàn)率的大小代表各環(huán)境因子對(duì)模型模擬結(jié)果的重要性。從表3可以看出，最干月降水量指標(biāo)貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到65.8%，這表明干旱對(duì)太子參長(zhǎng)勢(shì)和質(zhì)量影響較大。貢獻(xiàn)率大小進(jìn)行篩選，得到最干月降水量、土壤類型、年平均氣溫、坡向、等溫性、最暖季降水量、植被類型、最暖季平均溫、最濕季降水量共9個(gè)環(huán)境指標(biāo)，用于下一步的數(shù)據(jù)分析。

將篩選得到的9個(gè)環(huán)境因子指標(biāo)進(jìn)行第二次模型分析預(yù)測(cè)，得到全國(guó)太子參生態(tài)適宜性區(qū)劃分析結(jié)果，利用ArcMap中的自然區(qū)間分類法將模型計(jì)算得到的生境適宜度進(jìn)行聚類分析，分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)和不適宜區(qū)(圖3)。由圖中可知，綠色區(qū)域代表不適宜太子參種植，紅色區(qū)域則最適宜太子參種植。因此，太子參適宜種植區(qū)主要集中在東南部，其中最適宜區(qū)主要集中在貴州省大部分，重慶與湖南、湖北接壤處，河南南部，安徽西部，江蘇中部，福建東北部以及浙江部分區(qū)域。

根據(jù)Maxent模型分析，得到9個(gè)環(huán)境因子對(duì)太子參分布影響的重要性(表4)，最干月降水量對(duì)太子參區(qū)劃的影響最大，貢獻(xiàn)率達(dá)68.4%，植被類型和最濕季降水量的貢獻(xiàn)率最小，僅為1.7%。按照貢獻(xiàn)率從大到小的順序以及貢獻(xiàn)率差值大小，選取最干月降水量、土壤類型、最暖季平均溫、等溫性這4個(gè)指標(biāo)進(jìn)一步分析研究。

表2　34個(gè)采樣點(diǎn)太子參多糖及環(huán)境因子信息

表3　各環(huán)境因子貢獻(xiàn)率大小

圖3　栽培太子參生態(tài)適宜種植區(qū)分布圖Fig.3　 Ecological suitable planting regions of P. heterophylla

編號(hào)Number變量Variable貢獻(xiàn)率/%Contributionrate編號(hào)Number變量Variable貢獻(xiàn)率/%Contributionrate1最干月降水量68.46年平均氣溫2.92土壤類型9.77最暖季降水量2.43最暖季平均溫6.08植被類型1.74等溫性4.09最濕季降水量1.75坡向3.2

2.3太子參適宜生境的篩選

通過(guò)Maxent模型分析，得到不同環(huán)境因子對(duì)太子參存在概率的響應(yīng)曲線，各環(huán)境因子對(duì)太子參栽培種植的影響程度各不相同，其中縱坐標(biāo)越大，代表環(huán)境因子范圍越適宜太子參種植，存在的概率也就越大。本研究選取對(duì)太子參分布影響較大的最干月降水量、土壤類型、最暖季平均溫、等溫性4個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行單一指標(biāo)的生境適宜度分析，篩選最佳適宜生境范圍(圖4—圖7)。

圖4　最干月降水量響應(yīng)曲線Fig.4　Driest month precipitation response curve

圖5　土壤類型響應(yīng)曲線Fig.5　Soil response curve

圖6　最暖季平均溫響應(yīng)曲線Fig.6　The warm-season average temperature response curve

圖7　等溫性的響應(yīng)曲線Fig.7　Isothermal response curve

最干月降水量是決定太子參分布的重要影響因素，根據(jù)最干月降水量響應(yīng)曲線，得到最干月降水量的最適宜范圍為20—60mm。依據(jù)相同方法對(duì)其他6個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行分析，得到最適宜太子參生長(zhǎng)的土壤類型代碼為20(不飽和薄層土)、65(飽和粘磬土即黃棕壤)、74(深色淋溶土即黃壤)、126(黃紅壤)；最暖季平均溫為21.5—30.5°C；等溫性為晝夜溫差月均值與年均溫變化范圍的百分比，其值在18%—35%。通過(guò)上面環(huán)境因子范圍劃分后，得到了太子參最適宜的生境條件，可在人工調(diào)控下指導(dǎo)種植。

2.4適宜性區(qū)劃結(jié)果的評(píng)價(jià)分析

圖8　Maxent模型模擬的ROC變化曲線Fig.8　The curve of ROC for Maxent model simulations

ROC曲線分析方法在物種潛在分布模型的評(píng)價(jià)中應(yīng)用較為廣泛[10]。ROC曲線下的面積為AUC值，取值在0.5—1.0之間。AUC值越大表示環(huán)境變量與預(yù)測(cè)的物種地理分布模型之間的相關(guān)性越大，即模型的預(yù)測(cè)效果越好。一般，AUC值在0.9—1.0范圍內(nèi)，表示預(yù)測(cè)效果極好；0.8—0.9表示預(yù)測(cè)效果好，0.7—0.8表示效果一般，而0.7以下的則模型預(yù)測(cè)的效果較差[11]。由圖8可知，訓(xùn)練集的AUC值為0.993，測(cè)試集的AUC值為0.975，說(shuō)明本研究所得的栽培太子參生態(tài)適宜種植區(qū)劃分析結(jié)果是準(zhǔn)確的，可為太子參的生產(chǎn)布局提供一定的理論依據(jù)。

2.5生境適宜度及環(huán)境因子與化學(xué)成分的相關(guān)性分析

通過(guò)區(qū)劃分析及數(shù)據(jù)的提取，得到全國(guó)各采樣點(diǎn)的太子參生境適宜度。結(jié)果顯示，不同采樣點(diǎn)太子參生境適宜度差異較大，其中安徽六安舒城縣馬河口鎮(zhèn)楊家村的樣品生境適宜度最大，為87.3114%，其多糖含量為31.13%；江蘇鎮(zhèn)江丹徒高資鎮(zhèn)的太子參樣品生境適宜度最小，僅為7.9118%，但其多糖含量較高，達(dá)33.42%。通過(guò)ArcMap提取了34個(gè)采樣點(diǎn)的最濕季降水量、最暖季降水量、最暖季平均溫、最干月降水量及年平均氣溫5個(gè)對(duì)太子參生長(zhǎng)貢獻(xiàn)率較大的連續(xù)型氣候因子數(shù)據(jù)。相關(guān)分析結(jié)果顯示，生境適宜度與5個(gè)氣候因子均無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)，且多糖也與其他指標(biāo)無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)。說(shuō)明太子參多糖這一指標(biāo)與環(huán)境因子的相關(guān)性不明顯，不是環(huán)境主導(dǎo)型的化學(xué)成分指標(biāo)。

3討論與結(jié)論

在生態(tài)適宜區(qū)劃研究中，生態(tài)位理論的模型已有較多應(yīng)用，其原理主要是利用已有的物種分布資料和生態(tài)數(shù)據(jù)產(chǎn)生以生態(tài)位為基礎(chǔ)的物種生態(tài)需求，探索物種已知分布區(qū)的環(huán)境特征與潛在分布區(qū)域的非隨機(jī)關(guān)系。曹向峰等[12]采用GARP、Maxent、ENFA、Bioclim和Domain5個(gè)模型預(yù)測(cè)黃頂菊的潛在分布區(qū)，結(jié)果Maxent模型的模擬精度最好。同時(shí)，Maxent模型也是目前區(qū)劃研究中應(yīng)用較多的信息熵模型。因此，本研究選用Maxent模型對(duì)全國(guó)太子參進(jìn)行生態(tài)適宜區(qū)劃，由ROC曲線得到的AUC預(yù)測(cè)值均達(dá)到0.9，驗(yàn)證該模型是可靠、準(zhǔn)確的，且結(jié)果具有較高的可信度。

通過(guò)對(duì)環(huán)境指標(biāo)的優(yōu)選并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，得到太子參優(yōu)生生長(zhǎng)環(huán)境：最適宜的最干月降水量為20—60mm；土壤類型為不飽和薄層土(DystricLeptosols)、飽和粘磬土即黃棕壤(EutricPlanosols)、深色淋溶土即黃壤(ChromicLuvisols)、黃紅壤(FerricAlisols)；最暖季平均溫為215—305mm最適宜太子參生長(zhǎng)；等溫性(晝夜溫差月均值與年均溫變化范圍的百分比)為18%—35%。

傳統(tǒng)的中藥材市場(chǎng)是以外觀品質(zhì)作為定價(jià)依據(jù)，已有的研究表明多糖含量的高低可間接反映藥材品質(zhì)的好壞[13- 14]。因此，基于太子參多糖指標(biāo)進(jìn)行生態(tài)適宜區(qū)劃，在驗(yàn)證基于環(huán)境因子區(qū)劃結(jié)果準(zhǔn)確性的同時(shí)，可達(dá)到既滿足適宜種植生長(zhǎng)又保證藥材質(zhì)量的目的。從本文分析結(jié)果來(lái)看，太子參最適宜的種植區(qū)主要有：貴州省黔東南州的雷山縣、施秉縣、黃平縣、凱里市、麻江縣、丹寨縣，黔南州的福泉市、都勻市、龍里縣、貴定縣、甕安縣、平塘縣東部，貴陽(yáng)市清鎮(zhèn)市、修文縣、息烽縣、開(kāi)陽(yáng)縣，畢節(jié)黔西縣、金沙縣，遵義市匯川區(qū)、紅花崗區(qū)、遵義縣、仁懷市東南部、湄潭縣、桐梓縣中部，銅仁松桃縣。重慶市黔江區(qū)、酉陽(yáng)縣、彭水縣。四川省樂(lè)山市馬邊縣，眉山市樂(lè)壽縣，成都市崇州市、雙流縣。湖南省常德市石門縣，張家界市桑植縣，湘西州龍山縣、花垣縣。

*在95%的置信度下相關(guān)性顯著；**在99%的置信度下相關(guān)性顯著

河南省南陽(yáng)市桐柏縣，駐馬店市泌陽(yáng)縣，信陽(yáng)市平橋區(qū)、潢川縣、固始縣。安徽省六安市，宣城市宣州區(qū)、廣德縣、涇縣，黃山市黃山區(qū)。江蘇省鎮(zhèn)江市句容縣，南京市江寧區(qū)，南通市海安縣、如皋縣，泰州市興化縣、泰興市、姜堰市，鹽城市鹽都區(qū)。浙江省湖州市長(zhǎng)興縣、安吉縣，杭州市蕭山區(qū)，紹興市新昌縣，臺(tái)州市天臺(tái)縣。福建省寧德市福鼎市、福安市、壽寧縣、柘榮縣、霞浦縣、蕉城區(qū)、屏南區(qū)，福州市晉安區(qū)、羅源縣、連江縣、閩侯縣、永泰縣，南平市建甌市、政和縣、蒲城縣，泉州市德化縣，龍巖市連城縣東部。江西省贛州市崇義縣，郴州市桂東縣中西部。此外，山東臨沂市和臺(tái)灣桃園縣、花蓮縣等地區(qū)也適宜種植。

中藥材質(zhì)量?jī)?yōu)劣不僅與生物因素有關(guān)，環(huán)境因素也是影響其品質(zhì)好壞的重要方面。藥材的產(chǎn)地環(huán)境與藥材的質(zhì)量和產(chǎn)量密切相關(guān)?，F(xiàn)今太子參的栽培主產(chǎn)區(qū)也是經(jīng)過(guò)對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)期適應(yīng)而逐漸形成的。已有較多關(guān)于中藥材質(zhì)量與環(huán)境的相關(guān)分析報(bào)道，均表明環(huán)境條件對(duì)于藥材質(zhì)量的重要性[15- 17]。生境適宜度的高低可間接反映栽培太子參適宜生長(zhǎng)種植的情況，已作為評(píng)價(jià)生態(tài)適宜區(qū)種植好壞的重要指標(biāo)，對(duì)指導(dǎo)太子參的科學(xué)選址具有重要意義。相關(guān)性分析表明，生境適宜度和多糖含量與最濕季降水量、最暖季降水量、最暖季平均溫、最干月降水量及年平均氣溫等5個(gè)環(huán)境因子相關(guān)性不明顯，可推測(cè)出生境適宜度并不受單一因素影響，而是多因素綜合作用的結(jié)果，同時(shí)還可得出多糖并不是環(huán)境主導(dǎo)型的藥效成分。此外，尋找環(huán)境主導(dǎo)型的太子參藥材藥效組分，對(duì)于合理區(qū)劃生態(tài)布局、科學(xué)種植及嘗試藥材定向培育具有重要指導(dǎo)意義。

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Ecological suitability and regionalization ofPseudostellariaheterophylla(Miq.)Pax ex Pax et Hoffm. in China

KANG Chuanzhi1, ZHOU Tao1,*, GUO Lanping2, HUANG Luqi2, ZHU Shoudong2, XIAO Chenghong1

1 Guiyang College of Traditional Chinese Medicine, Guiyang 550002, China 2 State Key Laboratory of Dao-di herbs, National Resources Center for Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China

Abstract：In this study of the medicinal plant, Pseudostellaria heterophylla, we obtained the national ecological factors, such as terrain factors, soil factors, and climatic factors, from Chinese medicine resources geospatial grid information database. An additional 46 samples and their distribution information were obtained through field investigation. We used cluster analysis to filter high polysaccharide contents in samples by using the ArcGIS and Maxent model for ecologically suitable planting and growth of P. heterophylla. Correlation analysis of polysaccharides and five climatic factors (wet season, warmest rain, warmest average temperature, driest month, and annual average temperature) were analyzed by SPSS. The following results are presented in this study. We screened sample plots down from 46 to 34 based on polysaccharide content. The models produced accurate forecasts, which were tested by the ROC curve (AUC > 0.9). Driest month precipitation (contribution rate, 68.4%), soil types (9.7%), warm-season average temperature (6.0%), and isothermality (4.0%) were the most important ecological factors influencing the distribution of polysaccharides in cultivated P. heterophylla. When comparing the three factors noted above (terrain, soil, and climatic), soil factors and climatic factors are more influential on the growth of cultivated P. heterophylla with respect to the distribution of polysaccharides. The environmental variables in the areas with the highest potential for cultivation were as follows: the driest month (between 20 and 60 mm of precipitation), the warmest average temperature (between 21.5 and 30.5°C), isothermality (between 18% and 35%), and soil types, such as Dystric Leptosols, Eutric Planosols, Chromic Luvisols, and Ferric Alisols. Correlation analysis revealed that polysaccharides and habitat suitability do not have a significant correlation with the wet season rainfall, warmest season precipitation, warm-season average temperature and precipitation, driest months, and annual mean temperature. It can be inferred that the production of polysaccharides is not dominated by the climatic factors. Regionalization analysis results showed that the most suitable areas for P. heterophylla planting are mainly distributed in the provinces of the middle and lower reaches of the Yangtze River area. Specifically, these areas include central Guizhou, which is bordered by Chongqing, Hunan, Hubei, southern Henan, western Anhui, central Jiangsu, northwestern Fujian, and northern and southeastern Zhejiang. These areas are within the Dao-di area, and are the main agricultural production areas. We used spatial analysis technology to select a suitable ecological area for P. heterophylla planting and provide information about a reasonable layout for its cultivation using climate, soil, and terrain characteristics. Finally, because the effects of polysaccharides and the positive supplementary effects of P. heterophylla roots are similar, we analyzed the content of polysaccharides as an indicator of high quality P. heterophylla using samples from five main producing areas in the country. We analyzed a wide range of material from a large sample size, and showed that reliable results can be obtained from samples within the Dao-di area. We also used new analysis methods to analysis our results. In this paper, the data covering ecological factors and degree of differentiation were highly accurate and offered more clarity than previous studies. Moreover, this study expands on research methods pertaining to the ecological suitability of regions for P. heterophylla cultivation and provides some new ideas and approaches on regional ecological zones and standardized cultivation of medicinal plants. Further, we have detailed useful information that will aid other medicinal plant research, especially endangered medicinal plant species.

Key Words:Pseudostellaria heterophylla(Miq.)Pax ex Pax et Hoffm.; Maxent model; polysaccharide; ecological factor; ecological regionalization

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81460579)；中央本級(jí)重大增減支項(xiàng)目“名貴中藥資源可持續(xù)利用能力建設(shè)”(2060302)；貴州省研究生工作站建設(shè)項(xiàng)目(黔教研合JYSZ字[2014]016)；施秉中藥材產(chǎn)業(yè)科技合作專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目(施中藥科合專項(xiàng)(2014)第6號(hào))

收稿日期:2014- 09- 23; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 09- 28

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: taozhou88@163.com

DOI:10.5846/stxb201409231880

康傳志，周濤，郭蘭萍，黃璐琦，朱壽東，肖承鴻.全國(guó)栽培太子參生態(tài)適宜性區(qū)劃分析.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(10):2934- 2944.

Kang C Z, Zhou T, Guo L P, Huang L Q, Zhu S D, Xiao C H. Ecological suitability and regionalization ofPseudostellariaheterophylla(Miq.)Pax ex Pax et Hoffm. in China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(10):2934- 2944.