盧有媛，郭盛*，嚴輝，2，錢大瑋，姜建明，姜文德，孫成忠，段金廒*

(1.南京中醫(yī)藥大學/江蘇省中藥資源產業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心/中藥資源產業(yè)化與方劑創(chuàng)新藥物國家地方聯合工程研究中心，江蘇 南京 210023；2.國家中藥材產業(yè)技術體系 鹽城綜合試驗站，江蘇 南京 210023；3.寧夏明德中藥飲片有限公司，寧夏 固原 756000；4.中國測繪科學研究院，北京 100039)

中藥甘遂(Kansui Radix)為大戟科大戟屬植物甘遂EuphorbiakansuiT.N.Liou ex T.P.Wang的干燥塊根，產于河南、山西、陜西、甘肅和寧夏，具有瀉水逐飲、消腫散結之功效，用于水腫脹滿、胸腹積水、痰飲積聚、氣逆咳喘、二便不利、風痰癲癇、癰腫瘡毒等癥的治療[1-2]?，F代藥理研究表明，甘遂藥材具有抗腫瘤、抗病毒、抗生育、抗氧化等作用[3]。隨著中醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展，甘遂藥材市場需求量不斷增加，過度采挖造成野生資源嚴重破壞，產量日趨減少，野生變家種始于20世紀50～60年代，但生長緩慢[4]。探測甘遂野生資源，建立野生資源保護區(qū)，選擇適宜栽培生長區(qū)域，加快藥材生產可以有效改善甘遂藥材野生資源現狀、滿足市場需求。

“諸藥所生，皆有其境”，生態(tài)環(huán)境的適宜性影響藥材的道地性，盲目引種、擴種會影響中藥材生產的合理布局，削弱藥材的道地性[5]。中藥生態(tài)區(qū)劃以藥用動植物所在的自然生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，以其生境特征及其與自然條件之間的關系為依據，研究中藥資源所在地自然條件的空間規(guī)律，并按照其自然條件的空間分異規(guī)律進行區(qū)域劃分，是中藥資源合理開發(fā)利用的重要依據和基礎[6]。

生態(tài)位模型是依據物種自身具有的特定小生境，通過該物種已明確分布區(qū)的自然環(huán)境因子，利用數學建模方法歸納出其特定生境，并將該特定生境映射到目標區(qū)域獲得該物種的潛在地理分布[7]。BIOCLIM、GARP、Maxent在生態(tài)位模型研究中應用較廣。BIOCLIM模型基于全域自然環(huán)境空間建模，但是物種在自然界或連續(xù)分布、或離散分布，預測離散分布物種時BIOCLIM模型會將物種生態(tài)位空間放大，預測結果出現偏差[8]。GARP模型是基于機器學習提出的，其模型預測準確度高于BIOCLIM[9]。Maxent模型同時包含了概率論和機器學習理論，基于物種的分布數據和環(huán)境因子數據，通過尋找最大熵估計物種分布，其認可已知分布信息，對未知分布信息不做任何假設，不持偏見，統(tǒng)計準確率較高，實際應用效果好，已被用于藥用植物、真菌的潛在適宜分布區(qū)預測[10-15]。

本研究基于我國甘遂植物的64個分布點信息及氣象、土壤和植被類型等55個環(huán)境因子數據，采用Maxent生態(tài)位模型估計其在我國的潛在適生區(qū)，并通過GIS實現制圖，以期為甘遂野生資源探測、建立野生資源保護區(qū)及引種栽培選址提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 甘遂分布信息

查閱中國數字植物標本館(CVH)，收集甘遂分布信息，沒有經緯度坐標記錄的分布點以最小可查行政單位為準，共收集64份甘遂分布信息，分布點見圖1。

圖1 甘遂樣本分布

1.2 生態(tài)因子數據

本研究使用的生態(tài)因子數據來源于“中藥資源空間信息網絡數據庫”，包括43個氣候類型數據(12個月的降水量和平均氣溫、19個綜合氣候因子，分辨率1 km)、8個土壤類型數據(土壤pH、陽離子交換能力、含沙量、含粘土量、土壤亞類、有效水含量等級、土壤質地分類、有機碳含量)、3個地形數據(海拔、坡度、坡向)和植被類型。

1.3 Maxent模型參數設置

甘遂分布信息及環(huán)境因子數據按規(guī)定格式分別導入Maxent軟件，參數設定：隨機測試比例為25%，最大迭代次數106，選擇響應曲線、ROC工作曲線及刀切法檢驗權重，其余參數為軟件默認值。

1.4 模型預測精度評價

Maxent模型采用ROC工作曲線及AUC值(曲線下面積)評價模型預測結果的精度。

1.5 生態(tài)因子篩選

基于甘遂分布信息及生態(tài)因子數據，采用Maxent模型進行迭代運算，第一次運算結束后棄去貢獻率為0的生態(tài)因子進行第二次運算，至所有參與運算的生態(tài)因子均有貢獻率，貢獻率大權重高的生態(tài)因子則為影響甘遂生態(tài)適宜性的主要生態(tài)因子。

1.6 生態(tài)適宜區(qū)劃分

根據Maxent運算結果中樣本分布點生境適宜度值，基于正態(tài)分布參數均值(μ)和樣本分布點最小生境適宜度值進行甘遂生態(tài)適宜性區(qū)域劃分，以[0，最小值]為不適宜區(qū)，[最小值，μ]為次適宜區(qū)，[μ，1]為最適宜區(qū)，利用ArcGIS繪制甘遂生態(tài)適宜性區(qū)劃分布圖。

2 結果與分析

2.1 Maxent模型預測結果精度評價

Maxent模型預測結果精度評價以AUC值(ROC工作曲線下面積)為指標，AUC取值范圍為[0，1]，越接近1表明模型預測精度越高[16]。評判標準為：0.5～0.6失敗，0.6～0.7較差，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曲線訓練集和測試集的AUC值分別為0.983和0.946，表明由Maxent模型運算預測獲得的甘遂生態(tài)適宜度具有較高的準確度和可信度。

2.2 生態(tài)因子篩選

55個生態(tài)因子經8次Maxent運算后剩余15個生態(tài)因子貢獻率大于0，其中11月降水量、土壤pH、10月降水量、土壤類型、2月平均氣溫及海拔的貢獻率分別為31.69%、15.61%、13.58%、12.90%、8.08%、7.42%，總貢獻率達89.27%，是影響甘遂適宜性生長的主要生態(tài)因子。11月降水量的適宜值范圍為10～25 mm，土壤pH適宜值范圍

為7.5～8.5，10月降水量適宜值范圍為40～70 mm，土壤類型以肥熟旱耕人為土、石灰性始成土、變性始成土、石灰性淋溶土、飽和粗骨土、飽和始成土、飽和粘磐土、堆墊旱耕人為土較好，2月平均氣溫適宜度范圍為-8～8 ℃，海拔適宜度范圍為400～1800 m。

2.3 生態(tài)適宜性區(qū)劃

甘遂生態(tài)適宜性區(qū)劃見圖2，甘遂最適宜分布區(qū)主要集中在陜西、甘肅東部及山西南部，寧夏南部及河北南部、河南北部和西部有小部分最適宜分布區(qū)，新疆北部、甘肅南部有零星最適宜區(qū)分布。甘遂次適宜分布區(qū)主要集中在陜西、山西、寧夏、河南、內蒙古中西部、甘肅南部、重慶、四川東部、河北南部、山東中部和東部地區(qū)，湖北西部、湖南南部、貴州北部、青海東部、河北東部、遼寧西部及中南部、吉林西部部分地區(qū)為次適宜分布區(qū)，其次在黑龍江南部、新疆北部、西藏東部、云南北部、江西西部、安徽中部等地有零星次適宜區(qū)分布，各省甘遂生態(tài)適宜區(qū)分布縣(區(qū))見表1。

圖2 甘遂生態(tài)適宜性分布區(qū)

省份最適宜區(qū)分布縣(區(qū))次適宜區(qū)分布縣(區(qū))陜西 韓城、合陽、洛川、宜君、澄城、蒲城、大荔、潼關、華陰、華州、臨渭、華州、富平、三原、高陵、臨潼、藍田、涇陽、雁塔、蓮湖、灞橋、未央、碑林、長安、秦都、禮泉、興平、戶縣、周至、武功、乾縣、長武、永壽、彬縣、句邑、麟游、扶風、眉縣、岐山、陳倉、金臺、渭濱、鳳翔、千陽、隴縣、太白、留壩、宜川、延長、延川、清澗、子長、綏德、吳堡、子洲、米脂、佳縣、吳旗、志丹、富縣府谷、神木、榆陽、橫山、靖邊、定邊、安塞、寶塔、甘泉、黃龍、白水、王益、耀州、印臺、醇化、洛南、商州、柞水、寧陜、佛坪、洋縣、城固、鳳縣、漢臺、勉縣、略陽、寧強、南鄭、西鄉(xiāng)、紫陽、鎮(zhèn)巴、石泉、漢陰、漢濱、嵐皋、平利、鎮(zhèn)坪、白河、旬陽、鎮(zhèn)安、山陽、商南、丹鳳、商州

續(xù)表1

續(xù)表1

注：“—”表示無最適宜分布縣(區(qū))。

3 結論

本研究基于甘遂的自然分布信息及環(huán)境因子數據，采用Maxent預測其在我國的生態(tài)適宜性分布，模型預測結果經ROC曲線評價表明預測結果準確度及可信度較高(AUC>0.9)。Maxent模型估算結果經GIS制圖，基于實際分布點的生態(tài)適宜度值及正態(tài)分布曲線劃分其生態(tài)適宜區(qū)，結果顯示：甘遂最適宜分布區(qū)主要集中在陜西、甘肅東部及山西南部，寧夏南部及河北南部、河南北部和西部有小部分最適宜分布區(qū)；次適宜分布區(qū)主要集中在陜西、山西、寧夏、河南、內蒙古中西部、甘肅南部、重慶、四川東部、河北南部、山東中部和東部地區(qū)，湖北西部、湖南南部、貴州北部、青海東部、河北東部、遼寧西部及中南部、吉林西部部分地區(qū)為次適宜分布區(qū)。歷代甘遂產于山西、陜西、山東、江蘇、河南及河北等地，隨歷史推移，今甘遂主產于陜西、山西、河南、甘肅、寧夏，以陜西產質量最佳[1，4]。研究結果顯示除歷代主產區(qū)外，西南橫斷山區(qū)有不同面積的甘遂生態(tài)次適宜區(qū)分布，吉林、遼寧、黑龍江三省有零星次適宜區(qū)分布。本研究從理論上預測甘遂的生態(tài)適宜區(qū)，為甘遂野生資源探測，建立野生資源保護區(qū)及引種栽培選址提供了依據。