王 平，張小龍，高 官，安 欣，李懷珠

(1.咸陽(yáng)師范學(xué)院 生命科學(xué)系，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.延安市安塞區(qū)衛(wèi)生健康局，陜西 延安 717400；3.延安市安塞區(qū)中醫(yī)醫(yī)院，陜西 延安 717400)

藥用植物作為中藥材的來(lái)源，其野外種群結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是植物資源可持續(xù)利用的基礎(chǔ)[1]。種間聯(lián)結(jié)性是不同種群在空間分布上的相互關(guān)聯(lián)，綜合反映植物種群間相互聯(lián)系和相互影響，可以作為植物種群結(jié)構(gòu)的表征值[2]。物種間種間聯(lián)結(jié)性的分析，可以正確認(rèn)識(shí)物種生態(tài)需求以及相互之間影響，從而預(yù)測(cè)種群的消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，在植物群落演替、植被恢復(fù)、入侵植物入侵程度評(píng)估、植物資源保護(hù)利用等方面有很好的研究應(yīng)用[3～4]。

延安市安塞區(qū)地處陜西省延安市北部，屬于典型的黃土高原丘陵溝壑區(qū)。從東南向西北，氣候、溫度具有明顯的梯度變化，植被依次為森林、森林草原和草原[5]。生境異質(zhì)性使得安塞區(qū)具有較高的植物多樣性，野生藥用植物資源豐富，但同時(shí)該地區(qū)生境脆弱，植物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性易受干擾。目前，該地區(qū)的研究主要集中在物種多樣性[6]、群落演替和群落恢復(fù)方面[7]，針對(duì)藥用植物資源方面的研究較少。研究選取安塞區(qū)常見(jiàn)藥用植物為研究對(duì)象，基于聯(lián)結(jié)系數(shù)(AC)、Ochai指數(shù)(OI)、共同出現(xiàn)百分率(PC)及χ2校驗(yàn)和相關(guān)性系數(shù)對(duì)藥用植物的種間聯(lián)結(jié)性進(jìn)行分析，探討該地區(qū)藥用植物的種間相互關(guān)系及藥用資源分布，以期為該地區(qū)藥用植物合理開(kāi)發(fā)利用、保護(hù)及栽培提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 野外樣方設(shè)置

研究依據(jù)全國(guó)第四次中藥資源普查系統(tǒng)，根據(jù)地形地貌和植被類型，在安塞全區(qū)共設(shè)置40個(gè)1 km×1 km樣方；考慮陽(yáng)坡、陰坡、溝底、坡地、梁卯植物群落不同，每個(gè)樣方內(nèi)設(shè)置5個(gè)10 m×10 m樣方套，每個(gè)樣方套至少間隔200 m；每個(gè)樣方套中設(shè)置1個(gè)5 m×5 m的灌木小樣方，四角嵌套4個(gè)2 m×2 m的草本小樣方。在實(shí)際計(jì)算中，同一樣方中的四個(gè)草本小樣方數(shù)據(jù)歸并后討論其有無(wú)及其多度。該項(xiàng)工作于2019年6月到9月開(kāi)展，各樣方內(nèi)記錄調(diào)查的藥用植物物種、多度、蓋度、高度，并記錄樣方的地理坐標(biāo)、海拔、坡向、坡位。調(diào)查的藥用植物名錄參照《中華人民共和國(guó)藥典》(2015)，同時(shí)考慮具有陜北地方特色、在本區(qū)具有較大開(kāi)發(fā)潛能的藥用植物。由于本區(qū)域的喬本入藥植物主要為栽培種，故本研究中不包含在內(nèi)，最終選取4種灌木和16種草本藥用植物作為研究對(duì)象，具體見(jiàn)表1。

1.2 種間聯(lián)結(jié)性計(jì)算及檢驗(yàn)

基于χ2聯(lián)列表，采用聯(lián)結(jié)系數(shù)(AC)、Ochai指數(shù)(OI)、共同出現(xiàn)百分率(PC)對(duì)種間聯(lián)結(jié)關(guān)系進(jìn)行分析[8]。

式中，a為χ2聯(lián)列表中物種A和B出現(xiàn)的樣方個(gè)數(shù)，b為只有物種B出現(xiàn)的樣方個(gè)數(shù)，c為只有物種A出現(xiàn)的樣方個(gè)數(shù)，d為物種A和B均未出現(xiàn)的樣方個(gè)數(shù)，N為樣方總數(shù)。ad>bc時(shí)物種對(duì)為正聯(lián)結(jié)，ad

表1 安塞區(qū)20種常見(jiàn)藥用植物

為檢驗(yàn)以上種間聯(lián)結(jié)測(cè)度指標(biāo)的準(zhǔn)確性，引入χ2統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)物種間的關(guān)聯(lián)。χ2校驗(yàn)基于抽樣的非連續(xù)性，利用Yates連續(xù)校正方法計(jì)算，可精確判斷因d值過(guò)高而導(dǎo)致種間聯(lián)結(jié)系數(shù)偏大的情況，公式為：

當(dāng)χ2<3.481時(shí)，表明種對(duì)間聯(lián)結(jié)獨(dú)立，3.481<χ2<6.635表明種對(duì)間存在一定的生態(tài)聯(lián)結(jié)，χ2>6.635表明種對(duì)間存在顯著生態(tài)聯(lián)結(jié)[16]。

1.3 種間關(guān)聯(lián)性計(jì)算

Pearson相關(guān)系數(shù)Spearman秩相關(guān)系數(shù)是以定量數(shù)據(jù)，比如物種重要值為基礎(chǔ)，以此分析兩物種間相關(guān)性程度和顯著性，可以反映物種在空間分布上的數(shù)量特征。本研究中，利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行物物種間Pearson和Spearman指數(shù)相關(guān)性和顯著性分析。由于灌木和草本樣方面積不同，為了避免數(shù)據(jù)誤差，對(duì)灌木和草本物種分別進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。灌木、草本重要值(IV)：

IV=(相對(duì)多度+相對(duì)蓋度+相對(duì)頻度)/3

1.4 生態(tài)組劃分

依據(jù)物種在樣方中是否出現(xiàn)，繪制20×200的0、1二元數(shù)據(jù)矩陣。利用CANOCO 4.5軟件，采用除趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析法(DCA，Detrended Correspondence Analysis)對(duì)安塞區(qū)20種藥用植物進(jìn)行分類排序。結(jié)合DCA排序結(jié)果和物種種間聯(lián)結(jié)性對(duì)安塞區(qū)20種藥用植物進(jìn)行生態(tài)組劃分。

2 結(jié)果與分析

2.1 延安市安塞區(qū)藥用植物種間聯(lián)結(jié)性

種間聯(lián)結(jié)關(guān)系可以綜合反映研究區(qū)域內(nèi)物種與物種間、物種與環(huán)境間的關(guān)系。在相同生境和競(jìng)爭(zhēng)條件下，當(dāng)植物具有相似的生境需求時(shí)，出現(xiàn)在同一群落的可能性很大，種對(duì)間多表現(xiàn)為正關(guān)聯(lián)；若物種具有不同的生態(tài)習(xí)性，則會(huì)占據(jù)不同資源空間，種對(duì)間多表現(xiàn)為負(fù)關(guān)聯(lián)。從種間聯(lián)結(jié)系數(shù)(AC)上看，20種藥用植物組成的190個(gè)種對(duì)間均表現(xiàn)出一定的關(guān)聯(lián)性。63個(gè)物種對(duì)表現(xiàn)出正聯(lián)結(jié)關(guān)系，其中細(xì)葉韭和山丹、萹蓄和獨(dú)行菜、萹蓄和莨菪、獨(dú)行菜和莨菪、莨菪和酸棗、穿龍薯蕷和黃精的AC數(shù)值在0.2以上。127個(gè)物種對(duì)的AC值小于0，表現(xiàn)出負(fù)聯(lián)結(jié)關(guān)系，占總種對(duì)的71.1%；正負(fù)關(guān)聯(lián)種對(duì)比值為0.5。OI和PC指數(shù)反映物種對(duì)是否能在同一生境下出現(xiàn)，數(shù)值越趨近1，表明物種同時(shí)出現(xiàn)的概率越大，但并不一定表示正關(guān)聯(lián)[9]。AC系數(shù)小于0.2的物種對(duì)，OI和PC值基本都位于[0, 0.2]范圍，只有1對(duì)(遠(yuǎn)志-甘草)位于(0.2, 0.4〗范圍。AC系數(shù)在0.2以上的6個(gè)物種對(duì)，其OI指數(shù)均大于0.4，PC指數(shù)均大于0.2，表明AC系數(shù)中表現(xiàn)較強(qiáng)正關(guān)聯(lián)性的物種對(duì)共同出現(xiàn)的幾率較大。穿龍薯蕷和黃精的OI和PC值分別為0.4和0.6，數(shù)值均處于最高范圍值，表明兩者存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度。OI和PC值位于 [0, 0.2]范圍的比例分別為78.9%和93.7%，表明安塞區(qū)大多數(shù)藥用植物同時(shí)出現(xiàn)的概率較小且關(guān)系較弱，各物種間的空間分布相對(duì)較獨(dú)立。

2.2 種間聯(lián)結(jié)顯著性

在17個(gè)草本物種共126個(gè)物種對(duì)中，χ2檢驗(yàn)顯示46對(duì)呈現(xiàn)正聯(lián)結(jié)，其中表現(xiàn)顯著性(極顯著和顯著，下同)占比為28.3%，陰行草-白頭翁、細(xì)葉韭-百里香、萹蓄-獨(dú)行菜和穿龍薯蕷-黃精呈極顯著正相關(guān)性；81對(duì)種間聯(lián)結(jié)性為負(fù)相關(guān)，顯著性占比為11.1%，陰行草-細(xì)葉韭、陰行草-百里香和莨菪-黃精表現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)性，正負(fù)關(guān)聯(lián)比為0.5(表2)。χ2檢驗(yàn)顯示安塞區(qū)藥用植物之間種間聯(lián)結(jié)松散，表明物種對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求存在異質(zhì)性。Spearman秩相關(guān)性檢驗(yàn)表現(xiàn)出和χ2檢驗(yàn)相似的結(jié)果，正負(fù)關(guān)聯(lián)中顯著性占比分別為37.2%和5.4%。在Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)中，26.2%的草本物種對(duì)表現(xiàn)出正相關(guān)性，正負(fù)關(guān)聯(lián)中顯著性占比均小于χ2檢驗(yàn)和Spearman秩檢驗(yàn)。這可能是由于Pearson相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)為參數(shù)檢驗(yàn)，要求樣本服從連續(xù)的正態(tài)分布，而自然物種分布大部分不能滿足此要求[18]。對(duì)于3個(gè)灌木物種共3個(gè)物種對(duì)，χ2檢驗(yàn)、Pearson系數(shù)和Spearman系數(shù)均檢測(cè)到1對(duì)呈現(xiàn)正關(guān)聯(lián)，2對(duì)呈現(xiàn)負(fù)關(guān)聯(lián)。Spearman系數(shù)表明杠柳和沙棘為極顯著負(fù)相關(guān)，χ2檢驗(yàn)和Pearson系數(shù)則表現(xiàn)為顯著性負(fù)相關(guān)。說(shuō)明Spearman的靈敏性要高于χ2檢驗(yàn)和Pearson系數(shù)。

表2 草本和灌木層χ2檢驗(yàn)、Pearson檢驗(yàn)和Spearman秩檢驗(yàn)分析

2.3 生態(tài)種組的劃分

綜合分析各樣方的環(huán)境因素，DCA第一坐標(biāo)軸(橫軸)基本代表了海拔，從左向右，海拔從低向高變化，第二坐標(biāo)軸(縱軸)集中反映了濕度的梯度變化，沿第二軸從下向上，濕度逐漸增加。結(jié)合種間聯(lián)結(jié)系數(shù)和相關(guān)系數(shù)，將安塞區(qū)20種藥用植物分為5個(gè)生態(tài)種組。生態(tài)種組是群落生態(tài)習(xí)性相似的植物種的組合，因此遵循同一生態(tài)種組物種間多呈現(xiàn)正聯(lián)結(jié)性且相關(guān)性較大，顯著負(fù)相關(guān)的物種對(duì)不在同一生態(tài)組的原則。生態(tài)種組I包括萹蓄、獨(dú)行菜、莨菪和酸棗，種對(duì)間多呈顯著正聯(lián)結(jié)。四種物種為旱中生、旱生植物，喜光、對(duì)水分要求不高，廣泛分布于全區(qū)低海拔的坡邊、路旁及村莊附近，屬于該區(qū)資源蘊(yùn)藏量豐富的一類藥用植物。生態(tài)種組II物種多為中生物種，對(duì)水分有一定要求，主要分布于安塞中南部地區(qū)中海拔的荒地、草原、灌叢和疏林中。生態(tài)種組III的北柴胡、漏蘆、遠(yuǎn)志、山丹和沙棘屬于喜陽(yáng)、耐旱的旱中生物種，廣泛生長(zhǎng)于全區(qū)中高海拔的草叢和灌叢中。與生態(tài)種組II物種多呈負(fù)聯(lián)結(jié)，表明物種間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。沙棘與同生態(tài)組的其他種群呈現(xiàn)正聯(lián)結(jié)，但是聯(lián)結(jié)強(qiáng)度較弱，說(shuō)明沙棘群落內(nèi)各個(gè)種群之間相對(duì)獨(dú)立，對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)較弱。生態(tài)種組IV包括旱生的百里香和細(xì)葉韭，主要分布于安塞區(qū)北部草原、灌叢中，由于適宜生境重疊，和生態(tài)種組III的部分物種呈現(xiàn)顯著正關(guān)聯(lián)。生態(tài)種組V的穿龍薯蕷和黃精表現(xiàn)耐陰喜濕特點(diǎn)，種間呈現(xiàn)極顯著的正聯(lián)結(jié)。主要分布于該區(qū)南部的天然落葉闊葉林中，與生態(tài)種組IV兩組間的物種表現(xiàn)為負(fù)聯(lián)結(jié)關(guān)系，說(shuō)明在同一群落中出現(xiàn)的概率很低。

3 結(jié)論與討論

種間聯(lián)結(jié)性反映物種在群落中的空間分布及物種間的相互關(guān)系[15]。本研究表明：安塞區(qū)常見(jiàn)藥用植物之間整體表現(xiàn)為不顯著負(fù)關(guān)聯(lián)，物種間聯(lián)系不緊密，生境存在異質(zhì)性。種間聯(lián)結(jié)系數(shù)AC系數(shù)位于[0.2, -1]的物種對(duì)占比為96.8%，表明大部分物種間相關(guān)性弱或種間互斥。但是當(dāng)d值較大時(shí)會(huì)使得AC值偏高[10]。整體低水平的OI和PC系數(shù)進(jìn)一步證明大部分的藥用植物物種關(guān)系松散，共同出現(xiàn)的概率不大，很有可能是由于本研究主要關(guān)注群落中藥用植物的種間聯(lián)結(jié)，與許金石等(2015)[4]和邢莎莎等(2015)[11]的結(jié)論有相似性。χ2檢驗(yàn)、Pearson相關(guān)系數(shù)和Spearman秩相關(guān)系數(shù)對(duì)種間聯(lián)結(jié)進(jìn)行顯著性判定，得出一致的結(jié)論，即藥用植物間聯(lián)結(jié)性不顯著，物種分布具有一定的獨(dú)立性。Spearman秩相關(guān)系數(shù)為非參數(shù)檢驗(yàn)，樣本不必服從正態(tài)分布，在本研究中表現(xiàn)出較高靈敏度，彌補(bǔ)了Pearson相關(guān)系數(shù)和2檢驗(yàn)的不足。多種種間關(guān)聯(lián)指數(shù)和相關(guān)系數(shù)的共同使用，可全面準(zhǔn)確地揭示安塞區(qū)重要藥用植物間種間關(guān)系。

根據(jù)DCA分析結(jié)果，綜合物種間種間聯(lián)結(jié)性及物種生態(tài)習(xí)性，可以把安塞區(qū)20種藥用植物劃分為5個(gè)生態(tài)種組。安塞區(qū)地處黃土高原丘陵溝壑區(qū)，中生和旱生的藥用植物為該區(qū)適生物種，具有豐富的蘊(yùn)藏量。生態(tài)種組II和III中的物種廣泛分布于全區(qū)，但是其中根莖類的藥用植物由于人類過(guò)度挖掘，植物生境群落遭到破壞，嚴(yán)重程度可危害本區(qū)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。中藥材GAP種植為藥用資源可持續(xù)利用的重要措施[12]。種間聯(lián)結(jié)性的研究對(duì)于藥用植物的栽培具有重要指導(dǎo)意義。同一生態(tài)種組的植物對(duì)環(huán)境資源具有相似的利用性，種對(duì)間多呈現(xiàn)正聯(lián)結(jié)，種群共生的幾率很大。因此，同一生態(tài)種組藥用植物可以混種，同時(shí)可以解決種植模式單一的問(wèn)題，減少病蟲(chóng)害[13]。沙棘為黃土高原地區(qū)生態(tài)重建的重要物種，形成該區(qū)常見(jiàn)的沙棘灌叢、灌草叢，其林齡大概在15～30 a左右。沙棘與同一生態(tài)組其他物種種間關(guān)聯(lián)大多較弱，說(shuō)明群落結(jié)構(gòu)相對(duì)比較穩(wěn)定。郭連金等(2007)[14]對(duì)不同發(fā)育階段沙棘人工群落研究發(fā)現(xiàn)，13年生群落內(nèi)物種間替代速度緩慢，競(jìng)爭(zhēng)較少，群落組成和結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，并建議對(duì)25年生群落老年植株進(jìn)行適度擇伐，撫育萌生幼苗，促進(jìn)種群更新發(fā)育。而生態(tài)種組IV和V的物種生態(tài)位寬度較窄，呈現(xiàn)狹域分布。片段化分布的植物，其種群內(nèi)遺傳多樣性低，導(dǎo)致抵擋外界干擾的能力較弱，容易處于瀕危的境地。由于過(guò)度的挖掘，野外調(diào)查樣方中的黃精和穿龍薯蕷主要為零星幼苗。以遼東櫟為建群種的闊葉林，為群落結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定的氣候頂級(jí)群落[15]。因此，遼東櫟林下的黃精和穿龍薯蕷，建議減少人為破壞，使種群恢復(fù)其再生能力，或者人為撒播適量種子，增加種苗率[16]。綜上，藥用植物種間聯(lián)結(jié)性分析為地區(qū)藥用植物合理開(kāi)發(fā)利用、保護(hù)及栽培提供科學(xué)的理論依據(jù)。