CJI (Traditional Chinese Medicine)
4种基原的淫羊藿适宜生境分布研究
赵文龙 1，2，王惠珍 1，马毅1，陆国弟1，陈红刚1，晋玲 1，2
1.甘肃中医药大学药学院，甘肃 兰州 730000；
2.甘肃省高校中（藏）药化学与质量研究省级重点实验室，甘肃 兰州 730000
摘要：目的 对淫羊藿的生境适宜性开展评价，为种植区域选取和优质淫羊藿药材资源合理利用提供依据。方法 使用最大熵模型与地理信息系统（GIS）技术，结合生态环境数据和淫羊藿4个基原（淫羊藿、柔毛淫羊藿、箭叶淫羊藿和朝鲜淫羊藿）的实际地理分布信息，预测淫羊藿全国适宜生境的空间分布并进行等级划分。结果 降水量是影响不同基原淫羊藿生境适宜性最重要的生态因子，地域间不同的气候节律导致降水量影响不同基原淫羊藿的时间不同；淫羊藿和柔毛淫羊藿适宜生境面积最大的地区为四川省，分别为 251.33×103 km2和 302.22×103 km2，这 2种基原在分布范围上也存在重合，主要集中于甘肃、陕西和四川省的低海拔林区；朝鲜淫羊藿作为特有种，仅分布在与朝鲜接壤的辽宁和吉林部分地区；箭叶淫羊藿较上述3个种的适宜分布范围有所南移，集中于浙江和安徽交界一带。结论 淫羊藿4个基原种虽归于同属药用植物，但对生境要求各不相同，导致其适宜生境地理分布存在空间差异，因此在引种栽培和种植规划时需对不同基原进行鉴别和区分。关键词：淫羊藿；最大熵模型；地理信息系统；适宜生境 中图分类号：R282.1 文献标识码：A 文章编号：1005-5304(2019)02-0001-05
DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2019.02.001 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Study on Distribution of Suitable Habitat for Four Sources of Epimedii Folium
ZHAO Wenlong1,2, WANG Huizhen1, MA Yi1, LU Guodi1, CHEN Honggang1, JIN Ling1,2
1. College of Pharmacy, Gansu University of Chinese Medicine, Lanzhou 730000, China; 2. Key Laboratory of Chemistry and Quality for Traditional Chinese Medicines of University of Gansu Province, Lanzhou 730000, China
Abstract: Objective To evaluate the habitat suitability of Epimedii Folium; To provide scientific basis for selecting planting areas of Epimedii Folium and rational utilization of medical material resource of high quality Epimedii Folium. Methods By using Maximum Entropy Model and GIS technology, and combined with the spatial data of ecological factors nationwide and the actual geographical distribution of 4 species of Epimedii Folium (E.brevicornum Maxim., E.pubescens Maxim., E.sagittatum Maxim., and E.koreanum Nakai), the spatial distribution of nationwide habitat suitability of Epimedii Folium was predicted and classified. Results Precipitation was the most important ecological factor affecting the habitat suitability of 4 sources of Epimedii Folium. Different climate rhythms could lead to different effecting time in different Epimedii Folium sources. The largest area of suitable habitat for E.brevicornum Maxim. and E.pubescens Maxim. was Sichuan Province, and the area was 251.33×103 km2 and 302.22×103 km2 respectively. This two sources also coincided in the distribution range, and the range mainly concentrated in the low elevation forest range of Gansu, Shaanxi and Sichuan provinces. As an endemic species, E.koreanum Nakai only distributed on the border range of Liaoning and Jilin provinces with North Korea. The suitable habitat range of E.sagittatum Maxim. went southward compared with the other 3 species, which was mainly distributed in Zhejiang and Anhui provinces. Conclusion Although the four source species of Epimedii Folium belong to Epimedium Linn., there are spatial differences in the geographical distribution of suitable habitats because of their different habitat requirements. Therefore,
it is necessary to distinguish different sources when Epimedii Folium is introduced, domesticated, and artificially planted. Keywords: Epimedii Folium; MaxEnt model; GIS; suitable habitat
淫羊藿又名仙灵脾、刚前，是小檗科淫羊藿属Epimedium Linn.植物干燥叶，《神农本草经》列为中品，具有补肾阳、强筋骨、祛风湿功效，用于肾阳虚衰所致阳痿遗精、筋骨痿软、风湿痹痛、麻木拘挛，
是临床常用中药[1-2]。中国是淫羊藿的地理分布中心，有 40 个淫羊藿品种，目前形成药材商品的主要种类有 15 种[3]，其中淫羊藿 E.brevicornum Maxim.、柔毛淫羊藿 E.pubescens Maxim.、箭叶淫羊藿 E.sagittatum Maxim.和朝鲜淫羊藿 E.koreanum Nakai 被 2015 年版
《中华人民共和国药典》[1]收载为主要基原种。近年随着中医大健康产业迅速发展，药用植物资源的经济效益日趋显著，但乱采滥挖导致野生淫羊藿资源濒临枯竭。有些地区虽已开展淫羊藿引种驯化，但不同基原混用，对适生环境研究不够，盲目种植导致成功率不高。因此，研究不同基原淫羊藿的适宜生境地域性分布格局，明确其适宜生境范围，是目前资源保育、人工驯化与中药材“生产质量管理规范” （GAP）栽培过程亟需解决的问题。
根据最大熵理论[4]，在已知条件下，熵最大的事物最接近其真实状态。该理论已被构建为最大熵模型（MaxEnt）用于预测物种潜在分布区及其最适宜生
境[5]。国内一些研究表明，MaxEnt 结合地理信息系统（GIS）空间分析技术在模拟道地药材生境适宜性方
1.2研究方法
1.2.1最大熵模型参数设置
将4种基原淫羊藿分布信息和生态因子数据按要求导入 MaxEnt，并设置如下参数：随机测试比例为
15%，最大迭代次数为 104次，在环境参数设置中开启刀切法（Jackknife）评价各生态因子的权重。
1.2.2 模型预测精度评价采用受试者工作特征曲线（ROC）和曲线下面积（AUC）的大小作为模型预测准确度的衡量指标，其
取值范围为[0，1]，值越大表示模型判断力越强。AUC值在 0.5～0.6 为失败，0.6～0.7 为较差，0.7～0.8 为
一般，0.8～0.9 为好，0.9～1.0 为非常好。
面可发挥更大优势[6-12]。笔者通过实地调查和查阅资料收集中国 4 种基原淫羊藿的地理分布数据，利用MaxEnt 和 GIS 技术，结合环境生态数据，开展不同基原淫羊藿适宜生境分布研究，为不同地区引种栽培和选址区划提供参考依据。
1 资料与方法
1.1 数据来源
1.1.1 生态环境本研究所使用生态因子数据来源于“中药资源空间信息网格数据库”（http:www.tcm-resoureces.com），其中气候数据是根据我国气象观测站 1950－2000 年气候观测数据插值成空间分辨率为1 km×1 km的网格数据；土壤类型数据采用 FAO-90 土壤分类系统，
[13]
根据《中华人民共和国土壤图：1∶1000000》 制成；植被类型数据来源于中科院植物所《中华人民共和国
植被图集：1∶1000000》[14]植被亚类数据。
1.1.2 样点分布地理信息通过实地调查和查阅“中国数字植物标本馆” （http://www.cvh.ac.cn）及“教学标本标准化整理整合与资源共享平台”（http://mnh.scu.edu.cn），收集淫羊藿 4 种基原全国分布信息 304 条，其中淫羊藿 97条、柔毛淫羊藿55条、箭叶淫羊藿75条、朝鲜淫羊藿 77 条，见表1。
1.2.3主要生态因子筛选
根据 4 种基原分布的位置信息和 55 个生态因子数据，分别在 MaxEnt 进行迭代运算，得到对淫羊藿各基原生长影响贡献率较高的主要生态因子，并根据其响应曲线获得相应适宜值范围。
1.2.4 生境适宜性分析
MaxEnt 模拟出的生境适宜值为 0～1，数值越大，表明该地区目标的物种生境适宜性越高，分别提取中药淫羊藿 4种基原所在样点的生境适宜值，以提取结果中最小值（Min）作为适宜生长和不适宜生长的分界线；对于适宜生长的区间，则以正态分布中的指标参数平均值（μ）和标准差（δ）作为
区分次适宜区和最适宜区的中断值，即[0，Min]为
不适宜区，（Min，μ-δ]为次适宜区，（μ-δ，1]为最适宜区。
2 结果与分析
2.1 模型预测评价淫羊藿、柔毛淫羊藿、箭叶淫羊藿和朝鲜淫羊藿 2.2 生态环境对淫羊藿生境适宜性的影响
根据 MaxEnt 计算得到各生态因子对淫羊藿分布的贡献率和刀切法获得的主要生态因子权重，选取贡献率和权重较高的生态因子作为主导生态因子。
结果显示 55 个生态因子中有 21 个对淫羊藿生境适宜性有影响，其中降水量 3 月和 5 月贡献率最高，分别为 24.3%和 19.7%；对柔毛淫羊藿生境适宜性产生影响的生态因子有14个，贡献率最高的降水量是 9 月（33.4%）和 4 月（30.7%）；对箭叶淫羊藿生境适宜性有影响的生态因子有14个，最干月降水和 11月降水量贡献率最高，分别为 34.9%和 33.3%；影响朝鲜淫羊藿生境适宜性的生态因子有13 个，降水量 8 月（41.4%）和 11 月（25%）贡献率最高。详见表 2。 的MaxEnt模型ROC曲线训练数据集和测试数据集的AUC 值依次分别是 0.990 和 0.986、0.993 和 0.999、
0.994 和 0.997、0.996 和 0.998，均大于 0.9 且趋近于
1.0（见图 1），表明本研究 MaxEnt 对 4种基原的淫羊藿在中国生境适宜性分布的预测结果具有很高的准确度和可信度。
2.3淫羊藿生境适宜性空间分布生境适宜性计算结果取值范围为0～1，依据正态分布的参数μ 和δ，结合样点位置的提取值，按照生境适宜性从低到高将4种基原淫羊藿生境适宜分布区分别划为3个等级。淫羊藿生境适宜性划分结果为不
适宜区[0，0.089 2]、次适宜区（0.089 2，0.367 6]、
最适宜区（0.367 6，1]。从空间分布格局看，甘肃东南和陕西南部地区，江西、浙江、福建三省交界地区淫羊藿生境适宜性最高，其他地区虽也有分布，但生境适宜性相对较低（见图 2A）；柔毛淫羊藿生境适宜性划分结果为不适宜 2.4各省淫羊藿适宜生境面积
笔者使用 ArcGIS 中的区域统计工具，对全国各省中药淫羊藿生境最适宜与次适宜地区的分布面积进行了统计，结果淫羊藿适宜生境总面积较广的省份依次为四川、陕西、湖北、江西和甘肃，其中甘肃最适宜面积最大，达到 131.56×103 km2，其次是陕西，为 89.52×103 km2，虽然四川省总适宜面积最大，但
区[0，0.037 0]、次适宜区（0.037 0，0.399 4]、最适
宜区（0.399 4，1]，从图 2B 可以看出，陕西和甘肃境内秦岭地区、四川盆地以西生境适宜性最高；箭叶
淫羊藿生境适宜性划分结果为不适宜区[0，0.083 3]、
次适宜区（0.083 3，0.378 0]、最适宜区（0.378 0，1]，最适宜地区主要集中在浙江境内，安徽南部和湖南北部也有分布（见图2C）；而对于朝鲜淫羊藿，其生境
适宜性划分结果为不适宜区[0，0.121 2]、次适宜区
（0.121 2，0.438 9]、最适宜区（0.438 9，1]，最适宜生境分布比较单一，集中在与朝鲜接壤的辽宁和吉林小部分地区（见图2D）。 大部分为次适宜生境；柔毛淫羊藿适宜生境分布总面积较广的省份依次为四川、陕西、湖北、甘肃和浙江，其中四川和陕西两省的最适宜生境面积最大，且较其他省份相差悬殊，分别达到97.27×103 km2和 95.44× 103 km2；湖南、浙江和江西为箭叶淫羊藿适宜生境总面积最大的省份；而对于朝鲜淫羊藿，其适生省份只有辽宁和吉林，适生总面积分别为 65.61×103 km2和
3 讨论本研究显示，不同月份降水量是影响4种基原中药淫羊藿生境适宜性最重要的生态因子，这与淫羊藿属药用植物喜阴湿的生长习性高度一致，地域间不同的气候节律导致降水量在1年中发生重要作用的时期不同。因此，对淫羊藿属药用植物进行引种栽培时，要注意选择降水充沛地区及适宜的栽播时间。
比较实际样点地理位置和适宜生境模拟结果可以看出，4 种基原淫羊藿样点均位于模拟得出的适宜生境分布区域内，说明预测结果较为准确。从适宜生境地理分布的空间格局看，淫羊藿和柔毛淫羊藿适宜生境分布范围有部分重合，重合范围主要集中于甘肃、陕西和四川省的低海拔林区，这些地区空气和土壤湿度较高、有林木覆盖且遮荫较好；箭叶淫羊藿较上述 2 种基原的适宜分布范围在地理分布上有所南移，主要分布在浙江、安徽和湖南部分地区。因此，在引种栽培和种植规划时需对上述 3 个基原加以区分。朝鲜淫羊藿作为特有种，对地域性要求较为严格，仅分布在与朝鲜接壤的辽宁和吉林部分地区，对其引种栽培最好也集中于上述地区。 结语通过生境适宜性研究，划定药用植物人工引种和栽培的最适区域是从根本上缓解野生药用植物资源压力行之有效的方法之一。本研究以生态环境数据为基础，对中国4种基原的淫羊藿适宜生境分布进行了预测，可为淫羊藿种植区域的选取和优质药材资源的合理利用提供依据。
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（收稿日期：2017-09-12）
（修回日期：2018-09-19；编辑：梅智胜）