野生太子参的生态适宜分布区划

康传志，周 涛，江维克，赵 丹，郭兰萍，张小波，朱寿东

（1.贵阳中医学院，贵州贵阳550025；2.道地药材国家重点实验室培育基地，中国中医科学院中药资源中心，北京100700）

野生太子参的生态适宜分布区划

康传志1，2，周 涛1＊，江维克1，赵 丹1，郭兰萍2，张小波2，朱寿东2

（1.贵阳中医学院，贵州贵阳550025；2.道地药材国家重点实验室培育基地，中国中医科学院中药资源中心，北京100700）

为了野生太子参资源开发保护和合理利用提供依据，对野生太子参生态适宜分布区域和最优生境进行了区划研究。结果表明：野生太子参最适宜区面积达33.04万km2，主要分布在辽宁南部，山东中、南部，河南、湖北、安徽接壤处，安徽、江苏、浙江3省接壤处。同时筛选到年均降水量、最冷季平均温、最湿季平均温、最湿月降水量和土壤类型等5个因子对野生太子参的生长分布影响较大。

野生；太子参；GIS；生态区划

中药太子参为石竹科植物孩儿参〔Pseudostellaria heterophylla（Miq.）Pax ex Pax et Hoffm.〕的干燥块根［1］。孩儿参喜温暖湿润气候，怕高温，有夏眠特性［2］。依据中国植物志与各地方植物志的记载，野生太子参资源主要分布在东北、华北、华中等地区，如辽宁省金县、庄河、桓仁，内蒙古乌兰察布盟、阿拉善盟，河北省秦皇岛、迁西、景县，山东省临沭、莒县，安徽省黄山、宣城、铜陵，江苏省句容、南京，浙江省杭州、临安、天台，陕西省西安、宝鸡，山西省长治，河南省焦作、新乡、鹤壁，湖北省通山、钟祥以及湖南省安化县等地区。这些地区的地形特点大多以山地、丘陵为主，为太子参生长的适宜生境。

太子参为药食两用中药材，具有较高的开发利用价值和经济价值。随着人们对野生太子参的过度采挖和生长环境的破坏，资源量逐渐减少，甚至一些传统道地产区已无太子参资源分布。因此，为了挽救和保护野生太子参资源，对其资源分布情况进行区划研究具有重要意义。中药资源区划是研究中药资源及其地域系统的空间分异规律，并按照空间一致性和差异性规律对中药资源和地域进行区域划分［4］。目前，中药材区划研究方法已相当成熟，其中ArcGIS空间信息分析软件结合Maxent模型（最大信息熵模型）的研究模式在中药区划研究中已得到广泛应用［5－7］。笔者基于传统道地产区野生分布区的太子参资源和全国范围内的生态因子数据，运用ArcMap空间信息分析软件对野生太子参的生长分布进行区划分析，在明确野生太子参潜在分布区的同时，也为太子参的资源开发、保护和合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

通过实地调查和对近10年药用植物自然标本馆及文献资料的整理，共获得19个省区的95个野生太子参采样点信息（表1）。生态因子数据库为《中药资源空间信息网格数据库》，由中国中医科学院中药资源中心道地药材国家重点实验室提供。各生态因子的选取主要是依据对太子参药材产量和质量有重要影响的环境因子。所用的数据包括太子参采样点经纬度信息和生态因子及全国范围的国界、省界数据集。

表1 太子参不同采样点的经纬度信息Table 1 Longitudes and latitudes of various sampling sites of P.heterophylla

1.2 方法

以历史上太子参传统道地产区、野生分布区作为主要调查区域，采用实地调查、药材标本查阅和文献查阅3种方法获取太子参的分布点信息，同时通过数据库查阅获得全国的气候因子、土壤因子和地形因子的27个生态数据信息，采用ArcGIS空间分析软件及Maxent模型对野生太子参进行生态适宜区划。

1.2.1 生态适宜区划指标的筛选 将95个采样点的经纬度信息和27个生态因子指标同时输入Maxent模型中，第1次模型运算筛选对太子参分布影响较大的生态因子，得各生态因子对应的贡献率指标。将所得到的生态因子指标输入Maxent模型中进行模拟，得其贡献率。根据贡献率的大小分析各生态因子的影响程度。采用ArcGIS软件对模型分析结果进行空间化处理，采用ArcGIS软件对模型分析结果进行空间化处理得野生太子参的生态适宜区划图，利用ArcGIS中的自然区间分类法将模型计算得到的生境适宜度进行聚类分析。

1.2.2 适宜生境指标的筛选 通过Maxent模型分析后得不同生态因子对太子参存在概率的响应曲线，各环境因子对太子参栽培种植的影响程度各不相同，其中，纵坐标越大，代表环境因子范围越适宜太子参种植，存在的概率也就越大。考虑野生太子参生物学特性和贡献率大小，选取年均降水量、最冷季平均温、最湿季平均温、最湿月降水量和土壤类型这5个生态因子进行单一指标的生境适宜度分析，优选出最适宜野生太子参生长分布的生境。

1.2.3 适宜性区划结果的评价ROC曲线分析方法在物种潜在分布模型的评价中应用较广泛［8］，其曲线下的面积为AUC值在0.5～1.0，值越大表示环境变量与预测的物种地理分布模型之间的相关性越大，即模型的预测效果越好。一般AUC指在0.9～1.0预测效果最好，0.8～0.9预测效果较好，0.7～0.8预测效果一般，而0.7以下预测效果较差［9］。

2 结果与分析

2.1 野生太子参的分布区划

2.1.1 筛选的生态因子指标 贡献率的大小代表各生态因子对模型模拟结果的影响程度。从表2可知，贡献率最大的是年均降水量，为39.3%，最小的是土壤有机碳含量（0%），表明不同生态因子的贡献率差异较大。根据累积贡献率的大小，达90%的生态因子有年均降水量，最冷季平均温、最暖季平均温、植被类型、土壤类型、最干季降水量、土壤有效含水量等级、最冷月最低温、最湿月降水量、坡度和最湿季平均温，共计11个指标。将11个生态因子指标输入Maxent模型中进行模拟，得此11个生态因子的贡献率大小（表3），其中，贡献率最大的为年均降水量，达51.5%，其次为最冷季平均温、最湿季平均温、最湿月降水量和土壤类型，贡献率最小的为最干季降水量，仅为1.2%。根据各生态因子贡献率大小及累积贡献率达到80%以上的原则，选取年均降水量、最冷季平均温、最湿季平均温、最湿月降水量及土壤类型共5个生态因子指标。5个指标中，气候因子对野生太子参的分布有较大的影响，尤以降水量影响最大。

表2 野生太子参不同生态因子的贡献率Table 2 Distribution rate of different ecological factors with wild P.heterophylla

表3 筛选的11个生态因子指标的贡献率Table 3 Contribution rate of 11screened ecological factor indexes

2.1.2 分布区划 从图1看出，太子参的适宜分布区分为最适宜区、适宜区和不适宜区。野生太子参分布的最适宜区为我国东部、东北部及东南部区域，纬度在29°～42°，经度在106°～126°，主要省区包括辽宁南部，山东中、南部，河南、湖北与安徽接壤处，安徽、江苏与浙江接壤处，河北、陕西、湖南的部分区域也有分布；适宜区则包括了我国东北部吉林大部分区域，山西、陕西、河南和湖北4省接壤处，以及山东、江苏、安徽、浙江、湖南、江西、四川部分区域；其余为不适宜区。分区结果与历史资料记载的野生太子参分布区域相一致，说明分区结果准确。全国野生太子参最适宜区面积为33.04万km2，适宜区面积为141.15万km2。

图1 野生太子参的适宜生长区划Fig.1 Ecology suitability regionalization of wild P.heterophylla

2.2 野生太子参的适宜生长环境

从图2看出，年均降水量是影响野生太子参分布最大的生态因子，根据其响应曲线将年均降水量分为3个区间，即最适宜区（700～1 500mm）、适宜区（550～700mm，1500～2 800mm）和不适宜区（0～550mm，2 800～4 000mm），因此，太子参生长最适宜的年均降水量为700～1 500mm。根据最冷季平均温、最湿季平均温和最湿月降水量的响应曲线，太子参最适宜生长的最冷季平均温为－30～－20℃，最湿季平均温为22～30℃，最湿月降水量为720～800mm。根据土壤类型响应曲线，最适宜野生太子参生长的土壤类型代码为11（石灰初育土）、34（黑钙土）和69（盐土）。

图2 影响野生太子参生长的5个生态因子响应曲线Fig.2 Response curve of five ecological factors influencing the growth of P.heterophylla

2.3 适宜性区划评价

由图3可知，训练集的AUC值为0.966，测试集的AUC值为0.952，AUC在0.9～1.0范围内，表明用于太子参区划分析的预测模型效果较好，太子参生态适宜种植区划结果准确，可为太子参的生产布局提供的理论依据。

图3 太子参适宜生长区划的ROC曲线Fig.3 ROC curve for ecology suitability regionalization of wild P.heterophylla

3 结论与讨论

1）应用ArcGIS软件和Maxent模型对全国野生太子参进行生态适宜区划分析，得到野生太子参的适宜生长分布区域和适生生境，使用ROC曲线对区划结果进行评价，其AUC值均大于0.9，表明所得模拟结果非常好。此外，筛选得到野生太子参生长分布的主要影响因素有年均降水量、最冷季平均温、最湿季平均温、最湿月降水量及土壤类型5个生态因子指标，其中，降水量对太子参的分布影响较大，决定了其生长情况。通过不同生态因子指标对太子参适生变化趋势的分析，得最适宜野生太子参生长的生境为年均降水量700～1 500mm，最冷季平均温为－30～－20℃，最湿季平均温为22～30℃，最湿月降水量为720～800mm。土壤类型有石灰初育土、黑钙土和盐土3种类型。这些生境条件为野生太子参生长提供了最适宜的环境。

2）野生太子参的最适宜分布区域集中在我国东部、东北部及东南部地区，包括吉林省通化市集安市，辽宁省丹东市宽甸县、凤城市，本溪市桓仁县、本溪县、南芬区和明山区，鞍山市岫岩县，大连市庄河市，抚顺市新宾县南部，辽阳市辽阳县，营口市盖州市东部；河北省唐山市遵化市、迁西县和迁安市，丰南区南部，秦皇岛市卢龙县和青龙县；山东省淄博山区、淄川区和沂源县，临沂市蒙阴县、沂水县、沂南县、费县、临沭县和莒南县，济南市历城区南部、章丘市南部，泰安市新泰市，日照市岚山区和东港区；陕西省咸阳市淳化市；江苏省连云港市东海县和连云区，徐州市新沂市，淮安市盱眙县，南京市六合区、江宁区、溧水县，镇江市句容市；安徽省滁州明光市、滁州区、定远县和全椒县，宣城市宣州区、广德县、宁国市和黄山市，六安市霍山县、裕安区、金安区和金寨县，安庆市岳西县及太湖县西部；浙江省湖州市安吉县、杭州市临安市、富阳市和侗庐县，台州市天台县，金华市磬安县，宁波市余姚市南部，绍兴市新昌县南部；河南省驻马店市泌阳县、确山县，南阳市桐柏县，信阳市平桥区、浉河区、商城县；湖北省黄冈市麻城市、罗田县、英山县、蕲春县，咸宁市通山县、崇阳县；湖南省岳阳市临湘市；江西省九江市修水县。此外，野生太子参适宜区主要分布在吉林浑江市、辽源市；辽宁省铁岭市、通化市北部，葫芦岛市，承德市东部地区；北京市；山东省烟台市、威海市、青岛市以及中部大部分地区；山西省长治市、晋城市；陕西省宝鸡市、汉中市、西安市；甘肃省天水市、成县；河南省洛阳市、平顶山市、三门峡市、许昌市；湖北省十堰市、襄樊市；江苏省淮阴市、宿迁市、盐城市、南通市、苏州市；浙江衢州市、丽水市；湖南常德市、怀化市。

3）研究得出了野生太子参潜在分布的最适宜区和适宜区，明确了传统上太子参的分布情况及适宜分布环境。同时，通过与当前栽培太子参主产区的对比发现，太子参分布区呈南迁的趋势，可能是人为因素在太子参资源变迁过程中起重要作用。此外，气候变化也是影响其分布南迁的重要原因。研究结果不仅可为野生太子参的资源开发和保护提供参考，对太子参栽培的科学选址和合理种植也具有一定的借鉴意义。

［1］卫生部药典委员会.中华人民共和国药典一部［S］.北京：中国医药科技出版社，2010：62.

［2］国家中医药管理局中华本草编委会.中华本草（第二册）［M］.上海：上海科学技术出版社，1999.

［3］康传志，周 涛，江维克，等.我国太子参栽培资源现状及药材品质的探讨［J］.中国现代中药，2014，16 （7）：42－545.

［4］朱寿东，张小波，黄璐琦，等.中药材区划20年——从单品种区划到区域区划［J］.中国现代中药，2014，16 （2）：91－95.

［5］康传志，王青青，周 涛，等.贵州杜仲的生态适应性区划分析［J］.中药材，2014，37（5）：760－766.

［6］车 乐，曹 博，白成科，等.基于MaxEnt和ArcGIS对太白米的潜在分布预测及适宜性评价［J］.生态学杂志，2014，33（6）：1623－1628.

［7］石 磊，张承程，明孟碟，等.基于GIS的全国厚朴质量适宜性研究［J］.中药材，2015，38（4）：706－710.

［8］王运生，谢丙炎，万方浩，等.ROC曲线分析在评价入侵物种分布模型中的应用［J］.生物多样性，2007，15 （4）：365－372.

［9］宋建平，曾艳萍，刘训红.等.太子参道地产区生态环境分析［J］.时珍国医国药，2008，19（12）：3028－3029.

（责任编辑：聂克艳）

Ecology Suitability Regionalization of Wild Pseudostellaria heterophylla

KANG Chuanzhi1，2，ZHOU Tao1＊，JIANG Weike1，ZHAO Dan1，GUO Lanping2，ZHANG Xiaobo2，ZHU Shoudong2

（1.Guiyang College of Traditional Chinese Medicine，Guiyang，Guizhou550025；2.State Key Laboratory Breeding Base of Daodi Herbs，National Resource Center for Chinese Medicinal Materials，China Academy of Chinese Medical Sciences，Beijing100700，China）

In order to provide the basis for wild resources protection and rational utilization of P.heterophylla，the ecological distribution and optimal habitat in the wild were studied.Results：The area of moderately and highly suitable habitats for wild P.heterophyllain the study area was 330 400km2.The moderately and highly suitable habitats were mainly distributed in the southern Liaoning，middle and southern Shandong，Henan，the border of Henan，Hubei and Anhui，as well as Anhui，Jiangsu and Zhejiang.Meanwhile，the coldest average annual precipitation，average temperature，average temperature of wet season，the wettest month of precipitation and soil types are the most important ecological factors influencing the distribution of P.heterophylla.

wild；Pseudostellaria heterophylla；GIS；ecology suitability regionalization

S567

A

1001－3601（2016）07－0308－0096－05

2015－12－10；2016－06－29修回

国家自然科学基金项目“太子参Heterrophyllin组分形成及其适应性变异的基因机制”（81460579）；贵州省普通高等学校特色重点实验室建设项目“贵州分子生药特色重点实验室”［黔教合KY字（2013）108］；贵州省研究生工作站建设项目“中药、民族药质量控制及新药研究专业学位贵州省研究生工作站”［黔教研合JYSZ字（2014）016］

康传志（1989－），男，在读博士，研究方向：中药品质评价与道地性研究。E－mail：kangchuanzhi1103＠163.com

＊通讯作者：周 涛（1968－），女，教授，从事中药资源调查与整理研究。E－mail：taozhou88＠163.com