益智的地理分布及适生区预测

周继曾，张 焜，3，张蓝月，冼啟秋，孙鹏珍，杜志云*

(1.广东工业大学轻工化工学院天然药物与绿色化学研究所，广东广州 510006；2.广东省药食同源天然资源综合利用工程中心，广东广州 510006；3.五邑大学化学与环境工程学院，广东江门 529020)

益智(AlpiniaoxyphyllaMiq.)，别名益智仁、益智子，为姜科(Zingiberaceae)山姜属(AlpiniaRoxb.)多年生常绿草本植物。它被誉为我国四大南药之一，也是原国家卫计委公布的药食同源品种之一，具有抗癌、强心、舒张血管、镇静、镇痛、抗过敏、抗衰老、抗氧化、提高免疫力和保护神经等药理活性，用于治疗肾虚遗尿、小便频数、遗精白浊、脾寒泄泻、腹中冷痛、口多唾涎等疾病[1]，其主要活性成分为倍半萜类，其次为黄酮类、二芳基庚烷类化合物[2]。在我国，主要分布在海南、广东、广西等地，多生于具有一定荫蔽条件的山脚下、河沟边和坡度较小的山林地带。

物种的分布区域是物种重要的空间特征，与物种灭绝、生态入侵、生态位幅度密切相关，对研究物种的起源、散布和演化有着重要的意义[3]。环境因素、生物因素、物种的扩散能力及物种适应新环境的能力都是影响物种地理分布的因素。DIVA-GIS软件作为研究生物多样性的地理信息系统(GIS)软件，它将物种的分布信息导入地理信息系统对物种分布区进行研究，绘制物种分布图，分析物种多样性分布格局，为物种资源的可持续利用和合理保护提供理论依据。物种分布信息结合GIS技术已经广泛应用于物种分布格局的研究[4-6]。MaxEnt模型利用最大熵原理通过已知物种分布地区和多种环境数据预测物种的地理分布，其在物种潜在分布区预测研究中已得到广泛应用[7-9]。笔者基于益智的地理分布信息，采用DIVA-GIS软件对益智在我国的分布区域和分布规律进行研究，利用MaxEnt软件预测其在我国的潜在分布区[10]，为益智的种植栽培、合理保护和开发提供理论依据。

1 资料与方法

1.1数据收集

1.1.1物种分布信息。查阅标本记录和文献信息，确定益智目前已知的分布点。通过国家标本平台(NSII；http：//www.nsii.org.cn)和中国数字植物标本馆(CVH；http：//www.cvh.ac.cn/)提取来自中国科学院植物研究所标本馆(PE)、中国科学院华南植物园标本馆(IBSC)、广西植物研究所标本馆(IBK)、重庆市药物种植研究所标本馆(IMC)、广西药用植物园植物标本室植物标本馆(GXMG)、福建省亚热带植物研究所植物分类标本室(FJSI)、厦门大学生物生命科学学院植物标本室(AU)、中国科学院昆明植物研究所标本馆(KUN)、广西中医药研究院植物标本馆(GXMI)、南京大学生物系植物标本室(N)、中南林业科技大学林学院森林植物标本(CSFI)、中国科学院西双版纳热带植物园植物标本馆(HITBC)、上海辰山植物标本馆(CSH)、广东省韩山师范学院生命科学与食品科技学院植物标本室(CZH)、中国医学科学院药用植物研究所云南分所标本馆(IMDY)、中山大学标本馆(SYS)、成都中医药大学(CDUTCM)、重庆南川药用植物栽培研究所、中国农业大学标本馆(CAU)、南京大学植物标本室(NJU)、江苏省中国科学院植物研究所共21所标本馆250份益智标本信息；查阅密苏里植物园标本馆(http：//www.tropicos.org)5份，共收集255份益智标本信息；查阅《中国植物志》《海南植物志》《广东植物志》《广西植物志》《云南植物志》《贵州植物志》《植物志》等地方植物志以及益智相关的文献确定其分布点。根据国家标本平台和中国数字植物标本馆所记录的信息，以及中国数字植物标本馆的新旧地名数据库查询系统(http：//www.cvh.ac.cn/jiudiming/list.asp)，利用Google Earth卫星图定位获得分布地点的经纬度。

1.1.2地图数据。该研究所使用的地图均来源于DIVA-GIS网站提供的链接(http：//www.diva-gis.org/gdata)上下载的中国行政区划图、海拔图和植被类型图。

1.1.3气候数据。该研究所使用的环境因子均来自DIVA-GIS网站(http：//www.diva-gis.org/climate)，使用的环境因子选择与温度和降雨量相关的19个对物种分布有重要影响的生物气候变量，分别是年均温(BIO1)、平均月温差(BIO2)、平均年温差(BIO3)、温度季节变化方差(BIO4)、最热月温度(BIO5)、最冷月温度(BIO6)、年均温差(BIO7)、雨季均温(BIO8)、干季均温(BIO9)、暖季均温(BIO10)、冷季均温(BIO11)、年降雨量(BIO12)、最湿月降雨量(BIO13)、最干月降雨量(BIO14)、季降雨量变异系数(BIO15)、雨季降雨量(BIO16)、干季降雨量(BIO17)、暖季降雨量(BIO18)、冷季降雨量(BIO19)，采用的空间分辨率为2.5 min。下载的数据为clm格式，需经过DIVA-GIS软件转化为ascii格式在Maxent软件中使用。

1.2地理分布分析

1.2.1地理分布图绘制。根据收集到的标本记录和文献记载信息，用DIVA-GIS软件绘制益智的地理分布图，分别以海拔图层和植被图层作为底图，每个分布点至少有1份标本采集的地理分布图。用Microsoft Excle 2007软件收集分布点的经纬度，用Photoshop软件处理图形文件。

1.2.2丰富度统计。丰富度以分布地点为参数，并以一个地点代表一个益智群落的存在，在1°×1°的网格内统计益智群落的次数；分5个等级，便于观察益智的集中分布点，分别为深绿色(标本数为1～13)、绿色(标本数为14～25)、黄色(标本数为26～38)、橙色(标本数为39～50)、红色(标本数为51～63)。

1.2.3物种分布区模拟。以中国省份行政图、海拔图和植被类型图作为底图，将收集到的益智分布信息导入DIVA-GIS软件中，生成益智的地理分布图。

1.2.4物种潜在分布区预测。将从MaxEnt得到的数据导入DIVA-GIS软件，根据适生性概率P，益智在我国分布集中的地区为海南、广东、广西3个省(自治区)的适生性概率在0.45以上，其他有益智分布的地区适生性概率也在0.25以上，适生性概率在0.05以下的地区无益智分布记录。最终设定：P<0.05为不适生区；0.05≤P<0.25为低度适生区；0.25≤P<0.45为中度适生区；P≥0.45为高度适生区[10]。

2 结果与分析

2.1地理分布与丰富度统计采用DIVA-GIS软件分析益智的地理分布，结果发现(图1)，益智主要分布在海南、重庆、广东和广西，其中海南是益智分布最集中的地区，在湖南、贵州、云南、四川等地也有分布。结合海拔图层的分析(图1)表明，益智大部分在我国30° N以南中低海拔10～1 200 m地区分布，小部分在中高海拔1 500～2 000 m地区分布。标本记录和群落调查显示，益智在海南产于崖州、林高、乐会、儋州、陵水、昌江、三亚等地，海拔400～900 m的山区有大量栽培；重庆分布在金佛山、南川等地，海拔500～900 m；广东的高州、从化、广州、阳春、徐闻、湛江、乐兴、潮州等地均有分布，海拔200～900 m；广西分布在南宁、东兴、陆川、绍平、上思、钦州、睦边、龙州等地区，海拔在72～400 m；湖南分布在芷江县海拔400 m左右；云南分布在西双版纳、景洪市等地，海拔在800～1 200 m；四川分布在凉山州海拔2 000 m左右。

图1 益智地理分布Fig.1 Geographical distribution of Alpinia oxyphylla

标本信息显示(图1)，在255份标本记录中有93份来自海南，其中有14份于1973—2012年采自万宁南林农场，16份于1933—1984年采自崖州，11份于1935—2012年采自保亭七仙岭，8份于1969—2012年采自陵水捉公社小南坪药场，10份于1988—2009年采自三亚甘什岭，5份于1927年采自林高，6份于1954年采自乐会南太圾塘，6份于1986—2012年采自昌江坝王岭，8份于1933年采自澄迈田村大王岭，4份于1936年采自白沙圆门洞附近，3份于1973年采自屯昌乌坡公社附近，2份于1928—2012年采自儋州莲花山。来自重庆的标本有53份为1994年采自金佛山，广东的标本有56份来自高州、从化、广州、阳春、徐闻、湛江、乐兴、潮州等地，广西的标本有33份来自南宁、东兴、陆川、绍平、上思、钦州、睦边、龙州等地区。其余分布地区为云南11份，湖南4份，四川3份，贵州2份。益智的分布点统计表明，海南分布点最多，其次为广东、重庆、广西。

2.2分布地植被类型分析根据15种土地覆盖类型，结合DIVA-GIS软件分析益智分布地植被类型，结果发现(图2)，益智分布在我国的2个植被区(亚热带常绿阔叶林区和热带季雨林区)、4个植被亚区(东部常绿阔叶林亚区、西部常绿阔叶林亚区、东部热带季雨林亚区和西部热带季雨林亚区)、5个植被地带(含常绿阔叶树的落叶阔叶林地带、常绿阔叶林地带、硬叶常绿阔叶林地带、季雨林型常绿阔叶林地带、季雨林地带)。益智的分布区域出现在疏林、灌丛及其他自然植被的镶嵌区中。生境多为山脚、山地阳处、山腰、山谷、山坡、路旁、沟谷溪边及林下阴湿处等有适当荫蔽且肥沃、湿润的土壤[11]，生长状态为散生、野生。

2.3自然潜在分布预测该研究为了预测益智的自然潜在分布区，不考虑气候变化对益智潜在分布区的影响，采用MaxEnt软件分析益智在我国的潜在分布区预测结果(图3)。图3显示，适生等级在中度以上的区域主要在我国东南部

图2 益智分布地植被类型Fig.2 Vegetation type of the distribution zone of Alpinia oxyphylla

图3 益智在我国适生等级分布Fig.3 Suitability grade distribution of Alpinia oxyphylla in China

(18°～32°N、102°～121°E)的海南、广东、广西、重庆大部分区域；同时，适生等级较高的区域出现在江西、福建、浙江的东南部；而在我国西北地区大部分为不适生地区。研究结果表明，益智的地理分布及丰富度与植被类型和海拔关系密切。海拔的升高会使分布范围逐渐缩小和丰富度逐渐降低。植被类型的变化与植被分布密度降低使得分布范围和丰富度都有降低的趋势。分析益智的潜在分布区发现，益智适合在我国温暖湿润气候区生长并有逐渐扩大分布的趋势，不适合我国西北地区寒冷干燥的环境。

3 结论与讨论

该研究使用DIVA-GIS软件绘制益智地理分布图和分布地植被类型图，结合MaxEnt模型预测出益智在我国的适生区。结果表明，益智地理分布主要受到植被和海拔等因素的影响。预测益智的潜在分布区为海南、广东、广西、重庆、福建、湖南、江西、浙江、四川、云南等地区的山区和园林中，具有良好的生长状态。该研究结果将为益智的种植栽培、合理保护和开发利用以及可持续发展提供一定的前期指导和参考依据，减少由于盲目开发所造成的种质资源的浪费和破坏。

益智为姜科山姜属多年生常绿草本植物，是我国四大南药之一，具有较好的药用价值。益智在我国的低中海拔地区野生资源丰富，而这些区域易受人类活动的影响，导致近年来遭受到较为严重的破坏。相关部门应加强对益智的保护力度，对其保护以就地保护为主。此外，其潜在的适生区也应引起重视，减少对益智潜在适生区生境的人为破坏，只有通过保护益智未来潜在分布区的生境，才能为益智提供长期生存的条件。迁地保护可作为就地保护的一种重要补充，发展益智的迁地保育和扦插技术对益智的保护有重要意义。

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