我国款冬生态适宜性研究

徐小琼 ，卢雪 ，石欣怡 ，郑海霞 ，古常军

1.甘肃医学院，甘肃 平凉 744000； 2.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000；3.平凉市第二人民医院，甘肃 平凉 744000

款冬花是菊科植物款冬Tussilago farfaraL.的干燥花蕾，味辛、性温，归肺经，具有润肺下气、止咳化痰功效，常用于新久咳嗽，喘咳痰多，劳嗽咳血[1]。款冬在我国主要分布于东北、华北、华东、西北地区，生长于山谷湿地或林下[2-3]。款冬花化学成分主要有黄酮类、萜类及生物碱类[4-5]，具有祛痰、镇咳、抗炎及抑制溃疡等作用[6-8]。最大熵（MaxEnt）模型可以较为准确地预测不同物种适宜的生态区域[9-13]，地理信息系统（GIS）是在生态学原理和数据分析基础上，预测物种的潜在分布区域，是常用的分析技术[14-15]。本课题组通过第四次全国中药资源普查采样，基于空间分析技术，利用MaxEnt模型结合SPSS23软件对款冬的生态适宜性进行评价，筛选影响其生长的主要生态因子，为款冬引种栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

通过第四次全国中药资源普查和实地调查，共收集野生款冬166批，采样过程中使用手持卫星导航仪（Rino530HCx，北京佳明航电科技有限公司）获取采样点经纬度及海拔等地理信息。

1.2 生态因子

55个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-resources.com/），包括土壤、气候、植被类型和地形等，见表1。

表1 生态因子数据

1.3 地图数据

中国地图国界矢量图与中国行政区划图来自国家基础地理信息系统网站（http://nfgis.nsdi.gov.cn/），分辨率为1∶400万。

1.4 最大熵模型构建与评价

将款冬样点信息和55个生态因子数据按要求格式导入MaxEnt3.3.3k软件，随机选取75%数据作为训练集，25%数据作为测试集，设置最大迭代次数为106，其余参数为系统默认。采用受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUC）评价模型预测结果准确度[16-18]。AUC取值在0～1，越接近1说明模型预测结果越准确。AUC＜0.6，模型预测失败；0.6≤AUC＜0.9，模型预测结果一般；AUC≥0.9，模型预测结果良好[19-20]。

1.5 适宜区划分

将MaxEnt模型运算结果导出为.csv文件，结合原始样本信息，利用ArcGIS软件计算生态适宜度（P）。P＜0.05区域为不适宜区，0.05≤P＜0.24区域为次适宜区，0.24≤P＜0.97区域为适宜区。将MaxEnt模型运算结果加载到ArcGIS中，绘制款冬生态适宜性分布图。

2 结果与分析

2.1 模型预测结果评价

以AUC值评价模型预测结果准确度，ROC曲线训练集AUC=0.979，测试集AUC=0.904，均大于0.9，表明MaxEnt模型预测结果准确度较好，得到的款冬生态适宜区可信度高。ROC曲线见图1。

图1 款冬分布预测模型ROC曲线

2.2 主要生态因子选择

对55个生态因子进行运算，去除贡献率为0的生态因子，采用刀切法对生态因子的重要性进行评价，最终筛选出14个对款冬生长影响较大的生态因子，见图2。贡献率前6位的生态因子分别是11月份降水量（prec11，25.4%）、3月份降水量（prec3，21.7%）、土壤类型（soiltype，17.5%）、6月份降水量（prec6，8.8%）、植被类型（zblx，6.1%）、土壤质地分类（trzdfl，5.6%），总贡献率达85.1%。通过实地调查和查阅文献获得各生态因子适宜值范围，主要生态因子贡献率及适宜值范围见表2，响应曲线见图3。

图2 款冬生态因子刀切图

图3 影响款冬主要生态因子响应曲线

表2 影响款冬分布的主要生态因子贡献率及适宜值范围

2.3 生态适宜性区划

款冬适宜分布区主要集中在我国中部及南部地区，包括云南西北部、湖北边缘地区、陕西南部、甘肃南部、河北南部、山东中部和东部、河南北部、安徽中部、江苏西部、江西北部、湖南东部和北部、广西西部和南部及广东西南部，见图4、表3。

图4 款冬生态适宜性区划

表3 款冬适宜分布区

3 讨论

本研究结果显示，11月份降水量、3月份降水量、6月份降水量3个降水因子对款冬生长贡献率达55.9%。款冬叶片宽大，生长繁茂，在整个生长过程中需要充足的水分。春季气候干燥，3月份充足的降水量能保证款冬出苗率；从6月份开始气温逐渐升高，充足的降水量有利于其茁壮成长；11月份前后，选择粗壮多花、颜色较白且没有病虫害的款冬根状茎作种秧繁殖，故11月充足降水量可保证款冬幼苗成活率。土壤类型与土壤质地分类2个生态因子对款冬分布影响较大，总贡献率达23.1%。淋溶黑钙土及壤质砂土土层深厚，排水良好，含腐殖质多，营养丰富，较适合款冬生长。

本研究基于GIS技术，以MaxEnt模型研究款冬生态适宜性，预测结果AUC值均大于0.9，表明模型预测结果准确度高。筛选出14个对款冬生长影响较大生态因子，其中11月份降水量、3月份降水量、土壤类型、6月份降水量、植被类型、土壤质地分类累计贡献率＞80%，是最主要的生态因子。款冬适宜区主要分布在云南西北部、湖北边缘地区、陕西南部、甘肃南部、河北南部、山东中部和东部、河南北部、安徽中部、江苏西部、江西北部、湖南东部和北部、广西西部和南部及广东西南部。本研究所得分布区与《中国植物志》[21]记载的款冬分布区基本吻合，研究结果可为款冬合理引种栽培提供依据。