甘肃省3种肉苁蓉药材生态适宜性区划研究

陈博，朱田田，成希，曹后康，徐小琼，晋玲

资源调查

甘肃省3种肉苁蓉药材生态适宜性区划研究

陈博1，朱田田1，成希1，曹后康1，徐小琼1，2，晋玲1，3

1.甘肃中医药大学药学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃医学院，甘肃 平凉 744000；3.中（藏）药资源研究所，甘肃 兰州 730000

通过对甘肃省3种肉苁蓉药材的生态适宜性进行评价，为选取种植区域及合理利用优质肉苁蓉药材资源提供依据。通过查阅网络资料和实地采集，收集甘肃省肉苁蓉药材共197个样点信息，其中肉苁蓉87个样点，沙苁蓉50个样点，盐生肉苁蓉60个样点，综合55个生态因子，采用地理信息系统和最大熵模型分析肉苁蓉药材在甘肃省的生态适宜性分布。影响甘肃省3种肉苁蓉药材生态适宜性的主要生态因子是海拔、植被类型、土壤亚类、降雨和温度；甘肃省肉苁蓉最适宜生境主要集中在河西地区和白银市，但物种不同，各地区分布面积及空间格局存在差异，因此不同种肉苁蓉进行人工种植时应加以区分。本研究结果与目前甘肃省肉苁蓉药材的产区一致，可为合理选择优质肉苁蓉种植区提供依据。

肉苁蓉；沙苁蓉；盐生肉苁蓉；生态适宜性

肉苁蓉为列当科Orobanchaceae肉苁蓉属植物肉苁蓉Y.C.Ma.和管花肉苁蓉（Schenk）Wight的干燥带鳞叶肉质茎，别名疆芸、寸芸、苁蓉、查干告亚（蒙语），具有补肾阳、益精血、润肠道功效[1]，素有“沙漠人参”之美誉，是传统名贵中药材。近年随着乱采滥挖日趋严重，甘肃省肉苁蓉资源濒临枯竭；另外，甘肃省许多地区大面积种植肉苁蓉，但因不同品种混用，以及缺乏相应的系统性适宜生境研究，导致肉苁蓉药材良莠不齐。因此，研究不同种肉苁蓉药材的生境适宜性，明确其范围，已成为亟需解决的问题。笔者通过收集甘肃省3种肉苁蓉样点信息，结合生态因子数据，采用最大熵（MaxEnt）模型预测其生态适宜分布区，并利用地理信息系统（GIS）技术将其表现出来，以期为优质肉苁蓉的人工栽培选地提供依据。

1 资料与方法

1.1 药材分布信息

通过自采和查阅中国数字植物标本馆（http://www.cvh.ac.cn），共收集197个样点信息，其中肉苁蓉87个样点，沙苁蓉50个样点，盐生肉苁蓉60个样点。将物种名、分布地区的物种名存储为MaxEnt模型要求的.csv格式。样点分布详见图1，样点信息见表1。

图1 肉苁蓉药材样点分布

表1 肉苁蓉药材样点分布信息

品种 分布地区分布样点数/个 肉苁蓉兰州市 1 武威市16 张掖市11 白银市29 酒泉市30 沙苁蓉兰州市 8 临夏回族自治州 4 酒泉市10 白银市26 张掖市 2 盐生肉苁蓉兰州市 5 张掖市15 白银市40

1.2 生态因子数据

本研究使用来源于“中药资源空间信息网络数据库”（http://www.tcm-resources.com/）的生态因子数据（降水、温度、植被类型和土壤），选取适应肉苁蓉药材生长的所有生态因子数据。

1.3 最大熵模型参数设置

将转换为.csv格式的肉苁蓉药材样点信息导入MaxEnt3.4.0软件，设置建模参数，随机测试比例15%，设置响应曲线、ROC曲线和刀切法。用响应曲线评价生态因子适宜度范围，用ROC曲线及曲线下面积（即AUC值）评价模型精度，用刀切法检验生态因子的权重。

1.4 模型预测评价

采用AUC值评价预测结果精度，取值范围0～1，值越大表示模型判断力越强。

1.5 生态因子筛选

导入3种肉苁蓉药材的采集信息和55个生态因子，进行迭代运算，舍弃贡献因子为0的生态因子，得到对肉苁蓉药材生长影响贡献率较高的主要生态因子，依据响应曲线得到适宜范围。

1.6 生态适宜区划分

将MaxEnt导出的结果导入GIS，参照生态适宜度最小值及正态分布曲线的均值（μ）和均方差（δ），以[0，μ－δ]为不适宜区，[μ－δ，μ]为次适宜区，[μ，1]为最适宜区，绘制3种肉苁蓉药材生态适宜性区划分布图。

2 结果与分析

2.1 刀切图结果

肉苁蓉、沙苁蓉、盐生肉苁蓉的ROC曲线训练数据集AUC分别为0.996、0.998、0.998，测试数据集AUC分别为0.992、0.997、0.998，均为0.9～1，表明MaxEnt模型预测肉苁蓉药材在甘肃省的潜在分布准确度和可信度都很高。肉苁蓉、沙苁蓉、盐生肉苁蓉刀切法检验结果见图2～图4，肉苁蓉、沙苁蓉、盐生肉苁蓉训练集的ROC曲线见图5～图7。

2.2 主要生态因子

筛选55个生态因子，其中20个对肉苁蓉生态适宜性有贡献，10个为影响肉苁蓉适宜性的主要生态因子，贡献率总和为95.400 5%；20个对沙苁蓉生态适宜性有贡献，8个为影响沙苁蓉适宜性的主要生态因子，贡献率总和为96.871 7%；22个对盐生肉苁蓉生态适宜性有贡献，10个为影响盐生肉苁蓉适宜性的主要生态因子，贡献率总和为95.671 1%。海拔、植被类型、土壤亚类、降雨、温度均为影响3种肉苁蓉药材生长的主要生态因子。3种肉苁蓉主要生态因子适宜值详见表2～表4。

图2 肉苁蓉生态因子刀切图

图3 沙苁蓉生态因子刀切图

图4 盐生肉苁蓉生态因子刀切图

图5 肉苁蓉训练集的ROC曲线

图6 沙苁蓉训练集的ROC曲线图

图7 盐生肉苁蓉训练集的ROC曲线

表2 肉苁蓉主要生态因子贡献率及适宜值范围

生态因子贡献率/%适宜值 海拔23.932 5800～3000 km 植被类型22.463 0高山稀疏植被、温带多汁盐生矮半灌木荒漠、温带丛生矮禾草、矮半灌木荒漠草原、温带半灌木、矮半灌木荒漠、温带禾草杂类草盐生草甸、温带草原化灌木荒漠、温带1年生草本荒漠 7月份温度15.495 514～27 ℃ 土壤亚类10.854 2内陆盐水、过渡性红砂土、石灰性栗钙土、水灰化土、普通栗钙土、普通钙质土、普通红砂土、过渡性灰壤、酸性硫酸盐潜育土、红砂土、石化钙溶胶、松软盐土、石膏层盐土、钙质盐土 12月份降水量 8.226 20～3 mm 1月份温度 4.698 63.5～17 ℃ 最干月降水量 4.331 60～2.5 mm 11月份降水量 2.304 20～14.5 mm 1月份降水量 1.686 70～7 mm 土壤质地分类 1.408 0黏性壤土、肥土、砂质黏壤土、砂壤土、沙土

表3 沙苁蓉主生态因子贡献率及适宜值范围

生态因子贡献率/%适宜值 海拔34.522 6400～4000 m 植被类型20.453 0温带多汁盐生矮半灌木荒漠、温带半灌木矮半灌木荒漠、温带禾草、杂草类盐生草甸、温带草原化灌木荒漠 土壤亚类 8.917 9石灰性始成土、栗钙土、普通黑钙土、灰化土、普通钙积土、普通红砂土、过渡性灰壤、钙积土、饱和薄层土、松软盐土 最干月降水量 8.649 00～5 mm 12月份降水量 7.050 70～7 mm 2月份温度 6.806 8-24～16 ℃ 最干季节降水量 5.505 20～19 mm 11月份降水量 4.966 50～13 mm

表4 盐生肉苁蓉主生态因子贡献率及适宜值范围

生态因子贡献率/%适宜值 海拔24.716 8467～867 m 土壤亚类22.970 6过渡性红砂土、黑色石灰土和薄层土、薄层钙积土、薄层石膏土、石灰性砂土、饱和薄层土 植被类型16.381 2高山稀疏植被、温带多汁盐生矮半灌木荒漠、温带半灌木、矮半灌木荒漠、温带灌木荒漠、温带矮半乔木荒漠 最干月降水量 8.680 60～4 mm 最暖月最高温 7.630 117.5～34 ℃ 12月份降水量 6.512 60～4.3 mm 9月份降水量 3.384 00～9.5 mm 11月份温度 2.158 0-19～20 ℃ 温度季节性变化标准差 2.070 921.7～168.3 2月份降水量 1.166 30～8 mm

2.3 生态适宜性区划

肉苁蓉药材的生态适宜区分布县见表5。肉苁蓉最适宜区包括酒泉南部边缘地区、张掖西部、金昌东部、武威南部、白银市，次适宜区为酒泉市中北部、张掖市中北部、金昌西部、武威北部、兰州市、定西市北部、临夏回族自治州北部。见图8。沙苁蓉最适宜区包括酒泉东部边缘、武威东部、白银市、兰州市，次适宜区为酒泉中东部边缘地区、定西市北部、临夏市部分地区。见图9。盐生肉苁蓉最适宜区包括张掖市北部、白银市为肉苁蓉适宜区，次适宜区为酒泉市东部部分地区、张掖市中部、金昌市、武威市中部、兰州部分地区、临夏部分地区。见图10。

表5 肉苁蓉药材生态适宜性分布区

品种最适宜区分布县次适宜区分布县 肉苁蓉玉门市南部、金塔县南部、嘉峪关南部和东部、肃州区、高台县中部和西部、临泽县、甘州区北部边缘、金川区东部和南部、民勤县南部、凉州区中北部、景泰县大部、靖远县、平川区、白银区、皋兰县肃北蒙古族自治县大部、瓜州县北部和南部、敦煌市东南部和东北部、玉门市北部、金塔县大部、嘉峪关西部和北部、肃南裕固族自治县北部、高台县东部、临泽县东部和西部、甘州区大部、民乐县中北部、山丹县中北部、金川区西部和北部边缘、永昌县中西部、民勤县大部、凉州区南部、永登县大部、西固区、城关区、七里河区、榆中县大部、会宁县、安定区 沙苁蓉金塔县南部边缘地区、嘉峪关、肃州区、永昌县东部、凉州区大部、景泰县大部、靖远县、平川区、白银区、皋兰县、城关区、西固区、七里河区、会宁县北部瓜州县东部、玉门大部、金塔西部、高台县南部、临泽县南部、甘州区南部、民勤县南部、永靖县大部、积石山保安族东乡族撒拉族自治县中北部、东乡族自治县大部、临夏县中北部、和政县北部、榆中县北部和南部、安定区大部、会宁县中部 盐生肉苁蓉高台县北部、临泽县西部、甘州区北部、金川区北部、永昌县北部、景泰县大部、靖远县中西部、平川区大部、白银区大部、皋兰县大部肃北蒙古族自治区北部边缘、瓜州县西北部边缘东北和东南边缘、敦煌市北部边缘和南部边缘、玉门市北部和南部、金塔县大部、嘉峪关大部、肃州区中东部、肃南裕固族自治县北部、高台县中南部、临泽县中东部、甘州区中南部、山丹县中北部、民乐县中北部、金川区中部、永昌县中部、民勤县南部和西部、凉州区、靖远县东部、永登县中南部、西固区、永靖县北部、会宁县中北部、安定区北部边缘、榆中县中北部

图8 甘肃省肉苁蓉生态适宜性区划

图9 甘肃省沙苁蓉生态适宜性区划

图10 甘肃省盐生肉苁蓉生态适宜性区划

3 讨论

3.1 海拔对肉苁蓉生长影响

海拔是影响肉苁蓉生长的重要生态因子。王猛等[2]认为，由于长期风蚀作用，海拔高度的不同直接影响了沙层厚度，并对肉苁蓉的寄主（如梭梭）生长产生干预，影响养分的获取。因此，适宜的海拔高度是进行肉苁蓉选育必备因素之一。

3.2 植被类型对肉苁蓉生长影响

不同植被类型通过影响肉苁蓉土壤中根系的生长，使其有不同的形态结构和生理特点，从而干预营养吸收。同时，不同土质植物的代谢强度和蒸腾强度不同也会对肉苁蓉生长产生影响。肉苁蓉生长在荒漠地区，常年干旱少雨，蒸发量大，日照充足，温差较大，砂质化严重，使肉苁蓉生长环境植被种类少，需寄生在寄主（如梭梭）根系上吸收养分才能维持生长，导致其成活率低。因此，对于肉苁蓉的选育应进行严格的生长环境筛选。

3.3 温度对肉苁蓉生长影响

1、2月份为一年中气温最低时期，7月份为气温最高时期，这3个月份只有在肉苁蓉生长的适宜温度范围内，才能保证其正常生长。另外，气温也影响土壤温度，进而影响肉苁蓉新陈代谢强度和蒸腾强度。因此，1、2、7月份适宜温度对肉苁蓉生长至关重要。

3.4 土壤亚类对肉苁蓉生长影响

土壤酸碱度、含水量、松软度分别影响肉苁蓉生长的成活率、呼吸及养分获取、发育程度。由于肉苁蓉主要生长在盐渍化的松软沙土上，土壤以松软盐土为主，沙土层越厚，沙土越松软，肉苁蓉生长受到的阻碍越小，肉苁蓉质量越好。因此，土质的选取是肉苁蓉能否成功引种的重要因素。

3.5 降水量对肉苁蓉生长影响

水分是限制肉苁蓉生长的另一个主要生态因素，降水的时间分布和数量是决定肉苁蓉定植、生长，物种生存组成及结构至关重要的因素。肉苁蓉喜干旱，其生长地多具有雨量少、蒸发量大的特点。若降水量过大，土壤水分含量高，则影响土壤中氧气含量，使肉苁蓉出现腐烂现象；而降水量过少，肉苁蓉又因得不到有效水分而无法正常生长。因此，种植肉苁蓉应维持土壤适宜的含水量。

[1] 国家药典委员会.中华人民共和国药典：一部[M].北京：中国医药科技出版社,2015：234-235.

[2] 王猛,汪季,蒙仲举,等.巴丹吉林沙漠东缘天然梭梭种群空间分布异质性[J].生态学报,2016,36(13)：4055-4063.

Study on Ecological Suitability Regionalization of Three Species of Cistanches Herba in Gansu Province

CHEN Bo1, ZHU Tiantian1, CHENG Xi1, CAO Houkang1, XU Xiaoqiong1,2, JIN Ling1,3

The ecological suitability of three species of Cistanches Herba in Gansu Province was evaluated; To provide basis for selecting planting areas of Cistanches Herba and rationally utilizing high-quality Cistanches Herba resources.Through consulting network data and on-the-spot collection, this study collected 197 sample points of Cistanches Herba in Gansu Province, including 87 sample points of, 50 sample points ofG. Beck, 60 sample points of(C. A. Mey.) G. Beck. Combining 55 ecological factors, the geographic information system and the maximum entropy model were used to analyze the ecological suitability of Cistanches Herba in Gansu Province.The main environmental factors affecting the ecological suitability of three species of Cistanches Herba in Gansu Province were altitude, vegetation type, soil subtypes, rainfall and temperature; the most suitable habitats of Cistanches Herba in Gansu Province were mainly concentrated in Hexi area and Baiyin city, Gansu Province. However, different species had different distribution areas and spatial patterns in different areas, so different types of Cistanches Herba should be distinguished when they were artificially planted.The resultsof this study are consistent with the current production areas of Cistanches Herba in Gansu Province, which can provide a basis for the rational selection of high-quality planting areas of Cistanches Herba.

;G. Beck;G. Beck; ecological suitability

R282.5

A

1005-5304(2020)12-0001-05

10.19879/j.cnki.1005-5304.202002043

甘肃省教育厅高等学校创新能力提升项目（2020A-079）；第四次全国中药资源普查工作（2018年）；甘肃省地方药材质量标准提升研究（2017年）

晋玲，E-mail：zyxyjl@163.com

（2020-02-04）

（2020-05-11；编辑：梅智胜）