千金子生态适宜性区划研究

陈博，朱田田，吕蓉，晋玲，2

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

千金子Leptochloa chinensis（L.）Nees.为禾本科Gramineae 千金子属一年生草本湿生性植物。研究表明，千金子中含有总氮、粗蛋白、氨基酸、胡萝卜素、铁等营养成分，其胡萝卜素的含量极为丰富，具有较高的营养价值[1]。因此，为保证千金子的品质，选择适宜地区进行人工栽培是目前最行之有效的方法。笔者通过查阅资料和实地采样，收集全国不同产区千金子样点信息149 个，结合环境因子数据，采用最大熵（MaxEnt）模型预测千金子生态适宜分布区，并利用地理信息系统（GIS）技术将其表现出来，以期为优质千金子的人工栽培选育提供依据。

1 资料与方法

1.1 分布信息

通过自采和查阅中国数字植物标本馆（http://www.cvh.org.cn./cms），共收集149 份千金子样点分布信息。样点分布详见图1，具体样点分布信息见表1。将实验所需物种信息存储为MaxEnt 模型要求的.csv 格式。

图1 千金子样点分布

表1 千金子样点地域分布

1.2 生态因子和地图数据获取

土壤数据收集于联合国粮农组织（FAO）和维也纳国际应用系统研究所（ⅡASA）构建的世界土壤数据库（http://www.crensed.ac.cn/）；地形因子数据收集于国际科学数据服务平台（http://datamirror.csdb.cn/）；气候数据来源于世界气候数据库（http://www.worldclim.org/），应用插值法，以1950－2000 年全球各气象站点记录数据为基础生成。采用的中国地图和中国行政区划图源自国家基础地理信息中心网站（http://ngcc.sbsm.gov.cn/）。

1.3 最大熵模型参数设置

将转换为.csv 格式的千金子样点信息导入MaxEnt 模型，随机测试比例设置为15%，同时设置响应曲线、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（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 值评价预测结果的精度，值越大表示模型判断力越强（取值范围0～1）。

1.5 生态因子筛选

导入149 份千金子样点信息和55 个生态因子，进行迭代运算，舍弃贡献率为0 的生态因子，得到对千金子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 模型导出的结果导入GIS，参照生态适宜度最小值、正态分布曲线均值（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，绘制千金子生态适宜性区划分布图。

2 结果与分析

2.1 刀切图

在MaxEnt 模型运算中，以ROC 曲线下面积的大小预测模型准确度，AUC 数值越大，表明模型判断力越强。千金子ROC 曲线训练数据集AUC＝0.987，测试数据集AUC＝0.973，均大于0.9 而小于1，表明MaxEnt 模型预测千金子在全国的潜在分布准确度很高。千金子训练集ROC 曲线图，见图2。

2.2 主生态因子选择

综合分析表明，对千金子生长影响较大的主生态因子依次为年平均温度（29.876 9%）＞9月份温度（26.074 0%）＞最暖季节降雨量（7.480 9%）＞7月份温度（4.581 2%）＞8 月份温度（3.837 2%）＞10 月份温度（3.651 6%）＞温度季节性变化标准差（2.594 2%）＞植被类型（1.706%）＞最湿季节均温（1.416 5%）＞3 月份温度（1.412%）。

图2 千金子训练集ROC曲线

筛选55 个生态因子，其中44个对千金子生态适宜性有贡献率，10 个为影响千金子适宜性的主要生态因子，贡献率总和为82.630 5%。主生态因子响应图见图3，主生态因子适宜值见表2。

图3 影响千金子的主生态因子响应曲线

表2 千金子主生态因子的贡献率及适宜值

2.3 生态适宜性区划

千金子主要生态适宜性区划为：山东南部、河南南部、安徽南部、江苏南部、湖北中东部、重庆南部、四川东部边缘、湖南西北部和东南部、江西东部和北部、福建西北部、广西北部、广东北部边缘地区、海南南部、台湾北部和西部边缘地区为千金子最适宜区，辽宁东部、北京南部、天津大部、河北中部、山东大部、河南中东部、安徽北部、陕西南部、江苏中北部、湖北西部、浙江大部、四川东部、湖南西南部、江西中南部、福建中南部、云南南部、广西大部、广东大部、海南中南部、台湾东部为千金子次适宜区。见图4、表3。

图4 千金子生态适宜性区划

表3 千金子生态适宜性分布概况

3 讨论

3.1 温度对千金子生长的影响

千金子有其生长的最低温度、最适温度和最高温度。只有温度在生长所需的最低温度以上，千金子才开始萌发；温度在最适范围内，千金子生长发育良好；温度达到最高以上，千金子将逐渐死亡。千金子萌发和生长的适宜温度一般在20 ℃以上，温度低则不利于生长；3 月份为植物生长的萌发期，7、8、9、10 月份为植物生长及结果期，这几个月份温度适宜则适于千金子生长。同时，气温影响土壤温度，适宜的土温使植物根系的生长发育良好，因此，3、7、8、9、10 月份适宜的温度对千金子生长至关重要。

3.2 降雨量对千金子生长的影响

水分是影响千金子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千金子定植、生长，物种生存组成及结构的重要因素。最暖季节的雨水蒸发量大，大量降水被蒸发到空气中，使土壤湿度低，更适宜千金子的生长。

3.3 植被类型对千金子生长的影响

不同植被类型由不同物质组成，使土壤中的根系有不同形态结构和生理特点，影响植物的营养吸收。同时，不同土质植物的代谢强度和蒸腾强度不同，对千金子生长的影响也有所区别。千金子生长的环境植被类型极为丰富，多为亚热带、热带气候，温度在20 ℃以上。