２０１５年３月Ｉ第４０卷第５期 蒌 盎蠹 Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．５ ｌ Ｍａｒｃｈ，２０１５ 基于３ Ｓ技术的羌活区划研究Ｉ．基于ＭａｘＥｎｔ和 ＡｒｃＧＩＳ的羌活生长适宜性分析及评价 孙洪兵 ，孙辉 ，蒋舜媛 ，周毅 ，曹文龙 ，纪明昌 ，朱文涛 ，严寒静 （１．广东药学院，广东广 ’Ｉ，ｌ ５１００００；２．四川省中医药科学院，四川成都６１００４１； ３．四川大学环境科学与工程系，四川成都６１００６５；４．天祝县藏医药开发研究所，甘肃武威７３３２９９） ［摘要］ 该文在基于ＭａｘＥｎｔ和ＡｒｃＧＩＳ的羌活的生态适宜性分析及评价基础上，提出了生长适宜性的概念，并利用ＡｒｃＧＩＳ软 件中标准分级方案的自然断点法，对羌活的潜在分布区域进行了生长适宜性等级划分，生成羌活生长适宜性区划图并统计了 不同等级适宜区的面积。结果发现，羌活生长最适宜区段主要分布在四川省的阿坝州境内，约占总最适生区的６０％以上；海 拔、９月均温以及植被类型是影响羌活生长的主导因子；相关性分析显示，在一定范围内降水量和坡度的增加有利于药材中羌 活醇积累，而不利于异欧前胡素积累。研究结果有助于阐明药用植物生长适宜性和品质适宜性的区别，为羌活的生产区划、 野生抚育及规模化人工种植提供科学依据。 ［关键词］羌活；ＭａｘＥｎｔ模型；生态因子；生长适宜性 Ｃｕｌｔｕｒａｌ ｒｅｇｉ０ｎａｌｉｚａｔｉ０ｎ ｆｏｒ Ｎｏｔｏｐｔｅｒｙｇｉｕｍ ｉｎｃｉｓｕｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ３ Ｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｉ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｇｒｏｗｔｈ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒⅣ．ｉｎｃｉｓｕｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ Ｍａｘｅｎｔ ａｎｄ ＡｒｃＧＩＳ ｍｏｄｅｌ ＳＵＮ Ｈｏｎｇ—ｂｉｎｇ ， ，ＳＵＮ Ｈｕｉ ，ＪＩＡＮＧ Ｓｈｕｎ—ｙｕａｎ２ ＺＨＯＵ Ｙｉ ，ＣＡＯ Ｗｅｎ—ｌｏｎｇ４，，ＪＩ Ｍｉｎｇ—ｃｈａｎｇ ，ＺＨＵ Ｗｅｎ—ｔａｏ ，ＹＡＮ Ｈａｎ－ｊｉｎｇ （１．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅ￣ｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１００００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｉｃｈｕａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００４１，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６５，Ｃｈｉｎａ； ４．Ｔｉａｎｚｈｕ Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ Ｔｉｂｅｔａｎ ｈｏｓｐｉｔａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｗｅｉ ７３３２９９，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｇｒｏｗｔｈ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ａｓ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ｐｌａｎｔｓ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｔｅｒ— ｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ Ｍａｘｅｎｔ ａｎｄ ＡｒｃＧＩＳ ｍｏｄｅ１．Ｎｏｔｏｐｔｅｒｙｇｉｕｍ ｉｎｃｉｓｕｍ，ａｎ ｅｎｄａｎｇｅｒｅｄ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ｐｌａｎｔ， ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｓ ａ ｃａｓｅ，ｉｔｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｒｅａｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｇｒａｄｅ ａｎｄ ｒｅｇｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍａｐ ｗｅｒｅ ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｒｏｗｔｈ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｈａｂｉｔａｔｓ ｉｓ Ｓｉｃｈｕａｎ ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ａｎｄ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ６０％ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｕｉｔ— ａｂｌｅ ａｒｅａｗａｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｅｓｔｅｒｎ Ｓｉｃｈｕａｎ ｓｕｃｈ ａｓ Ａｂａ ａｎｄ Ｇａｎｚｉ ｐｒｅｆｅｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｉｎｃｉｓｕｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｈａｂｉｔａｔ ａｈｉ— ｔｕｄｅ，ａｖｅｒａｇｅ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｇｒａｄｅ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ， ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｌｏｐｅ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｆａｃｔｏｒｓ ｃｏｎｔｉｒｂｕｔｉｎｇ ｔｏ ｎｏｔｏｐｔｅｒｏｌ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｉｔｓ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐａｒｔｓ，ｗｈｉｌｅ ｉｓｏｉｍｐｅｒａｔｏｒｉｎ ｉｎ ｉｔｓ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐａｒｔｓ ｗａｓ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｌｏｐｅ ｏｆ ｉｔｓ ｈａｂｉｔａｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｓｌｏｐｅ ａｓ ａ ｆａｃｔｏｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｃｈｅｍｉ— ｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｓｅｅｍｅｄ ｔｏ ｂｅ ａ ｐｓｅｕｄｏ ｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｇｒｏｗｔｈ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ｐｌａｎｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｗｉｌｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｍｅｄｉｃｉｎｅ ｐｌａｎｔｓ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ Ｎｏｔｏｐｔｅｒｙｇｉｕｍ ｉｃｎｉｓｕｍ；ＭａｘＥｎｔ ｍｏｄｅｌ；ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ；ｇｒｏｗｔｈ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｄｏｉ：１０．４２６８／ｃａｃｍｍ２０１５０５１４ ［收稿日期］２０１４－０９－２０ ［基金项目］ 国家自然科学基金项目（８１４７３３１１）；本级重大增减支项目（２０６０３０２） ［通信作者］ 蒋舜媛，Ｔｅｌ：（０２８）８７４２８３３９，Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｓｙＯ０７＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｎ ・８５３・ ２０１５年３月ｌ ４０：￣５期 凰 曼，蒌 蠡焘 Ｖ。１．４ｏ，№５ ｌ Ｍａｒｃｈ，２０ｌ５ 羌活Ｎｏｔｏｐｔｅｒｙｇｉｕｍ ｉｎｃｉｓｕｍ Ｔｉｎｇ ｅｘ Ｈ．Ｔ．Ｃｈａｎｇ 为伞形科中国特有属羌活属的多年生草本植物…， 局域分布于青藏高原及周缘高寒山地，是传统中藏 羌医药体系常用大宗药材羌活Ｎｏｔｏｐｔｅｒｙｇｉｉ Ｒｈｉｚｏｍａ ｅｔ Ｒａｄｉｘ最重要的基原植物 ｊ，始载《神农本草经》， 为历版药典所收载，也是蚕羌的主要来源。人方成 药达２８０多种，全国相关药品生产企业达数百家，药 材需求量大，但历来依赖野生采挖，尤其近十余年来 掠夺性采挖，已造成野生资源量急剧减少，面临枯竭 危机，使羌活成为中药材市场紧缺的热门品种，药材 质量良莠不齐，急需通过人工种植解决资源和药源 的双重危机 Ｊ。羌活喜冷凉，耐寒，怕强光，主要野 生分布在海拔在３ ５００～４ ５００ ｍ的高山灌木丛、草 丛以及高山林缘地，易生长在土壤疏松、含腐殖质较 多、阴湿的地方，生态位较窄，极易受环境的影 响 。因此，对羌活的生长适宜性进行分析与评 价，对于了解羌活资源的整体概况、实施野生资源保 护和在适生区推广人工栽培具有十分重要的意义。 目前对生长适宜性的评价主要有２种模式：一 种是基于ＡｒｃＧＩＳ直接建模进行生长适宜性分析；另 一种是结合生态位模型的ＧＩＳ建模分析。常见的生 态模型有Ｍａｘｅｎｔ，Ｂｉｏｃｌｉｍ，Ｃｌｉｍａｘ，Ｄｏｍａｉｎ，Ｇｒａｐ模型 等，蔡静芸等 对这５个模型进行分析后发现Ｍａｘ— Ｅｎｔ模型的预测效果最好。Ｍａｘｅｎｔ模型近几年来广 泛应用于适宜性分析预测，因其操作简便、预测效果 好，同时引人ＲＯＣ曲线分析对预测结果进行评价， 因而在中药材适宜性分析中备受青睐 坨］。本研究 首先采用的ＭａｘＥｎｔ生态位模型联合ＡｒｃＧＩＳ平台进 行建模分析基于生态因子的羌活生长适宜性产地特 征，为后续的羌活基于品质的产地区划分析奠定 基础。 １材料 野生羌活样品于２０１３年８月下旬至９月中旬 期间采自四川、甘肃、青海、等省，共２９个采样 点１７２份样本，每个采样点不少于５株，按单株阴干 粉碎，过３０目筛。 超高相液相色谱仪（美国Ｗａｔｅｒｓ ＡＣＱＵＩＴＹ ＵＰ． ＬＣ Ｈ－ｃｌａｓｓ），自动进样器为ＦＴＮ（ｆｌｏｗ ｔｈｒｏｕｇｈ ｎｅｅ． ｄｌｅ）四元梯度泵（ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ｓｏｌｖｅｎｔ ｍａｎａｇｅｒ）。 甲醇、乙腈（Ｆｉｓｈｅｒ，色谱纯）、磷酸（Ｓｉｇｍａ，色谱 纯），其余试剂为分析纯。异欧前胡素对照品（批号 １１０８２７－２００４０７）购自中国食品药品检定研究院，羌 ．Ｒ５４． 活醇对照品（批号１３０４２９）购自成都孟德尔科技有 限公司，纯度Ｉ＞９８％。 ２方法 ２．１数据来源 ２．１．１采样点相关数据采样点信息经由ＧＰＳ实 地定位获得，采集过程中注意样点在生境和分布的 代表性，并经ＡｒｃＧＩＳ图层筛选（位于同一个象元内 的若干采样点合并为一个点），最后得到２４个采样 点，各采样点原始记录信息见表１。 ２．１．２ 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．ｃｏｒｎ／）， 包含中药资源分布的生态因子数据，含有气候、土 壤、地形和植被类型的数据。 ２．１．３地图数据下载于国家基础地理信息系统 网（ｈｔｔｐ：／／ｎｆｇｉｓ．ｎｓｄｉ．ｇｏｖ．ｃｎ／），分辨率为１：４００万。 ２．１．４羌活药材质量指标数据利用超高效液相 色谱法（ＵＰＬＣ—ＰＤＡ）测定所收集样品的化学成分， 本研究选取３个指标，即羌活醇（ｎｏｔｏｐｔｅｒｏ１）含量、异 欧前胡素含量（ｉｓｏｉｍｐｅｒａｔｏｒｉｎ）以及２０１０年版《中国 药典》规定的羌活定量检测指标（羌活醇＋异欧前 胡素含量） 。 ２．２羌活化学成分含量测定 ２．２．１ 色谱条件 Ａｃｑｕｉｔｙ Ｕｐｌｃ Ｂｅｈ－Ｃ１８色谱柱 （２．１ ｍｍ×１００ ｍｍ，１．７ ｍ，美国Ｗａｔｅｒｓ公司，Ｉｒｅ— ｌａｎｄ），柱温５０℃，流速０．４ ｍＬ・ｍｉｎ一；进样量１ ＩｘＬ；流动相为乙腈（Ａ）－０．１％甲酸水溶液（Ｂ），色谱 条件：０～１ ｍｉｎ，１９％Ａ；１～１．５ ｍｉｎ，１９％～２８％Ａ； １．５～４．５ ｍｉｎ，２８％Ａ；４．５～５．５ ｍｉｎ，２８％～９５％Ａ； ５．５—６．５ ｍｉｎ，９５％Ａ；６．５～８．５ ｍｉｎ，９５％～１９％Ａ。 羌活醇与异欧前胡素检测波长３３０ ｎｍ；理论塔板数 按羌活醇峰计算应不低于２万。 ２．２．２对照品溶液制备分别精密称取２ ｍｇ羌活 醇与异欧前胡素分别溶于甲醇中，混合均匀，配置成 混合对照品储备液，４℃条件下保存。 ２．２．３供试品溶液制备 精密称取待测样品粉末 ０．５ ｇ，置于５０ ｍＬ三角瓶中，加甲醇２０ ｍＬ，超声提 取３０ ｍｉｎ，过滤，滤渣用以上条件重复提取２次，合 并滤液，浓缩定容到２５ ｍＬ量瓶中，０．２２ ｍ滤膜过 滤得供试液。 ２．２．４线性关系考察将对照品储备液分别配成 ６种不同浓度的溶液，在所设色谱条件下检测峰面 积，同一质量浓度连续测定３次，以质量浓度为横坐 孙洪兵等：基于ＧＩＳ的羌活药材生产区划研究Ｉ．基于ＭａｘＥｎｔ和ＡｒｃＧＩＳ的羌活生长适宜性分析及评价 ＼ 《 圜 划 ∞ ＿【盆吕删∞ 盘 ～ 誊 絮链 ．９８ 毫． 缺 ”８．ｚ 誊＿【 蓉０． ０． 葛 葛 葛 葛 ０ ｎ ∞ 耧 剥 赠 ＼ ０．卜 ．卜 ．卜 ０．∞ ．＿【 ∞．（】 ∞＿０ ｎ＿（】 【＿＿【 【＿＿Ｉ 【＿ ∞．【＿ ｎ． 乙９ 乙９ ｃ９ ｎ＿【 ＿【ｎ落鉴 ｎ９８ ｎ ８９．【＿ｎ ∞ｎ ｎ ｎ国．导 ６８． ｎ ．＿【葛 ＿【 ∞ ＿０ ．０ 【＿ｎ ．＿【ｎ墨 ．Ｎ ￡９ 蛩．８９ 尊 蓉０＿ ∞ 寸 ＿【．卜 ０．＿【 旧 Ｎ Ｒ 譬 ．【＿ ｎ８９．＿【 【＿＿【０＿０ ９８ ｔ， 【＿ ． 【＿＿Ｉ ｎ 筝 ．铅 导 ８＿【．０ ∞ Ｎ 【＿＿【 ∞－（】 宝 ；ｑ 舄 瓮 ＿Ｉ ＿【ｎ． ＿【 ＿０ ∞ ∞ ＿【．卜 ．【＿ Ｉ＿＿【 ． ∞罡ｎ ９６ ６６ ０８ 。 ｎ ０ ＼ 【＿ ．＿【 ￡０＿【．０ 舄 葛 ２ ｏ。 ｎ 。ｏ ２ 寸 寸．∞ Ｉｎ ．０ ｎ ｏ。 Ｉｎ Ｎ ￡９ ９乙￡－ｍ 葛． ．＿【 Ｓｎ．０ ｎ ＿【． 寸．ｚ ０６。 嚣 【＿ ｌ 进＼ 【＿．８ Ｉ＿＿０ 兰 婆 星 曼 至 叟 里 ∞ 蔓 ０．【＿ 兰 【【 曼 ￡９ 暑 Ｈ ．０ ｎ ．” ∞ 害 。 ８８． 尊 Ｉ＿ １０ ∞ 导 ． ９ 卜 霉 目 ＿【＿【 鬲 。．＿【 导 世＼ ｌ ＿【 ９ｏ．尊 Ｎ ＿【∞０６．＿【 ＿【０ ＿０ ．∞ ＿０ 蔫 ．ｎ ６￡ 鬲 窝 尊 品 鬲 鬲 昌 ＝ 导 ：。 尊 殍 昌 ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ 【＿ ． ．＿【 【＿ｎ．０ 【＿ ∞ 【＿．ｎ ｎ ＿【 ｃ乙 窝． 吝．＿【 ＿０ ．卜 ． ．＿【 ． ． ６０ 寻＿０ ｎ ｔ，．ｎ 【＿ 。 ．【＿要 ｎ ．０ ＿【．０ ｔ， ∞＿０＿【 ． ｎ ＿【．ｎ ｃｃ ｎ＿【 ６￡＿【．【＿ ＿【．０ ９６ ｎ ．９ ．ｎ ９ｏ＿【 ｔ７．０ 凑． ．０ ９６ ｎ．卜 寸 ＿【＿【 ＿【 罱 －Ｈ 【＿ ．＿【∞ ．Ｉ＿ ＿【．０ 【＿ ｎ．∞ ．Ｈ 导 ＿【． ＿【 廿婴 ￡９．踌 ６６Ｎ．Ｎ Ｅ￡＿０ ｌ＿ ｎ 一 ．∞ ０．【＿ 【＿ ． ｎ ９６＿【． 咖 【＿ 铅＿【＿０ 豁 寸．卜 【＿． 【＿ ． 乙９ ＊ｌ 蓉２ 世＼ 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假阳性率为横坐标，以真阳性率（灵敏度）为纵坐标 绘制而成，其曲线下面积（ＡＵＣ）的大小作为模型预 测准确度的衡量指标，其取值范围为［０，１］，值越大 表示模型判断力越强，ＡＵＣ为０．５０～０．８０时可认 为模型预测效果不理想，在０．８０～０．９０时预测效果 ２．２．７稳定性试验取上述对照品溶液，分别在 ０，２，４，８，１２，２４ ｈ按上述测定方法分别进行测定，计 算得各对照品的保留时间和峰面积的ＲＳＤ分别为 ０．１３％～０．５８％，０．５２％～２．７％。 ２．２．８加样回收率试验精密称取已测知含量的 好，当ＡＵＣ大于０．９０时，模型诊断价值较高，可以 较准确的反应物种的潜在分布 Ｈ Ｊ。 ２．３．４羌活生境适宜度值的获取选取ＡＵＣ值最 大的计算结果中的ａｓｃ格式图层文件加载到Ａｒｃ． Ｍａｐ软件中，与中国行政底图以及采样位点信息进 行叠加分析，得到全国尺度下的羌活生境适生指数 Ｓ１号样品粉末６份，各０．５ ｇ，分别加入一定量的对 照品，按上述提取方法和色谱条件平行提取和分析 测定，各对照品的加样回收率在９７．０１％～ ９９．８３％。 ２．３羌活生长适宜性分析 分布图，利用ＡｒｃＴｄｏｌ空间分析工具中的栅格计算 器将羌活适生指数扩大１００倍，扩大后的值作为羌 活生境适宜度值Ｖ，并将Ｖ值提取到采样点的位点 信息中，见表１。 ２．３．１生态因子的筛选生态因子筛选分２步进 行：第一步利用ＭａｘＥｎｔ模型将５５个生态因子数据 依次计算３次，每次舍去贡献率为０的生态因子，利 用地理信息系统的ＡｒｃＴｏｏｌ的空间分析模块功能将 最终筛选得到的贡献率在Ｏ％以上的生态因子多值 提取到采样点的位点信息见表１；第二步取贡献率 在０％以上的生态因子数据利用行Ｓｐｅａｒｍａｎ相关系 数进行相关性分析（ＳＰＳＳ ２０．０），当２个生态因子之 ２．３．５羌活生长适宜性分析根据课题组多年对 羌活野生资源分布情况的调研，对羌活生境适生 区进行划分，并利用ＡｒｅＧＩＳ标准分级方案中的自 然断点法法确定相邻适生区的界值并建立了羌 活生境适宜度等级评判标准等级，参照等级标准 间的相关性达０．８及以上时任意舍去其中一个生态 因子¨ ，并将本次筛选得到的生态因子作为最终变 ．绘制羌活生长适宜度分布图，进行羌活生长适宜 性分析。 ８５６． 孙洪兵等：基于ＧＩＳ的羌活药材生产区划研究Ｉ．基于ＭａｘＥｎｔ和ＡｒｃＧＩＳ的羌活生长适宜性分析及评价 ３结果与分析 ３．１ 生态因子与化学成分相关性分析 表３生态因子与羌活醇和异欧前胡素的Ｓｐｅａｒｍａｎ相关性 系数 Ｔａｂｌｅ ３ Ｓｐｅａｒｍａｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ 将２．３．１中第一步筛选得到的贡献率在０以上 的１３个生态因子多值提取到采样点位点信息中 （表１）。选择Ｓｐｅａｒｍａｎ相关性系数对表１中的生 态因子与化学成分含量数据进行相关性分析，见表 ３。①除年均气温、９月均温、土壤粘土量以及季节 ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｎｏｔｏｐｔｅｒｏｌ ａｎｄ ｉｓｏｉｍｐｅｒａｏｒｉｎ 化学成分 生态因子 异欧前胡素 羌活醇 降水量变异系数外其他生态因子均与羌活醇呈正相 关态势。坡度和月降水量（４月、６月和１０月）与羌 活醇含量间存在显著性正相关，是影响羌活醇含量 的生态因子；土壤粘土量与羌活醇含量间为显著负 相关，是抑制羌活中羌活醇含量积累的生态因子。 ②除９月均温、粘土量和季节降水量变异系数外，其 余生态因子则与异欧前胡素含量呈负相关，其中月 降水量（４月、６月和１０月）与异欧前胡素间存在显 著性负相关，均不利于羌活中异欧前胡素含量的 积累。 注： 在０．０１水平（双侧）上显著相关， 在０．０５水平（双侧） 上显著相关。 见表４。诊断价值较高，能准确反映物种的潜在分 布，为了保障模型预测的准确性，本研究选取训练样 本ＡＵＣ为０．９９７所对应的模型运算结果参与羌活 生长适宜性及区划分析。 ３．２ ＭａｘＥｎｔ模型预测准确性分析 进行ｌ０次Ｍａｘｅｎｔ模型创建后的训练样本的 ＡＵＣ均值为０．９９５，测试样本的ＡＵＣ均值为０．９９２， 表４ ＭａｘＥｎｔ模型１０次运算ＡＵＣ值 Ｔａｂｌｅ ４ ＡＵＣ ｖａｌｕｅｓ ａｆｔｅｒ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ １０ ｔｉｍｅｓ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＭａｘＥｎｔ ｍｏｄｅｌ ３．３羌活生态因子适宜性分析 在ＭａｘＥｎｔ模型运算中开启刀切图分析来反 映不同生态因子在影响羌活生长适宜度中所占 的权重¨ 。从刀切图中可以看出海拔、９月均 温与植被类型得分较高，三者对羌活生境适宜性 ３．４羌活生长适宜性及等级划分 所谓生长适宜性（ｇｒｏｗｔｈ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ），是指从 植物本身而言对适合其个体生长及种群繁衍的 环境条件的要求，不仅包括土壤类型、气温与降 水特征、光照特征、地形等区域尺度的生态因子， 更主要是直接与植物生长相关的包括立地气温 与土壤温度特征、土壤湿度状况、土壤养分状况 的累计贡献率达７０％以上，因而最终选出海拔、９ 月均温以及植被类型这３个生态因子进行分析， 见图１。从与羌活的生长适宜度的响应曲线可以 等微生态因子。通过对这种环境条件适合目标 植物优劣程度的定量分析而划分出不同的适宜 看出，在高程３ ８１４ ｍ的区域，羌活的生长适宜性 达到最大；９月份降水量为７５ ｍｍ时，羌活的生 长适宜性达到最大；羌活适合生长在高寒嵩草、 杂类草草甸、亚高山落叶阔叶灌丛、亚高山硬叶 常绿阔叶灌丛以及亚热带和热带山地针叶林等 植被类型，见图２。 性等级。课题组结合多年对羌活野生资源分布 情况的调查研究，将羌活生长适宜区划分为最适 生区、较适生区、次适生区以及不适生区４个等 级，并利用ＡｒｃＧＩＳ软件中标准分级方案的自然断 点法确定相邻适生区的界值，结合野外调查情况 ．８５７． ２０１５年３月ｌ第４ｏ卷第５期 。蒌盎蠹 活生长的最适宜区。较适生区主要在四川省甘孜州 与阿坝州交界处，以及青海省与昌都地区交界 的连片区域，面积约０．９６×１０ ｋｍ ，该区域的药材 ｋｍ ，该区内采集羌活药材的羌活醇和异欧前胡素 的总含量的均值为２．０％，高于２０１０年版《中国药 典》中规定的该指标含量标准（０．４０％） 。该区域 主要包括四川省阿坝州的小金、马尔康、黑水、理县、 松潘和甘孜州的丹巴、康定等县，约占最适生区总面 积的７２．６％；其他集中在甘肃、青海及３省的 交界处，约占最适生区总面积的２１．７％；除此之外 品质符合药典标准。在内蒙古的包头市附近、河北、 河南以及湖北等地也有羌活较适生区，与文献记载 相符合，课题组在对全国１７大药材专业市场的调查 中也发现有源自这些产地的商品药材出售，但货源 ７ Ｏ Ｏ Ｏ ■ 一 一 Ｏ 一 量不大，品质亦不佳。 ８ ２ ８ ８ ＭａｘＥｎｔ模型还预测出中国中部山脉区也有羌 表６羌活生长适宜区分省统计 一 一 一 一 一７ ２ ６ Ｔａｂｌｅ ６ Ｍｏｓｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ａｒｅａｓ ｉｎ ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ－－ｌｅｖｅｌ ｐｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｆｏｒ Ｎｏｔｏｐｔｅｒｙｇｉｕｍ ｉｎｃｉｓｕｍ ｃｕｌｔｉｖａ・・ ｔ１Ｏｎ 四川 ４３ ８ ８ １７ ８７ １１２．３ ７２．６ ８．４４ ５７ １７ ６３ ２１５．８ 一 ９ ３２４．７ ２ １２．４ 一● ０．７６ 一 一３ 一 ７１．２３ １０．７８ ６．６６ ９．５ １．２７ 青海 甘肃 ８ ８２４．３ ４ ８９３．７ ３ ７８２．２ ５．６８ ７．６２ ２１ ５ ７６３．２ ８ ２２３．７ ３ ５１８ Ｏ．８ １．９１ ０．９７ 一 ３３ ８ 内蒙＾ 南 ｌ １４２ 一 Ｏ．４１ ３ ６ｌ３ ２ ５４８ Ｏ．１ ０．０６ Ｏ．０２ ０．Ｏ１ 陕西 ｔｌ１西 湖北 河北 河南 宁夏 俞湾 总计 ２ ４５０ ０．０５ ９４．８ ９６ ２０６．４ １０８ ２０４．５ ４讨论 潜在分布区域，对植物本身直接相关因子，特别是微 生态因子以及与植物生长相关的局地环境条件进行 ４．１植物的生长适宜性与药材的品质适宜性 本文基于药材基原植物生长适宜程度而提出的 生长适宜性区划，有别于目前药材生产区划分析中 常见的基于生态因子评价提出的产地适宜性区划或 生态适宜性区划 ，与药材品质适宜性区划相结 合，在药材生产中更具有指导意义。因为生态（境） 适宜性区划是对大尺度的空间生态因子适合状况与 程度而言，是指特定区域土地对于某种土地利用方 客观综合分析和等级划分，是在符合客观实际与局 地环境特征基础上的一种区划方法，适用于特定区 域特定植物的适宜性评价。 同时还应看到，最适生长区是指适合植株生长、 发育和繁殖的区域，不一定是药材品质最好的区域， 因此，认为药材区划中应该区别开原植物的生长区 划（很多研究中等同于生态区划）与药材的品质区 式（或者植物种植）在生态要素方面理论上的适合 状况与程度，将空间生态因子相似区域进行识别筛 选和人为等级划分，忽视了原植物分布与实际生产 的历史地理变迁与微环境特征，可适用于大尺度土 地利用方式的评判。而生长适宜性区划是针对现有 ・划，二者是完全不能等同的概念。所谓的药材品质 区划（ｑｕａｌｉｔｙ ｒｅｇｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ），是指基于药材品质适 宜性（ｑｕａｌｉｔｙ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ）的生产不同质量药材的区 划。尽管可能存在植株长势好、药材产量高的区域 其质量也好的情况，但是药材的高产中心与高质中 ８６０・ 孙洪兵等：基于ＧＩＳ的羌活药材生产区划研究Ｉ．基于ＭａｘＥｎｔ和ＡｒｃＧＩＳ的羌活生长适宜性分析及评价 心分离或者偏离的现象也不少见。因为绝大多数药 材的活性物质是次生代谢产物，而次生代谢很大程 度上被认为是植物对逆境适应的结果 。黄璐琦 等在逆境理论与药材道地性的研究 中指出植物 积累次生代谢产物所需的适宜生境（药材品质适宜 性）与其生长发育的适宜生境（植物生长适宜性）可 能并不一致，甚至相反。因此，客观上要求对于药材 生产区划，不但要体现原植物的生长适宜性，即完成 生长适宜性区划，还应从药材品质与区域相关的角 度完成药材品质适宜性区划分析，然后在二者空问 相关的基础上才能作出合理的药材生产区划，而不 是单纯的生态（生境）适宜性区划所能完成的任务。 ４．２ ＭａｘＥｎｔ模型在中药材区划中的应用价值 ＭａｘＥｎｔ模型被广泛用于外来人侵物种的研究， 并取得很好的预测效果 ，近年来该模型被引用 到中药材生产适宜性区划研究当中 ，陈新美等指 出随着样本量越大，ＭａｘＥｎｔ模型预测精确度逐渐增 加，最后趋于稳定 ，Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ Ｐ Ａ等的研究表明 不同研究区域和尺度、不同生态因子和空间分辨率 以及不同生态环境特征会使得ＭａｘＥｎｔ模型在物种 预测的准确度和达到最大准确度时的样本量不 同 ，因而要想使ＭａｘＥｎ—ｔ模型预测结果更加准 确，样本量需根据物种的不同进行适当选取。羌活 是生态位狭窄的局域性分布物种，从本文研究结果 来看，模型预测结果与前期野外考察和文献记载基 本吻合 ，且相同条件下１０次ＭａｘＥｎｔ模型创建后 的ＡＵＣ值均接近１，且变异较小，因而ＭａｘＥｎｔ模型 用来模拟生态位较窄的物种时，即使样本分布数据 未达到完全覆盖，也可取得很好的预测效果。 ４．３关于生态因子与化学成分的相关性问题 本研究的相关性分析显示，羌活中羌活醇含量 与坡度和降水量呈正相关，异欧前胡素与坡度和降 水量则成负相关。其中，化学成分与降水量的相关 性分析结果与黄林芳等 利用偏最小二乘回归分 析和冗余分析方法得到的结果一致，即在一定范围 内，降水量增加有助于羌活醇含量的积累，而不利于 异欧前胡素的积累。而坡度与化学成分间相关性的 合理性有待商榷。根据野生羌活资源实地调查发 现，陡坡上生长的植株其药材化学成分含量高，可能 是因地势险要、采挖难度大，使植株得到更充分的生 长，比之易于采挖的缓坡，生长年限更长，成分含量 的积累也更高，由此可能导致将不同生长年限对药 材品质的影响当成坡度的影响进行分析，从而得到 一个假相关结果，这一分析结果应该通过坡度．化学 成分的专项田间试验加以验证。 ［致谢】 中国中医科学院中药资源中心张小波、朱寿东老 师在区划研究方法中的培训和指导，中国科学院成都生物研 究所周燕研究员在羌活药材化学分析检测方法的指导与 帮助。 ［参考文献］ ［１］溥发鼎，王萍莉，郑中华，等．重订羌活属的分类［Ｊ］．植物分 类学报，２０００，３８（５）：４３０． ［２］ 中国药典．一部［Ｓ］．２０１０：１７０． ［３］周毅，蒋舜媛，孙辉，等．羌活资源危机和保护［Ｊ］．中草 药，２００３，３４（１Ｏ）：１０９． ［４］ 蒋舜嫒，孙辉，周毅，等．羌活和宽叶羌活的环境土壤学研 究［Ｊ］．中草药，２００５，３６（６）：９１７． ［５］ 孙辉，蒋舜媛，周毅，等．药用植物羌活现状及其民族植物 学调查［Ｊ］．世界科技研究与发展，２００４，２６（６）：４２． ［６］蔡静芸，张明明，粟海军，等．生态位模型在物种生境选择 中的应用研究［Ｊ］．经济动物学报，２０１４，１８（１）：４７． ［７］ 杨海龙，李迪强，成钢，等．贵州梵净山黔金丝猴生境适宜 性评价［Ｊ］．安徽农业科学，２０１３，４１（８）：３４０３． ［８］ 刘振生，高惠，滕丽微，等．基于ＭＡＸＥＮＴ模型的贺兰山岩 羊生境适宜性评价［Ｊ］．生态学报，２０１３，３３（２２）：７２４３． ［９］齐增湘，徐卫华，熊兴耀，等．基于ＭＡＸＥＮＴ模型的秦岭山 系黑熊潜在生境评价［Ｊ］．生物多样性，２０１１，１９（３）：３４３． ［１０］Ｙａｎｇ Ｘ Ｑ，Ｋｕｓｈｗａｈａ Ｓ Ｐ Ｓ，Ｓａｒａｎ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｍａｘｅｎｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ｐｌａｎｔ．Ｊ ｔｉ— ｃｉａ ａｄｈａｔｏｄａ Ｌ．ｉｎ Ｌｅｓｓｅｒ Ｈｉｍａｌａｙａｎ ｆｏｏｔｈｉｌｌｓ［Ｊ］．Ｅｃｏｌ Ｅｎｇ， ２０１３，５１：８３． ［１ １］ Ｋｈａｎｕｍ Ｒ，Ｍｕｍｔａｚ Ａ Ｓ，Ｋｕｍａｒ Ｓ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｃｌｉ— ｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｎ ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ａｓｃｌｅｐｉａｄｓ ｏｆ Ｐａｋｉｓｔａｎ ｕｓｉｎｇ Ｍａｘｅｎｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｏｅｃｏｌ，２０１３，４９：２１． 『１ ２］ Ｇｒａｈａｍ Ｊ．Ａｍａｎｄａ Ｍ．Ｕｓｉｎｇ ｄｉｓｔｉｒｃｔ．１ｅｖｅｌ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｓ ｉｎ Ｍａｘ— Ｅｎｔ ｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｖａｓｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ａｎ ｅｘｏｔｉｃ ｉｎｓｅｃｔ ｐｅｓｔ ｉｎ Ｉｎｄｉａ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ａｇｒ，２０１４，１０３：５５． ［１３］ 冯益明，刘洪霞．基于Ｍａｘｅｎｔ与ＧＩＳ的锈色棕榈象在中国 潜在的适生性分析［Ｊ］．华中农业大学学报，２０１０，２９（５）： ５５２． ［１４］胡秀，吴福川，郭微，等．基于ＭａｘＥｎｔ生态学模型的檀香在 中国的潜在种植区预测［Ｊ］．林业科学，２０１４，５０（５）：２７． ［１５］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． ［１６］雷军成，徐海根．基于ＭａｘＥｎｔ的加拿大一枝黄花在中国的 潜在分布区预测［Ｊ］．生态与农村环境学报，２０１０，２６（２）： １３７． ［１７］ 岳茂峰，冯莉，田兴山，等．基于ＭａｘＥｎｔ的入侵植物刺轴含 羞草的适生分布区预测［Ｊ］．生物安全学报，２０１３，２２（３）： １７３． ［１８］何淑婷，白碧玉，但佳惠，等．基于ＭａｘＥｎｔ的南丹参在中国 ・８６ｌ・ ２０１５年３月Ｉ第４ＪＤ卷第５期 恩 曼 药 查 Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．５ Ｉ Ｍａｒｃｈ，２０１５ 的潜在分布区预测及适生性分析［Ｊ］．安徽农业科学，２０１４， ４２（８）：２３ｌ１． ｆ ｌ９］ 陈士林，索凤梅，韩建萍，等．中国药材生态适宜性分析及 生产区划［Ｊ］．中草药，２００７，３８（４）：４８１． 【２０］ 孙辉，蒋舜嫒，陈士林，等．高寒山区濒危药用植物羌活产 地适宜性及生产区划分析［Ｊ］．中国中药杂志，２００９，３４ （５）：５３５． ［２１］ 蒋舜媛，孙辉，周毅，等．宽叶羌活适生地分析及数值区划 研究［Ｊ］．中草药，２００９，４０（４）：６３８． ［２２］ 黄璐琦，郭兰萍．环境胁迫下次生代谢产物的积累及道地药 材的形成［Ｊ］．中国中药杂志，２００７，３２（４）：２７７． ［２３］ 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