3.4 羌活生長適宜性及等級劃分
所謂生長適宜性(growth suitability),是指從植物本身而言對適合其個體生長及種群繁衍的環境條件的要求,不僅包括土壤類型、氣溫與降水特征、光照特征、地形等區域尺度的生態因子,更主要是直接與植物生長相關的包括立地氣溫與土壤溫度特征、土壤濕度狀況、土壤養分狀況等微生態因子。通過對這種環境條件適合目標植物優劣程度的定量分析而劃分出不同的適宜性等級。課題組結合多年對羌活野生資源分布情況的調查研究,將羌活生長適宜區劃分為最適生區、較適生區、次適生區以及不適生區4個等級,並利用ArcGIS軟件中標準分級方案的自然斷點法確定相鄰適生區的界值,結合野外調查情況
將MaxEnt計算後得到的asc圖層文件加載到ArcGIS 10.0中,按照羌活生長適宜性等級評判標準繪製全國尺度下的羌活生長適宜性分布圖。
3.5 羌活藥材品質差異的區域性分析
對所測羌活藥材樣品化學成分含量進行分省統計,從含量趨勢來看,藥材中羌活醇含量遠高於異歐前胡素含量;不同產地的藥材品質存在一定差異,特別是傳統道地產區與其他主產區之間的差異更加明顯。但需要明確的是從該差異尚不能對羌活品質適宜性做出分析及評價,隻是從整體趨勢上說明藥材品質的區域性差異;以藥典規定的指標含量[2]為標準,從整體來說川產羌活品質最佳,與傳統及文獻記載相吻合。利用ArcMap模塊在生長適宜性圖上對所采集樣品的藥典指標含量進行空間可視化分析,可以看出,川產羌活的藥典指標成分含量總體高於其他產區,且該區域羌活的適生性也較高。
3.6 羌活生長適宜性區劃分析
從全國尺度下的羌活生長適宜性分布圖來看,四川省西北部的阿壩州地區為羌活最佳適生區,且集中連片。該區域主要為高海拔山地,可以選擇合適地帶開展羌活野生撫育或人工栽培。利用ArcGIS對生長適宜性分布圖與全國行政區劃圖疊加分析,計算得到羌活生長適宜區分省分布麵積統計,結果可以看出:最適生區總麵積約1.08×105 km2,該區內采集羌活藥材的羌活醇和異歐前胡素的總含量的均值為2.0%,高於2010年版《中國藥典》中規定的該指標含量標準(0.40%)[2]。該區域主要包括四川省阿壩州的小金、馬爾康、黑水、理縣、鬆潘和甘孜州的丹巴、康定等縣,約占最適生區總麵積的72.6%;其他集中在甘肅、青海及西藏3省的交界處,約占最適生區總麵積的21.7%;除此之外MaxEnt模型還預測出中國台灣中部山脈區也有羌活生長的最適宜區。較適生區主要在四川省甘孜州與阿壩州交界處,以及青海省與西藏昌都地區交界的連片區域,麵積約0.96×105 km2,該區域的藥材品質符合藥典標準。在內蒙古的包頭市附近、河北、河南以及湖北等地也有羌活較適生區,與文獻記載相符合,課題組在對全國17大藥材專業市場的調查中也發現有源自這些產地的商品藥材出售,但貨源量不大,品質亦不佳。
4 討論
4.1 植物的生長適宜性與藥材的品質適宜性
本文基於藥材基原植物生長適宜程度而提出的生長適宜性區劃,有別於目前藥材生產區劃分析中常見的基於生態因子評價提出的產地適宜性區劃或生態適宜性區劃[19-21],與藥材品質適宜性區劃相結合,在藥材生產中更具有指導意義。因為生態(境)適宜性區劃是對大尺度的空間生態因子適合狀況與程度而言,是指特定區域土地對於某種土地利用方式(或者植物種植)在生態要素方麵理論上的適合狀況與程度,將空間生態因子相似區域進行識別篩選和人為等級劃分,忽視了原植物分布與實際生產的曆史地理變遷與微環境特征,可適用於大尺度土地利用方式的評判。而生長適宜性區劃是針對現有潛在分布區域,對植物本身直接相關因子,特別是微生態因子以及與植物生長相關的局地環境條件進行客觀綜合分析和等級劃分,是在符合客觀實際與局地環境特征基礎上的一種區劃方法,適用於特定區域特定植物的適宜性評價。
同時還應看到,最適生長區是指適合植株生長、發育和繁殖的區域,不一定是藥材品質最好的區域,因此,認為藥材區劃中應該區別開原植物的生長區劃(很多研究中等同於生態區劃)與藥材的品質區劃,二者是完全不能等同的概念。所謂的藥材品質區劃(quality regionalization),是指基於藥材品質適宜性(quality suitability)的生產不同質量藥材的區劃。盡管可能存在植株長勢好、藥材產量高的區域其質量也好的情況,但是藥材的高產中心與高質中心分離或者偏離的現象也不少見。因為絕大多數藥材的活性物質是次生代謝產物,而次生代謝很大程度上被認為是植物對逆境適應的結果[22]。黃璐琦等在逆境理論與藥材道地性的研究[22]中指出植物積累次生代謝產物所需的適宜生境(藥材品質適宜性)與其生長發育的適宜生境(植物生長適宜性)可能並不一致,甚至相反。因此,客觀上要求對於藥材生產區劃,不但要體現原植物的生長適宜性,即完成生長適宜性區劃,還應從藥材品質與區域相關的角度完成藥材品質適宜性區劃分析,然後在二者空間相關的基礎上才能作出合理的藥材生產區劃,而不是單純的生態(生境)適宜性區劃所能完成的任務。
4.2 MaxEnt模型在中藥材區劃中的應用價值
MaxEnt模型被廣泛用於外來入侵物種的研究,並取得很好的預測效果[23-25],近年來該模型被引用到中藥材生產適宜性區劃研究當中[26],陳新美等指出隨著樣本量越大,MaxEnt模型預測精確度逐漸增加,最後趨於穩定[27],Hernandez P A等的研究表明不同研究區域和尺度、不同生態因子和空間分辨率以及不同生態環境特征會使得MaxEnt模型在物種預測的準確度和達到最大準確度時的樣本量不同[28],因而要想使MaxEn-t模型預測結果更加準確,樣本量需根據物種的不同進行適當選取。羌活是生態位狹窄的局域性分布物種,從本文研究結果來看,模型預測結果與前期野外考察和文獻記載基本吻合[20],且相同條件下10次MaxEnt模型創建後的AUC值均接近1,且變異較小,因而MaxEnt模型用來模擬生態位較窄的物種時,即使樣本分布數據未達到完全覆蓋,也可取得很好的預測效果。
4.3 關於生態因子與化學成分的相關性問題
本研究的相關性分析顯示,羌活中羌活醇含量與坡度和降水量呈正相關,異歐前胡素與坡度和降水量則成負相關。其中,化學成分與降水量的相關性分析結果與黃林芳等[29]利用偏最小二乘回歸分析和冗餘分析方法得到的結果一致,即在一定範圍內,降水量增加有助於羌活醇含量的積累,而不利於異歐前胡素的積累。而坡度與化學成分間相關性的合理性有待商榷。根據野生羌活資源實地調查發現,陡坡上生長的植株其藥材化學成分含量高,可能是因地勢險要、采挖難度大,使植株得到更充分的生長,比之易於采挖的緩坡,生長年限更長,成分含量的積累也更高,由此可能導致將不同生長年限對藥材品質的影響當成坡度的影響進行分析,從而得到一個假相關結果,這一分析結果應該通過坡度-化學成分的專項田間試驗加以驗證。