中药太子参Pseudostellariae Radix具有益气健脾、生津润肺的功效。野生资源主要分布在东北、华北、华中、华东地区，如辽宁、内蒙古、河北、山东、安徽、江苏、河南、江西等省区^[1]。随着野生资源的稀缺，现今太子参在中医临床配方、中成药、保健药品生产中所用药材均来自栽培资源。目前全国比较大的太子参栽培产区有山东、安徽、江苏、福建、贵州，其中以安徽宣城、福建柘荣、贵州施秉所产药材占据太子参药材商品市场的主流。

太子参因药性温和，可药食两用，向保健食品、化妆品发展的趋势也在加强。以贵州为例，随着近五年来太子参药材商品价格的不断攀升，十余个县市行政区拟以发展太子参药材种植作为推动地方经济发展的手段之一。而作者前期在分析太子参资源现状、生物学特性，探讨药材品质变化的因素中，发现太子参在生产种植上缺乏合理布局，受人为主观因素影响较大，再加上太子参存在连作障碍，每年都面临重新选地和产区扩大等问题。而已有的研究报道显示，各地栽培太子参药材中的有些次生代谢产物含量差异显著^[2]。因此，依据药材治疗功效，在明确品质特征基础上，选择合理的生产种植区域，方能有效保证太子参栽培药材的产量和质量。

生态适宜性区划是基于中药资源和生态环境因子，对中药资源的空间分异规律进行的区域划分，可为中药材科学选址和适宜性种植提供参考。现代药理研究已证明，太子参多糖具有抗应激、抗疲劳、增强免疫力的功效^[3]，这与太子参药材益气健脾、补气生津的功效是相一致的，而有学者研究发现不同栽培产区太子参药材中的多糖含量差异并不明显^[4]，同时，还发现太子参药材外观越饱满的块根中多糖含量越高^[5]，符合市场对太子参药材商品等级划分的要求，可作为太子参药材内外品质的评价指标。鉴于目前太子参在生产布局方面存在的问题及生态适宜性区划研究方法的日渐成熟，本文以太子参药材目前的适宜产区为基础，运用ArcGIS和Maxent模型，以气候因子、土壤因子、地形因子和植被类型数据为研究基础，筛选出太子参多糖含量较高的产区，进行生态适宜性区划，实现既能保证太子参药材质量又能满足适宜种植生长的区划指导。

1 材料与方法 1.1 样品材料

2013年7—8月太子参药材采收期，于山东、福建、安徽、江苏、贵州共5个太子参栽培地区进行实地采样。在福建采集样品13份，江苏采集样品3份，安徽采集样品10份，贵州采集样品16份，山东采集样品4份，用于生态适宜区划分析的样品共计46份。

1.2 环境因子数据选取

本研究所用环境因子数据库为《中药资源空间信息网格数据库》，由中国中医科学院中药资源中心道地药材国家重点实验室提供。各环境因子的选取主要是依据对太子参药材产量和质量有重要影响的环境因子。

太子参喜温暖湿润气候，怕高温，抗寒力强，忌强光，有低温发芽、越冬的特性，在-20 ℃也可安全越冬。在选择区划因子时可选取极端温度如最暖季平均温、最冷季平均温等指标。太子参喜阴湿环境，气候的湿润度和光照强度也是影响太子参生长的重要因素^[6]。地形因子和土壤因子与太子参的生产种植息息相关，对于科学选址具有重要意义^[7-8]。此外，王晓鹏等人研究发现太子参群落物种多样性与太子参的生态环境及其生物学特性直接相关^[9]。故本文选取了温度、降水、日照等共17个生态因子。

因此，本文综合考虑太子参适宜种植区域和药材质量，选取了气候因子、土壤因子、地形因子及植被类型4个方面的环境因子数据用于全国太子参生态适宜性区划分析。其中，气候因子数据是根据1950—2000年间的气象观测数据插值而成(分辨率1 km),包括气温、降水等共16个气候因子。土壤因子数据根据第二次全国土地调查提供的《1∶100万中华人民共和国土壤图》(1995年编制)制成，土壤分类系统为FAO-90，主要包括土壤类型、土壤pH值、土壤含沙量、土壤含粘土量、土壤阳离子交换能力、土壤有效含水量等级、有机碳含量。地形因子数据包括高程、坡度、坡向，此外还有植被类型数据。

1.3 太子参多糖含量测定^[4] 1.3.1 仪器与试剂

GBC Cintra 20紫外分光光度计(澳大利亚照生公司)。无水葡萄糖标准品(中国药品生物制品检定所，批号：110833—201205)；浓硫酸、苯酚、乙醇均为分析纯。

1.3.2 对照品溶液制备

精密称取干燥至恒重的葡萄糖对照品15.07mg于25mL的量瓶中，用水定容，即得质量浓度为602.8μg/mL的对照品溶液。

1.3.3 供试品溶液的制备

取本品粗粉约0.1g，精密称定，置100mL圆底烧瓶中，加80%乙醇70mL，置水浴中加热回流30min，趁热滤过，将残渣及滤纸置烧瓶中，加水80mL，置90℃水浴中热浸1h，趁热滤过，残渣用热水洗涤3次，每次5mL，洗液并入滤液，放冷，转移至100mL量瓶中，加水至刻度，摇匀，精密量取20mL，转移至50mL量瓶中，加水至刻度，摇匀，即得供试品溶液。

1.3.4 多糖的含量测定

精密量取上述对照品和供试品溶液各2.0mL，分别置25mL试管中，精密加入4%苯酚溶液1mL，混匀，迅速滴加浓硫酸各5mL，摇匀，放置室温。于487nm处测定，共测太子参样品46份。

1.4 区划分析方法

本研究首先46份采样地的多糖进行聚类分析，筛选得到多糖含量较高的产地，再对筛选到的采样地利用空间信息分析技术(ArcGIS)对全国栽培太子参进行空间数据分析，并结合最大信息熵模型(Maxent)进行适生区域的模拟。

2 结果与分析

各采样地太子参经纬度及多糖含量信息见表1。

2.1 基于多糖的太子参采样点筛选

聚类分析结果显示，当聚类距离为5时，46个样地的多糖含量聚为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4类，其中Ⅳ类的23(安徽宣城黄渡乡)和40(贵州余庆)样地的多糖含量最低，可筛掉这一类；Ⅲ类中的21(安徽六安市)、27(贵州施秉新红村)和31(贵州施秉下翁哨村)样地的多糖含量最高，可保留；其余两类样地又可分为① 、② 、③ 、④ ，依据多糖含量高低，② 这一类的多糖含量最高，而① 和④ 的多糖含量均在31%左右，综合考虑到不同产区样地代表性和多糖含量，故筛掉多糖含量低的③ 类中的17(安徽霍山县古桥畈村1)、41(贵州施秉甘溪乡)等10个样地，最后筛选得到的样地共计34个(表2)。对34个产地不同省区多糖比较可以看出(图2)，5个省区的太子参多糖含量差异不大，均在31%—32%左右，且以贵州省的多糖含量最高(32.94%)，山东省的最低(31.44%)。34个产地的太子参药材质量均差异性不大(5.91%)，可以看作全国太子参的代表性产区。因此，将34个太子参药材质量较好的采样点进行数据处理及格式转换，用于太子参的生态适宜性区划分析。

2.2 环境因子指标的筛选

本研究共选取了27个环境因子指标。基于筛选得到的34个采样点信息，通过Maxent模型第一次运算后，得到各环境因子的贡献率(表3)。贡献率的大小代表各环境因子对模型模拟结果的重要性。从表3可以看出，最干月降水量指标贡献率最大，达到65.8%，这表明干旱对太子参长势和质量影响较大。贡献率大小进行筛选，得到最干月降水量、土壤类型、年平均气温、坡向、等温性、最暖季降水量、植被类型、最暖季平均温、最湿季降水量共9个环境指标，用于下一步的数据分析。

将筛选得到的9个环境因子指标进行第二次模型分析预测，得到全国太子参生态适宜性区划分析结果，利用ArcMap中的自然区间分类法将模型计算得到的生境适宜度进行聚类分析，分为最适宜区、适宜区和不适宜区(图3)。由图中可知，绿色区域代表不适宜太子参种植，红色区域则最适宜太子参种植。因此，太子参适宜种植区主要集中在东南部，其中最适宜区主要集中在贵州省大部分，重庆与湖南、湖北接壤处，河南南部，安徽西部，江苏中部，福建东北部以及浙江部分区域。

根据Maxent模型分析，得到9个环境因子对太子参分布影响的重要性(表4)，最干月降水量对太子参区划的影响最大，贡献率达68.4%，植被类型和最湿季降水量的贡献率最小，仅为1.7%。按照贡献率从大到小的顺序以及贡献率差值大小，选取最干月降水量、土壤类型、最暖季平均温、等温性这4个指标进一步分析研究。

2.3 太子参适宜生境的筛选

通过Maxent模型分析，得到不同环境因子对太子参存在概率的响应曲线，各环境因子对太子参栽培种植的影响程度各不相同，其中纵坐标越大，代表环境因子范围越适宜太子参种植，存在的概率也就越大。本研究选取对太子参分布影响较大的最干月降水量、土壤类型、最暖季平均温、等温性4个环境因子进行单一指标的生境适宜度分析，筛选最佳适宜生境范围(图4—图7)。

最干月降水量是决定太子参分布的重要影响因素，根据最干月降水量响应曲线，得到最干月降水量的最适宜范围为20—60mm。依据相同方法对其他6个环境因子进行分析，得到最适宜太子参生长的土壤类型代码为20(不饱和薄层土)、65(饱和粘磬土即黄棕壤)、74(深色淋溶土即黄壤)、126(黄红壤)；最暖季平均温为21.5—30.5°C；等温性为昼夜温差月均值与年均温变化范围的百分比，其值在18%—35%。通过上面环境因子范围划分后，得到了太子参最适宜的生境条件，可在人工调控下指导种植。

2.4 适宜性区划结果的评价分析

ROC曲线分析方法在物种潜在分布模型的评价中应用较为广泛^[10]。ROC曲线下的面积为AUC值，取值在0.5—1.0之间。AUC值越大表示环境变量与预测的物种地理分布模型之间的相关性越大，即模型的预测效果越好。一般，AUC值在0.9—1.0范围内，表示预测效果极好；0.8—0.9表示预测效果好，0.7—0.8表示效果一般，而0.7以下的则模型预测的效果较差^[11]。由图8可知，训练集的AUC值为0.993，测试集的AUC值为0.975，说明本研究所得的栽培太子参生态适宜种植区划分析结果是准确的，可为太子参的生产布局提供一定的理论依据。

2.5 生境适宜度及环境因子与化学成分的相关性分析

通过区划分析及数据的提取，得到全国各采样点的太子参生境适宜度。结果显示，不同采样点太子参生境适宜度差异较大，其中安徽六安舒城县马河口镇杨家村的样品生境适宜度最大，为87.3114%，其多糖含量为31.13%；江苏镇江丹徒高资镇的太子参样品生境适宜度最小，仅为7.9118%，但其多糖含量较高，达33.42%。通过ArcMap提取了34个采样点的最湿季降水量、最暖季降水量、最暖季平均温、最干月降水量及年平均气温5个对太子参生长贡献率较大的连续型气候因子数据。相关分析结果显示，生境适宜度与5个气候因子均无显著相关性(P>0.05)，且多糖也与其他指标无显著相关性(P>0.05)。说明太子参多糖这一指标与环境因子的相关性不明显，不是环境主导型的化学成分指标。

3 讨论与结论

在生态适宜区划研究中，生态位理论的模型已有较多应用，其原理主要是利用已有的物种分布资料和生态数据产生以生态位为基础的物种生态需求，探索物种已知分布区的环境特征与潜在分布区域的非随机关系。曹向峰等^[12]采用GARP、Maxent、ENFA、Bioclim和Domain5个模型预测黄顶菊的潜在分布区，结果Maxent模型的模拟精度最好。同时，Maxent模型也是目前区划研究中应用较多的信息熵模型。因此，本研究选用Maxent模型对全国太子参进行生态适宜区划，由ROC曲线得到的AUC预测值均达到0.9，验证该模型是可靠、准确的，且结果具有较高的可信度。

通过对环境指标的优选并结合生产实际，得到太子参优生生长环境：最适宜的最干月降水量为20—60mm；土壤类型为不饱和薄层土(Dystric Leptosols)、饱和粘磬土即黄棕壤(Eutric Planosols)、深色淋溶土即黄壤(Chromic Luvisols)、黄红壤(Ferric Alisols)；最暖季平均温为215—305mm最适宜太子参生长；等温性(昼夜温差月均值与年均温变化范围的百分比)为18%—35%。

传统的中药材市场是以外观品质作为定价依据，已有的研究表明多糖含量的高低可间接反映药材品质的好坏^[13-14]。因此，基于太子参多糖指标进行生态适宜区划，在验证基于环境因子区划结果准确性的同时，可达到既满足适宜种植生长又保证药材质量的目的。从本文分析结果来看，太子参最适宜的种植区主要有：贵州省黔东南州的雷山县、施秉县、黄平县、凯里市、麻江县、丹寨县，黔南州的福泉市、都匀市、龙里县、贵定县、瓮安县、平塘县东部，贵阳市清镇市、修文县、息烽县、开阳县，毕节黔西县、金沙县，遵义市汇川区、红花岗区、遵义县、仁怀市东南部、湄潭县、桐梓县中部，铜仁松桃县。重庆市黔江区、酉阳县、彭水县。四川省乐山市马边县，眉山市乐寿县，成都市崇州市、双流县。湖南省常德市石门县，张家界市桑植县，湘西州龙山县、花垣县。河南省南阳市桐柏县，驻马店市泌阳县，信阳市平桥区、潢川县、固始县。安徽省六安市，宣城市宣州区、广德县、泾县，黄山市黄山区。江苏省镇江市句容县，南京市江宁区，南通市海安县、如皋县，泰州市兴化县、泰兴市、姜堰市，盐城市盐都区。浙江省湖州市长兴县、安吉县，杭州市萧山区，绍兴市新昌县，台州市天台县。福建省宁德市福鼎市、福安市、寿宁县、柘荣县、霞浦县、蕉城区、屏南区，福州市晋安区、罗源县、连江县、闽侯县、永泰县，南平市建瓯市、政和县、蒲城县，泉州市德化县，龙岩市连城县东部。江西省赣州市崇义县，郴州市桂东县中西部。此外，山东临沂市和台湾桃园县、花莲县等地区也适宜种植。

中药材质量优劣不仅与生物因素有关，环境因素也是影响其品质好坏的重要方面。药材的产地环境与药材的质量和产量密切相关。现今太子参的栽培主产区也是经过对环境的长期适应而逐渐形成的。已有较多关于中药材质量与环境的相关分析报道，均表明环境条件对于药材质量的重要性^[15-17]。生境适宜度的高低可间接反映栽培太子参适宜生长种植的情况，已作为评价生态适宜区种植好坏的重要指标，对指导太子参的科学选址具有重要意义。相关性分析表明，生境适宜度和多糖含量与最湿季降水量、最暖季降水量、最暖季平均温、最干月降水量及年平均气温等5个环境因子相关性不明显，可推测出生境适宜度并不受单一因素影响，而是多因素综合作用的结果，同时还可得出多糖并不是环境主导型的药效成分。此外，寻找环境主导型的太子参药材药效组分，对于合理区划生态布局、科学种植及尝试药材定向培育具有重要指导意义。