基于Maxent和ArcGIS预测川贝母潜在分布及适宜性评价

川贝母(Fritillaria cirrhosa D.Don)为百合科(Liliaceae)贝母属(Fritillaria L.)多年生草本植物,其干燥鳞茎为名贵中药材,具有重要的药用价值,但目前野生资源几近枯竭。本文结合川贝母108个地理分布记录和16项环境因子,应用最大熵模型(Maxent)和地理信息系统(ArcGIS 9.3),预测了川贝母在我国的潜在适生区及其适生等级。结果显示,川贝母的潜在适生区主要分布在四川的西南、云南的西北和西藏的东南等地区,贵州的西北和甘肃的西南部分地区有零星分布。其中,川贝母最适宜分布区集中在四川(凉山和阿坝)、云南(楚雄、大理和迪庆)和西藏(林芝、山南和日喀则)等地区(适生指数0.5)。等温性(模拟贡献率,20.2%)、年均降水量(16.6%)、海拔(14.3%)、温度季节性变化的标准差(14.2%)、1月最低气温(10.9%)和土壤pH值(7.9%)是影响川贝母分布最主要的6个环境因子。综合分析表明,川贝母最适宜生长在年温差小而日温差大的高原或山区,海拔2500~3500 m、年均降水量为850~950 mm、1月份最低温度在-3.5~4.7℃和土壤偏酸性(pH=6.66)是川贝母最适宜生长的生态位参数。上述研究结果对于适生区开展川贝母野生抚育和种植区划及标准化栽培具有重要的指导意义。     

新疆贝母潜在分布区域及生态适宜性预测

基于新疆贝母的62个自然分布点和15个环境因子,利用Arc GIS软件和最大熵模型(MAXENT),预测、分析了该植物在基准气候1961—1990及2050 (2041—2060,基于RCP2.6和RCP6.0情景)条件下的潜在适生区、驱动因子及其生态位参数。结果表明:(1)基准气候下,新疆贝母的适生区主要集中在阿勒泰地区、准噶尔盆地西部、南部、阿拉山口西南部、伊犁河谷南部及吐鲁番盆地西部地区。其中,最适宜的分布主要集中在准噶尔盆地西南部、塔城地区和伊犁河谷中部和南部;(2)新疆贝母在2050时段气候情境下的潜在分布范围与基准气候相比,将分别增加0.94%和0.23%,新增的潜在生境主要分布在准噶尔盆地西部。但最适生的分布区将在伊犁河谷中部、南部及塔城地区略有减少(0.42%和0.39%);(3)年平均降水量、最干月降水量、最干季平均气温和海拔主要限制了新疆贝母的潜在分布,累积贡献率之和达88.58%;基准气候下该植物最适宜分布区的生态位参数为:年平均降水量248—469 mm,最干月降水量3—19 mm,最干季平均气温-22.7—-2.0℃,海拔1350—2100 m。     

不同基原的中药川贝母生境适宜性分布

利用最大熵模型与GIS技术,结合生态环境数据和中药川贝母4个基原(川贝母、甘肃贝母、梭砂贝母和暗紫贝母)的实际地理分布信息,预测不同基原中药川贝母的生境适宜性空间分布并进行等级划分。结果表明:海拔是影响不同基原中药川贝母生境适宜性最重要的生态因子,海拔对川贝母、甘肃贝母、梭砂贝母和暗紫贝母生境适宜性的贡献率分别达到了38.8%、44.9%、51.1%和52.6%,川贝母的适宜生境主要分布在海拔1850~4550 m的地区,而其他3个基原的中药川贝母大都适宜生长在海拔2800 m以上的高山地区;中药川贝母最适宜生境集中分布在四川、西藏、甘肃、青海和云南5省,但不同基原在各省的分布面积和空间格局存在差异,在引种驯化和人工种植时需要对不同基原进行区分。     

青藏高原东缘野生暗紫贝母生物量分配格局对高山生态环境的适应

从时空尺度研究了青藏高原东缘野生暗紫贝母(Fritillaria unibracteata)生物量分配特征对高山环境条件的生态适应。通过海拔梯度、群落类型、群落盖度、群落透光率4个变量的分析, 间接探讨了高山环境条件下水分、热量、光照和土壤养分等主要环境因子对暗紫贝母生物量分配的影响, 并主要研究了海拔梯度这一综合要素的生态效应。同时, 从时间尺度上研究了暗紫贝母不同生活史阶段的生物量分配模式, 以期了解不同发育阶段高山植物对于环境要素的适应特征。研究结果表明: 1)在一定的空间范围内, 4个环境变量中仅海拔梯度对暗紫贝母单株鳞茎生物量及总生物量的影响差异显著, 且生物量积累随海拔升高而减小。2)在空间尺度上, 海拔梯度为野生暗紫贝母生长的主要限制因子, 表明在高山地区热量条件对植物生长具有明显的制约作用, 同时不同生活史阶段的暗紫贝母其生物量分配模式对海拔梯度的响应也存在着一定的差异。2年生贝母的鳞茎生物量分配随海拔升高而降低, 叶生物量分配随之增加。3年生和4年生贝母鳞茎及叶生物量分配在不同海拔梯度上比较稳定, 而茎生物量分配随海拔升高而降低, 有性生殖(花)分配则随之而增加。各生活史阶段植株根生物量在不同海拔梯度上分配稳定。3)在时间尺度上, 不同生活史阶段贝母生物量分配模式存在显著差异。根和茎生物量分配随生活史阶段的增加而显著增加, 而鳞茎和叶生物量分配则随之显著减少。单株鳞茎生物量在3年生阶段达到最大。     

滇黄精的潜在分布与气候适宜性分析

为了解滇黄精(Polygonatum kingianum)的适宜生长区,运用Maxent模型模拟其潜在分布区,探讨其引种栽培的适宜气候条件。结果表明,预测模型的AUC值为0.974~0.980,表明模型具有良好的预测能力。滇黄精主要适生区位于我国西南地区,适生面积约81.34×10~4 km~2,占全国适生区面积的88.24%。云南的高度适生区面积最大(19.96×10~4 km~2);四川次之(5.49×10~4 km~2)。75%的高度适生区分布于海拔2 492 m以下的地区,3 400 m以上的地区不适宜于滇黄精生长。最冷月最低温度、7月最低温度、5-8月太阳辐射、最干月降水量、4月和9-11月平均降水量是限制滇黄精分布的主要气候变量。因此,海拔1 400~2 100 m的亚热带地区是滇黄精最适宜的生长区。     

基于MaxEnt和ArcGIS对太白米的潜在分布预测及适宜性评价

利用最大熵生态位模型(MaxEnt)与地理信息系统(ArcGIS),结合89个太白米地理分布数据、28个气候因子以及6个与太白米生长相关的土壤因子,对太白米在我国的潜在分布和适宜等级进行了预测。结果表明:太白米的最适生区(适宜系数0.5)主要集中分布在四川(阿坝、甘孜和凉山,51813 km2)、云南(迪庆和丽江,15889 km2)、陕西(太白,16131 km2)、西藏(林芝、山南和日喀则,17748 km2)和甘肃(陇南,12184 km2)等地区。ROC曲线的AUC=0.979,表明预测结果可信度高。影响太白米分布的主要环境因素有年均降水量(贡献率38%)、海拔(32.1%)、1月最低温(7.6%)、1月降水量(6.8%)、土壤pH值(3.9%)等,太白米最适宜区环境参数为:年均降水量870 mm,海拔2550 m,1月最低温-6.3℃,1月降水量5.3 mm,土壤pH=6.77。     

四川省岷江冷杉对气候变化的响应及其潜在分布格局

四川省是我国气候变化的敏感区之一,区域气候的暖干化趋势严重影响植物物种组成与分布。岷江冷杉(Abies faxoniana)作为我国特有种,其分布的动态变化对气候变化具有十分重要的指示作用。基于现有岷江冷杉分布数据、气候、土壤、地形等环境因子,运用最大熵模型(MaxEnt)预测当代气候条件下岷江冷杉潜在分布区,并分析未来时期(2050s和2070s)不同气候变化情景下(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)岷江冷杉潜在适生分布区,筛选影响岷江冷杉分布的主导环境因子及阈值,探讨岷江冷杉分布对气候变化的响应机制。结果表明：(1)当前岷江冷杉的高适生区集中分布于岷江流域上游地区,在未来两个时期岷江冷杉潜在中、高适生区的面积较当代气候条件下适生区面积均有所增加,且适生区总体向四川南部扩张,北部适宜生境丧失。(2)岷江冷杉潜在中适生区在低排放浓度下(RCP2.6)面积占比最高,而潜在高适生区在高排放浓度下(RCP8.5)的面积占比最高。(3)影响岷江冷杉分布的主要环境因子分别是：降水季节性变异系数、气温年变化幅度、年降水量和海拔(累计贡献>70%)。适宜岷江冷杉潜在分布的环境条件是气温...     

中国连香树(Cercidiphyllum japonicum)生态适宜区及种群特征

连香树为国家二级保护植物,其种群自然更新困难且分布不连续。预测其潜在适生区可为划定不同区域连香树的保护和管理单元提供科学依据。本文根据连香树在中国的地理分布数据,结合22个环境因子,应用最大熵模型(MaxEnt)预测连香树在中国的潜在适生区,同时对比分析不同区域的连香树种群结构特征,探讨影响连香树现状分布及种群特征的生态因子。结果表明:连香树的潜在适生区主要集中于四川盆地西部边缘地区、神农架地区、秦巴山脉地区以及华东孤立的山地;气候因子和地形因子共同影响着连香树的分布,年均降水量、最冷月最低温、坡度和海拔对连香树潜在适生区影响最大;经主成分排序分析,11个调查地点的种群大致可划分为3组,即秦岭-大巴山脉种群、四川盆地西部边缘种群、中国东部地区种群;种群密度和存活率与环境因子的关系随连香树的不同生长阶段发生变化,连香树种群特征在生长前期与气候因子的相关性较强。     

基于地理信息系统的红火蚁在中国适生区的预测

应用地理信息系统(GIS)对红火蚁在中国的适生区进行了预测.以高于发育起点温度的天数和有效积温作为决定性因子,年均降水量、海拔高度作为限制性因子,应用GIS中的Kriging空间插值功能将红火蚁在我国的适生性分布情况分为高度适生区、适生区、轻度适生区和非适生区.结果表明,广东大部、广西中南部、云南南部的少数地区、海南、台湾、香港和澳门是红火蚁的高度适生区.云南南部、两广北部、河南最南部、安徽西部、浙江大部、湖北中东部、重庆、湖南、江西和福建是红火蚁的适生区.轻度适生区分布于河北中东部、山东中东部、北京、天津、江苏中北部、安徽大部、河南大部、浙江西北部、湖北西北部、陕西南部、四川东部、贵州中西部和云南中部的少数地区.我国的西北、东北和华北的大部分地区为红火蚁的非适生区.     

基于MaxEnt濒危植物独叶草的中国潜在适生分布区预测

独叶草(Kingdonia uniflora Balf.f.et W.W.Smith)属毛茛科独叶草属多年生草本植物,属国家二级濒危保护植物。近年来,随着森林采伐和人类活动加剧生境的破碎化,独叶草自然分布区迅速缩减,存在濒临灭绝的风险。预测独叶草潜在的适宜分布区,对于合理保护和利用独叶草具有重要意义。本文结合64份独叶草的标本地理信息和14个环境因子参数,应用最大熵模型(Max Ent)和地理信息技术(GIS),对独叶草在中国的潜在适生分布区和影响分布的关键环境因子进行了预测。受试者工作特性曲线(ROC)分析法的AUC值为0.990,表明Max Ent模型预测可靠性极高。预测结果显示,独叶草最适潜在分布区主要在陕西秦岭北坡(眉县,太白县)、四川省的邛崃山(理县,马尔康县)和大凉山(马边彝族自治县),云南东北部和贵州西北部交界的大娄山(金沙县)和乌蒙山(赫章县)部分地区(适生指数0.5)。刀切法检测(Jackknife test)分析表明,影响独叶草适生分布的关键环境因子包括年均降水量(贡献率33.1%)、海拔(22.3%)、温度季节性变化的标准差(11.4%)、降水量变异系数(7.2%)、土壤p H(5.4%)、1月最低温(5.1%)和土壤碎石百分比(4.9%)。适生区环境参数综合统计分析表明,独叶草最适宜生长在高海拔(1646~2810 m)、年均降水量大(856 mm)、1月最低温适中(-7.2℃)和土壤偏酸性(p H 6.89)的地区。上述研究结果将为在最适生区通过合理规划自然保护区来保护独叶草野生资源提供理论依据。     

青海省冬虫夏草资源适宜性区划分析

冬虫夏草是青藏高原的珍稀物种,具有较高的药用和经济价值,然而其资源的数量特征、空间分布格局及适宜度尚不清晰。本研究以青海省冬虫夏草资源生境条件为依据,以海拔、植被、土壤、气温和降水量作为主要指标,利用地理信息系统(geographic information system,GIS)的空间分析方法对青海省冬虫夏草资源适宜性及空间分布进行分析,并用野外实地采样进行验证。研究表明：玉树州的玉树市、杂多县、称多县、曲麻莱县;果洛州的玛沁县、达日县、甘德县等区域多处在适宜区;海北州的祁连县、刚察县,黄南州的泽库县、河南县、同仁县,玉树州的治多县、囊谦县,海南州的兴海县、同德县、贵南县及其他产冬虫夏草县的部分区域为较适宜区;西宁市的大通县,海东市的互助县和海西州的低海拔地区为不适宜区。整个青藏高原具有冬虫夏草分布面积占当地县域国土面积的76.2%。在青海省具有冬虫夏草分布的地区(市/州)中,玉树州和果洛州冬虫夏草分布的面积占当地县域国土面积的88.3%-99.6%,海北州、海东市、海南州、海西州、黄南州和西宁市冬虫夏草分布面积占当地县域国土面积的30.2%-96.5%。综合区划图能比较真实地反映青海省冬虫夏草资源的空间分布格局,区划结果与实地调查结果相符,表明利用空间分析方法进行冬虫夏草资源的适宜性分布区域的划分是可行的,该研究为合理开发和科学利用冬虫夏草野生资源提供理论依据。     

A survey of the geographic distribution of Ophiocordyceps sinensis

Ophiocordyceps sinensis is one of the best known fungi in Traditional Chinese Medicine. Many efforts have been devoted to locating the production areas of this species resulting in various reports; however, its geographic distribution remains incompletely understood. Distribution of O. sinensis at the county level is clarified in this work based on both a literature search and fieldwork. More than 3600 publications related to O. sinensis were investigated, including scientific papers, books, and online information. Herbarium specimens of O. sinensis and field collections made by this research group during the years 2000-2010 were examined to verify the distribution sites. A total of 203 localities for O. sinensis have been found, of which 106 are considered as confirmed distribution sites, 65 as possible distribution sites, 29 as excluded distribution sites and three as suspicious distribution sites. The results show that O. sinensis is confined to the Tibetan Plateau and its surrounding regions, including Tibet, Gansu, Qinghai, Sichuan, and Yunnan provinces in China and in certain areas of the southern flank of the Himalayas, in the countries of Bhutan, India and Nepal, with 3,000 m as the lowest altitude for the distribution. The fungus is distributed from the southernmost site in Yulong Naxi Autonomous County in northwestern Yunnan Province to the northernmost site in the Qilian Mountains in Qilian County, Qinghai Province, and from the east edge of the Tibetan Plateau in Wudu County, Gansu Province to the westernmost site in Uttarakhand, India. The clarification of the geographic distribution of O. sinensis will lay the foundation for conservation and sustainable use of the species.     

气候变化下矩镰荚苜蓿的地理分布格局及潜在适生区预测

该研究基于标本和文献信息,选取19个环境因子和1个海拔因子,利用ArcGIS软件和MaxEnt模型对矩镰荚苜蓿(Medicago archiducis nicolai)在5个气候情景(末次间冰期、末次盛冰期、全新世纪中期、当前和未来气候)下的地理分布进行空间重建,模拟预测了气候变化背景下的分布格局和潜在适生区变迁。预测结果显示：(1)当前气候下,矩镰荚苜蓿集中分布在青藏高原东缘与黄土高原的交汇地带,具体包括青海东部 南部、甘肃中部 西南部、四川西北部、宁夏南部、西藏东部和陕西西部边缘。(2)高海拔、寒冷和干燥是矩镰荚苜蓿适生区的主要环境特征。(3)不同气候下潜在适生区的总面积变化相对稳定,但高度适生区对气候变化较敏感,从末次间冰期到末次盛冰期,高度适生区从青海东部的河湟谷地向甘肃中部的洮河谷地东移,全新世纪中期又西移至河湟谷地,但始终没有迁离出陇中盆地。(4)未来气候(2070s)背景下,矩镰荚苜蓿的高度和中度适生区面积较当前气候有小幅增加,但潜在适生区面积和分布格局仍保持稳定。研究表明,在青藏高原东缘地带,由昆仑山、祁连山和秦岭三大山脉造就的高原盆谷,为矩镰荚苜蓿提供了安全的就地避难所,形成了其独特而稳定的狭域分布格局,未来气候变化(2070s)对该植物不会造成很大威胁。     

西藏列当科新记录属——豆列当属

在西藏八宿县然乌镇安久拉山垭口进行植物多样性调查时,发现一种寄生植物,经过查阅文献、核对模式标本,最终鉴定为列当科(Orobanchaceae)豆列当属(Mannagettaea)植物矮生豆列当(Mannagettaea hummelii H. Smith)。该种分布在中国及俄罗斯(萨彦岭地区),国内记载仅分布在甘肃、青海、四川;西藏为新记录属。该发现丰富了西藏的植物区系,同时将矮生豆列当分布海拔提升至4 459 m。凭证标本现存于中国科学院昆明植物研究所标本馆(KUN)。     

磨沟墓地古代居民头骨的形态学分析

本文对甘肃省甘南藏族自治州临潭县磨沟墓地保存情况良好的295例成年个体进行了头骨形态学的分析,其中283例(男性164例,女性119例)个体来自齐家文化时期的墓葬,距今大约4000~3500年,12例个体(男性7例,女性5例)出自寺洼文化时期的墓葬,大约距今3500~3000年,磨沟组齐家文化居民和寺洼文化居民在体质特征上具有一致性,接近现代亚洲蒙古人种中的东亚类型。在与若干近代组和古代组的对比中,磨沟组古代居民则是与代表东亚蒙古人种的华北组和华南组以及古代组中同处甘青地区的火烧沟组和核桃庄组较为接近。     

基于MaxEnt的西藏飞蝗在中国的适生区预测

西藏飞蝗是青藏高原本地特有物种,为青稞和牧草的重要害虫,近年来危害范围有扩大蔓延趋势。研究并明确西藏飞蝗在中国的适生区域,对制定该虫的早期监测、预警及控制措施意义重大。近年来最大熵理论在物种适生研究领域得到广泛应用,基于西藏飞蝗的分布信息和环境变量,采用MaxEnt生态位模型和ArcGIS对其在中国的潜在分布区进行预测,用ROC曲线检测模型精度、刀切法(jackknife test)筛选主导环境变量及其适宜值。两次模拟的AUC值分别为0.996和0.993,预测结果与实际拟合度很高。西藏飞蝗在中国的高适生区主要位于四川的甘孜州,西藏的昌都地区、林芝地区、山南地区及拉萨市,中适生区则以高适生区为中心向外扩散,集中在青藏高原东部地区。海拔、8月份平均雨量、1月份平均雨量、等温性、12-2月份的平均温度是影响西藏飞蝗潜在分布的主要环境变量。     

西藏高原冬虫夏草资源适宜性区划分析

冬虫夏草是分布在西藏高原高寒草甸中稀缺的可再生生物资源,具有很高的药用价值和经济价值,然而资源的数量、空间分布格局及分布适宜度尚不清晰。根据西藏高原冬虫夏草产区生态环境条件,以海拔高度、植被类型、土壤类型、年平均降水量、年平均气温为区划主要指标,利用GIS空间分析方法对西藏高原冬虫夏草生长区进行适宜性综合区划。结果表明:那曲地区的比如县、索县,昌都市的边坝县、丁青县、类乌齐县、江达县、洛隆县、察雅县、贡觉县部分产区处在适宜区;那曲地区的那曲县、嘉黎县、巴青县、聂荣县,拉萨市的当雄县及其他产区处在次适宜区;日喀则市的大部分地区、林芝市和山南市的低海拔地区为不适宜区。在出产冬虫夏草的地区(市)中,那曲地区、昌都市分布面积占当地产冬虫夏草县域国土面积的52.1%—59.3%,山南市、日喀则市、拉萨市和林芝市分布面积占当地产冬虫夏草县域国土面积的13.7%—26.1%,整个西藏高原产区的冬虫夏草分布面积平均占当地产冬虫夏草县域国土面积的34.5%。综合区划图能比较真实的反映西藏高原冬虫夏草空间分布格局,区划结果与采挖地乡镇调查结果符合程度高,与冬虫夏草单位草原面积统计产量分布较为一致。这一研究方法可为以后冬虫夏草资源调查提供参考,为冬虫夏草资源评估及区划等相关研究提供方法支持。     

Organ culture of a precious Chinese medicinal plant – Fritillaria unibracteata

Fritillaria unibracteata is a famous and precious traditional Chinese medicinal plant. The technique of in vitro organ culture of Fritillaria unibracteata has been established and chemical composition of the metabolites have been confirmed. The experimental results indicated that Fritillaria unibracteata can be rapidly propagated, directly from small cuttings of the bulb by the technique of organ culture. The cultured bulb can be harvested after a 50-day culture period in MS media supplemented with 4.44 μM BA and 5.71 μM IAA. The growth rate was about 30–50 times higher than that under natural wild growth conditions. The content of alkaloid and beneficial micro-elements in the cultured bulbs were higher than found in the wild bulb. It is therefore possible to establish a novel process to produce this natural plant drug in future studies and achieve scale-up for industrial production. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

Prevalence,Associated Risk Factors,and Phylogenetic Analysis of Toxocara vitulorum Infection in Yaks on the Qinghai Tibetan Plateau,China

Toxocara vitulorum has been rarely reported in yaks at high altitudes and remote areas of Sichuan Province of Tibetan Plateau of China. The current study was designed to investigate the prevalence, associated risk factors, and phylogenetic characteristics of T. vitulorum in yak calves on the Qinghai Tibetan plateau. Fecal samples were collected from 891 yak calves and were examined for the presence of T. vitulorum eggs by the McMaster technique. A multivariable logistic regression model was employed to explore variables potentially associated with exposure to T. vitulorum infection. T. vitulorum specimens were collected from the feces of yaks in Hongyuan of Sichuan Province, China. DNA was extracted from ascaris. After PCR amplification, the sequencing of ND1 gene was carried out and phylogenetic analyses was performed by MEGA 6.0 software. The results showed that 64 (20.1%; 95% CI 15.8–24.9%), 75 (17.2; 13.8–21.1), 29 (40.9; 29.3–53.2), and 5 (7.6; 2.5–16.8) yak calves were detected out to excrete T. vitulorum eggs in yak calve feces in Qinghai, Tibet, Sichuan, and Gansu, respectively. The present study revealed that high infection and mortality by T. vitulorum is wildly spread on the Qinghai Tibetan plateau, China by fecal examination. Geographical origin, ages, and fecal consistencies are the risk factors associated with T. vitulorum prevalence by logistic regression analysis. Molecular detection and phylogenetic analysis of ND1 gene of T. vitulorum indicated that T. vitulorum in the yak calves on the Qinghai Tibetan plateau are homologous to preveiously studies reported.     

Correlation analysis between genetic and chemical differences of Nardostachys jatamansi from different habitats in Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture,Sichuan Province,China

In the traditional Tibetan medicinal system, the medicinal parts of Nardostachys jatamansi (D.Don) DC. include the dried roots and rhizomes, which is effective in treating various diseases. In this study, molecular evolutionary analysis based on three markers (i.e., ITS, matK and rbcL), and principal component analysis (PCA) combined with ¹H NMR measurements were used to assess the genetic and chemical differences of the N. jatamansi from different habitats in Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, Sichuan Province, China. The results showed that the ITS marker was highly effective to identify the intraspecific variation of N. jatamansi. Furthermore, the results of the chemical analysis indicated that the nardosinone and sucrose, as the metabolite landmarks, can distinguish the different habitats of N. jatamansi in Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, Sichuan Province, China. Moreover, combining the chemical analysis with phylogenetic analysis, the results indicated that the metabolites differences may be affected not only by genetic structures but also by environmental factors. These findings provide valuable references for the effective protection and exploitation of N. jatamansi resources.