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1、地理环境因子对黄花蒿中青蒿酸含量空间分布影响的探测分析 史婷婷 张小波 郭兰萍 王慧 景志贤 黄璐琦 中国中医科学院中药资源中心道地药材国家重点实验室培育基地 摘 要： 道地药材指经过中医临床长期应用优选出来的, 产在特定地域, 受到特定生产加工方式影响, 较其他地区所产同种药材品质佳、疗效好且质量稳定, 具有较高的知名度的药材。道地药材是我国几千年悠久文明史、中医中药发展史形成的特有概念, 根据道地药材的定义, 可以看出不同地域之间的同种药材在质量和疗效等方面存在一定的差异性, 在特定区域还存在一定的相似性。该文基于采样点的青蒿酸含量及其各种潜在的地理环境因子, 应用地理探测器模型, 分析了
2、地理环境因子对中国各地黄花蒿中青蒿酸含量空间分布的影响。研究发现:青蒿酸含量的空间分布是多种因素综合作用的结果, 各环境因子对青蒿酸含量的空间分布的影响依次为土壤类型 (0.233) 年均辐射量 (0.208) 植被类型 (0.192) 高程 (0.171) 日照 (0.170) 年均气温 (0.153) 年均降水量 (0.111) 坡度 (0.110) 相对湿度。其中, 土壤类型和年均辐射量是探测到的主要影响因素, 且主要影响区域在土壤类型为初育土, 年均辐射量为 1 2001 400 k Whm-2 的分区。该研究筛选出的地理环境主导因子可用于遥感技术监测青蒿酸的空间分布区域, 从而为黄花
3、蒿的种植等提供理论依据。关键词： 黄花蒿; 青蒿酸; 空间分异; 地理探测器; 地理环境因子; 作者简介：黄璐琦, E-mail:作者简介：史婷婷, 博士, 研究方向为中药资源遥感信息提取, E-mail:shi_收稿日期：2017-10-12基金：中央本级重大增减支项目 (2060302) Detection and analysis of effect of geographical environmental factors on spatial distribution of artemisinic acid in Artemisia annuaSHI Ting-ting ZHANG
4、Xiao-bo GUO Lan-ping WANG Hui JING Zhi-xian HUANG Lu-qi State Key Laboratory Breeding Base of Dao-di Herbs, National Resource Center for Chinese Materia Medical, China Academy of Chinese Medical Sciences; Abstract： Dao-di herbs are preferred by long-term clinical application of Chinese medicine, the
5、y are produced in a specific area and affected by the specific production and processing methods. Dao-di herbs have a high reputation, compared with other regions produced by the same kind of herbs with good quality, good efficacy and stable quality characteristics. Geo-herbal is a unique concept th
6、at has been formed by the history of Chinese civilization for thousands of years and the history of Chinese medicine. According to the definition of geo-herbal, it can be seen that there are some differences in the quality and efficacy of the same kind of medicinal herbs in different regions, and th
7、ere is some similarity in the specific area. In this study, based on the content of artemisinic acid in sampling points and its potential environmental factors, the effects of geographical environment factors on the spatial distribution of artemisinic acid content in Artemisia annua were studied by
8、using the geophysical model. The results show that the spatial distribution of artemisinic acid content is the result of a combination of multiple factors. The effects of environmental factors on the spatial distribution of artemisinic acid were in the order of soil type ( 0. 233) radiation ( 0. 208
9、) vegetation type ( 0. 192) elevation ( 0. 171) sunshine ( 0. 170) annual mean temperature ( 0. 153) annual precipitation ( 0. 111) slope ( 0. 110) relative humidity. Among them, the soil type and the amount of radiation are the main influencing factors, and the main influencing area is in the soil
10、type as the initial soil and the average annual radiation of 1 200-1 400 k Whm-2. The main influencing factors selected in this study can be used to monitor the spatial distribution of artemisinic acid by remote sensing technology, so as to provide the theoretical basis for the cultivation of A. ann
11、ua.Keyword： Artemisia annua; artemisinic acid; spatial differentiation; geographic detectors; influencing factors; Received： 2017-10-12青蒿酸 (artemisinic acid) 是一种倍半萜类化合物1-2, 为青蒿素及其衍生物合成代谢的重要前体化合物3-5, 具有抗疟疾, 抗肿瘤、调控脂肪细胞分化等重要的药用价值6-8。近年来研究发现青蒿酸在黄花蒿 Artemisia annua 植物体中含量较高, 而黄花蒿植物在我国具有明显资源优势9-10。青蒿酸在植物中
12、含量受各种地理环境因子的影响9, 张东等11对湖南、重庆以及山西 3 省 10 个地区青蒿酸含量分析表明, 湖南 5 个样品青蒿酸质量分数为0%0.4%, 重庆酉阳为 0.023%, 山西青蒿酸含量最高, 3 个样品质量分数为0.123%0.4%。孙景灿等12研究表明, 湖南青蒿植物青蒿酸的质量分数0.71.4 mgg, 重庆植物青蒿酸质量分数 0.2 mgg, 贵州植物青蒿酸质量分数 1.1 mgg。由此可见, 青蒿酸在不同地区的含量有较大差异。地理探测器模型能够客观反映地理要素对自然综合体的影响力及度量空间异质性, 已在景观生态、健康风险、社会、土地等方面13-16的影响因素及机制研究中得
13、到应用且取得了良好的效果。考虑到青蒿酸含量空间分布的核心是空间分异性即同级区域内要素差异性最小、不同区域之间要素差异性最大, 正与地理探测器模型能够充分表征的空间异质性功能相吻合。为了分析中国黄花蒿中青蒿酸含量空间分布的特征及其形成机制, 本研究尝试利用地理探测器进行探测分析。故本研究基于文献和实地调查结果, 运用地理探测器方法, 对中国各省黄花蒿中青蒿酸含量空间分布的影响机制进行研究, 分析地理环境因子对中国黄花蒿中青蒿酸含量空间分布的影响和指示作用, 为我国黄花蒿种植及与青蒿产业发展相关的政策规划制定提供参考依据。1 数据来源在全国 19 个省份选择 502 个采样点采集样品, 测定青蒿酸
14、含量。采样过程中用GPS 测定采样点的经度、纬度等位置信息。2 方法地理探测器是由中国科学院地理科学与资源研究所王劲峰空间分析小组开发的分析地理空间影响因素对人类健康影响机制的一种方法17。该方法假设地理事物总是存在于特定的空间位置, 影响其变化的环境因子在空间上具有差异性, 若某环境因子与地理事物的变化在空间上具有显著一致性, 则该环境因子对地理事物的发生与发展具有决定意义。地理探测器包括风险探测、因子探测、生态探测和交互探测 4 个部分内容。风险探测着重揭示哪些因子的类型分区是青蒿酸含量显著的高值或低值, 通过t 检验来度量。式中:t i, j为 t 检验值, R h=i, Rh=j分别为
15、子区域 h 内属性 i 和 j 的青蒿酸含量均值, h=i, h=j分别是子区域 h 内属性 i 和 j 的青蒿酸含量方差, n h=i, nh=j为子区域 h 内 2 个属性的样本量。因子解释力主要识别某种环境因子是否为形成青蒿酸含量空间分布格局的主导因素。式中, P D, H为影响因子 D 对青蒿酸含量的解释力, N, 分别为样本量和方差, Nh, h为 h (h=1, 2, , L) 层样本量和方差。P D, H取值范围为0, 1, 数值越大表明分类因子对青蒿酸含量的解释力越强, 数值为 0 说明分类因子对青蒿酸含量完全无关, 数值为 1 说明分类因子可以完全解释青蒿酸含量分布差异。生态
16、探测主要探究不同环境因子在影响青蒿酸含量空间分布方面的作用是否有显著的差异, 通过 F 检验来度量。式中, F 为 F 检验值, n C, p和 nD, p分别为单元 p 内影响因子 C 和 D 的样本量, C, p和 D, p分别为影响因子 C 和 D 的方差, 统计表达式服从 F ( C, p-1, D, p-1) 和 df ( C, p, D, p) 分布。模型零假设为 H0, C, p= D, p, 如果拒绝模型初始假设, 且达到 0.05 显著性水平, 说明影响影子 C 对青蒿酸含量的控制作用显著大于影响因子 D。交互探测可以解释影响青蒿酸含量空间分布的环境因子两两之间是否具有交互作用, 由以下表达式构成:若 P (xy) maxP (x) , P (y) , 说明因子 x 和 y 交互后双因子增强;若 P (x
