利用Biomod2和空间质量建模进行柴胡（Bupleurum chinense DC.）综合生产区划

《Frontiers in Plant Science》：Using Biomod2 and spatial quality modeling for comprehensive production zoning of Bupleurum chinense DC

　　

^{引言：柴胡（Bupleurum chinense DC.，B. chinense）是我国一种重要的传统药用植物，具有抗抑郁、抗炎和保肝等多种药理活性。其药用价值高度依赖于次生代谢产物（如柴胡皂苷）的种类和含量。近年来，随着全球对天然药物的日益重视，柴胡的市场需求不断扩大，对稳定产量和高药用品质的需求也随之增加。
方法：本研究通过整合生态适宜性建模和空间质量预测，构建了一个综合生产区划系统。研究人员利用Biomod2平台预测生态适宜性的分布，并识别影响生长的环境因子。随后，应用主成分分析-多元线性回归-空间预测（Principal Component Analysis-Multiple Linear Regression-Spatial Prediction，PCA-MLR-SP）框架评估空间质量。
结果：（1）利用biomod2平台构建的集成模型（TSS = 0.851，AUC = 0.980）用于评估生态适宜性。结果表明，北部地区的生态适宜性高于南部地区，降水（Bio13、Bio17）和温度（Bio6、Bio3、Bio2）被确定为主要驱动因子。（2）气候因子（Bio15、Bio17）和土壤因子（tp05）显著影响柴胡皂苷含量，而地形因子影响较弱。基于通过PCA-MLR-PC构建的回归模型（R2 = 0.28，方差膨胀因子VIF < 5，95%观测的库克距离 < 1），药材的相对含量在北部地区高于南部地区。（3）柴胡综合生产区划显示，高产区主要分布在黄土高原、华北平原北部和东北平原的部分地区。高产区面积为1.1×106 km2，中产区面积为0.7×106 km2，低产区面积为0.4×106 km2。
讨论：该综合框架整合了生态和质量，代表了生态适宜性与药材质量之间的协同优势。这些发现区分了不同等级的生产区域，为优先发展高产区并在各产区实施差异化栽培策略提供了参考。}

<sup>柴胡（Bupleurum chinense DC.）是我国传统药用植物，具有抗抑郁、抗炎、保肝等药理活性，其药效主要依赖柴胡皂苷等次生代谢物的积累。近年来全球天然药物需求上升，野生柴胡资源因过度采挖和生态变化而锐减，人工栽培逐渐兴起，但传统栽培方式忽视生态条件对产量和品质的深刻影响。已有研究多集中于资源调查和含量测定，且多采用单一模型，未能整合生态适宜性与次生代谢物合成环境的协同机制。因此，需要构建同时考虑生长适宜性和药用品质的综合生产区划系统，以指导柴胡资源的可持续利用。

研究人员收集了来自全球生物多样性信息机构（GBIF）、中国数字植物标本馆（CVH）及文献的分布记录，经筛选与空间稀疏化获得160个有效分布点，并从文献中整理138个次生代谢物样本点。生态适宜性建模基于Biomod2平台运行10种单物种分布模型，以受试者工作特征曲线下面积（AUC）≥0.8和真技能统计量（TSS）≥0.75筛选模型，采用委员会平均（EMca）和加权平均（EMwmean）构建集成模型。空间质量预测采用相关分析筛选显著环境因子，对气候和土壤因子进行主成分分析（PCA），构建多元线性回归（MLR）模型，并应用至生态适生区得到空间质量指数（SQI）。最后将生态适宜性指数（ESI）与SQI归一化后等权（0.5:0.5）叠加，经权重敏感性分析验证稳健性，得到生态质量指数（EQI）并划分生产等级。

3.1 基于Biomod2的生态适宜性研究结果
3.1.1 模型精度评价：通过Biomod2运行10个单模型，多数模型KAPPA>0.6、AUC>0.8。基于达标模型构建的4个集成模型中，EMcaByTSS模型表现最优，TSS=0.851、AUC=0.980，具有较高的区分能力和可靠性。
3.1.2 生态适宜性结果：利用该集成模型预测，柴胡生态适宜性总体北高南低，呈东北-西南梯度。高适生区主要分布于华北平原北部、黄土高原东部和东北平原南部，面积约1.3×106 kmsup</sup>