基于TCMGIS的溪黃草生態(tài)適宜性研究

王珍，索鳳梅，黃林芳*

（1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 100102）

基于TCMGIS的溪黃草生態(tài)適宜性研究

王珍1，2，索鳳梅1，黃林芳1*

（1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 100102）

目的：對(duì)溪黃草產(chǎn)地適宜性進(jìn)行分析，以期指導(dǎo)溪黃草區(qū)劃和生產(chǎn)。方法：以溪黃草的主產(chǎn)地廣東饒平為基點(diǎn)縣，運(yùn)用 《中藥材產(chǎn)地適宜性分析地理信息系統(tǒng)》（TCMGIS）分析了溪黃草的全國(guó)適宜產(chǎn)地。結(jié)果：廣東、廣西、福建、海南等4個(gè)省區(qū)的164個(gè)縣、市為溪黃草最適宜產(chǎn)區(qū)，為發(fā)展溪黃草生產(chǎn)，確定溪黃草區(qū)劃，保證溪黃草品質(zhì)提供科學(xué)指導(dǎo)。結(jié)論：廣東、廣西、福建、海南等4個(gè)省區(qū)的164個(gè)縣適宜大面積推廣種植溪黃草。

溪黃草；生態(tài)適應(yīng)性；生態(tài)因子；TCMGIS

溪黃草為唇形科香茶菜屬植物線紋香茶菜Rabdosia lophanthoides（Buch.-Ham.ex D.Don）H.Hara、狹基線紋香茶菜R.lophanthoidesvar.gerandianas（Bentham）H.Hara、細(xì)花線紋香茶菜R.lophanthoidesvargraciliftorus（Bentham）H.Hara和溪黃草R.serra（Maxim）Hara的干燥全草[1-2]。狹基線紋香茶菜和溪黃草為市場(chǎng)主要流通藥材[3]。溪黃草味甘、苦，性涼，歸肝、膽經(jīng)，具有清熱利濕、退黃祛濕、涼血散瘀之功效，用于急性黃疸性肝炎、急性膽囊炎、濕熱瀉痢、跌打瘀腫等癥的治療。溪黃草是民間習(xí)用草藥，是 “消炎利膽片”、“復(fù)方膽通片”的原料藥材之一，主要化學(xué)成分有萜類（熊果酸、2α-羥基熊果酸）、黃酮類（蘆丁、槲皮素）、酚類、氨基酸和有機(jī)酸等[4]。其萜類成分具有抗菌、抗腫瘤、護(hù)肝等作用，黃酮類物質(zhì)可抗癌、抗氧化、抗衰老。溪黃草多糖能清除羥自由基，抑菌[5]。

溪黃草在南方各省廣泛使用，為保障其資源的可持續(xù)利用，有必要對(duì)溪黃草進(jìn)行規(guī)?；N栽培[6]，而產(chǎn)地適宜性研究是引種栽培的前提和基礎(chǔ)。本項(xiàng)目組在國(guó)家主管部門(mén)的支持下，以GIS為基本平臺(tái)，成功開(kāi)發(fā)了 《中藥材產(chǎn)地適宜性分析地理信息系統(tǒng)》（TCMGIS）[7]，并開(kāi)展了鎖陽(yáng)、石柱參、柴胡、青蒿、附子等藥材的適宜產(chǎn)地分析[8-12]。本研究運(yùn)用TCMGIS系統(tǒng)分析了溪黃草的主流商品之一狹基線紋香茶菜的生態(tài)產(chǎn)地適宜性，為發(fā)展溪黃草生產(chǎn)、確定溪黃草區(qū)劃、避免盲目引種，保證溪黃草品質(zhì)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 TCMGIS原理與分析流程

1.1 TCMGIS的主要原理

系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)為SQLServer2000，GIS組件為 ArcEngine9.0。共用數(shù)據(jù)庫(kù)包括：氣象數(shù)據(jù)庫(kù)——基于全國(guó)氣象站點(diǎn)30年地面氣象數(shù)據(jù)計(jì)算所得的按柵格數(shù)據(jù)（1km2）及衍生數(shù)據(jù)；土壤數(shù)據(jù)庫(kù)——1∶4 000 000第3次全國(guó)土壤普查至亞類的土壤數(shù)據(jù)庫(kù)；空間數(shù)據(jù)庫(kù)——全國(guó)1∶1 000 000地圖的矢量數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)通過(guò)Arc GIS的空間數(shù)據(jù)引擎Arc SDE存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中，其他屬性數(shù)據(jù)通過(guò)ADO.NET進(jìn)行存取。適宜產(chǎn)地的基本分析原理為氣候、土壤的相似，即根據(jù)引種地與原產(chǎn)地（道地產(chǎn)地）氣候、土壤的相似程度，劃分為不同級(jí)別的適宜產(chǎn)地。相似性分析采用基于單元網(wǎng)格的相似性聚類分析，即將空間劃分為有限數(shù)目、可以進(jìn)行聚類分析的正方形網(wǎng)格（1 km2），每個(gè)網(wǎng)格相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，所用空間數(shù)據(jù)、氣候土壤數(shù)據(jù)等存放在相應(yīng)網(wǎng)格的屬性表中，聚類以網(wǎng)格為單位進(jìn)行。

1.2 TCMGIS主要分析流程

以藥材的道地（主產(chǎn)地）作為分析基點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上確定影響藥材分布的關(guān)鍵性生態(tài)地理因子。柵格數(shù)據(jù)聚類前必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行距離計(jì)算。分別計(jì)算日照、氣溫、降水量、海拔等氣候及土壤因子對(duì)目標(biāo)值的距離（相似系數(shù)，SI，Similarity index），根據(jù)距離分別將各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行重分類。也可以將氣候、土壤因子等各個(gè)因子進(jìn)行綜合計(jì)算后得出一個(gè)綜合相似系數(shù)SI，這需要根據(jù)每種藥材對(duì)生態(tài)因子的要求確定權(quán)重。根據(jù)相似系數(shù)的大小將適宜區(qū)劃分為最適宜區(qū)（SI≥95%），適宜區(qū)（SI≥90%）。

2 溪黃草生態(tài)學(xué)特性及分析方法

溪黃草集中分布在廣東饒平地區(qū)，地處東經(jīng)116°35′～117°11′、北緯 23°28′～24°14′，屬海洋亞熱帶季風(fēng)氣候，分布區(qū)的年平均氣溫21.4℃，無(wú)霜期達(dá)349 d。

根據(jù)溪黃草的生態(tài)學(xué)特征，本文確定廣東饒平為溪黃草的主產(chǎn)區(qū)及分析的基點(diǎn)，分析得出溪黃草生長(zhǎng)環(huán)境要求的生態(tài)因子數(shù)據(jù)如下：

氣溫：1月平均氣溫9.9～13.6℃；7月平均氣溫24.7～28.3℃；

降雨量：1 734～1 787 mm；海拔：－45～575 m；年日照時(shí)數(shù)：1 809～1 979 h；

土壤：赤紅壤、黃壤和水稻土。

聚類分析前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。采用絕對(duì)偏差均值標(biāo)準(zhǔn)化方法：

3 溪黃草產(chǎn)地適宜性分析結(jié)果

3.1 溪黃草適宜產(chǎn)區(qū)的分布范圍

根據(jù)上述目標(biāo)值及分析方法[13]，采用TCMGIS分析后得出的溪黃草適宜生態(tài)分布圖，見(jiàn)圖1，顏色較深部分為相似度95%～100%的溪黃草最適宜地區(qū)，顏色較淺的部分為相似度90%～95%溪黃草適宜分布區(qū)。

圖1 溪黃草在全國(guó)的適宜分布區(qū)分析結(jié)果

根據(jù)系統(tǒng)分析結(jié)果，溪黃草在全國(guó)的最適宜產(chǎn)區(qū)包含廣東、廣西、福建、海南等4個(gè)省區(qū)的164個(gè)縣市，全國(guó)適宜種植溪黃草地區(qū)（相似系數(shù)：SI≥90%）面積總和為225 630.8 km2。各省區(qū)包含的適宜產(chǎn)地縣市數(shù)及適宜面積情況見(jiàn)表1。

表1 溪黃草生態(tài)相似度90%～100%主要區(qū)域

從圖1和表1可以看出，通過(guò)TCMGIS系統(tǒng)分析出的溪黃草的適宜產(chǎn)區(qū)主要是以廣東為中心，向南最遠(yuǎn)能夠延伸到海南，向東擴(kuò)展到臺(tái)灣部分地區(qū)，向北到福建東部。向西延伸到廣西中部往南地區(qū)。以上分析結(jié)果說(shuō)明，從生態(tài)地理?xiàng)l件的角度來(lái)看，溪黃草的栽培基地可以廣東為中心向廣西和福建方向擴(kuò)展。而且在全國(guó)接近23萬(wàn)km2的適宜區(qū)范圍內(nèi)有選擇地建設(shè)溪黃草道地藥材基地能夠滿足其對(duì)氣候土壤的基本要求。3.2相似系數(shù)大于95%以上的縣市

圖2所示，與廣東饒平地區(qū)相比，溪黃草相似度為95%～100%區(qū)域有廣東、廣西、福建、海南等省（區(qū)），其中面積較大的區(qū)域包括廣東省和廣西壯族自治區(qū)，面積分別為80 212.79 km2和35 210.85 km2。廣東包括豐順、翁源、信宜等縣（市），廣西包括博白、靈山、梧州等縣（市），分別占該省區(qū)面積的45%和15%。

圖2 溪黃草適宜縣市相似系數(shù)（95%～100%）分布圖

4 結(jié)論與討論

4.1 驗(yàn)證了TCMGIS系統(tǒng)的科學(xué)性

本研究以溪黃草為分析對(duì)象，通過(guò)采用TCMGIS系統(tǒng)，應(yīng)用柵格數(shù)據(jù)（1 km2）的氣候數(shù)據(jù)庫(kù)，包括年平均氣溫、相對(duì)濕度、年降水量、年日照時(shí)數(shù)、極端最低溫度、極端最高溫度，1∶4 000 000萬(wàn)的土壤數(shù)據(jù)庫(kù)。分析得出了溪黃草在全國(guó)的適宜分布區(qū)和次適宜分布區(qū)所包含的省區(qū)和縣市，計(jì)算出了適宜分布區(qū)的面積，并給出了適宜區(qū)的分布圖，TCMGIS系統(tǒng)提供了一種量化的評(píng)判藥材產(chǎn)地適宜性的技術(shù)和方法，為中藥材引種栽培提供了理論依據(jù)。

4.2 分析得到溪黃草生態(tài)適宜性數(shù)據(jù)

通過(guò)采用TCMGIS系統(tǒng)對(duì)溪黃草的產(chǎn)地適宜性進(jìn)行分析，得出溪黃草在全國(guó)的最適宜分布區(qū)包含廣東、廣西、福建、海南等4個(gè)省區(qū)的164個(gè)縣市為溪黃草適宜產(chǎn)區(qū)，適宜產(chǎn)區(qū)面積總和為22.58萬(wàn)km2。基于饒平為基點(diǎn)縣，獲得的最適生態(tài)數(shù)值如下：1月平均氣溫9.9～13.6℃；7月平均氣溫24.7～28.3℃；降雨量范圍1 734～1 787 mm；海拔高度范圍－45～575 m；年日照時(shí)數(shù)達(dá)到1 809～1 979 h；土壤類型包括赤紅壤、黃壤和水稻土。溪黃草的最適宜區(qū)面積和適宜區(qū)面積大致相等。然而溪黃草產(chǎn)地適宜性數(shù)據(jù)只是基于生態(tài)環(huán)境相似性分析得出的，而溪黃草的栽培方法在很大程度上影響溪黃草的生產(chǎn)區(qū)選擇，影響道地藥材產(chǎn)地適宜性的因素有很多，還需要綜合考慮，找出影響藥材分布的主導(dǎo)因素。

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Ecological Suitablility Research of Herba Rabdosia serrae by TCMGIS

WANG Zhen1，2，SUO Feng-mei1，HUANG Lin-fang1
（1.Institute of Medicinal Plant Development，Chinese Academy of Medical Science，Peking Union Medical College，Beijing100193，China；2.Beijing University of ChineseMedicine，School of ChineseMateria Medica，Beijing100102，China）

Objective：To analyze the suitable producing area ofRabdosia lophanthoidesvar graciliftorus for regionalization of its production.Methods：Raoping county of Guangzhou province was regarded as the analytical basal place，basing on the database of ecological factors and spatial analysis methods in Georgraphic Information System for Traditional Chinese Medicine（TCMGIS）.Results：The result showed that the optimal district ofRabdosia

lophanthoidesvargraciliftorushave been determined to be located in 164 counties from Guangdong，Guangxi，F(xiàn)ujian，Hainan provinces.The aim of investigation was to get the appropriate producing areas of in China.And this would provide a scientific reference for the introduction and cultivation ofRabdosia lophanthoidesvar graciliftorus.Conclusion：The suitable producing area ofRabdosia lophanthoidesvar graciliftorus for large scale cultivation mainly located in Guangdong，Guangxi，F(xiàn)ujian and Hainan provinces.

Herba Rabdosia serrae；Ecological suitability；Ecological factors；TCMGIS

*黃林芳，Email：lfhuang＠implad.ac.cn

2011-04-18）