基于地理信息系統(tǒng)的何首烏地理分布及分布區(qū)的生境特征研究

陳 亞，江 濱，曾元兒（廣州中醫(yī)藥大學(xué)，廣州市 510405）

何首烏Polygonum multiflorum Thunb.為蓼科多年生纏繞藤本植物，其塊根為常用的大宗中藥材，具有補(bǔ)肝腎、益精血、強(qiáng)筋骨、烏須發(fā)、養(yǎng)心安神、養(yǎng)血活絡(luò)之功效，可用于治療血虛心悸不安、躁動(dòng)不寧、貧血自汗以及血虛不養(yǎng)筋脈引起的四肢痿軟疼痛、風(fēng)濕痹痛等證[1]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)表明，何首烏具有增強(qiáng)免疫力和抗氧化、延緩大腦衰老以及提高DNA修復(fù)功能等功效[2]。除藥用外，何首烏還廣泛用于保健食品和化妝品生產(chǎn)。何首烏在全國(guó)分布廣泛，但近年來(lái)，對(duì)野生何首烏掠奪性采挖現(xiàn)象非常嚴(yán)重，導(dǎo)致何首烏野生資源急劇下降。因此，必須保護(hù)現(xiàn)有何首烏野生資源，同時(shí)開(kāi)展人工栽培技術(shù)研究和進(jìn)行規(guī)模人工種植。目前，有關(guān)何首烏的化學(xué)成分和藥理作用的研究較多，但對(duì)何首烏生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境特征研究相對(duì)較少。本文擬借助地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，分析何首烏在中國(guó)境內(nèi)的地理分布及分布區(qū)的生態(tài)環(huán)境特征，以為何首烏資源的保護(hù)和人工栽培提供參考。

1 資料與方法

1.1 何首烏分布區(qū)數(shù)據(jù)收集

何首烏的地理分布資料主要來(lái)源于中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館（CVH，http：//www.cvh.org.cn/）等的何首烏標(biāo)本資料，以及書(shū)籍和公開(kāi)發(fā)表的論文等，包括《中國(guó)中藥資源》、《中國(guó)植物志》等，在Excel表格中輸入及處理，建立何首烏分布區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 空間數(shù)據(jù)收集

1∶400萬(wàn)中國(guó)國(guó)界與省界圖、1∶400萬(wàn)中國(guó)縣級(jí)行政界線圖由國(guó)家測(cè)繪局繪制，由國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供。1∶400萬(wàn)中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集、植被數(shù)據(jù)集、地貌數(shù)據(jù)集由中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所制作出版，分別根據(jù)中科院南京土壤研究所1978年出版的中國(guó)土壤圖、中科院植物研究所1979年出版的中國(guó)植被圖、中國(guó)科學(xué)院地理研究所1994年出版的中國(guó)地貌圖數(shù)字化而來(lái)，采用ALBERS投影，為ESRI格式的shapefile文件。

何首烏分布區(qū)的氣象數(shù)據(jù)主要來(lái)源于中國(guó)縣情大全、中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)等提供的數(shù)據(jù)。

1.3 分析方法

1.3.1 應(yīng)用ArcGIS9.3分析軟件以1∶400萬(wàn)中國(guó)縣級(jí)行政界線圖為底圖，以何首烏分布縣、市名或行政代碼等關(guān)鍵字段鏈接何首烏分布區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)屬性選擇獲得何首烏分布區(qū)的縣界多邊形電子地圖。

1.3.2 ArcGIS9.3軟件中同時(shí)加載何首烏分布區(qū)的縣界多邊形電子地圖和中國(guó)土壤類(lèi)型數(shù)據(jù)集，進(jìn)行多邊形疊加分析。交集操作是得到兩個(gè)圖層的交集部分，并且原圖層的所有屬性將同時(shí)在得到的新的圖層上顯示出來(lái)[3]。疊加完成后，根據(jù)新圖層的屬性表可以查詢(xún)?cè)瓐D層的屬性信息。因此，通過(guò)多邊形疊加后，可得到何首烏分布區(qū)土壤分布類(lèi)型及各種土壤類(lèi)型所占面積，計(jì)算每種土壤類(lèi)型在何首烏分布區(qū)的構(gòu)成比例。用同樣的方法可得到何首烏分布區(qū)的地貌類(lèi)型、植被類(lèi)型及每種類(lèi)型在何首烏分布區(qū)的構(gòu)成比例。

1.3.3 采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的頻數(shù)分布統(tǒng)計(jì)研究何首烏分布區(qū)的氣候特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 何首烏的地理分布

何首烏分布范圍較廣，在黃河以南、長(zhǎng)江南北各省區(qū)均有分布。何首烏資源分布在東經(jīng)98.50°～121.21°，北緯21.44°～34.40°，東西橫跨23個(gè)經(jīng)度，南北跨越13個(gè)緯度。在我國(guó)的西南、華中、華南、華東等地區(qū)廣泛分布，包括我國(guó)的四川、云南、貴州、重慶、廣東、廣西、江蘇、安徽、江蘇、湖北、湖南、河南、江西、陜西、甘肅等省市均有記載分布。經(jīng)筆者統(tǒng)計(jì)，何首烏資源的主要分布區(qū)涉及到我國(guó)的204個(gè)縣市，見(jiàn)圖1中的黑色部分。

圖1 何首烏地理分布圖Fig 1 Geographic distribution map of P.multiflorum

2.2 何首烏分布區(qū)的生態(tài)環(huán)境分析

2.2.1 何首烏資源分布區(qū)的氣候條件分析 根據(jù)何首烏分布區(qū)的氣象資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出何首烏分布區(qū)縣市的年平均氣溫、光照和降水條件。在自然界，所有物種的生長(zhǎng)發(fā)育都離不開(kāi)一定的溫度條件，溫度影響著物種的地理分布[4]。何首烏資源分布區(qū)的年平均氣溫的平均值為16.6℃，年平均氣溫跨度從3.1℃到22℃不等，在13～22℃的頻數(shù)較大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，有90%的分布縣市的年平均氣溫在此范圍內(nèi)。光照對(duì)物種的發(fā)育生長(zhǎng)和形態(tài)構(gòu)成有重要作用，年均日照時(shí)數(shù)是衡量光照的一個(gè)重要參數(shù)。何首烏分布區(qū)的年均日照時(shí)數(shù)的平均值為1 708.3 h，年均日照時(shí)數(shù)在1 100～2 300 h的頻數(shù)較大，有85%的分布縣市的年均日照時(shí)數(shù)在此范圍內(nèi)。年均日照時(shí)數(shù)低于1 000 h的地區(qū)主要集中在四川，如寶興、天全、樂(lè)山等地區(qū)。降水是植物生長(zhǎng)發(fā)育期間的主要水分來(lái)源，何首烏分布區(qū)的年均降水量的平均值為1 222.3 mm，有77%的分布縣市年均降水量在800～1 600 mm的范圍內(nèi)，處于濕潤(rùn)氣候區(qū)內(nèi)。

2.2.2 何首烏資源分布區(qū)的地形地貌研究 地形、地貌對(duì)中藥資源雖不產(chǎn)生直接影響，但能制約光照、溫度、水分等自然因子，所以對(duì)藥用植物或藥用動(dòng)物的生存起著重要作用。地形的變化可引起氣候及其他因子的變化，從而影響中藥資源的種類(lèi)與分布[4]。何首烏資源分布區(qū)有32.48%的面積處于1 000 m以下的低海拔地區(qū)，有33.51%的面積處于1 000～2 000 m的中海拔地區(qū)，總體來(lái)看有66%的面積處于2000 m以下的中低海拔地區(qū)。何首烏資源分布區(qū)的地貌類(lèi)型有山地、黃土梁峁、臺(tái)塬臺(tái)地、平原、沖積扇平原和低河漫灘等類(lèi)型，有89%的面積為山地，有6%的面積為平原，而黃土梁峁、臺(tái)塬臺(tái)地、平原、沖積扇平原和低河漫灘占總面積的5%。

2.2.3 何首烏資源分布區(qū)的土壤類(lèi)型研究 土壤是藥用植物固著的基礎(chǔ)，又是供應(yīng)植物營(yíng)養(yǎng)成分的源泉。何首烏資源分布區(qū)的土壤類(lèi)型主要有紅壤、黃壤、黃棕壤、赤紅壤、棕壤、石灰（巖）土，占分布區(qū)總面積的80%，其中以紅壤和黃壤為主，分別占總面積的24.83%和19.42%。

2.2.4 何首烏資源分布區(qū)的植被類(lèi)型研究 何首烏資源在亞熱帶、熱帶酸性土分布區(qū)的植被類(lèi)型主要有常綠、落葉闊葉灌叢、矮林和草甸，占何首烏分布區(qū)總面積的20.11%，亞熱帶、熱帶石灰?guī)r分布區(qū)則為多種藤本的常綠、落葉灌叢、矮林等，占何首烏分布區(qū)總面積的9.04%，溫帶、亞熱帶落葉灌叢、矮林，占何首烏分布區(qū)總面積的7.48%。

3 討論

何首烏在我國(guó)廣泛分布，適應(yīng)性強(qiáng)，絕大多數(shù)分布縣、市處于濕潤(rùn)氣候區(qū)內(nèi)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季低溫少雨，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜。何首烏在我國(guó)的地理分布范圍為東經(jīng)98.50°～121.21°、北緯21.44°～34.40°，在西南、華中、華南、華東等地區(qū)廣泛分布，有90%的分布縣市的年平均氣溫在13～22℃；有85%的分布縣市的年均日照時(shí)數(shù)在1100～2300 h；有77%的分布縣市年均降水量在800～1600 mm?？梢?jiàn)，何首烏分布區(qū)溫暖濕潤(rùn)，光照和降水量充足。何首烏分布區(qū)66%的面積處于2 000 m以下的中低海拔地區(qū)，以山地為主。土壤類(lèi)型以紅壤和黃壤為主，占分布區(qū)總面積的44%。植被類(lèi)型以灌叢、矮林為主。因此，在進(jìn)行何首烏人工栽培的時(shí)候，應(yīng)該考慮選在中低海拔的山地、溫暖濕潤(rùn)的地區(qū)作為引種馴化、規(guī)范化種植基地，并且選擇紅壤或黃壤進(jìn)行種植。

地理信息系統(tǒng)（GIS）是以采集、貯藏、管理、顯示、分析和應(yīng)用整個(gè)或部分地球表面與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。近年來(lái)，GIS在測(cè)繪與地圖制圖、資源管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害預(yù)測(cè)、土地調(diào)查與環(huán)境管理、國(guó)防、宏觀決策等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3]。GIS為資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了非常有力的手段，它的特點(diǎn)是將空間特征和屬性特征緊密聯(lián)系起來(lái)，結(jié)合各種地理分布模型，進(jìn)行區(qū)域分析評(píng)價(jià)并能以地圖、圖形或數(shù)據(jù)的形式表示處理的結(jié)果[5]。GIS提供的一系列的空間統(tǒng)計(jì)分析功能，如疊置分析、緩沖區(qū)分析等，可以對(duì)資源信息進(jìn)行處理和分析，挖掘出新的有用的信息和結(jié)論。中藥資源具有明顯的地域性，是在一定的氣候、地貌、土壤和植被等自然條件綜合作用下長(zhǎng)期形成的結(jié)果。本文采用GIS技術(shù)對(duì)何首烏資源生境特征進(jìn)行分析，其結(jié)果與文獻(xiàn)[6]“何首烏喜溫暖潮濕氣候，忌干燥和積水，以選上層深厚、疏松肥沃、排水良好、腐殖質(zhì)豐富的砂質(zhì)壤土栽培為宜，粘土不宜種植。生長(zhǎng)在海拔200～3 000 m山谷灌叢、山坡林下、溝邊石隙”基本相符。證明了本文分析結(jié)果的可靠性。采用GIS技術(shù)對(duì)中藥資源生境特征進(jìn)行分析，與傳統(tǒng)方法比較，可以節(jié)約資金和人力，并可提高分析的準(zhǔn)確性，可以在中藥資源研究中推廣應(yīng)用。

[1] 中國(guó)中醫(yī)藥管理局《中華本草》編委會(huì).中華本草（第2冊(cè)）[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999：671-678.

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[5] 陳士林，張本剛，楊 智，等.全國(guó)中藥資源普查方案設(shè)計(jì)[J].中國(guó)中藥雜志，2005，30（16）：1 229.

[6] 于憲遠(yuǎn).何首烏的生長(zhǎng)特性和栽培要點(diǎn)[J].上海蔬菜，2009，2：46.