朱壽東,張小波,黃璐琦,陸建偉,趙潤懷,馬衛(wèi)峰,郭蘭萍*
(1.道地藥材國家重點實驗室,中國中醫(yī)科學(xué)院 中藥資源中心,北京 100700;2.國家中醫(yī)藥管理局,北京 100027;3.中國藥材公司,北京 100055)
專 論
公益性行業(yè)科研專項(201207002);國家自然科學(xué)基金(81130070,81072989)、國家中醫(yī)藥管理局行業(yè)科研專項(201107009,201207002)資助。
△*
郭蘭萍,研究員,研究方向:中藥資源生態(tài),Tel:(010)64011944,E-mail:glp01@126.com;
朱壽東、張小波為共同第一作者
中藥材區(qū)劃20年
——從單品種區(qū)劃到區(qū)域區(qū)劃△
朱壽東1,張小波1,黃璐琦1,陸建偉2,趙潤懷3,馬衛(wèi)峰1,郭蘭萍1*
(1.道地藥材國家重點實驗室,中國中醫(yī)科學(xué)院 中藥資源中心,北京 100700;2.國家中醫(yī)藥管理局,北京 100027;3.中國藥材公司,北京 100055)
中藥資源區(qū)劃主要研究中藥資源及其地域系統(tǒng)的空間分異規(guī)律,并按照空間一致性和差異性規(guī)律對中藥資源和地域進(jìn)行區(qū)域劃分。本文全面梳理了近年來中藥材區(qū)劃的成果,介紹了中藥材區(qū)劃的地域分異理論、道地藥材理論、基于環(huán)境脅迫與次生代謝產(chǎn)物積累關(guān)系的環(huán)境適應(yīng)理論、基于人類經(jīng)濟(jì)行為的空間區(qū)位選擇及區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)活動優(yōu)化組合的區(qū)位理論、基于水桶原理的投入產(chǎn)出理論,以及中藥材區(qū)劃遵循的原則。比較了4種常見的中藥材區(qū)劃方法:定性描述法、環(huán)境相似度聚類法(構(gòu)建模板法)、模型構(gòu)建法和基于遙感的區(qū)劃法的優(yōu)缺點。分析了當(dāng)前中藥材區(qū)劃中存在的問題,提出了基于第四次全國中藥資源普查的以區(qū)域為基礎(chǔ)單元的中藥材適生性、產(chǎn)量和品質(zhì)區(qū)劃,明確其目標(biāo)、內(nèi)容和技術(shù)流程,指出基于第四次全國中藥資源普查的中藥材區(qū)劃具有以下幾個主要特點:1)代表性良好的高分辨率數(shù)據(jù)為實現(xiàn)高質(zhì)量的中藥材區(qū)劃提供了保障;2)綜合利用各種區(qū)劃方法,優(yōu)勢互補(bǔ),使得區(qū)劃結(jié)果更加可靠;3)從生態(tài)適宜性區(qū)劃發(fā)展到生產(chǎn)區(qū)劃,從單一品種的區(qū)劃發(fā)展到區(qū)域規(guī)劃,大大提高了區(qū)劃的實用性,必將使得中藥材區(qū)劃進(jìn)入一個全新的發(fā)展時期。
中藥材;區(qū)劃;遙感;品種區(qū)劃;區(qū)域區(qū)劃
區(qū)劃(regionalization)即區(qū)域的劃分,是人們根據(jù)特定目的來提取空間信息,通過以地域為基礎(chǔ)的分類合并,從而達(dá)到認(rèn)識自然環(huán)境或社會環(huán)境的一種方法[1-5]。中藥資源區(qū)劃是研究中藥資源及其地域系統(tǒng)的空間分異規(guī)律,并按照這種空間一致性和差異性規(guī)律對其進(jìn)行區(qū)域劃分[1]。我國中藥材區(qū)劃的研究始于20世紀(jì)90年代,其工作基礎(chǔ)來源于第三次全國中藥資源普查。經(jīng)過20多年的發(fā)展,中藥材區(qū)劃研究取得了可喜的成就[1-5]。本文在全面梳理近年來中藥材區(qū)劃的成果及存在的問題的基礎(chǔ)上,提出了基于第四次全國中藥資源普查獲得的大量現(xiàn)實數(shù)據(jù)的全國中藥材區(qū)域區(qū)劃方案。
1.1 中藥材區(qū)劃的相關(guān)理論
中藥資源區(qū)劃是屬于自然區(qū)劃的范疇,同時要兼顧經(jīng)濟(jì)區(qū)劃及行政區(qū)劃的特性。屬于部門區(qū)劃,但具有綜合區(qū)劃的特點[1-5]。其區(qū)劃的對象中藥資源的自然地理綜合體,主要是根據(jù)一定地域自然地理綜合體的相似性和差異性逐級進(jìn)行區(qū)域劃分得到的,而地表自然地理綜合體的相似性和差異性是地域分異規(guī)律綜合作用的結(jié)果,因此,地域分異理論是中藥材區(qū)劃的理論基礎(chǔ)[1]。
除此以外,中藥資源區(qū)劃的理論基礎(chǔ)還有基于傳統(tǒng)中醫(yī)臨床優(yōu)質(zhì)藥材的道地藥材理論、基于環(huán)境脅迫與次生代謝產(chǎn)物積累關(guān)系的環(huán)境適應(yīng)理論、人類經(jīng)濟(jì)行為的空間區(qū)位選擇及區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)活動優(yōu)化組合的區(qū)位理論、基于水桶原理的投入產(chǎn)出理論[1]。
1.2 中藥材區(qū)劃遵循的原則
張小波等[1]對中藥材區(qū)劃遵循的原則進(jìn)行了詳細(xì)的討論,提出中藥材區(qū)劃應(yīng)遵循的原則包括:1)優(yōu)質(zhì)性原則,即在進(jìn)行中藥材區(qū)劃時首先必須遵循中藥材的優(yōu)質(zhì)性原則(或道地性原則),其次是遵循藥材的高產(chǎn)性原則。2)差異性原則(或地域分異原則),即自然生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境和中藥資源的地理分布在區(qū)域間存在較大的差異性。因此在進(jìn)行中藥材區(qū)劃時,必須區(qū)分地域間中藥資源特性、主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)類型、社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境特征、以及主要生態(tài)環(huán)境問題等的差異性。3)相似性原則,即區(qū)劃時必須保證同一區(qū)劃單元內(nèi)部特征的相似性,主要包括區(qū)劃單元內(nèi)部的藥物特性、自然生態(tài)、社會條件基本一致,以及區(qū)劃結(jié)果與行政區(qū)劃基本保持一致,既保證了中藥材質(zhì)量的均一性,又便與組織實施。4)實用性原則,是指除了必須突出藥材品質(zhì),還要綜合考慮各種社會經(jīng)濟(jì)因素和生態(tài)因素對中藥資源的影響,從而使得區(qū)劃結(jié)果可以在生產(chǎn)中真正被采用。
1.3 中藥材區(qū)劃的等級和類型
中藥材區(qū)劃的等級主要表現(xiàn)為全國中藥資源區(qū)劃、省域中藥資源區(qū)劃、跨區(qū)域中藥資源區(qū)劃、縣域中藥資源區(qū)劃。如《中國中藥區(qū)劃》[3],江蘇、貴州、浙江等省級中藥資源區(qū)劃[6-9],長江三峽庫區(qū)中藥材區(qū)劃,貴州省習(xí)水縣中藥資源區(qū)劃等分別代表了不同區(qū)域等級的中藥材區(qū)劃。
根據(jù)區(qū)劃的目的可將中藥資源區(qū)劃分為生長適宜性區(qū)劃和質(zhì)量適宜性區(qū)劃,前者主要關(guān)注區(qū)域內(nèi)中藥材的適生性,主要與藥用植物的存活率、發(fā)病率等產(chǎn)量因子有關(guān)[10-13];后者主要關(guān)注次生代謝產(chǎn)物積累的多少和快慢[14-20]。
根據(jù)區(qū)劃中的指標(biāo)體系可將中藥資源區(qū)劃分為生態(tài)區(qū)劃和生產(chǎn)區(qū)劃[13,21],生態(tài)區(qū)劃主要考慮生態(tài)適宜性,是研究中藥資源所在地的自然條件的空間分異規(guī)律,并按照自然條件的空間分異規(guī)律對其進(jìn)行區(qū)域劃分,包括氣候區(qū)劃、地形地貌區(qū)劃、植被區(qū)劃、土壤區(qū)劃、自然災(zāi)害區(qū)劃的疊加(通常是單因素區(qū)劃);生產(chǎn)區(qū)劃是在生態(tài)適宜性區(qū)劃的基礎(chǔ)上,綜合考慮了社會環(huán)境適宜性的區(qū)劃,按照社會經(jīng)濟(jì)條件的空間分異規(guī)律對其進(jìn)行區(qū)域劃分,通常是在生態(tài)區(qū)劃的基礎(chǔ)上,疊加上經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平區(qū)劃、土地利用狀況區(qū)劃、交通條件區(qū)劃、技術(shù)水平區(qū)劃(即綜合因素區(qū)劃)等[10-23]。
1.4 中藥材區(qū)劃的方法
常見的中藥材區(qū)劃包括以下幾類:1)定性描述法:收集匯總專家的經(jīng)驗和意見,根據(jù)藥用動植物的生物特性與生態(tài)環(huán)境的吻合程度,以及各區(qū)域內(nèi)藥物的數(shù)量和質(zhì)量,對中藥資源的地理分布進(jìn)行的定性描述[3]。2)環(huán)境相似度聚類法(構(gòu)建模板法):選用道地藥材產(chǎn)區(qū)生態(tài)因子值作為最優(yōu),通過對生態(tài)因子進(jìn)行緩沖區(qū)分析或相似度聚類(二者的本質(zhì)都是相似度聚類),依據(jù)區(qū)域內(nèi)生態(tài)條件與道地產(chǎn)區(qū)的相似程度進(jìn)行區(qū)域劃分[10-13]。3)模型構(gòu)建法:采用統(tǒng)計分析(相關(guān)分析、聚類分析、主成分分析、回歸分析、模糊數(shù)學(xué)等),分析中藥材質(zhì)量和數(shù)量與不同生態(tài)要素間的關(guān)系、并構(gòu)建關(guān)系模型。在明確藥物的生境特征和關(guān)系模型的條件下,應(yīng)用GIS技術(shù)對模型中各生態(tài)要素進(jìn)行空間插值,再根據(jù)模型對空間插值結(jié)果進(jìn)行空間計算,獲得最終區(qū)劃結(jié)果并將結(jié)果以地圖的形式輸出[17-18]。4)基于遙感的區(qū)劃法:利用衛(wèi)星遙感圖像獲取資源所在區(qū)域的生境信息(如地形地貌、植被群落、土地利用狀況等),輔以氣象站的點狀數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型生成區(qū)劃范圍內(nèi)的氣候數(shù)據(jù),結(jié)合野外調(diào)查獲取中藥資源信息,構(gòu)建中藥資源與遙感圖像之間的關(guān)系模型,并根據(jù)關(guān)系模型和各要素的空間分異規(guī)律對其進(jìn)行區(qū)域劃分。遙感數(shù)據(jù)在中藥材區(qū)劃中的應(yīng)用能明顯提高區(qū)劃的效率和精度,成為未來區(qū)劃方法的一個方向[1,21]。
綜合正交實驗的結(jié)果,以CODCr和UV254為主要分析指標(biāo),采用單因素變量法[9],分別考察廢水pH值、石墨烯加入量以及H2O2加入量對廢水CODCr去除率和出水UV254值的影響。
近年來中藥材區(qū)劃的重要進(jìn)展,一方面表現(xiàn)在研究區(qū)劃的文章數(shù)量急劇上升,另一方面表現(xiàn)在上文介紹的四種區(qū)劃方法在中藥材區(qū)劃中都有應(yīng)用。但需要指出的是,當(dāng)前區(qū)劃文章雖多,但總體質(zhì)量有待提高,具體如下:1)樣本代表性較差:不論哪種方式的區(qū)劃,都是通過野外樣本來獲取自然狀況下的藥材產(chǎn)量和質(zhì)量信息及其與區(qū)域的關(guān)系,因此樣本的代表性是整個區(qū)劃結(jié)果可靠性的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,目前大部分區(qū)劃研究都不重視野外采樣工作,一些區(qū)劃根本就是閉門造車,完全沒有野外調(diào)查的基礎(chǔ)。另一些雖然會有野外調(diào)查和采樣的內(nèi)容,但卻忽視了藥材的產(chǎn)量和品質(zhì)受生長年限、采樣時間等多因素影響,導(dǎo)致樣本的代表性不足;2)數(shù)據(jù)全面性、數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度問題:一個完整的區(qū)劃中將涉及到大量的空間背景數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)的獲取難度較大,因此,當(dāng)前很多中藥材區(qū)劃研究只用到了最基礎(chǔ)的環(huán)境數(shù)據(jù),如部分氣候數(shù)據(jù)和土壤類型數(shù)據(jù)等。即使獲得了相關(guān)數(shù)據(jù),一些數(shù)據(jù)尺度稍大,還有些數(shù)據(jù)的時效性較差,這些都直接影響區(qū)劃的質(zhì)量;3)區(qū)劃方法的選擇問題:雖然,上文提到的四類區(qū)劃方式在中藥材區(qū)劃中都有應(yīng)用,但很遺憾的是,多數(shù)區(qū)劃都采用的是環(huán)境相似度聚類法,原因是這種方法最簡單,既沒有對野外調(diào)查或采樣的要求,也不存在做不出結(jié)果的可能。定性描述法常常不單獨(dú)使用,而是與后幾種方法聯(lián)用。因此,技術(shù)含量較高的模型構(gòu)建法和基于遙感的區(qū)劃法,因投入的人力物力和時間較大,技術(shù)要求高,區(qū)劃周期較長而少有報道;4)忽視了藥材質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境之間的內(nèi)在關(guān)系:在各種區(qū)劃中,以適生性為目標(biāo)的區(qū)劃占到多數(shù),以藥材中次生代謝產(chǎn)物積累的區(qū)劃極少;5)生態(tài)適宜性較多,生產(chǎn)適宜性區(qū)劃較少:多數(shù)研究都只做到生態(tài)環(huán)境是否適宜,對土地利用、社會經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性區(qū)劃考慮較少,導(dǎo)致區(qū)劃沒有實用性;6)只有針對品種的區(qū)劃,而沒有針對區(qū)域的區(qū)劃:實際生產(chǎn)中最需要的是針對區(qū)域的中藥材種植區(qū)劃,即某個地區(qū)適合種哪些中藥材,而不是某種中藥材適用于哪些地區(qū)[1,5,14-20]。
3.1 目標(biāo)
針對中藥材區(qū)劃中存在的問題,本文依托第四次全國中藥資源普查,獲取大量精細(xì)的中藥資源的分布、產(chǎn)量(生物量)及品質(zhì)(指標(biāo)成分含量)調(diào)查結(jié)果,相關(guān)自然環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)及人文數(shù)據(jù),結(jié)合覆蓋全國的遙感圖像,綜合考慮各種生態(tài)因子對中藥材適生性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,開展200多種大宗常用中藥材種植的適生性區(qū)劃,開展產(chǎn)量和/或品質(zhì)的適宜性區(qū)劃。在此基礎(chǔ)上,完成以區(qū)域(縣級行政單元)為基礎(chǔ)的中藥材適宜性區(qū)劃。
3.2 主要內(nèi)容
3.2.1 信息獲取及空間化 以本研究組前期形成的道地藥材空間分析數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),結(jié)合第四次全國中藥資源普查補(bǔ)充完善各種生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù),經(jīng)進(jìn)一步加工(主要是提高數(shù)據(jù)的空間吻合度和剔除異常值),得到精度高且準(zhǔn)確度好的數(shù)據(jù),形成全國中藥資源空間信息數(shù)據(jù)庫(見表1)。
利用本次普查,獲得中藥資源分布、產(chǎn)量、品質(zhì)、栽培及野生、病蟲害等藥材信息及相關(guān)社會經(jīng)濟(jì)、人文數(shù)據(jù),利用地理信息系統(tǒng)將其空間化,形成空間信息完備的全國中藥資源普查數(shù)據(jù)庫。
3.2.2 重點中藥材產(chǎn)量、品質(zhì)的地理變異分析 根據(jù)文獻(xiàn)記載,選取產(chǎn)量或品質(zhì)變異較大的大宗常用或珍稀瀕危中藥材,在全國范圍內(nèi)選擇具有代表性的樣地40個左右,每個樣地采集藥材及土壤樣品各5個。然后在實驗室對中藥材化學(xué)成分及土壤中無機(jī)元素、土壤微生物等進(jìn)行檢測。
3.2.3 中藥材適生性、產(chǎn)量及品質(zhì)生態(tài)適宜性區(qū)劃 以全國中藥資源空間信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),利用相似度、最大信息熵模型等方法開展全國尺度的中藥材適生性區(qū)劃。
表1 全國中藥資源空間信息數(shù)據(jù)庫
利用逐步回歸、模糊數(shù)學(xué)、聚類分析和主成分分析等方法分析中藥材產(chǎn)量及有效成分含量和生態(tài)因子之間的相關(guān)性,建立中藥材產(chǎn)量、品質(zhì)與生境的相關(guān)模型,完成中藥材產(chǎn)量和品質(zhì)的生態(tài)適宜性區(qū)劃。
3.2.4 中藥材生產(chǎn)適宜性區(qū)劃 利用GIS疊加分析等功能,在生態(tài)適宜性的基礎(chǔ)上,結(jié)合全國中藥資源空間信息數(shù)據(jù)庫中土地利用、遙感圖像、人文、社會經(jīng)濟(jì)等信息,開展中藥材生產(chǎn)適宜性區(qū)劃。
3.2.5 以區(qū)域為基礎(chǔ)的中藥材種植區(qū)劃 將上述200多種中藥材區(qū)劃的結(jié)果進(jìn)行空間疊加分析,并根據(jù)需求利用全國行政地圖進(jìn)行空間切割,利用制圖綜合技術(shù)整理出圖,分別形成國家級、省級及縣級中藥材生產(chǎn)適宜性區(qū)劃圖,為指導(dǎo)和制定區(qū)域中藥材種植規(guī)劃提供依據(jù)。
3.3 區(qū)劃流程
根據(jù)上文研究內(nèi)容,形成區(qū)劃流程,見圖1。
圖1 基于第四次全國中藥資源普查的中藥材區(qū)劃流程圖
3.4 基于第四次全國中藥資源普查的中藥材區(qū)劃的特色
3.4.1 數(shù)據(jù)精度和代表性為實現(xiàn)高質(zhì)量的中藥材區(qū)劃提供了保障 本研究依托第四次全國中藥資源普查,形成具有空間信息的全國中藥資源普查數(shù)據(jù)庫和全國中藥資源空間信息數(shù)據(jù)庫,包含各種生態(tài)因子數(shù)據(jù),以及中藥普查成果,并實現(xiàn)信息空間化,數(shù)據(jù)庫中的中藥材及環(huán)境信息的全面性和現(xiàn)勢性均是前所未有的。同時,第四次全國中藥資源普查工作中選擇了大量的樣地進(jìn)行調(diào)查,樣本的位置和數(shù)量的選擇是科學(xué)計算和專家經(jīng)驗的共同結(jié)果,樣本的代表性較高,為區(qū)劃工作的提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。
3.4.2 綜合利用了各種區(qū)劃方法,各種方法優(yōu)勢互補(bǔ),使得區(qū)劃結(jié)果更加可靠 中藥材區(qū)劃研究經(jīng)歷了由單一化向綜合化,由關(guān)注自然屬性為主到自然和人文屬性兼顧、由專家集成的定性分析為主向定性和定量相結(jié)合的發(fā)展歷程[2]。所用區(qū)劃方法基本涵蓋了當(dāng)前農(nóng)業(yè)、林業(yè)區(qū)劃中常用的幾種區(qū)劃方法,即上文提到的定性描述法、環(huán)境相似度聚類法(構(gòu)建模板法)、模型構(gòu)建法、基于遙感的區(qū)劃法。這幾種方法各有特色,由于定性描述法、環(huán)境相似度聚類法雖然結(jié)果較粗糙,但操作簡單、成本小、周期短,被多數(shù)學(xué)者采用。只有極少的研究采用模型構(gòu)建法和基于遙感的區(qū)劃方法。本次普查獲得了大量的野外環(huán)境和中藥材分布數(shù)據(jù),為進(jìn)行實驗室內(nèi)的產(chǎn)量和品質(zhì)分析提供了豐富的藥材信息,加上數(shù)據(jù)庫中的覆蓋全國的中藥資源遙感數(shù)據(jù),為建立區(qū)劃模型、開展基于遙感的區(qū)劃提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此,本次區(qū)劃將真正做到根據(jù)藥材的特點,綜合選擇運(yùn)用不同的區(qū)劃方法,開展中藥材區(qū)分,這樣將極大地提高普查區(qū)劃結(jié)果的可靠性。
3.4.3 從生態(tài)適宜性區(qū)劃發(fā)展到生產(chǎn)區(qū)劃,從單一品種的區(qū)劃發(fā)展到區(qū)域規(guī)劃大大提高了區(qū)劃的實用性 目前多數(shù)的中藥材區(qū)劃研究主要研究生態(tài)環(huán)境對藥材產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,即所謂生態(tài)適宜性區(qū)劃;本次區(qū)劃則在生態(tài)適宜性區(qū)劃的基礎(chǔ)上,綜合考慮土地利用狀況、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、中藥資源開發(fā)利用的技術(shù)水平、交通運(yùn)輸?shù)葘χ兴幉漠a(chǎn)量和成本的影響,從而形成生產(chǎn)適宜性區(qū)劃。同時,以往中藥材的區(qū)劃的結(jié)果都是以某個中藥材為中心,從而形成該中藥材生態(tài)或生產(chǎn)適宜性區(qū)劃結(jié)果;本次區(qū)劃則是在單個藥材區(qū)劃的基礎(chǔ)上,對不同品種的區(qū)劃結(jié)果進(jìn)行疊加分析,從而形成以區(qū)域為基礎(chǔ)的的全國、省級、縣級三級區(qū)劃,這種以區(qū)域可為當(dāng)?shù)卣贫ū镜刂兴幉漠a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供參考,對指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民開展中藥材種植具有極大的實用性,該方法的使用必將使得中藥材區(qū)劃進(jìn)入一個全新的歷史時期。
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20YearsofChineseMateriaMedicaRegionalization:fromSingleHerbalRegionalizationtoRegionalRegionalization
ZHUShoudong1,ZHANGXiaobo1,HUANGLuqi1,LUJianwei2,ZHAORunhuai3,MAWeifeng1,GUOLanping1*
(1.StateKeyLaboratoryofDao-diHerbs,NationalResourceCenterforChineseMateriaMedica,ChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100027,China;2.StateAdministrationofTraditionalChineseMedicine,Beijing100027,China;3.ChinaNationalCorp.ofTraditional&HerbalMedicine,Beijing100195,China)
This paper concludes the achievement of Chinese Materia Medica(CMM)regionalization for the past 20 years,which include the theories,principle,classification and methods of regionalization of CMM.After pointing out the defects about the current CMM regionalization,it presents the new regionalization method of CMM based the forth national investigation of CMM resources with objective,contents and technique processes,and point out that CMM regionalization comes to a new stage when regional regionalization instead of single herbal regionalization.
Chinese Materia Medica(CMM); Regionalization; Remote sensing; Regional regionalization; Herbal regionalization
10.13313/j.issn.1673-4890.2014.02.001
2013-12-21)