基于GIS技術(shù)的福建省柳葉白前資源適宜性空間分布研究

林燕華范世明徐蔚胡娟

【摘要】本研究以福建省為例，結(jié)合柳葉白前生長的環(huán)境因子，選取適宜柳葉白前生長的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）中的空間分析方法對柳葉白前資源的適宜性空間分布進(jìn)行研究，并用野外實(shí)地調(diào)查和入戶調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：福建省柳葉白前資源主要分布在南平市、龍巖市、寧德市、三明市和漳州市，全省適宜區(qū)面積為752680Km2，占福建省土地總面積的620%，其中建陽市、永定縣、蒲城縣、建甌市、霞浦縣、明溪縣、福鼎市、平和縣等地區(qū)的適宜區(qū)面積均占到各縣面積的10%以上?；贕IS技術(shù)分析的結(jié)果和野外實(shí)地調(diào)査結(jié)果相符，說明利用空間分析方法劃分柳葉白前資源的適宜性分布區(qū)域是可行的，可為全面調(diào)查柳葉白前資源的分布與保護(hù)以及合理開發(fā)利用柳葉白前資源提供科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】柳葉白前；GIS；適宜性；空間分布

【中圖分類號】R9312【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A【文章編號】1007-8517（2016）19-0125-07

柳葉白前為蘿摩科鵝絨藤屬植物柳葉白前（Cynanchum Stauntonii D.C.）的根及根莖，是中國藥典收載的中藥白前正品之一[1]，為常用中藥，具有降氣、消痰、止咳之功效，用于治療肺氣壅實(shí)、咳嗽多痰、胸滿喘急等癥。福建省歷來是柳葉白前的主產(chǎn)地之一，其資源較為豐富，蘊(yùn)藏量大。多有野生，少有栽培。近幾年來隨著其開發(fā)利用的不斷擴(kuò)展，市場需求劇增，柳葉白前野生資源受到掠奪式采挖，且人們的社會活動又加劇野外環(huán)境的惡化，使野生柳葉白前的生長范圍進(jìn)一步縮小，資源蘊(yùn)藏量驟降，造成原料藥材供應(yīng)緊張。為了緩解柳葉白前資源不足的現(xiàn)狀，不少地方紛紛開始對柳葉白前進(jìn)行引種栽培。但是由于對其適宜的生態(tài)環(huán)境不清楚而盲目引種栽培和擴(kuò)大種植，導(dǎo)致了栽培柳葉白前生態(tài)適宜性差，產(chǎn)量較低，質(zhì)地柔軟、色白、味淡，與野生的質(zhì)脆、色黃、味微甜有一定差異。因此，進(jìn)行野生柳葉白前資源生態(tài)適宜性的研究對科學(xué)引種、合理種植及資源的可持續(xù)開發(fā)利用等都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。且前人對柳葉白前的研究主要集中于化學(xué)成分和藥效方面[2-5]，而基于GIS技術(shù)對柳葉白前資源進(jìn)行適宜性空間分布的研究尚未見報道。

本研究以福建省為例，在理論分析與野外GPS實(shí)地調(diào)查采樣的基礎(chǔ)上，選取適宜柳葉白前生長的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，以福建省的高程數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)為后臺數(shù)據(jù)，基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間分析功能，從空間的角度定量化分析了柳葉白前生長的適宜性分布，并利用野外實(shí)地調(diào)查與入戶調(diào)研進(jìn)行驗(yàn)證，可以為保護(hù)和合理開發(fā)利用柳葉白前資源提供科學(xué)依據(jù)。同時，可以選擇與其生長環(huán)境相似的區(qū)域，發(fā)展規(guī)模化人工種植，為柳葉白前的生產(chǎn)和發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1研究區(qū)概況

福建省位于中國東南沿海，地處東經(jīng)115°50′～120°44′，北緯23°31′～28°19′，全省土地面積為1214萬Km2，約占全國土地總面積的13%。全省地勢西北高，東南低，斷面略呈馬鞍形，橫境內(nèi)山地丘陵面積占土地總面積的90%以上，素有“八山一水一分田”之說。閩西和閩中兩大山帶大體平行，閩西大山帶以武夷山脈為主體，斜貫在閩、贛兩省之間，長約530Km，平均海拔1000m。氣候區(qū)域差異較大，閩東南沿海地區(qū)屬南亞熱帶氣候，閩東北、閩北和閩西屬中亞熱帶氣候，年平均氣溫17～21℃，平均降雨量1400～2000mm，是中國雨量最豐富的省份之一。該省具有明顯的土壤垂直地帶性分布規(guī)律，土壤類型有黃壤、赤紅壤、紅壤、石質(zhì)土、紫色土、石灰（巖）土、新積土、風(fēng)沙土、潮土、山地草甸土、濱海鹽土、酸性硫酸鹽土、水稻土等13個土類，26個亞類。植被類型有針葉林、針闊混交林、闊葉林、灌叢、草叢、沼澤、栽培植被等。

2材料與方法

21數(shù)據(jù)來源及處理本研究的主要數(shù)據(jù)包括：①高程數(shù)據(jù)（DEM）空間分辨率為90m×90m，植被數(shù)據(jù)為1∶100萬福建省植被圖，土壤數(shù)據(jù)為1∶400萬福建省數(shù)字化土壤圖，行政邊界數(shù)據(jù)為1∶400萬福建省行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，上述數(shù)據(jù)均來源于地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺。②手持GPS野外實(shí)地調(diào)查采集數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 101軟件實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)分析。

22研究方法本研究擬采用GPS與GIS技術(shù)相結(jié)合的研究方法，具體包括：①查閱福建省相關(guān)文獻(xiàn)記載及中藥資源普查資料[6-7]，對建陽市、光澤縣、松溪縣、蒲城縣、上杭縣、泰寧縣、明溪縣、仙游縣、柘榮縣分別進(jìn)行調(diào)查。在每個縣選取2～4個有柳葉白前生長的樣地（2m×2m），并記錄樣地的經(jīng)緯度、海拔、坡度坡向、土壤類型、植被類型及樣地出現(xiàn)的柳葉白前的株數(shù)。同時，觀察植株地上、地下部分的形態(tài)特征和生長狀況。②物種資源的分布受到氣候、地形地貌、土壤、植被和水文等因素的影響。本研究將文獻(xiàn)資料與野外調(diào)査信息相結(jié)合確定適宜柳葉白前生長的生態(tài)環(huán)境因子，根據(jù)各因子的影響程度及數(shù)據(jù)的來源與準(zhǔn)確性，選擇海拔高度、土壤類型、植被類型3個因子作為柳葉白前資源適宜性劃分依據(jù)的指標(biāo)。③空間分析法：首先利用ArcGIS 101軟件的空間分析工具對各個環(huán)境因子進(jìn)行分析，得出每個環(huán)境因子的適宜性空間分布圖，然后將各單因素分布圖層進(jìn)行疊加，綜合得出柳葉白前資源在福建省的適宜性空間分布圖，再將福建省的行政邊界圖疊加到適宜性空間分布圖上，提取縣級的柳葉白前資源適宜性分布面積。④進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查與ArcGIS 101軟件分析所得結(jié)果驗(yàn)證。

3結(jié)果分析

31柳葉白前資源適宜性的單因素空間分析

311柳葉白前資源適宜性的地形因素分析根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料記載，柳葉白前資源分布具有明顯的區(qū)域性和地帶性，一般分布在海拔230～800m之間。而通過野外樣地調(diào)査信息匯總（見表1）分析得出，福建省柳葉白前資源主要分布在海拔200～800m范圍內(nèi)。其中柳葉白前資源最適宜的海拔為200～550m，在這區(qū)域柳葉白前資源分布集中且生長良好。在海拔550～800m范圍內(nèi)也適宜柳葉白前資源生長，但分布明顯減少且長勢比較弱，這一區(qū)域?yàn)榱~白前分布的次適宜區(qū)。而在海拔低于200m或者高于800m區(qū)域，基本無柳葉白前資源分布，為不適宜區(qū)。利用ArcGIS 10 1軟件的空間分析工具，依據(jù)已獲取的福建省DEM 數(shù)據(jù)圖，將柳葉白前資源的適宜性空間分布按海拔高度劃分為3個區(qū)域，見圖1。

312柳葉白前資源適宜性的土壤類型分析根據(jù)國內(nèi)相關(guān)調(diào)查研究表明[8]，野生柳葉白前生長在低山丘陵、平原的溪邊、河灘砂債之上或湖邊、塘邊、溝邊以及山谷中潮濕處。在濕潤的地方生長良好，但不能漬水，怕干旱、高溫。野外調(diào)查結(jié)果表明（見表1），福建省柳葉白前資源生長的土壤環(huán)境較為濕潤，在新積土、潮土、紅壤等土壤類型中有較多柳葉白前資源分布，而在赤紅壤、黃紅壤等土壤類型中僅有少量柳葉白前資源分布，在黃壤、石質(zhì)土、紫色土、石灰（巖）土、風(fēng)沙土、山地草甸土、濱海鹽土、酸性硫酸鹽土、水稻土等土壤類型中基本無柳葉白前資源分布。因此新積土、潮土、紅壤等為柳葉白前資源生長的適宜土壤類型，赤紅壤、黃紅壤等為次適宜土壤類型，而其余土壤如黃壤、石質(zhì)土、紫色土、石灰（巖）土、風(fēng)沙土、山地草甸土、濱海鹽土、酸性硫酸鹽土、水稻土等為不適宜土壤類型。利用ArcGIS 101軟件的空間分析工具，依據(jù)已獲取的福建省土壤數(shù)據(jù)圖，將柳葉白前資源的適宜性空間分布按土壤類型劃分為3個區(qū)域。見圖2。

313柳葉白前資源適宜性的植被類型分析根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料記載，柳葉白前資源主要分布在潮濕的草叢、灌叢、草甸及山坡疏林中。在全年生長期間要求全光如在陰蔽、光照較弱的情況下種植，則生長不良。經(jīng)野外實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)（見表1），福建省適宜柳葉白前資源分布的植被主要類型有草叢、灌叢、闊葉林、針闊混交林。其中草叢、灌叢等兩種植被類型中柳葉白前資源分布較多，為柳葉白前資源分布的適宜植被類型。而在闊葉林、針闊混交林的植被類型中僅有少量的柳葉白前資源分布，且生長不良，可能是其光照不足等原因，此為柳葉白前資源分布的次適宜植被類型。在針葉林、栽培植被、沼澤等其他植被類型中基本無柳葉白前資源分布，為不適宜柳葉資源分布的植被類型。利用ArcGIS 101軟件的空間分析工具，依據(jù)已獲取的福建省植被數(shù)據(jù)圖，將柳葉白前資源的適宜性空間分布按植被類型劃分為3個區(qū)域。見圖3。

32柳葉白前資源適宜性分布區(qū)域根據(jù)以上分析得到柳葉白前資源適宜性分布的不同海拔區(qū)域、不同土壤類型區(qū)域、不同植被類型區(qū)域，通過這些因子綜合形成劃分柳葉白前資源適宜性分布區(qū)域的依據(jù)。見表2。

利用ArcGIS 101的空間分析工具將海拔高度、土壤類型、植被類型這3個單因素確定的柳葉白前資源適宜性分布區(qū)圖層疊加分析，得到柳葉白前資源在福建省的適宜性空間分布圖。本研究首先依據(jù)海拔確定柳葉白前資源適宜分布區(qū)域的第一圖層，然后在該層上疊加由土壤類型確定的柳葉白前資源適宜性分布圖，若兩圖層均為適宜區(qū)，則疊加部分為適宜區(qū)；若第一圖層為適宜區(qū)，第二圖層為次適宜區(qū)，疊加結(jié)果為次適宜區(qū)，兩圖層疊加按照柳葉白前資源適宜性級別低的圖層類型決定新圖層類型的原則進(jìn)行。通過疊加運(yùn)算形成新的柳葉白前資源適宜性分布圖，依照此原則疊加依植被類型確定的柳葉白前資源適宜性分布圖，最終得到柳葉白前資源在福建省的適宜性空間分布圖，見圖4。

通過對福建省柳葉白前資源適宜性分布區(qū)域進(jìn)行研究，結(jié)果表明：柳葉白前資源主要分布在南平市、龍巖市、寧德市、三明市和漳州市，包括建陽市、永定縣、蒲城縣、長汀縣、建甌市、霞浦縣、明溪縣、上杭縣、福鼎市、平和縣等縣，和相關(guān)文獻(xiàn)信息[6]的記載相符。將福建省的縣級行政邊界圖疊加到柳葉白前資源的適宜性分布圖上，提取36個市縣柳葉白前資源的適宜性分布面積（見表3）。全省柳葉白前資源分布的適宜區(qū)面積為752680Km2，占福建省土地總面積的620%，次適宜區(qū)面積為5832056Km2，占福建省土地總面積的4804%。其中南平市的縣級市建陽市柳葉白前資源分布的適宜區(qū)面積最大為58395Km2，而沿海的晉江市、石獅市等縣級市基本無柳葉白前資源的分布。從柳葉白前資源的適宜性分布區(qū)可以看出，建陽市、永定縣、蒲城縣、霞浦縣、明溪縣、福鼎市、平和縣等適宜區(qū)面積占了各縣面積的10%以上，表明這7個縣是福建省柳葉白前資源的主產(chǎn)區(qū)。

33結(jié)果驗(yàn)證野外樣地數(shù)據(jù)采集也是建立本次研究的重要基礎(chǔ)，由于福建省山地多、地形復(fù)雜、地勢險峻，野外實(shí)地調(diào)查和采樣難度較大。本次柳葉白前資源的適宜性野外調(diào)查采集了9個縣的21個樣地信息，見表1。其中有8個樣地是柳葉白前資源分布較為集中的地方，利用手持GPS進(jìn)行精確定位與數(shù)據(jù)采集。通過GIS OFFICE 將野外調(diào)查樣地數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS 101 軟件中，與柳葉白前資源的適宜性空間分布圖層進(jìn)行疊加（圖5）。發(fā)現(xiàn)野外實(shí)地調(diào)查21個樣地中柳葉白前資源分布較為集中的8個樣地都處于柳葉白前資源的適宜性空間分布區(qū)域內(nèi)，這8個樣地分別為建陽市書坊鄉(xiāng)、松溪縣松源街道、蒲城縣萬安鄉(xiāng)、柘榮縣英山鄉(xiāng)、上杭縣才溪鎮(zhèn)、明溪縣城關(guān)鄉(xiāng)和夏陽鄉(xiāng)、仙游縣西苑鄉(xiāng)，其他13個樣地處于柳葉白前資源的次適宜空間分布區(qū)域內(nèi)，野外調(diào)查結(jié)果與通過ArcGIS 101軟件分析所得的適宜性分布范圍結(jié)果基本相符，這說明GIS技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的合理性。此外，通過對永定縣、長汀縣、霞浦縣、福鼎市等縣的藥農(nóng)進(jìn)行訪問調(diào)查，了解到確實(shí)有柳葉白前的分布，進(jìn)一步驗(yàn)證了福建省柳葉白前資源的適宜性空間分布。

4討論

我國擁有世界上最豐富的中藥資源，然而目前數(shù)千種藥用植物資源瀕危，中藥資源面臨可持續(xù)發(fā)展危機(jī)，中藥無序開發(fā)使生物多樣性受到嚴(yán)重的破壞。因此，保護(hù)與合理開發(fā)利用中藥資源迫在眉睫，而了解物種適宜性的生態(tài)環(huán)境和空間分布對其資源的保護(hù)及管理至關(guān)重要。近年來，空間遙感技術(shù)作為一種先進(jìn)的大范圍資源監(jiān)測手段，為中藥資源調(diào)查提供了新的技術(shù)，將GIS技術(shù)應(yīng)用于中藥資源適宜性分析已開展了不少有益的探索，相對于傳統(tǒng)的調(diào)查方法，GIS技術(shù)在適宜性空間分布研究方面具有實(shí)施高效、節(jié)省時間物力、易于空間量化等獨(dú)特的優(yōu)勢。李芬等[9]利用GIS技術(shù)的空間分析方法對冬蟲夏草資源的適宜性空間分布進(jìn)行了研究，建立了使用空間分析方法對中藥資源進(jìn)行適宜性分布區(qū)域劃分的方法。譚爾等[10]利用TCMGIS-II對青藏高原沙棘的生態(tài)適宜性進(jìn)行研究，分析其在我國的適宜生長地區(qū)，為民族藥沙棘的引種栽培與科學(xué)區(qū)劃提供參考。尚雪等[11]利用遙感和GIS技術(shù)對四川省羌活資源的適宜性分布進(jìn)行研究，表明利用遙感和GIS方法劃分羌活資源的適宜性分布區(qū)域是可行的。

本研究通過野外實(shí)地調(diào)查與GIS技術(shù)相結(jié)合，對福建省柳葉白前分布的海拔、土壤類型、植被類型等生態(tài)因子進(jìn)行疊加分析，得到福建省柳葉白前資源適宜性空間分布范圍，并計算各縣適宜區(qū)和次適宜區(qū)的分布面積。研究結(jié)果表明福建省柳葉白前資源分布的適宜區(qū)面積為752680Km2，占福建省土地總面積的620%，次適宜區(qū)面積為5832056Km2，占福建省土地總面積的4804%。且通過ArcGIS 101 空間分析得到的福建省柳葉白前資源適宜性空間分布圖與野外樣地調(diào)查結(jié)果基本相符，證明了ArcGIS 101分析結(jié)果的可靠性及準(zhǔn)確性，說明了GIS技術(shù)對中藥資源適宜性分析的方法具有可行性，可為在區(qū)域尺度上進(jìn)行中藥資源適宜性分布研究提供了新的思路和方法。

物種資源的分布受到氣候、地形地貌、土壤、植被和水文等因素的影響，但本研究僅對海拔高度、土壤、植被等生態(tài)環(huán)境因子進(jìn)行分析，在生態(tài)適宜性分布中未考慮到氣候生態(tài)因子、水文因素等對柳葉白前資源適宜性分布的影響，有些不足之處。在今后研究中考慮將GIS技術(shù)與氣候、地形地貌、土壤、水文等各方面因素相結(jié)合，深入研究柳葉白前資源的適宜性分布，掌握我國柳葉白前資源適宜的分布范圍和產(chǎn)量，為保護(hù)與合理開發(fā)利用柳葉白前資源提供科學(xué)依據(jù)。

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（編輯：程鵬飛）