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, *

1.福建省中醫(yī)藥研究院，福建 福州 350003；2.福建中醫(yī)藥大學藥學院，福建 福州 350108

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資源調(diào)查

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1范世明2徐 蔚1胡 娟1, 2 *

1.福建省中醫(yī)藥研究院，福建 福州 350003；2.福建中醫(yī)藥大學藥學院，福建 福州 350108

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，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行研究，并用野外實地調(diào)查和入戶調(diào)研數(shù)據(jù)進行驗證。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7526.80Km2，占福建省土地總面積的6.20%，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以及合理開發(fā)利用柳葉白前資源提供科學依據(jù)。

柳葉白前；GIS；適宜性；空間分布

柳葉白前為蘿摩科鵝絨藤屬植物柳葉白前(CynanchumStauntoniiD.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、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一步縮小，資源蘊藏量驟降，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，進行野生柳葉白前資源生態(tài)適宜性的研究對科學引種、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)實意義。且前人對柳葉白前的研究主要集中于化學成分和藥效方面[2-5]，而基于GIS技術(shù)對柳葉白前資源進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，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，并利用野外實地調(diào)查與入戶調(diào)研進行驗證，可以為保護和合理開發(fā)利用柳葉白前資源提供科學依據(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)?；斯しN植，為柳葉白前的生產(chǎn)和發(fā)展做出貢獻。

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12.14萬Km2，約占全國土地總面積的1.3%。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

2.1 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)科學數(shù)據(jù)共享平臺。②手持GPS野外實地調(diào)查采集數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 10.1軟件實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)分析。

2.2 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。③空間分析法：首先利用ArcGIS 10.1軟件的空間分析工具對各個環(huán)境因子進行分析，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進行野外實地調(diào)查與ArcGIS 10.1軟件分析所得結(jié)果驗證。

3 結(jié)果分析

3.1 柳葉白前資源適宜性的單因素空間分析

3.1.1 柳葉白前資源適宜性的地形因素分析 根據(jù)相關(guān)文獻資料記載，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)域為柳葉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。

調(diào)查點經(jīng)度(°N)緯度(°E)海拔/m土壤類型植被類型株數(shù)建陽市麻沙鎮(zhèn)117°44'45.42″27°27'49.51″313.19赤紅壤草叢12黃坑鎮(zhèn)117°39'58.54″27°29'51.98″316.24新積土針闊混交林13小湖鎮(zhèn)118°13'22.21″27°22'36.12″236.00紅壤闊葉林8書坊鄉(xiāng)117°48'34.22″27°16'00.74″276.01紅壤灌叢80光澤縣司前鄉(xiāng)117°30'37.11″27°54'1.30″507.86黃紅壤闊葉林4李坊鄉(xiāng)117°14'58.02″27°24'33.50″327.13紅壤闊葉林8松溪縣花橋鄉(xiāng)118°40'13.75″27°36'14.74″244.30紅壤闊葉林6松源街道118°46'48.77″27°33'56.12″250.00潮土草叢50花橋鄉(xiāng)118°39'7.49″27°34'32.78″291.00紅壤闊葉林5蒲城縣萬安鄉(xiāng)118°31'55.63″27°52'27.34″206.35新積土草叢150永興鎮(zhèn)118°24'21.20″27°58'26.39″619.00紅壤闊葉林3柘榮縣英山鄉(xiāng)119°52'29.83″27°16'34.6″512.00紅壤灌叢45東源鄉(xiāng)119°54'39.02″27°10'41.43″765.00黃紅壤灌叢4上杭縣才溪鎮(zhèn)116°24'25.80″25°17'10.29″437.45潮土草叢60白砂鎮(zhèn)116°37'41.29″25°08'46.01″533.00黃紅壤闊葉林10

續(xù)表1 野外樣地調(diào)查數(shù)據(jù)

3.1.2 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 10.1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。

3.1.3 柳葉白前資源適宜性的植被類型分析 根據(jù)相關(guān)文獻資料記載，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 10.1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。

3.2 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 10.1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行。通過疊加運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7526.80Km2，占福建省土地總面積的6.20%，次適宜區(qū)面積為58320.56Km2，占福建省土地總面積的48.04%。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583.95Km2，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)。

表2 柳葉白前資源適宜性空間分布劃分依據(jù)

3.3 結(jié)果驗證 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 10.1 軟件中，與柳葉白前資源的適宜性空間分布圖層進行疊加(圖5)。發(fā)現(xiàn)野外實地調(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 10.1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)進行訪問調(diào)查，了解到確實有柳葉白前的分布，進一步驗證了福建省柳葉白前資源的適宜性空間分布。

表3 福建省各縣柳葉白前資源適宜性分布區(qū)域

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，中藥無序開發(fā)使生物多樣性受到嚴重的破壞。因此，保護與合理開發(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及管理至關(guān)重要。近年來，空間遙感技術(shù)作為一種先進的大范圍資源監(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施高效、節(jié)省時間物力、易于空間量化等獨特的優(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行了研究，建立了使用空間分析方法對中藥資源進行適宜性分布區(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7526.80Km2，占福建省土地總面積的6.20%，次適宜區(qū)面積為58320.56Km2，占福建省土地總面積的48.04%。且通過ArcGIS 10.1 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 10.1分析結(jié)果的可靠性及準確性，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，為保護與合理開發(fā)利用柳葉白前資源提供科學依據(jù)。

[1]國家藥典委員會.中國藥典[M].北京:中國醫(yī)藥科技出版社，2015:109-110.

[2]邱聲祥.柳葉白前化學成分研究[J].中國中藥雜志，1994,19(8)：488-489.

[3]田效民，李鳳，黃順菊，等.柳葉白前揮發(fā)性成分的GC-MS分析[J]．中國實驗方劑學雜志，2013,19(5)：111-113．

[4] 梁愛華，薛寶云，楊慶，等．柳葉白前的鎮(zhèn)咳、祛痰及抗炎作用[J].中國中藥雜志，1996，21(3)：173-175．

[5] 倪林英，王德群．鵝絨藤屬常用中藥分布特點探討[J]．中醫(yī)藥臨床雜志，2011，23(6)：548-549．

[6] 趙秀貞，朱濂溪，江英志，等．福建藥物志[M]．福州：福建科學技術(shù)出版社，1994：135．

[7] 福建省中藥資源普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室．福建省中藥資源普查資料匯編[M]．1988：252．

[8] 陳宏康，萬美亮，劉國杜，等．提高柳葉白前產(chǎn)量和質(zhì)量的探討[J]．中國中藥雜志，1995，20(4)：204-205．[9] 李芬，吳志豐，徐翠，等．三江源區(qū)冬蟲夏草資源適宜性空間分布[J]．生態(tài)學報，2014，34( 5)：1318-1325．

[10]譚爾，江道峰，蘇永文，等．基于TCMGIS 的青藏高原沙棘生態(tài)適宜性研究[J]．世界科學技術(shù)--中醫(yī)藥現(xiàn)代化，2014，16( 1)：130-135．

[11] 尚雪，董麗君，文路軍，等．基于遙感與GIS 技術(shù)的四川省羌活資源適宜性分布研究[J]．中國中藥雜志，2015，40(13)：2553-2558．

(編輯：程鵬飛)

Study on Spatial Distribution ofCynanchumStauntoniiSuitability in Fujian Province Based on GIS

LIN Yanhua1FAN Shiming2XU Wei1HU Juan1,2*

1. Fujian Academy of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350003,China;2. The College of Pharmacy, FuJian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350108,China

Spatial distribution ofCynanchumStauntoniisuitability in Fujian province was studied based on spatial analysis of GIS. In this study, appropriate indices of eco-environment forCynanchumStauntoniisuitability, including height factor, soil typesand vegetation types, were chosen according to habitat condition. The field measurement and questionnaires from farmers were collected to verify the cartographic results. The results indicated thatCynanchumStauntoniiresources in Fujian province were mainly distributed in the cities of Nanping, Longyan, Ningde,Sanming and Zhangzhou, which suitability distribution areas of 7526.80Km2approximately and accounting for 6.20% of the total area. Suitability areas accounting for more than 10% of the respective total area in Jianyang county,Yongding county,Pucheng county, Jianou county, Xiapu county, Mingxi county, Fuding county,Pinghe county,ect..The suitability distribution based on GIS were corresponded with field investigative data, which indicated GIS-based suitability distribution forCynanchumStauntoniiresources was feasible. The study may provide a scientific basis for a comprehensive investigation, protection, rational development and utilization ofCynanchumStauntoniiresources.

CynanchumStauntonii; GIS; Suitability; Spatial Distribution

2016-06-10

福建省科技廳公益類科研院所專項項目(2014R1035-7)；國家中醫(yī)藥管理局第四次全國中藥資源普查(福建)試點項目；中醫(yī)藥公益性行業(yè)項目專項“我國水生、耐鹽中藥資源的合理利用研究項目”(201407002)。

林燕華(1987-)，女，碩士，研究實習員，研究方向為中藥材生態(tài)適宜性分析。E-mail:lyh10924017@163.com

胡娟，女，博士，教授，研究方向為中藥化學。E-mail:huj@fjtcm.edu.cn

R931.2

A

1007-8517(2016)19-0125-07