氣候特征與藥用植物地理分布的數(shù)值分析△
——以四川省為例

張琴，張東方，2，孫成忠，謝彩香*

（1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193；2.江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221116；3.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100039）

氣候是影響植物分布的重要因素，中藥材的品質(zhì)和藥效與其生長(zhǎng)的地域環(huán)境密切相關(guān)［1-2］。藥用植物的分布與氣候的關(guān)系在國(guó)內(nèi)外廣受關(guān)注［3］，深入研究區(qū)域氣候特征，分析藥用植物分布模式，對(duì)保護(hù)當(dāng)?shù)厮幱弥参镔Y源有著重要意義；同時(shí)，也對(duì)當(dāng)?shù)厮幱弥参镔Y源的合理開發(fā)與利用有著重要的指導(dǎo)作用［4］。

四川位于中國(guó)大陸西南腹地，自古就有 “天府之國(guó)”之美譽(yù)。四川地勢(shì)西高東低，地貌復(fù)雜，氣候差異顯著，高原山地氣候和亞熱帶季風(fēng)氣候并存。復(fù)雜的氣候條件造就了四川豐富的藥用植物資源。四川藥用植物種類繁多，達(dá)4500余種，產(chǎn)量約占全國(guó)的1／10，是我國(guó)藥材的主要產(chǎn)區(qū)，歷來(lái)有著 “中藥之鄉(xiāng)”、 “無(wú)川不成方”的美譽(yù)［5-6］。近年來(lái)許多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)四川地區(qū)藥用植物資源調(diào)查與保護(hù)、藥用植物人工栽培與病蟲害防治、藥用植物地理分布等多個(gè)方面作出研究［7-10］。本文通過(guò)分析四川地區(qū)不同氣候特征，探究區(qū)域氣候與藥用植物地理分布規(guī)律的關(guān)系，為藥用植物資源保護(hù)和規(guī)劃以及引種栽培、選址提供參考。

1 材料及方法

1.1 材料

1.1.1 研究區(qū)概況 四川介于東經(jīng)97°21′～108°33′和北緯 26°03′～34°19′之間，位于中國(guó)西南腹地，地處長(zhǎng)江上游，面積為48.6萬(wàn)km2。四川省地勢(shì)西高東低，由西北向東南傾斜，地形復(fù)雜多樣。其中，位于東部的四川盆地地區(qū)以山地為主，而西南地區(qū)位于青藏高原東部橫斷山系中段，地貌類型為中山峽谷，西北地區(qū)為青藏高原東南緣和橫斷山脈的一部分，地面海拔4000 m左右。因此，根據(jù)地形地貌將四川省分為三大研究單元：東部是完整的四川盆地，西部是高山、高原，西南部是中山、寬谷、山原和盆地，三者高差懸殊，地貌差異明顯［11］。四川季風(fēng)氣候明顯，雨熱同期，受地理緯度和地貌影響，東西部差異顯著，氣候垂直變化大［12-14］。四川復(fù)雜多變的地形地貌和氣候條件，為植物提供了多樣的生長(zhǎng)環(huán)境，從而孕育了四川豐富的藥用植物資源。

1.1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源 四川氣候數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù) 據(jù) 共 享 服 務(wù) 網(wǎng) （http：／／data.cma.cn／），為2000—2014年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，包括年均溫、年降水、活動(dòng)積溫、濕度、日照、一月最低溫、一月平均溫、七月最高溫、七月最低溫，共9個(gè)氣候因子。四川高程數(shù)據(jù)來(lái)自于地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)（http：／／www.geodata.cn／）。四川省藥用植物資源分布數(shù)據(jù)主要來(lái)源于第三次中藥資源普查資料，此外根據(jù)訪談?wù){(diào)查對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充。

1.2 研究方法

1.2.1 研究區(qū)域劃分 基于四川地區(qū)地形地貌以及四川氣候分異特點(diǎn)，結(jié)合四川省行政區(qū)劃圖，將四川地區(qū)劃分為四川盆地、攀西地區(qū)、川西高原三大區(qū)域（圖1）。

圖1 四川地區(qū)區(qū)域劃分

1.2.2 四川地區(qū)氣候特征 四川省氣候數(shù)據(jù)是利用地理信息系統(tǒng)的柵格數(shù)據(jù)空間分析功能，通過(guò)對(duì)四川地區(qū)的氣象站點(diǎn)觀測(cè)值的離散數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格插值運(yùn)算生成表面，得到四川地區(qū)氣候特征分區(qū)圖（圖2）。本文采用的插值方法為反距離權(quán)重插值法（IDW，inverse distance weighted），IDW以插值點(diǎn)與樣點(diǎn)間的距離為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，插值點(diǎn)越近的樣點(diǎn)賦予的權(quán)重越大。其插值公式如下：

設(shè)平面上的離散點(diǎn)的坐標(biāo)值為 Xi，Yi，Zi，（i＝1，2，…，n），根據(jù)周圍離散點(diǎn)的值，通過(guò)加權(quán)值求Z點(diǎn)值，如式（1）。

圖2 四川地區(qū)氣候特征圖

1.2.3 四川地區(qū)藥用植物空間分布及物種多樣性分析 依據(jù)第三次中藥資源普查資料及訪談?wù){(diào)查，得到四川地區(qū)主要藥材的空間分布圖（圖3），根據(jù)該圖計(jì)算四川各地區(qū)的藥材種類豐富度，Simpson物種多樣性指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)。鑒于四川盆地和川西高原地區(qū)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于攀西地區(qū)，因此取樣方時(shí)在四川盆地和川西高原地區(qū)各取兩個(gè)樣方，在攀西地區(qū)取一個(gè)樣方。藥用植物種類豐富度S用所在樣方內(nèi)的物種數(shù)表示，Simpson物種多樣性指數(shù)D基于公式計(jì)算得到，ni表示第 i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)，N表示全部物種的個(gè)數(shù)（圖3）。Shannon-Weiner指數(shù) H基于 H＝-∑（Pi）（log2Pi），Pi＝樣品中屬于第i種的個(gè)體的比例，如樣品總個(gè)體數(shù)為 N，第 i種個(gè)體數(shù)為 ni，則 Pi＝ni／N。

圖3 四川地區(qū)主要藥材產(chǎn)地圖

2 結(jié)果

2.1 四川地區(qū)氣候特征

分析圖2可知，四川盆地常年溫暖濕潤(rùn)，冬暖夏熱。四川盆地地形閉塞，氣溫明顯高于同緯度其他地區(qū)，尤其在冬季，由于冷空氣受到北方秦嶺大巴山的阻隔，四川盆地大部分地區(qū)一月平均氣溫在5～12℃，一月最低溫在0～6℃以上，比同緯度的長(zhǎng)江中下游地區(qū)溫度高許多，與廣東北部相當(dāng)。盆地氣溫東高西低，南高北低，盆底高邊緣低，等溫線分布呈同心圓狀。盆地邊緣山地氣溫呈現(xiàn)出垂直地帶性分布特點(diǎn)，隨著海拔的升高，氣溫逐漸降低。攀西地區(qū)位于四川省西南部，屬亞熱帶半濕潤(rùn)氣候，攀西地區(qū)年均氣溫較高，年均溫在10～20℃，冬季溫暖夏季清涼，一月氣溫略低于四川盆地，七月氣溫遠(yuǎn)低于四川盆地，氣溫年較差小。攀西地區(qū)降水量較四川盆地少，為800～1200 mm，降水主要集中在東部。川西高原為青藏高原東南緣和橫斷山脈的一部分，位于青藏高原東側(cè)，雅安的邛崍山脈以西。從高程圖上可以看出，川西高原地面海拔4000 m以上，地勢(shì)西北高，東南低，是四川省地勢(shì)最高的地區(qū)。

2.2 四川地區(qū)藥用植物空間分布及物種多樣性分析

依據(jù)圖3可以看出，四川地區(qū)藥用植物資源豐富，全省范圍內(nèi)均有藥用植物分布。其中四川盆地是四川省藥材的主產(chǎn)區(qū)，其代表性的野生藥材基源植物主要有麥冬 Ophiopogon japonicus（Linn.f.）Ker-Gawl.、天南星 Arisaema heterophyllum Blume、前胡Peucedanum praeruptorum Dunn等，家種藥材基源植物主要有川芎Ligusticum chuanxiong Hort.、川赤芍Paeonia veitchii Lynch、川烏Aconitum carmichaeli Debx.、郁金Curcuma aromatica Salisb.、川白芷Angelica anomala Lallem.、桔梗 Platycodon grandiflorus（Jacq.）A.DC.、川明參 Chuanminshen violaceum Sheh et Shan、云木香 Saussurea costus（Falc.）Lipech.等。攀西地區(qū)野生藥用植物主要有川黃檗Phellodendron chinense Schneid.、滇黃芩 Scutellaria amoena C.H.Wright.、金鐵鎖 Psammosilene tunicoides W.C.Wu et C.Y.Wu、補(bǔ)骨脂 Psoralea corylifolia Linn.，家種藥材基源植物主要包括川續(xù)斷Dipsacus asperoides C.Y.Cheng et T.M.Ai、茯苓 Poria cocos（Schw.）wolf、半夏 Pinellia ternate（Thunb.）Breit.等。川西高原野生藥材基源植物主要分布有川貝母Fritillaria cirrhosa D.Don、川黃連 Coptis chinensis Franch.、羌 活 Notopterygium incisum Ting ex H.T.Chang、冬蟲夏草 Cordyceps sinensis（Berk.）Sacc、大黃Rheum offcinale Baill.，家種藥材主要包括杜仲Eucommia ulmoides Oliver、黨參Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf.、豬苓 Polyporus umbillatus（Pers）Fr.等。

分析不同區(qū)域的豐富度，物種多樣性指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)發(fā)現(xiàn)，四川地區(qū)藥材種類豐富度，物種多樣性指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)均較高，但不同地區(qū)存在差異。如圖3所選5個(gè)區(qū)域的藥材種類豐富度，Simpson物種多樣性指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)排列順序均為Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ。四川盆地和川西高原面積較大，但四川盆地的Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)大于川西高原的Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)，四川盆地Ⅲ區(qū)的各項(xiàng)指標(biāo)略低于攀西地區(qū)Ⅴ區(qū)，但其Ⅳ區(qū)大于攀西地區(qū)Ⅴ區(qū)，因此總體而言，四川盆地物種豐富度最高，其次是攀西地區(qū)，川西高原北部居中，川西高原南部藥材種類豐富度，物種多樣性指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)最低。

圖4 四川地區(qū)藥用植物物種豐富度評(píng)價(jià)

四川地區(qū)幅員遼闊，地形復(fù)雜，橫跨亞熱帶、溫帶、寒帶氣候，野生植物豐富、藥材栽培歷史悠久，據(jù)統(tǒng)計(jì)，四川地區(qū)藥材種類多達(dá)4500余種，其中，四川盆地藥材種類最多，其次是攀西地區(qū)、川西高原。四川盆地約分布有2000余種，藥材產(chǎn)量占全省的60%，四川盆地氣候溫暖濕潤(rùn)，植被豐富，分布的藥材大部分是陰生植物，少數(shù)是喜陽(yáng)植物；攀西地區(qū)分布藥材約1800余種，約占全省的30%，該地區(qū)光熱資源豐富，分布的藥材主要是喜光，喜濕，耐陰的植物；川西高原地區(qū)植被脆弱，但分布有種類較多的動(dòng)物藥及其他類藥材，此外該地區(qū)溫度低降水少，還分布了一些耐陰耐寒不耐高溫的植物。

3 討論

3.1 四川地區(qū)氣候特征

四川盆地位于長(zhǎng)江上游，四川省東部及重慶市西部，四周被海拔2000～3000 m的山脈和高原所環(huán)繞。四川盆地位于高原大地形與中國(guó)東部平原過(guò)渡帶，特殊的地理環(huán)境使四川盆地既受東亞季風(fēng)和印度季風(fēng)的影響，同時(shí)又受到青藏高原大氣環(huán)流系統(tǒng)的影響。四川盆地年降水量在1000～1300 mm，盆地邊緣山地降水尤為豐富，這是由于來(lái)自海上的暖濕氣流遇山體阻隔，被迫抬升冷卻，達(dá)到飽和后形成大量降水。四川盆地東南部海拔相對(duì)較低，西北部山地海拔相對(duì)較高，導(dǎo)致水汽容易進(jìn)入而不容易散失，因而四川盆地濕度較大，多陰雨天氣，全年日照時(shí)間很短。攀西地區(qū)屬亞熱帶半濕潤(rùn)氣候，由于焚風(fēng)效應(yīng)的影響，西部降水較少且空氣濕度很低，形成干熱河谷的獨(dú)特氣候環(huán)境。攀西地區(qū)日照充足，年日照時(shí)間均在2000 h以上，其光熱資源優(yōu)勢(shì)對(duì)植物的生長(zhǎng)具有重要的意義。川西高原總體上以寒溫帶氣候?yàn)橹?，全年溫度較低，冬季受冷高壓影響，天氣晴朗，日照豐富。降水較少，年降水量為400～900 mm。川西高原氣候總體特征是河谷干暖，山地濕冷，光照豐富，降水量少。

3.2 四川地區(qū)藥材分布

四川東部的四川盆地氣候溫暖濕潤(rùn)，冬暖夏熱，適宜于絕大多數(shù)喜溫暖濕潤(rùn)氣候的植物生長(zhǎng)，是四川省家種藥材的主產(chǎn)區(qū)，種植面積占全省的60%左右。該地區(qū)藥材分布密集，種類繁多，有根莖類，種子類以及花類，代表品種有川芎、麥冬、白芍等。其中，川芎是四川著名的道地藥材，年產(chǎn)量占全國(guó)的80%以上，川芎喜氣候溫和、雨量充沛、日照充足而又較濕潤(rùn)的環(huán)境［15］，主要種植于四川盆地西部邊緣，由成都平原向川西高原過(guò)渡的中山區(qū)，主產(chǎn)于都江堰市（原名灌縣）、柴縣、彭縣、新都等地。麥冬喜溫暖濕潤(rùn)，降雨充沛的氣候條件，在5～30℃正常生長(zhǎng)，最適溫度為15～25℃［16-17］，四川盆地夏季高溫多雨，非常適宜麥冬的生長(zhǎng)，麥冬主要分布在四川綿陽(yáng)市和三臺(tái)縣，年產(chǎn)量占全國(guó)20%以上。鑒于該地區(qū)藥用植物種類多且產(chǎn)量豐富，建議對(duì)該地區(qū)野生藥用植物資源有計(jì)劃地進(jìn)行開發(fā)利用，對(duì)市場(chǎng)需求量較大的藥材可進(jìn)行大規(guī)模的規(guī)范化栽培，以滿足市場(chǎng)需求。

攀西地區(qū)地勢(shì)較高，地貌特征是山原峽谷，山高谷深、盆地交錯(cuò)。年氣溫較高，冬季溫暖夏季清涼，光熱資源豐富，該地區(qū)分布的藥用植物種類也較多，既有亞熱帶藥材也有溫帶藥材，以野生的多年生根類藥材為主，這些藥用植物的特點(diǎn)主要是喜溫暖而潮濕的環(huán)境，怕嚴(yán)寒和酷暑，代表品種天麻、茯苓、金鐵鎖，川續(xù)斷等。其中，天麻來(lái)源于蘭科天麻屬植物天麻的根莖，用于治療頭痛眩暈、癲癇、破傷風(fēng)、小兒驚風(fēng)等癥［18］，是市場(chǎng)需求量較大的名貴中藥，天麻適宜于冬暖夏涼的氣候，不耐嚴(yán)寒與酷熱，喜半陰和潮濕的環(huán)境，西南一帶所產(chǎn)的天麻質(zhì)量尤佳，是著名的道地藥材［19］。該地區(qū)藥材資源豐富，且多為生長(zhǎng)年限較長(zhǎng)的貴重藥材，建議先進(jìn)行合理規(guī)劃再采挖，還可進(jìn)行人工撫育及栽培管理。

川西高原是四川地區(qū)地勢(shì)最高處，主要地貌是高山高原。因此，全年溫度較低，降水較少，光照豐富，分布于該區(qū)域的藥用植物種類多數(shù)為高原植物，以多年生宿根性草本為主，代表性藥用植物有川貝母、冬蟲夏草、秦艽、羌活等。其中，冬蟲夏草又名蟲草，是我國(guó)民間慣用的一種名貴滋補(bǔ)藥材，生長(zhǎng)在高寒山區(qū)，分布在海拔3500～4500 m以上的高山草地灌木帶、草甸和灌叢草甸等處的草坡和雪山上［20］，在四川省除南部以外的大部分地區(qū)均有分布，川西高原是其分布中心。川貝母喜冷涼氣候條件，具有耐寒、喜濕、喜隱蔽的特點(diǎn)［21］，生長(zhǎng)在溫帶高山、高原地帶的針闊葉混交林、針葉林、高山灌叢中，廣泛分布于川西高原的大部分地區(qū)，攀西地區(qū)西北部也有少量分布。由于該地區(qū)藥用植物年生長(zhǎng)期較短，生長(zhǎng)較為緩慢，資源自然更新率較低，對(duì)該區(qū)域蘊(yùn)藏量小的珍稀藥用植物資源，建議通過(guò)使用組織培養(yǎng)技術(shù)以及建立特色藥材生產(chǎn)基地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。

4 結(jié)論

本文基于地區(qū)地形地貌和氣候特征，將四川地區(qū)劃分為三大區(qū)域：四川盆地，攀西地區(qū)和川西高原。其中，四川盆地位于四川地區(qū)東部，四周高中部低，地形閉塞，氣溫高于同緯度地區(qū)，冬暖夏熱，年降水量大，多陰雨天氣，日照時(shí)間短；攀西地區(qū)位于四川西南部，包括四川涼山彝族自治州和攀枝花市，年均氣溫較高，冬季溫暖夏季清涼，降水集中在東部地區(qū)，光熱資源豐富；川西高原位于四川西北部，海拔在4000 m以上，地勢(shì)西北高，東南低，包括阿壩藏族羌族自治州和甘孜藏族自治州，全年溫度較低，降水較少，光照豐富。

四川地區(qū)地貌復(fù)雜和氣候多樣孕育了四川豐富的藥用植物資源?；诘谌沃兴庂Y源普查數(shù)據(jù)，并通過(guò)近些年我們對(duì)四川藥材調(diào)查經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，得到四川地區(qū)主要藥材的空間分布圖，分析其物種多樣性可知四川盆地物種最豐富，其次為攀西地區(qū)，最后為川西高原。據(jù)統(tǒng)計(jì)，四川盆地藥材產(chǎn)量占全省的60%左右，攀西地區(qū)占30%左右，川西高原地區(qū)藥用植物分布較少。從氣候特點(diǎn)可知，四川盆地溫暖濕潤(rùn)，冬暖夏熱，因此藥材分布密集，主要是適宜于溫暖濕潤(rùn)的氣候的藥材，代表品種有川芎、麥冬、川烏等；而攀西地區(qū)年氣溫較高，冬季溫暖夏季清涼，較高的1月最低溫保證了植物的越冬需要，是植物栽培的必要條件，降水集中在東部地區(qū)，光熱資源豐富，以野生藥用植物為主，分布的主要是不耐低溫，喜濕的一些藥用植物，主要有天麻、茯苓、川牛膝等；川西高原全年溫度較低，降水較少，光照豐富，主要分布的是不耐高溫，喜光的藥用植物，如川貝母、冬蟲夏草、秦芄、羌活等。

此外，本文還分析了主要藥用植物川芎、麥冬、天麻、川貝母、冬蟲夏草等的生長(zhǎng)習(xí)性及地理分布模式，不同地區(qū)的氣候特征導(dǎo)致不同的藥材資源，氣候與植物生長(zhǎng)有著密切的統(tǒng)一性，這與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道一致［22］。本文首次從區(qū)域氣候特征和藥用植物資源分布情況兩方面來(lái)論述四川地區(qū)藥用植物資源分布與自然生態(tài)環(huán)境間的關(guān)系，旨在為當(dāng)?shù)厮幱弥参镔Y源保護(hù)和開發(fā)提供參考。

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