中草藥種植品質(zhì)知識圖譜的構(gòu)建

李夢 侯旭粲 張麗麗

摘要 科學(xué)合理地種植中草藥是解決中藥資源緊缺、保障中藥質(zhì)量的根本方法。中草藥品質(zhì)受種子種苗、種植措施、土壤狀況等多種因素影響，各影響因素對中草藥品質(zhì)產(chǎn)生不同的作用，但迄今為止并沒有通過調(diào)控中草藥種植因素分析中藥材品質(zhì)的模型和方法。因此，本研究通過文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)合專家種植經(jīng)驗(yàn)，綜合分析影響中草藥種植指標(biāo)的復(fù)雜因素，以提高中藥材品質(zhì)為目標(biāo)，基于圖數(shù)據(jù)庫的方法構(gòu)建影響不同中草藥種植品質(zhì)的知識圖譜，探討中草藥種植因素與指標(biāo)之間的關(guān)系，通過調(diào)節(jié)影響中藥材品質(zhì)的因素，為中草藥種植以及提高中藥品質(zhì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 中草藥種植;中藥品質(zhì);知識圖譜;指標(biāo);影響因素;圖數(shù)據(jù)庫;中藥資源

Abstract Scientific and rational cultivation of traditional Chinese medicines is the fundamental method to solve the shortage of Chinese medicine resources and is the fundamental methods to guarantee the quality of traditional Chinese medicine.The quality of traditional Chinese medicines is affected by various factors such as seed seedlings，planting measures and soil conditions.The influencing factors have different effects on the quality of traditional Chinese medicines.However，there are no models and methods for analyzing the quality of traditional Chinese medicines by regulating the factors of Chinese medicine cultivation.Therefore，through literature research combined with expert planting experience，this paper comprehensively analyzes the complex factors affecting the cultivation index of traditional Chinese medicine，and aims to improve the quality of traditional Chinese medicine.Based on the graph database method，a knowledge map that affects the cultivation quality of different traditional Chinese medicines is constructed，and the relationship between the cultivation factors and indicators of traditional Chinese medicines is explored.By adjusting the factors affecting the quality of traditional Chinese medicines，it provides a basis for the cultivation of traditional Chinese medicines and the improvement of the quality of traditional Chinese medicines.

Keywords Chinese medicine planting; Quality of traditional Chinese medicines; Knowledge graph; Indicators; Influencing factors; Graph database; Chinese medicine resources

中圖分類號：[R282.2]文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.18.001

中草藥種植是我國傳統(tǒng)中藥藥材的主要來源方式，伴隨著國家對中醫(yī)藥事業(yè)的愈加重視和中藥市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大[1]，中藥材供給面臨著資源緊缺及中藥飲片質(zhì)量參差不齊等多種問題。如何合理種植中藥材、從源頭把握中藥質(zhì)量、提高產(chǎn)量已成為當(dāng)前中藥行業(yè)亟待解決的重要問題之一。中草藥種植過程中，除了其自身種質(zhì)資源因素影響以外，還包括施肥方式及肥料種類、土壤肥力、灌溉方式、農(nóng)藥種類等多方面的綜合影響[2]。各種環(huán)境因素以及復(fù)雜繁瑣的耕作方式相互作用，共同決定了中草藥植物生存及生長的狀況[3-4]。中草藥種植因素的選控對中藥飲片品質(zhì)的優(yōu)劣有著重大影響，通過調(diào)節(jié)中草藥種植因素來改善中藥品質(zhì)，是提高中藥飲片質(zhì)量和產(chǎn)量的重要途徑。當(dāng)前，中草藥種植基地以及藥農(nóng)依據(jù)自身相關(guān)種植經(jīng)驗(yàn)因無法科學(xué)合理地種植中藥材，故達(dá)不到最佳種植效果[5]。中草藥種植的優(yōu)化，是中藥炮制發(fā)揮較好療效的主因[6]，是保障中藥品質(zhì)的第一關(guān)，也是整個中藥產(chǎn)業(yè)鏈的第一步。為此，合理調(diào)控影響中草藥種植的各種因素，是提高中藥品質(zhì)以及中草藥種植效率的關(guān)鍵。

目前，提高中草藥種植品質(zhì)主要依靠專家經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)報道等數(shù)據(jù)信息，但因普及難，阻礙了中藥品質(zhì)提高的進(jìn)程[7-8]。因此，本研究提出構(gòu)建中草藥種植品質(zhì)知識圖譜，結(jié)合專家種植經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)報道，采用圖數(shù)據(jù)庫的形式對知識圖譜進(jìn)行表達(dá)，通過分析影響中藥飲片質(zhì)量及產(chǎn)量等指標(biāo)因素，探討復(fù)雜因素對指標(biāo)的綜合作用，清晰展示了復(fù)雜因素之間的聯(lián)系，為探索提高中藥的品質(zhì)提供依據(jù)。中草藥種植知識圖譜的建立，為中草藥種植基地和藥農(nóng)施用提高中藥品質(zhì)提供了新的解決方案，并將有利于提高中藥行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，和進(jìn)一步加快中醫(yī)藥事業(yè)的前進(jìn)步伐。知識圖譜于2012年提出，它是一種可將不同類型的實(shí)體（概念、屬性值）聯(lián)系在一起進(jìn)行研究的關(guān)系圖譜，其覆蓋了某一專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的知識，它可以準(zhǔn)確、快速地查找到所需信息[9-11]。隨著互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，知識圖譜已在推動著醫(yī)藥等多個領(lǐng)域的發(fā)展[9，12]。目前在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用，知識圖譜主要涉及炮制、鑒定、安全性以及治療2型糖尿病等方面的研究[13-16]，但尚未對合理優(yōu)化種植中草藥的知識圖譜進(jìn)行相關(guān)分析研究。中草藥種植指標(biāo)及其因素積累了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，但各知識間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，無法精確獲取知識背后帶來的深層含義，涉及到的中草藥種植指標(biāo)因素紛繁復(fù)雜且無序，難以解決中藥品質(zhì)提升的問題。中草藥種植知識圖譜是中草藥種植因素根據(jù)指標(biāo)需求不同而進(jìn)行復(fù)雜集合并與指標(biāo)相互聯(lián)系的知識圖形。構(gòu)建中草藥種植品質(zhì)知識圖譜，分析影響中草藥種植品質(zhì)的因素，建立中草藥種植指標(biāo)與因素之間的全面知識網(wǎng)絡(luò)框架，可以為提高中草藥種植品質(zhì)提供一個高效、可靠的方法。

1 基礎(chǔ)原理

中草藥種植過程涉及到的知識具有數(shù)量大、種類豐富的特點(diǎn)。例如，當(dāng)歸在種植過程中，從種植地的地區(qū)分布、海拔、種子種苗的規(guī)格到栽培方式以及施肥量等，均體現(xiàn)了中草藥種植知識的復(fù)雜性。如何將這些復(fù)雜的知識清晰地呈現(xiàn)，是當(dāng)前研究中草藥最佳種植模式的關(guān)鍵問題之一。本研究將基于實(shí)體語法系統(tǒng)形式化地展現(xiàn)復(fù)雜的中草藥種植知識體系。

實(shí)體語法系統(tǒng)（Entity Grammar Systems，EGS）是一種針對生物復(fù)雜系統(tǒng)研究而提出的形式化語法系統(tǒng)，可用于闡釋復(fù)雜的知識體系及其之間的關(guān)系[17]。它可以用五元組G=（VN，VT，F(xiàn)，P，S）來表示，其中各組成分別表示非末端字符集、末端字符集、操作子集、規(guī)則集和初始字符。當(dāng)不需考慮非末端字符集和末端字符集的區(qū)別時，實(shí)體語法系統(tǒng)可以由G=（V，F(xiàn)，P，S）表示，其中V=VN∪VT。

在本研究構(gòu)建的中藥種植因素與指標(biāo)之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖譜中，V代表研究中各類型節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)代表各節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系，P代表種植因素與種植指標(biāo)間關(guān)系的推理規(guī)則?；趯?shí)體語法系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，具體表現(xiàn)為：V={V1∪V2∪V3∪V4}，其中V1代表影響中草藥種植的因素，V2代表影響因素的排列集合點(diǎn)，V3代表中草藥種植的指標(biāo)，V4代表各因素集合對指標(biāo)的作用。

在該研究中，A代表中草藥種植因素，B代表中草藥種植因素的排序集合點(diǎn)，C代表中草藥種植指標(biāo)，D代表因素對指標(biāo)調(diào)節(jié)的作用關(guān)系;規(guī)則P代表通過多步推理得到中草藥種植因素集合與中草藥種植指標(biāo)的作用關(guān)系。

通過實(shí)體語法系統(tǒng)構(gòu)建最終得出中草藥種植因素與指標(biāo)之間的復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)分析可知，中草藥種植過程中涉及到的知識具有多個種植因素共同作用時，才能最終影響某一指標(biāo)的特點(diǎn)。因此，通過對中草藥種植知識的分析，針對不同類型的知識，將各類知識分別用不同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行表示，并對各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行屬性定義，依據(jù)屬性之間的聯(lián)系將各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而建立中草藥種植因素與指標(biāo)之間的知識圖譜。知識圖譜是對知識以及知識之間的關(guān)系進(jìn)行表達(dá)，因此，本研究基于圖數(shù)據(jù)庫的形式將中藥種植指標(biāo)及其復(fù)雜因素之間的知識用圖中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行表示，可更加清晰直觀地展示所構(gòu)建的復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)[18]。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源 以“中草藥+影響中藥品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)”為關(guān)鍵詞，檢索中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（CNKI）所有學(xué)科領(lǐng)域關(guān)于中草藥種植的相關(guān)文獻(xiàn)，將搜索到的文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行分析，對影響中草藥種植品質(zhì)的因素及其有關(guān)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理。

2.2 納入標(biāo)準(zhǔn) 中藥品質(zhì)是由多個指標(biāo)共同決定，不同指標(biāo)受種植中藥復(fù)雜因素的影響，表現(xiàn)為促進(jìn)或抑制。因此，根據(jù)中藥種植品質(zhì)的需求，選取其關(guān)鍵指標(biāo)，對影響該指標(biāo)的相關(guān)因素進(jìn)行匯總，綜合分析復(fù)雜因素對關(guān)鍵指標(biāo)的調(diào)節(jié)作用。

3 結(jié)果與分析

3.1 中草藥種植因素與指標(biāo)之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型由于構(gòu)建的中草藥種植因素與指標(biāo)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，僅在當(dāng)歸網(wǎng)絡(luò)中就有581條中草藥種植因素集合與指標(biāo)作用關(guān)系的知識，因此本研究采用當(dāng)歸網(wǎng)絡(luò)中的一條知識進(jìn)行講解。見圖1。在圖1中，圓圈代表中草藥種植因素，正方形代表中草藥種植因素的集合點(diǎn)，六邊形代表中藥種植指標(biāo)，箭頭方向代表中藥種植因素集合對中藥種植指標(biāo)的作用，其中三角形箭頭代表促進(jìn)作用，T形箭頭代表抑制作用。該條知識表達(dá)了當(dāng)歸在海拔2 000 m、遮陽率為50%、種苗為大苗時會促進(jìn)當(dāng)歸的抽薹率。因此，我們可適當(dāng)調(diào)節(jié)當(dāng)歸的種植因素來抑制當(dāng)歸的抽薹率，從而提高當(dāng)歸的品質(zhì)。通過分析當(dāng)歸的種植關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，我們可以對不同地區(qū)種植因素進(jìn)行調(diào)控，以此來達(dá)到理想的種植指標(biāo)。

3.2 當(dāng)歸種植知識圖譜 本研究構(gòu)建的中草藥種植知識圖譜，涵蓋了中草藥種植的復(fù)雜信息，為了可以詳細(xì)的闡述其內(nèi)容，因此采用以下例子進(jìn)行詳細(xì)介紹。

在當(dāng)歸種植過程中，影響當(dāng)歸種植品質(zhì)的主要指標(biāo)是抽薹率，抑制抽薹率是提高當(dāng)歸種植品質(zhì)以及當(dāng)歸在種植過程中所要解決的核心問題。如圖2是當(dāng)歸種植指標(biāo)抽薹率及其影響因素之間的子網(wǎng)絡(luò)，大圈節(jié)點(diǎn)代表影響當(dāng)歸的抽薹率，中圈節(jié)點(diǎn)代表影響抽薹率的各因素，小圈節(jié)點(diǎn)代表種植因素的集合點(diǎn)。在圖2中，我們可以直觀地發(fā)現(xiàn)抽薹率受多種因素不同的排列集合共同作用，表現(xiàn)為促進(jìn)或抑制。因此，可通過調(diào)控影響因素來抑制抽薹率，進(jìn)而提高當(dāng)歸的品質(zhì)。當(dāng)歸種植因素知識圖譜子網(wǎng)絡(luò)清晰地闡明了如何通過調(diào)節(jié)中藥種植因素來提高中藥品質(zhì)的作用機(jī)制。

3.3 應(yīng)用 中藥飲片產(chǎn)量規(guī)模和中藥材質(zhì)量都反映中醫(yī)藥的發(fā)展水平[1]，要科學(xué)合理地種植中草藥，基于專家對中草藥的種植經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)文獻(xiàn)報道，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)對傳統(tǒng)中草藥種植進(jìn)行把控，使中草藥種植更加科學(xué)化、系統(tǒng)化。本研究所構(gòu)建的中草藥種植知識圖譜集成了影響中草藥種植的多種因素，數(shù)據(jù)豐富且詳盡，并且隨著環(huán)境條件以及實(shí)際種植需求等原因的變化，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時更新，極大地提高了中草藥種植的效率。此外，由于中藥種類繁多，本研究所錄入的中草藥種植指標(biāo)及其因素數(shù)據(jù)信息有限，可后續(xù)中藥的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行補(bǔ)充和輸入，為豐富中草藥種植知識網(wǎng)絡(luò)圖譜提供了依據(jù)。

中草藥種植基地以及藥農(nóng)可根據(jù)構(gòu)建的中草藥種植知識圖譜，查詢當(dāng)?shù)赜绊懼兴幤焚|(zhì)指標(biāo)的關(guān)鍵因素，具有針對性地對關(guān)鍵因素進(jìn)行合理調(diào)控，實(shí)時分析中藥品質(zhì)的差異，這樣大大減少了人力與物力的耗損，同時對提高中藥品質(zhì)具有一定的幫助，為指導(dǎo)中草藥種植提供了方法。

4 結(jié)論

中藥在我國具有悠久歷史，是傳統(tǒng)中醫(yī)藥文化的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是中華民族生生不息的源泉[2]。隨著國家科技水平的不斷提高以及社會經(jīng)濟(jì)的飛速前進(jìn)，促使我們對中草藥種植產(chǎn)業(yè)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求。只有對中草藥種植做出正確的指導(dǎo)，才能從根本上對中藥品質(zhì)做出合理的評價[19]。如何在中草藥種植過程中選擇合適的種植方式，提高中藥質(zhì)量以及增加產(chǎn)量，是目前中草藥種植需要解決的核心問題[20]。中草藥在種植過程中面臨著諸多問題：除了光照、降雨量、溫度等多種氣候因素以外，同時還需考慮栽培制度、中草藥生長年限、施肥量及種類等諸多因素。復(fù)雜的影響因素為提高中藥品質(zhì)帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此，本研究提出構(gòu)建中草藥種植因素的知識圖譜，為解決提高中草藥種植品質(zhì)的問題提供了一種新的思路。

知識圖譜技術(shù)將知識以圖譜的形式表現(xiàn)，使知識以更直觀的方式呈現(xiàn)給大眾，將知識之間的關(guān)系表達(dá)的更加清晰，方便理解內(nèi)容和提高工作效率[21]。中草藥種植因素知識圖譜綜合分析種植過程中影響中藥品質(zhì)的因素，它不僅可以針對中藥品質(zhì)的不同指標(biāo)來調(diào)節(jié)其影響因素、提高種植效率，而且還可以在不影響中藥品質(zhì)的前提下，通過調(diào)控其他影響因素，合理把控施肥量，減少環(huán)境污染，做到綠色種植中藥。此外，中草藥種植因素知識圖譜清晰展示了中藥品質(zhì)與影響因素之間的復(fù)雜聯(lián)系，方便快速尋找所需中藥品質(zhì)的影響因素，為提高中藥品質(zhì)提供了解決方案。中草藥的合理種植，為提高中醫(yī)臨床療效以及用藥安全提供了保障。目前中草藥種植基地和藥農(nóng)在種植中草藥時，首要考慮因素就是提高中藥質(zhì)量和增加產(chǎn)量，但由于缺少科學(xué)、專業(yè)的種植知識，往往依靠自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行種植而導(dǎo)致品質(zhì)有所欠缺。因此，通過構(gòu)建中草藥種植品質(zhì)知識圖譜為中草藥種植基地和藥農(nóng)提供中草藥種植技術(shù)指導(dǎo)，根據(jù)所需中草藥指標(biāo)調(diào)控中草藥種植因素，為提高中草藥種植品質(zhì)以及增加中草藥種植經(jīng)濟(jì)收入提供了方法[20-23]。

隨著我國中醫(yī)藥事業(yè)逐漸走向世界、步入國際化，機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存[24]，因此，我們要更加注重科學(xué)種植中草藥，在提高中藥質(zhì)量的同時更要保障合理利用中藥資源。目前，中藥品質(zhì)不穩(wěn)定以及中草藥資源短缺是我們開發(fā)國外市場的難題之一，通過調(diào)控中草藥種植因素科學(xué)合理地種植中草藥，是我國中藥產(chǎn)業(yè)向國際市場拓展的重要一步[25]。

參考文獻(xiàn)

[1]余文康，董玲，裴文軒，等.基于中藥質(zhì)量樹的中藥飲片全程質(zhì)量控制和管理系統(tǒng)的開發(fā)[J].中國中藥雜志，2017，42（23）：4488-4493.

[2]孟祥才，郭慧敏，叢薇.中藥材栽培生產(chǎn)存在的問題與發(fā)展策略[J].中藥材，2017，40（4）：992-996.

[3]孟祥才，黃璐琦，陳士林，等.論中藥材栽培主產(chǎn)區(qū)的形成因素及栽培區(qū)劃[J].中國中藥雜志，2012，37（21）：3334-3339.

[4]張文華，鐘鑫昊，蒙正菊，等.山陽縣中草藥種植現(xiàn)狀及對策[J].鄉(xiāng)村科技，2018，9（19）：33，36.

[5]任真.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能中藥種植系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019，8（4）：72.

[6]張博達(dá)，謝芳，董滟.中藥煎煮法對療效影響因素分析[C].昆明：2016年《中國醫(yī)院藥學(xué)雜志》學(xué)術(shù)年會.2016

[7]劉麗紅，朱彥.基于語義表達(dá)的中藥概念數(shù)據(jù)模型構(gòu)建[J].世界中醫(yī)藥，2017，12（4）：936-939.

[8]李建華，劉智超，鄭建麗，等.中藥組成分資源和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫研究[J].華東理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2018，44（6）：901-908.

[9]歐艷鵬.知識圖譜技術(shù)研究綜述[J].電子世界，2018，41（13）：54，56.

[10]官賽萍，靳小龍，賈巖濤，等.面向知識圖譜的知識推理研究進(jìn)展[J].軟件學(xué)報，2018，29（10）：2966-2994.

[11]李濤，王次臣，李華康.知識圖譜的發(fā)展與構(gòu)建[J].南京理工大學(xué)學(xué)報，2017，41（1）：22-34.

[12]劉柳.知識圖譜的行業(yè)應(yīng)用與未來發(fā)展[J].互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)，2018，5（4）：16-21.

[13]孟祥龍，樊洲，肖洋，等.中藥炮制學(xué)學(xué)科研究前沿、熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢——基于知識圖譜的“中藥炮制”可視化研究[J].世界科學(xué)技術(shù)-中醫(yī)藥現(xiàn)代化，2015，17（7）：1514-1524.

[14]張鑫，李克杰，楊全，等.基于知識圖譜的我國中藥鑒定研究熱點(diǎn)與前沿分析[J/OL].中華中醫(yī)藥學(xué)刊：1-12[2019-04-22].

[15]張靜，葉六奇.中藥安全研究的知識圖譜與主題分析[J].中國藥房，2018，29（4）：466-469.

[16]胡佳卉，孟慶剛.基于CiteSpace的中藥治療2型糖尿病知識圖譜分析[J].中華中醫(yī)藥雜志，2017，32（9）：4102-4106.

[17]Wang Y.Entity grammar systems：A grammatical tool for studying the hierarchal structuresof biological systems[J].Bull Math Biol，2004，66（3）：447.

[18]劉婷，林君.基于Neo4j的重點(diǎn)人超級關(guān)系分析應(yīng)用探索[J].電信快報，2018，55（6）：25-28，32.

[19]高峰.中藥品質(zhì)評價需要再出發(fā)[N].中國中醫(yī)藥報，2017-05-11（05）.

[20]魏建和，屠鵬飛，李剛，等.我國中藥農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀分析與發(fā)展趨勢思考[J].中國現(xiàn)代中藥，2015，17（2）：94-98，104.

[21]廖鳳靈.科學(xué)知識圖譜構(gòu)建與應(yīng)用方法研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2018.

[23]王亞立.我國中藥材發(fā)展問題及解決對策[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，42（1）：124-126.

[24]盧先明.中藥栽培的歷史回顧與展望[J].中藥與臨床，2011，2（3）：4-7.

[25]陳士林，蘇鋼強(qiáng)，鄒健強(qiáng)，等.中國中藥資源可持續(xù)發(fā)展體系構(gòu)建[J].中國中藥雜志，2005，30（15）：1141-1146.

（2019-06-26收稿 責(zé)任編輯：蒼寧）