基于空間分析法研究四川道地藥材資源適宜性區(qū)劃*
——以趕黃草為例

西南醫(yī)科大學 袁紅，劉冰姿，龔佑芳，伍景洪，張鴻杰，李瑾

中藥材產(chǎn)業(yè)是建設健康中國的物質(zhì)基礎和發(fā)展戰(zhàn)略資源。健康、可持續(xù)的中藥種植對加快中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展、增加藥農(nóng)收入具有重要意義。中藥資源作為一種自然資源，其分布具有顯著的地理特征，如海拔、氣溫、降水、日照、土壤等，這些因素會直接影響中藥資源的質(zhì)量。

隨著計算機技術的廣泛應用，利用計算機分析和獲取信息，支持空間決策，挖掘大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為一個熱門研究領域?？臻g分析方法主要是將目標范圍內(nèi)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)結合起來進行具體的計算和分析。

國家政策大力支持中藥發(fā)展，促進中藥產(chǎn)業(yè)化，特別是種植道地藥材。有必要將中藥資源與環(huán)境數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)相結合，通過分析、直觀和具體的表達，挖掘藥材資源的數(shù)據(jù)相關性，解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)無法應用的困境[1]。

四川被稱為“沒有四川就沒有處方，沒有蜀就沒有藥”。獨特的地理結構造就了四川豐富多樣的藥材資源，四川是中國著名的中藥產(chǎn)地之一。四川獨特的醫(yī)藥資源為中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了資源基礎和條件。根據(jù)第三次全國中藥資源普查，四川省擁有全國中醫(yī)藥資源5000余種，其中常用中藥400余種，名、主藥材49種，是中國最大的中藥產(chǎn)地之一①。

四川道地藥材適宜性區(qū)劃的建立是中藥資源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的基礎。藥材資源功能區(qū)劃分析系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)對藥材的自動化和科學研究具有重要意義。

一、中藥種植業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

長期以來，我國中藥的商品來源主要依靠野生藥材資源。從20世紀50年代起，中國開始逐步發(fā)展中藥的種植和育種。30%的栽培和栽培藥材占藥材供應的絕大多數(shù)。

常見藥材按地域分類，主要有川藥、廣藥、云藥、桂藥、懷藥、浙藥、冠藥、北藥、華南藥、西北藥和藏藥。根據(jù)第三次全國中藥材資源普查結果，四川省共有藥材4354種，占全國的33.99%[2]；藥材儲量居全國首位。藥農(nóng)種植收入1140元/人，已成為全省增加農(nóng)業(yè)農(nóng)民收入的重要措施。到2020年，四川省已建立37種藥材標準化種植科技示范區(qū)，制定了烏頭、丹參等四川鄉(xiāng)土藥材標準化生產(chǎn)技術規(guī)程20種，其中14種已頒布為四川省地方標準[3]。

二、中藥產(chǎn)業(yè)存在的主要問題

（一）藥材種植技術低，規(guī)模化程度低

據(jù)統(tǒng)計，我國中藥良種培育率不足10%。目前，藥材資源的培育主要是“自養(yǎng)自用”。藥材規(guī)?；耘喑潭鹊?，藥材育種、種植、管理、初加工等環(huán)節(jié)仍需人工操作。

（二）藥材種植管理松散，標準化程度低

目前，四川省藥材種植基地分散，地理位置偏遠，藥材種植形式單一，管理松散。到2020年，嚴格按照GAP標準實施的標準化種植基地的生產(chǎn)面積不足10%。由于農(nóng)藥、化肥的使用頻頻超標，導致藥材質(zhì)量得不到保證。

（三）供需矛盾突出，市場化程度低

中藥材種植企業(yè)處于“小規(guī)模、低水平、弱加工”狀態(tài)。大多數(shù)企業(yè)只銷售原料藥或中藥飲片。中藥材產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，產(chǎn)業(yè)化程度低，特色產(chǎn)品不豐富，自然資源優(yōu)勢尚未轉化為經(jīng)濟優(yōu)勢。市場需求與農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的合作模式不完善，經(jīng)常存在供需矛盾。

三、藥材資源適宜性區(qū)劃分析

中藥材種植是中藥產(chǎn)業(yè)鏈的第一環(huán)。該基地生態(tài)環(huán)境良好，運行高效，質(zhì)量安全可追溯，通過企業(yè)基地合作發(fā)展特色藥材，支撐了中藥種植產(chǎn)業(yè)建設的成功。只有正確認識和把握中藥種植業(yè)的現(xiàn)狀和潛在的關鍵問題，才能找到有效措施，把握發(fā)展方向，確保中藥產(chǎn)業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展。

中藥質(zhì)量與地理環(huán)境因素密切相關，如海拔、溫度、降水量、日照時數(shù)、土壤微量元素含量等。這些生境因素不能直接反映在中藥中，但它們決定了中藥的質(zhì)量和功效。在理論研究方面，我國對藥材的空間分布與調(diào)查、藥材的開發(fā)利用與保護、藥材資源區(qū)劃等方面進行了廣泛的研究。然而，目前缺乏對藥材適宜性的分析和研究，對區(qū)域藥材種植的空間規(guī)劃和功能定位也鮮有涉及。

本文在使用GIS工具的基礎上，結合空間分析方法[4]，利用ArcGIS和四川省EDM影像數(shù)據(jù)，繪制了瀘州市三維地形圖和瀘州市降水、氣溫柵格圖。根據(jù)瀘州地區(qū)的環(huán)境因素，結合當?shù)厮幱觅Y源的分布和種植條件，確定了藥用資源的功能區(qū)劃。利用大數(shù)據(jù)技術分析四川藥材資源，指導藥材種植選址。

（一）數(shù)據(jù)來源

該項目從全國中藥資源普查和全國中藥統(tǒng)計摘錄中收集藥材數(shù)據(jù)，并從中科圖新獲得四川省1250萬DEM數(shù)據(jù)（SRTM）。截止時間為2020年12月31日。

（二）數(shù)據(jù)處理

對整理后的藥材數(shù)據(jù)進行如下處理：一是選擇“正品藥材”，如烏頭、骨碎補等；二是清除區(qū)域?qū)傩圆幻鞔_的藥材；三是選擇各地、市、州具有代表性的藥材；四是將同一種藥材在不同地區(qū)分開。經(jīng)處理后，整理出四川省37種正品藥材，涉及13個城市和地區(qū)（表1）。已分類的道地藥材資源被標記為可開發(fā)資源，并納入四川道地藥材資源數(shù)據(jù)庫。為了展示其空間位置，四川道地藥材資源的坐標精確到產(chǎn)地所在區(qū)域；使用百度地圖，提取當?shù)刈鴺说慕?jīng)緯度，將其制作成excel文本，在GIS中導入轉換，并將其空間位置顯示為地圖中的“點”，為進一步的交點分析做準備。

表1 四川省道地藥材資源

以上分析是通過選擇瀘州的道地藥材川趕黃草進行的：瀘州地處云貴高原與四川盆地的交界處，野生藥物資源儲量豐富。自古以來，中藥材種植歷史悠久，有中藥材資源1144種，藥用植物174科，中藥材種植面積20萬畝。其中，玉石斛、趕黃草、白芨等重要中藥材資源栽培歷史悠久，產(chǎn)量高，品質(zhì)好。以趕黃草為例。它的學名是拔根蔬菜。是古林縣名副其實的藥材。據(jù)研究，川趕黃草的主要有效成分為黃酮類化合物、沒食子酸、槲皮素、谷甾醇和多種抗氧化成分。其藥理作用主要是保護肝臟、促進膽囊和黃變、抗氧化和抑菌。具有清熱解毒、黃濕、活血化瘀、利水消腫的功效[5]。

（三）數(shù)據(jù)分析方法

近年來，空間分析方法作為一種空間信息技術，在中藥種植的應用研究中發(fā)展迅速?？臻g分析可以收集、存儲、檢索、分析、模擬和顯示地理空間數(shù)據(jù)[4]。該方法能較好地解決藥材資源的適宜性分析問題。

1.技術路線

利用arcmap107數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分別建立了四川省地形數(shù)據(jù)庫、瀘州市地形數(shù)據(jù)庫、降水數(shù)據(jù)庫和溫度數(shù)據(jù)庫。使用弧圖處理四個點的數(shù)據(jù)。將瀘州行政區(qū)劃、道地藥材種植、道地藥材分布、氣溫、降水等要素疊加，直觀反映道地藥材資源的空間分布和地理種植面積。

2.進行緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是一種分析方法，用于確定空間鄰近性或不同地理元素的鄰近性[6]。緩沖區(qū)半徑采用鄰近距離法確定，以瀘州行政區(qū)劃、瀘州地形、溫度和降水為分析對象，以中藥材資源為影響對象，即相鄰對象。以下分析模型如下：

Fi=f0（1-ri）

ri=di/d0；（0≤ri≤1）

式中：Fi為主體對周圍環(huán)境的影響程度；F0是主題的范圍索引；ri表示距離；di是從周圍環(huán)境到主體的距離；d0是主體與周圍環(huán)境之間的最大距離[7]。

通過對上述分析模型的計算和修正，確定以3km為緩沖半徑，建立道地藥材種植緩沖區(qū)。

3.生態(tài)因子疊加分析

①提取適當?shù)臉烁?/p>

在ArcGIS軟件中，根據(jù)趕黃草的適宜生長條件，使用工具箱工具提取適合種植的最大范圍。據(jù)統(tǒng)計，趕黃草主要生長在海拔600-1600m的山區(qū)，最適宜的地區(qū)是海拔1000-1500m的地區(qū)。為了保證研究成果的準確性，將高程范圍控制在600-1600m范圍內(nèi)，并從研究區(qū)的DEM數(shù)字高程模型中提取符合該范圍的高程。結果如圖1所示。

圖1 合適的立面圖

②在適當溫度下提取

收集瀘州市近五年的溫度網(wǎng)格圖像，結合趕黃草生長的適宜性要求，提取趕黃草適宜的平均溫度范圍。相關資料表明，趕黃草適宜的年平均氣溫為18℃，無霜期在300天以上。

③適當沉淀的提取

根據(jù)相關資料和實際情況，趕黃草主要生長在溫暖濕潤的中低山區(qū)，年降水量為700-800毫米。結合降水量，提取年降水量的適宜面積，提取方法同上。

④趕黃草提取適宜區(qū)域分布范圍

對道地藥材適宜性的研究是多種生態(tài)環(huán)境相互作用的結果，需要對上述結果進行疊加和分析。首先，依次疊加提取的高層；然后，利用空間分析方法提取趕黃草適宜面積；最后進行視覺表達。瀘州適宜種植趕黃草的地點為古林縣和合江縣，海拔600-1000米，年平均氣溫17-20℃，降雨量700-1000毫米。見圖2。

圖2 趕黃草適宜種植3D模型

四、結論

本研究利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術和空間分析方法，分析了道地藥材的特征及生長過程中溫度、海拔和降水因素的影響，并通過軟件得出了瀘州道地藥材的適宜分布范圍。最后，將研究結果與第三次全國中藥資源普查中趕黃草的分布范圍進行了比較。這項研究與普查結果完全一致。結果表明，利用空間分析方法指導中藥資源的適宜性區(qū)劃、分布和種植是科學可行的。

注釋

①四川省中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018-2025)