全 文 :管花肉苁蓉产地适宜性数值分析
陈 君1,谢彩香1,陈士林1,孙成忠2,赵润怀3,徐 荣1,于 晶1
(1中国医学科学院 中国协和医科大学 药用植物研究所,北京 100094;
2中国测绘科学研究院,北京 100039;3中国药材集团公司 科技研发中心,北京 100094)
[摘要] 目的:应用TCMGISⅠ系统分析濒危药材管花肉苁蓉产地适宜性,为管花肉苁蓉的科学区划及种植
提供依据。方法:应用《中药材产地适宜性分析地理信息系统》(TCMGISⅠ),以新疆南疆和田地区管花肉苁蓉野
生分布区的最适宜生长环境因子为依据,分析管花肉苁蓉的适宜产区及分布面积。结果:新疆、内蒙古、宁夏、甘
肃、青海5省区是管花肉苁蓉适宜产区,其中最适宜产区包括新疆、内蒙古、甘肃3省区的56个县市,总面积为
1909521km2,占所在县市总面积的 1145%;适宜产区包含新疆、甘肃、青海 3省区 46个县市,总面积为 41
21737km2,占所在县市总面积的271%;次适宜产区包含新疆、内蒙古、宁夏、甘肃4省区56个县市,总面积为
4211452km2,占所在县市总面积的2838%。在各级别的适宜产区中,新疆包含的县市数最多、总面积最大,其次
为甘肃、内蒙古、宁夏、青海省区。结论:应用 TCMGISⅠ系统分析管花肉苁蓉产地适宜性具有一定的科学性和准
确性,对濒危药材管花肉苁蓉的引种栽培及科学区划具有重要的参考价值。
[关键词] TCMGISⅠ;管花肉苁蓉;产地适宜性;数值分析
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)05049606
[收稿日期] 20070315
[基金项目] 国家科技支撑计划项目(2006BAI06A13)
(2006BAI09B01);国家发改委中药材扶持项目(200501);北京市科技项
目(Y0804001000091);国家科技攻关计划课题(2004BA721A36)
[通讯作者] 陈士林,Tel:(010)62899700,Email:slchen@
impladaccn
肉苁蓉为我国传统名贵中药材,具有补肾壮阳、
填精益髓、润燥滑肠的功效,在我国药用资源中占有
重要位置。肉苁蓉属 Cistanche植物在我国共有 4
种1变种[1],在我国民间均被广泛使用。其中肉苁
蓉CdesertiolaYCMa为历版《中国药典》收载;
管花肉苁蓉CtubulosaSchrenk被2005年版《中国
药典》收载,并与肉苁蓉共同被列入我国二级保护
植物和 《国际野生动植物濒危种贸易公约
CITES》[24];盐生肉苁蓉 Csalsa(CAMey)G
Beck及白花盐苁蓉 CsalsavaralbiforaPEYU
etZCLou变种在西北一些省区被作为地方标准
允许使用,沙苁蓉CsinensisGBeck目前只在民间
使用。
管花肉苁蓉又称红柳大芸、管花大芸,寄生于柽
柳属TamarixSPP植物的根部。国外广泛分布于
非洲北部,阿拉伯半岛各国,亚洲西部,南亚的巴基
斯坦,印度,一直到中亚各国[5]。国内管花肉苁蓉
仅自然分布于新疆南疆。近年来由于肉苁蓉资源紧
缺,我国西北等省区纷纷结合生态建设和盐碱地改
造进行管花肉苁蓉的人工种植[34],但哪些地区是管
花肉苁蓉的适宜种植区,一直没有客观的评价方法,
更缺乏科学系统的分析。中药材产地适宜性分析地
理信息系统(TCMGISⅠ)是以气候因子数据库、土
壤数据库、基础地理信息数据库及第3次全国中药
资源普查数据库为后台支撑,对中药材产地适宜性
进行定量、空间化、多生态因子、多统计方法快速分
析系统[6]。陈士林等应用此系统研究分析了人参、
甘草、西洋参、黄芪、暗紫贝母、三七、附子等20多种
药材的产地适宜性,得到了能有效指导药材产地布
局的分析结果[713]。笔者多年从事濒危药材肉苁蓉
资源保护、繁育及野生变家种技术研究[1418],对我
国肉苁蓉、管花肉苁蓉野生分布区进行了实地考察
和调研,在现有研究工作基础上应用中药材产地适
宜性分析地理信息系统(TCMGISⅠ),以我国管花
肉苁蓉道地药材产区最适宜生长环境因子为依据,
对我国管花肉苁蓉产地适宜性进行分析,为濒危药
材管花肉苁蓉种植基地的选择及区划提供科学依
据。
1 TCMGISⅠ的分析原理与分析流程
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11 系统数据库
中药材产地适宜性的分析数据库包括以下4个
数据库。
111 基础地理信息数据库 基础地理信息数据
库是国家1∶100万的基础地理信息数据,共77幅地
形图,主要包括政区、居民地、交通与管网、水系及附
属设施、地貌、地名、测量控制点等内容,各层包括一
个或多个属性表,基础地理信息数据以点、线、面的
矢量形式存放于空间数据库中。
112 气象因子数据库 基于全国气象站点30年
(1971~2000年)月地面气象数据,按国家认可的方
法计算所得的按月栅格数据(每平方公里)及衍生
数据,包括6个指标:平均温度,相对湿度,降水量,
日照时数,极端最低温度,极端最高温度。
113 土壤数据库 土壤数据库是1∶400万第3
次全国土壤普查至亚类的土壤数据。
114 中药资源普查数据库 中药资源普查数据
库是第3次全国中药资源普查数据,用于中药材道
地环境的查询及分析对比。
12 分析原理
生物引种的基本原则是气候相似,即引种地与
原产地气候相似。气候相似性引种不仅能保证引种
中药材获得正常产量,而且能保证引种地的药材与
道地产区的药材具有相同或相似的品质。而多种气
象因子和土壤条件与中药材品质形成有密切关系。
根据上述生物引种原理,以地理信息系统
(GIS)为平台,把与中药材生长环境相关的各个环
境因子分别量化成栅格数据结构,即将海拔、降水、
温度、湿度、土壤、日照等因子数据转换成1km2的
单元网格,每一个网格相当于一个数据对象,其观测
值存放在相应网格的属性表中,然后对生成的网格
数据进行空间聚类分析。
空间聚类是指将数据对象集按照相似度组成不
同的簇,这样同一簇中的对象之间具有较高的相似
度,而不同簇中的对象差别较大,即相异度较大。根
据相似的程度划分等级,就可以较好地确定药材的
适宜产地,为该药材的引种和扩种提供较好的理论
依据,极大地避免盲目性。
13 分析流程
131 生长环境因子确定 首先要确定中药材道
地产区的生长因子,输入药材的最适宜的生长环境
因子。
132 数据标准化 数据标准化的目的是消除量
纲的影响,本研究数据标准化采用的是绝对偏差均
值标准化方法如下:
Sf=
1
n(|x1f-mf|+|x2f-mf|+K+|xnf-mf|)
133 距离计算 系统按照统计学的原理也提供
了多种可供选择的方法,如:绝对值距离、欧氏距离、
明科夫斯基(Minkowski)距离法。根据距离计算公
式,计算各个栅格相对于目标值的距离,可以看出,
距离越小的与目标值越相似,反之差异越大。
134 栅格计算 将进行过距离计算的各个因子图
层进行叠加分析,得出新的栅格值,计算公式如下:
栅格新值=A×权重+B×权重+C×权重+D×权重+
E×权重(公式中A为最低气温,B为最高气温,C为年平均
降水量,D为土壤类型,E为海拔)
栅格数据中值最大的那一类即为最适宜生长区
域,次一级的为适宜区,再次一级为次适宜区,其他
的为不适宜区[7]。
2 管花肉苁蓉生长环境因子的确定
管花肉苁蓉分布于新疆南疆塔克拉玛干沙漠四
周,包括天山南坡,昆仑山和阿尔金山北坡的盆地,
内陆河流冲击平原、扇缘低地和泉水溢出带的周围。
塔克拉玛干沙漠是一个三面环山的封闭盆地,属于
温暖带极端干旱的荒漠气候,年平均温度 10~12
℃,年温30~35℃,日温差11~16℃,最高可达20
℃,全年大于0℃的积温4000~5000℃,太阳辐射
总量585~627kJ·cm-2,日照百分率80%,无霜期
180~240d,年降雨量为5~80mm,6~8月为全年
降雨量的45%,年蒸发量为 200~3000mm,全年
3~4个月的降雪期,降雪厚度10cm,绝大部分地区
终年不积雪,年均风速15~5m·s-1,土壤以棕色
荒漠土为主。根据管花肉苁蓉的生态学特性,本实
验以野生管花肉苁蓉产区新疆南疆塔克拉玛干沙漠
四周的生长环境因子为依据,选定环境生态因子如
下:气温:1月平均温-50~-100℃,7月平均温
24~26℃,降雨量:年均降水量为50~150mm;海
拔:1100~1500m;土壤:棕漠土、石膏棕漠土、固定
荒漠风沙土、半固定荒漠风沙土,各因子的权重系数
为02。
3 结果与分析
31 肉苁蓉适宜产区分布范围
采用TCMGISⅠ系统分析后得出管花肉苁蓉产
地适宜区全国分布情况。见图1。
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图1 管花肉苁蓉产地适宜区全国分布图
由图1看出,管花肉苁蓉适宜区集中分布于我
国西北干旱地区的新疆、甘肃、内蒙古、宁夏、青海5
省区,其中新疆为管花肉苁蓉主要分布区。
32 管花肉苁蓉适宜产区与道地产区相似度分析
采用TCMGISⅠ系统分析后得出与管花肉苁蓉
道地产区生态地理因子不同相似度的产地分布图。
相似度为90%~100%的区域称为管花肉苁蓉最适
宜产区,相似度为 80% ~90%的区域称为适宜产
区,相似度为70% ~80%的区域称为次适宜产区。
不同相似度管花肉苁蓉适宜区所在县市及其分布面
积见表1、图2~4。
分析统计结果显示,新疆、内蒙古、宁夏、甘肃、
表1 管花肉苁蓉适宜产地分布情况
省区
最适宜区
县市数
/个
面积
/km2
占县市总面积
/%
适宜区
县市数
/个
面积
/km2
占县市总面积
/%
次适宜区
县市数
/个
面积
/km2
占县市总面积
/%
新疆 44 16667510 1348 41 3914859 228 38 39597310 3574
内蒙古 6 589097 205 - - - 3 829565 324
甘肃 6 1838607 1278 3 170073 178 5 1490003 15
宁夏 - - - - - 10 197639 974
青海 - - - 2 36856 021 - - -
总计 56 1909521 1145 46 4121737 271 56 4211452 2838
青海5省区是管花肉苁蓉适宜产区,其中最适宜产
区包括新疆、内蒙古、甘肃3省区的56个县市,总面
积为1909521km2,占所在县市总面积的1145%;
适宜产区包含新疆、甘肃、青海3省区46个县市,总
面积为 4121737km2,占所在县市总面积的
271%;次适宜产区包含新疆、内蒙古、宁夏、甘肃4
省区56个县市,总面积为4211452km2,占所在县
市总面积的2838%。在3个级别的适宜产区中,
新疆自治区包含的县市数最多,总面积最大,占全部
最适宜产区总面积的8729%、占全部适宜产区总
面积的 9498%、占全部次适宜产区总面积的
9002%,其他省区依次为甘肃、内蒙古、宁夏和青
海。
图2显示,管花肉苁蓉最适宜区域主要分布在
新疆南疆塔里木盆地周边、塔克拉玛干沙漠边缘地
带和北疆东部及甘肃西北部;向东零星扩展到内蒙
古蹬口,向北到达新疆北疆的阜康、哈巴河县境内。
应用TCMGISⅠ系统分析管花肉苁蓉最适宜产区的
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图2 管花肉苁蓉最适宜区及所在县市分布图
图3 管花肉苁蓉适宜区及所在县市分布图
图4 管花肉苁蓉次适宜区县市分布图
44个县中,新疆天山以南的41个县全部包含其中,
41个县最适宜区面积占总面积的9985%,天山以
北的3各县面积仅占最适宜面积的015%。
图3显示,管花肉苁蓉适宜区主要分布于新疆
北部及甘肃西北部各县,分布零散,东南到青海的都
兰县,北到北疆的哈巴河,总面积不大。
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图4显示,管花肉苁蓉的次适宜区主要集中在
新疆南疆的塔里木盆地,总面积最大,向东扩展到甘
肃西北部(敦煌、玉门、安西、民勤)、内蒙古西部(阿
拉善盟额济娜、右旗、左旗)和宁夏中北部(中卫、中
宁、灵武、永宁、银川、平罗、陶乐、贺兰)地区。
33 系统分析结果与普查数据的对比分析
全国第3次药材资源普查结果显示,肉苁蓉仅
分布于我国西北干旱地区,以新疆和内蒙为主产地,
由于管花肉苁蓉产量大、价格便宜,因此市场上以管
花肉苁蓉作为荒漠肉苁蓉代用品的现象普遍存在。
全国第3次全国药材资源普查未严格区分肉苁蓉种
类,因此统计的肉苁蓉药材商品包含了肉苁蓉属的
荒漠肉苁蓉、管花肉苁蓉、盐生肉苁蓉等不同物种,
普查统计的肉苁蓉资源蕴藏量为肉苁蓉、管花肉苁
蓉、盐生肉苁蓉等肉苁蓉属植物等资源量总和。新
疆南疆一直未见有梭梭分布的记载,生长荒漠肉苁
蓉的可能性很小,第3次全国药材资源普查结果显
示的资源蕴藏量50万 kg以上的新疆南疆的阿瓦
提、且末、民丰;10~50万 kg的皮山库车、于田、沙
哑、若羌县[19]均应为管花肉苁蓉的主产区。应用
TCMGISⅠ系统分析管花肉苁蓉最适宜产区面积占
总面积的 9985%,说明 TCMGISⅠ系统的分析结
果具有一定的科学性和准确性。
4 讨论
文献和调查结果均显示我国管花肉苁蓉仅自然
分布于我国新疆天山以南塔克拉玛干沙漠周围各
县,分布区域很小,其分布不与其寄主柽柳属植物同
步,是地理阻隔还是特殊的地理气候条件影响了管
花肉苁蓉的自然分布,至今是一个不解之谜,学者们
各有不同看法:有人认为主要原因为天山山脉阻隔
了其种子的传播,但有学者提出异议,认为许多植物
的分布均未被天山阻隔,管花肉苁蓉种子很小、很
轻,具有多种传播媒介和途径,且在北疆大量分布的
同属植物盐生肉苁蓉同时在南疆有分布,推断管花
肉苁蓉可能有明显的道地性[20],CMGISⅠ系统分析
结果显示新疆北疆、甘肃、内蒙古、宁夏、青海部分地
区也有管花肉苁蓉的适宜产区,说明这些省区的局
部区域有适宜管花肉苁蓉生长的地理气候条件,有
可能成为管花肉苁蓉新的种植区。李天然等在内蒙
古西部乌兰布和沙漠的东北缘,接种管花肉苁蓉,接
种当年发现管花肉苁蓉种子已于寄主长穗柽柳的根
部[21]寄生;目前我国新疆北疆、宁夏等省区也已进
行管花肉苁蓉的引种试种研究,部分地区在红柳上
接种的管花肉苁蓉已成功寄生,但寄生后的管花肉
苁蓉能否在自然条件下正常生长发育并形成持续产
量,需要进一步观察、研究。
我国管花肉苁蓉寄主柽柳属植物共有20种,其
中新疆分布种类最多,有16种。柽柳属植物最大的
特点是耐干旱、耐盐碱、耐贫瘠、耐风蚀和沙埋,与其
他荒漠灌木不同的是它同时具有耐水特性。如中国
柽柳TamarixchinensisLour分布于我国辽宁、河北、
河南、山东、江苏北部、安徽北部等省,喜生于河流冲
积平原、海滨、河湖沿岸,河漫滩、潮湿盐碱地和沙荒
地[22],在这些有柽柳分布的地区是否适宜种植管花
肉苁蓉?有学者进行了大胆的尝试和实践,杨太新
等研究发现在华北平原引种管花肉苁蓉腐烂现象严
重,认为主要原因是华北平原盐碱地区,降水量显著
高于新疆,且降水主要集中在夏季造成的,认为通过
起垄覆膜,增加土壤气相比例、改善土壤透气性可解
决管花肉苁蓉的腐烂问题[23,24]通过人为干预,创造
有利于管花肉苁蓉生长的环境,保证肉苁蓉正常生
长,对缓解肉苁蓉资源紧缺现状具有积极意义,但从
生产的持续性等方面尚需进一步探讨。
中药材的野生分布区(原生起源中心)是保证
药材质量和生长的最适宜区域,但由于原产区种植
条件不适合或各种社会因素限制等难以保证药材的
规模化生产,因此,很多药材需要进行引种扩种。为
保证药材质量和规模化生产,需要采用一定的科学
理论和方法指导这药材产地的选择,即选择与野生
分布区生长环境相似的区域,发展道地药材生产。
生物引种的基本原则是引种地气候必须与原产地气
候相似保证引种中药材的正常生长,药材品质主要
由药材自身的遗传物质及生长环境影响,药材生长
环境中的诸多因子如土壤条件、温度、海拔、降水量
等与中药材品质有密切关系[6]。随着肉苁蓉产品
的研发、生产,国内外市场对肉苁蓉资源需求量迅速
上升,人工种植管花肉苁蓉已成为解决资源紧缺的
最有效途径。在大规模种植管花肉苁蓉时,应用
TCMGISⅠ系统的分析结果,得到量化的管花肉苁
蓉适宜产区的分布和面积,对科学选择适宜种植区
具有重要参考价值,对保证管花肉苁蓉产量、质量及
种植者的利益具有重要意义。
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SuitabilityevaluationofCistanchetubulosabasedonTCMGISⅠ
CHENJun1,XIECaixiang1,CHENShilin1,SUNChengzhong2,ZHAORunhuai3,XURong1,YUjing1
(1InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalSciences,ChinesePekingUnionMedicalColege,
Beijing100094,China;2TheChineseAcademyofSurveyingandMapping,Beijing100039,China;
3Technologydevelopmentcenter,ChinaNationalGroupCorpofTraditional&HerbalMedicine,Beijing100094,China)
[Abstract] Objective:ToanalyzetheappropriateproducingareaofCistanchetubulosabymeanofTCMGISI.Method:The
TCMGISⅠ(SuitabilityevaluationgeographicinformationsystemoftraditionalChinesemedicineproducingarea)wasusedtoanalyze
theappropriateproducingareaofC.tubulosabasingontheoptimumecologicalfactorsofSorthSinkiangmunicipalitywhichisthetradi
tionalproducingareaofC.tubulosa.Result:ThesuitableproducingareasofC.tubulosainclude56countieswith190952.1km2total
areasinSinkiangmunicipality,NeimongdmunicipalityandGansuprovince;Sinkiangmunicipality,GansuandQinghaiprovinceshave
thesecondsuitableproducingareasofC.tubulosa,with46countiesand41217.37km2totalareas;Sinkiangmunicipality,InnerMon
goliamunicipality,GansuprovinceandNingxiamunicipalityhavethethirdsuitableproducingareasofC.tubulosawith56counties
and421145.2km2totalareas.Conclusion:ItisimportanttoanalyzetheappropriateproducingareaofC.tubulosabymeansofTCM
GISI.TheresultsareusefulfordevelopmentofC.tubulosatransplantingandcultivation.
[Keywords] TCMGISI;suitableproducingarea;Cistanchetubulosa.
[责任编辑 张宁宁]
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