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Suitability evaluation of Cistanche tubulosa based on TCMGIS-Ⅰ

管花肉苁蓉产地适宜性数值分析



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TCMGISⅠ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》(TCMGISⅠ),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
1909521km2,占所在县市总面积的 1145%;适宜产区包含新疆、甘肃、青海 3省区 46个县市,总面积为 41
21737km2,占所在县市总面积的271%;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
4211452km2,占所在县市总面积的2838%。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 TCMGISⅠ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] TCMGISⅠ;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]10015302(2008)05049606
[收稿日期] 20070315
[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(200501);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,Email:slchen@
impladaccn
  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CdesertiolaYCMa为历版《中国药典》收载;
管花肉苁蓉CtubulosaSchrenk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》[24];盐生肉苁蓉 Csalsa(CAMey)G
Beck及白花盐苁蓉 CsalsavaralbiforaPEYU
etZCLou变种在西北一些省区被作为地方标准
允许使用,沙苁蓉CsinensisGBeck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[34],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(TCMGISⅠ)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[713]。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[1418],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(TCMGISⅠ),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 TCMGISⅠ的分析原理与分析流程
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11 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。
111 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。
112 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。
113 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。
114 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。
12 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。
13 分析流程
131 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。
132 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=

n(|x1f-mf|+|x2f-mf|+K+|xnf-mf|)
133 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。
134 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15~5m·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-50~-100℃,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02。
3 结果与分析
31 肉苁蓉适宜产区分布范围
采用TCMGISⅠ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。
32 管花肉苁蓉适宜产区与道地产区相似度分析
采用TCMGISⅠ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 16667510 1348 41 3914859 228 38 39597310 3574
内蒙古 6 589097 205 - - - 3 829565 324
甘肃  6 1838607 1278 3 170073 178 5 1490003 15
宁夏  - - -   - - 10 197639 974
青海  - - - 2 36856 021 - - -
总计  56 1909521 1145 46 4121737 271 56 4211452 2838
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1909521km2,占所在县市总面积的1145%;
适宜产区包含新疆、甘肃、青海3省区46个县市,总
面积为 4121737km2,占所在县市总面积的
271%;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4211452km2,占所在县
市总面积的2838%。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8729%、占全部适宜产区总
面积的 9498%、占全部次适宜产区总面积的
9002%,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TCMGISⅠ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9985%,天山以
北的3各县面积仅占最适宜面积的015%。
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。
33 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
TCMGISⅠ系统分析管花肉苁蓉最适宜产区面积占
总面积的 9985%,说明 TCMGISⅠ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],CMGISⅠ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
TCMGISⅠ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。
[参考文献]
[1]  屠鹏飞,何燕萍,等肉苁蓉类药源调查与资源保护[J]中
·005·
第33卷第5期
2008年3月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol33,Issue 5
March,2008
草药,1994,25(4):205
[2]  傅立国中国植物红皮书———稀有濒危植物[M]第1册
北京:科学出版社,1991:502
[3]  田海舟,赵忠久,周新和,等管花肉苁蓉生物学特性研究
[J]新疆林业,2004,(4):46
[4]  田海舟,赵忠久,周新和,等管花肉苁蓉速效繁育技术研究
[J]新疆林业,2004,(6):29
[5]  谢静霞,潘伯荣管花肉苁蓉研究现状[J]中国生态农业学
报,2004,12(3):196
[6]  陈士林,魏建和,孙成忠,等中药材产地适宜性分析地理信
息系统的开发及蒙古黄芪产地适宜性研究[J]世界科学技
术———中医现代化工,2006,8(3):47
[7]  孙成忠,刘召芹,陈士林,等基于GIS的中药材产地适宜性
分析系统等的设计与实践[J]世界科学技术———中医药现
代化,2006,8(3):112
[8]  赵润怀,王继永,孙成忠,等基于 TCMGISⅠ的道地药材附
子产地适宜性分析[J]中国现代中药,2006,8(7):4
[9]  王 蠫,魏建和,陈士林,等应用 TCMGISⅠ分析人参的适
宜产地[J]亚太传统医药,2006,(6):73
[10] 魏建和,陈士林,孙成忠,等三七产地适宜性数值分类与区
划研究[J]中国现代中药,2006,8(3):118
[11] 王 蠫,魏建和,陈士林,等基于 TCMGISⅠ的暗紫贝母生
态气候产地适宜性分析[J]世界科学技术———中医药现代
化,2006,8(3):122
[12] 王 蠫,魏建和,陈士林,等道地药材浙贝母产地适宜性的
GIS分析[J]中国现代中药,2006,8(6):4
[13] 王 蠫,魏建和,陈士林,等基于GIS的川芎产地适宜性分
析[J]中国现代中药,2006,8(6):7
[14] 陈 君,刘同宁,程惠珍肉苁蓉传粉特性研究[J]中国中
药杂志,2003,28(6):504
[15] 陈 君,刘同宁,程惠珍肉苁蓉属及其寄主植物病虫害种
类调查及防治研究[J]中国中药杂志,2004,29(8):730。
[16] 陈 君,刘同宁,程惠珍苗级及植物生长调节剂对梭梭苗
移栽成活率的影响研究[J]中国中药杂志,2005,30(3):
231
[17] 程齐来,陈 君,于 晶,等荒漠肉苁蓉茎腐病的初步研究
[J]中草药,2005,36(4):582。
[18] 陈 君,朱兴华,于 晶,等宁夏育苗肉苁蓉寄主梭梭播种
期初步研究[J]世界科学技术———中医药现代化,2006,8
(1):118,108
[19] 中国药材公司编著,中国中药区划[M]北京:科学出版社,1995
[20] 屠鹏飞发展管花肉苁蓉产业促进和田地区经济发展与环
境治理[C]新疆和田:第二届肉苁蓉暨沙生药用植物学术
研讨会,2002
[21] 李天然,曹 瑞,马 虹,等管花肉苁蓉(Cistanchetubulosa)
在内蒙古栽培成功[J]中国野生植物资源,2002,(21):5
[22] 刘铭庭柽柳属植物综合研究及大面积推广应用[M]兰
州:兰州大学出版社,1995:53
[23] 杨太新,王华磊,郭玉海,等华北平原管花肉苁蓉寄生环境
研究[J]中国中药杂志,2005,30(17):1380
[24] 杨太新,王华磊,王长林,等华北平原管花肉苁蓉引种试验
研究[J]中国农业大学学报,2005,10(1):27,43
SuitabilityevaluationofCistanchetubulosabasedonTCMGISⅠ
CHENJun1,XIECaixiang1,CHENShilin1,SUNChengzhong2,ZHAORunhuai3,XURong1,YUjing1
(1InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalSciences,ChinesePekingUnionMedicalColege,
Beijing100094,China;2TheChineseAcademyofSurveyingandMapping,Beijing100039,China;
3Technologydevelopmentcenter,ChinaNationalGroupCorpofTraditional&HerbalMedicine,Beijing100094,China)
[Abstract] Objective:ToanalyzetheappropriateproducingareaofCistanchetubulosabymeanofTCMGISI.Method:The
TCMGISⅠ(SuitabilityevaluationgeographicinformationsystemoftraditionalChinesemedicineproducingarea)wasusedtoanalyze
theappropriateproducingareaofC.tubulosabasingontheoptimumecologicalfactorsofSorthSinkiangmunicipalitywhichisthetradi
tionalproducingareaofC.tubulosa.Result:ThesuitableproducingareasofC.tubulosainclude56countieswith190952.1km2total
areasinSinkiangmunicipality,NeimongdmunicipalityandGansuprovince;Sinkiangmunicipality,GansuandQinghaiprovinceshave
thesecondsuitableproducingareasofC.tubulosa,with46countiesand41217.37km2totalareas;Sinkiangmunicipality,InnerMon
goliamunicipality,GansuprovinceandNingxiamunicipalityhavethethirdsuitableproducingareasofC.tubulosawith56counties
and421145.2km2totalareas.Conclusion:ItisimportanttoanalyzetheappropriateproducingareaofC.tubulosabymeansofTCM
GISI.TheresultsareusefulfordevelopmentofC.tubulosatransplantingandcultivation.
[Keywords] TCMGISI;suitableproducingarea;Cistanchetubulosa.
[责任编辑 张宁宁]
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    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol33,Issue 5
March,2008