全 文 ：·学术探讨·
野生稀有种药用植物遥感监测方法及其标准的建立
张小波１，孙宇章１，黄璐琦１，郭兰萍１，朱文泉２，潘耀忠２
（１．中国中医科学院 中药研究所，北京 １００７００；
２．北京师范大学，北京 １００８７５）
［摘要］ 目前我国野生稀有药用植物资源量严重不足，全面实时的掌握我国野生稀有种药用植物资源的现状及其变化
趋势，对实现药用植物资源的可持续利用具有重要意义。为了将野生稀有种药用植物遥感监测技术和方法进一步普及和应
用，作者以野生稀有种药用植物资源遥感监测研究的操作流程和实验为基础，论述利用遥感技术对野生稀有种中药资源进行
监测的原理、方法、内容以及应该遵循的原则和标准。
［关键词］ 野生稀有；药用植物；遥感监测标准；遥感监测方法
［收稿日期］ ２００８１０２７
［基金 项 目］ 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （９７３）项 目
（２００６ＣＢ５０４７００）；科 技 基 础 性 工 作 和 社 会 公 益 研 究 专 项
（２００３ＤＩＢ３Ｊ１１０）
［通信作者］ 黄璐琦，Ｔｅｌ：（０１０）６４０１４４１１２９５５，Ｅｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｌｕｑｉ
＠２６３．ｎｅｔ
中药资源是人类生产生活健康发展的重要物质基础之
一，也是商品药材产生赖以生存的基础和源泉。目前，我国
大宗常用中药资源面临的一个主要问题是对野生资源过度
开发导致的资源量不足。因此，全面实时的掌握我国中药资
源的分布、资源量的现状以及其变化趋势，对保护我国珍稀
濒危药用生物物种资源、建立中药资源濒危预警系统与实现
资源的可持续利用具有重要意义。
遥感技术提供了快速大范围监测资源状况的可能，目前
遥感技术现已广泛应用于农业资源研究，尤其是在遥感估
产、长势监测［１］等方面。然而，对于野生稀有药用植物资源
的研究，因其地理分布不是单一种群或优势种群的集中分
布，而是分布在不同的植物群落中，因此，使得利用遥感技术
研究其蕴藏量具有一定难度，目前国内还很少有用遥感技术
对野生稀有种中药资源进行研究的范例。
为了将野生稀有种药用植物遥感监测技术和成果进一
步普及和应用，作者以“道地药材茅苍术的资源遥感监
测”［２］的操作流程和实验为基础，以野生茅苍术资源量估算
为例，说明利用遥感技术进行野生稀有种中药资源遥感监测
的原理、方法、内容以及应该遵循的原则；针对野生稀有种药
用植物遥感监测工作的特点，制定了利用遥感技术对中药资
源的资源量进行估算的相关标准，以期为其他中药资源的资
源量估算和生境等方面的研究提供依据和参考。
１ 利用遥感技术监测野生稀有种中药资源的原理
地面上的任何物体，在温度高于绝对零度（－２７３１６
℃）的条件下，它们都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的
特性。当太阳光从宇宙空间经大气层照射到地球表面时，地
面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸
收。研究地表物质的成分、含量、存在状态和动态变化与光
谱反射率之间的对应关系，就可以实现地物的直接识别［３］。
由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同，
因此它们对入射光的反射率也不同。遥感技术就是根据不
同物体的反射光谱来识别地面上各类地物。如识别植物长
势以及植物分类的最佳波段是可见光和近红外波段，植物叶
冠对近红外波段的反射率最高［４］。
遥感估产在农业上已经被广泛应用，我国２０世纪９０年
代对北方麦区冬小麦进行估产也达到了９５％的准确率。该
研究领域目前比较重视将作物产量与气象资料地面资料
高分辨率卫星资料结合起来纳入计算机模型技术的发展。
多光谱遥感数据一般不能直接获取稀有药用植物的信息，但
却可以监测其生长环境［５］。因此，药用植物的遥感监测：可
以通过野外调查并配合遥感技术来获取药用植物资源及其
生境信息；通过分析药用植物的生物量与其生境之间的关
系、遥感图像与其生境之间的关系，来建立药用植物生物量
与遥感图像之间的关系模型；并辅以相关的地理信息数据，
进而实现以遥感技术和野外调查为基础，根据空间分析得到
的模型来监测药用植物的资源状况的目标。
２ 利用遥感技术对野生稀有种中药进行资源量估算的主要
步骤［５］
①查阅相关文献，对影响野生稀有种药用植物生长的主
要因子进行筛选和归类。②获取用于野生稀有种药用植物遥
感监测的相关数据，主要包括地理背景数据、遥感数据和野外
实地观测数据。③建立药用植物与野外数据、遥感数据和地
理背景数据之间的关系模型。④根据关系模型对野生稀有种
药用植物的生物量等相关信息进行遥感监测，见图１。
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图１ 遥感估产技术路线
３ 遥感监测的主要内容、方法及原则［２，５６］
野生稀有种中药资源遥感监测方法和标准的制定不可
能脱离现有的技术状况。因此，以先进的地理信息技术、遥
感技术、计算机软硬件技术、野外调查为基础，将空间数据生
产、数据处理、数据管理及数据应用中的先进技术引入其中，
确保野生稀有种中药资源遥感监测方法的先进性，见表１。
利用遥感对茅苍术资源进行估产的核心技术是建立茅
苍术生物量与遥感图像之间的关系模型，孙宇章等［７］在实地
调查研究茅苍术生境的基础上，利用多元回归构建茅苍术生
物量的空间模型，利用 ＣＣＡ分析明确茅苍术的伴生植物信
息，利用遥感图像得到伴生植物的空间分布模型，最后通过
空间叠加的方法建立茅苍术生物量与遥感图像之间的关系
模型［２］。构建模型时用到的主要指标（野外调查获得的）及
其测定方法见表２。
４ 利用遥感技术对野生稀有种中药资源进行估产、监测的
应用实例
孙宇章等［２］以苍术为研究对象，采用野外调查与遥感技
术相结合的方法，分析了茅山地区野生茅苍术的分布情况，
并对茅山地区野生茅苍术的资源量进行了遥感估算。通过
对茅苍术各指标的统计分析结果显示，分布于灌木丛中的茅
表１ 遥感监测的主要内容、方法及原则
步骤 内容 方法 原则
查阅文献 植物的生态学特性 文献、期刊、专著、网络 全面
植物与生境的关系
遥感技术的应用
获取数据 背景数据 直接购买或者共享 全面反映研究区域内的相关地理信息
样方设定 大样方与小样方相结合 大样方的大小与遥感图的空间分辨率相一致
遥感数据 直接购买或者共享 遥感图像覆盖面积与研究区域相一致
野外调查群落特征 抽样调查 临近的群落间有差异性
野外调查茅苍术样本 典型样方 调查方法根据植物自身的特点具体分析
野外调查生境特征 线路调查 调查时间应与遥感影像的时相基本保持一致
建立模型 植物与生境 多元回归分析 统计结果要有生态学意义
典范对应相关（ＣＣＡ分析） 得到的伴生植物便于遥感监测
原植物的空间分布 人机交互（ＡｒｃＧＩＳ８２） 能清楚的辨析区域内地物和植被类型
生物量的空间分布 聚类分析（ＳＰＳＳ１３０） 与实际调查结果相一致
遥感监测 估产 空间分布模型的叠加 系统坐标保持一致
结果验证 野外调查 验证样方与第一次调查样方异地
实时监测 遥感技术（ＥＲＤＡＳ８５） 综合利用多时相遥感影像信息
苍术长势最好、灌木杂草林次之、杂草第三、乔木林最差。经
ＣＣＡ分析显示，茅苍术与短柄粃栎的伴生关系明显、具有较
相似的生境特征［７］。根据 ＴＭ影像提取短柄粃栎的分布信
息，结果显示茅山地区北部的茅苍术分布零散，南部有部分
连片分布。用Ａｒｃｇｉｓ８２对生物量空间分布模型和空间分
布模型进行叠加，按照分级标准计算不同区域内的生物量，
结果得到茅山大茅峰、二茅峰和小茅峰的茅苍术生物量为
１２１７～１００８ｋｇ，计算结果和当地从事茅苍术观测人员提供
的信息相差不大［４］。通过对计算结果的调查验证，结果显示
资源量估算精度为７６６％。
５ 利用遥感技术对野生稀有种中药资源进行监测的标准
ＡＶＨＲＲ，ＭＶＩＳＲ，ＭＯＤＩＳ等的数据［８］，具有较高的时间
分辨率，通过长时间序列数据可以产生几乎实时的图像，但
是其空间分辨率和光谱分辨率较低见表 ３。ＱｕｉｃｋＢｉｒｄ，
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表２ 野外调查的主要指标及其测定方法
内容 指标 方法
样方 经纬度、海拔、坡向 美国ＧＲＡＭＩＮ手持ＧＰＳ仪
坡度 用１条绳子挂上重锤，测量它与地面夹角的余角
测定光量子辐射量 利用３４１５系列光量子计测定
温度、湿度 利用ＴＲ７１Ｕ／ＴＲ７２Ｕ双通道温湿度仪测定
植物 株高 利用盒尺测量物种根茎部到生长点的值
地茎 利用无视差游标卡尺测量距离地面５ｃｍ处的直径
生物量 将根茎挖出去除泥土及杂质晒干后称量
叶片数 人工计算
冠幅 利用盒尺测量
群落 频度 人工计算单位面积内的个体数
高度 利用盒尺测量
盖度 测量物种地上部分的垂直投影面积
土壤 土壤样本 采用Ｓ形布点法、四分弃土法
ＣＤＥＲＳ１，ＣＤＥＲＳ２，ＬａｎｄｓａｔＴＭ／ＥＴＭ，ＥＴＭ，ＩＲＳＰ６ＬＩＳＳ３等
的数据［９１０］，具有较高的空间分辨率和波谱分辨率，但是由
于卫星重返周期较长，时间分辨率较低，如 Ｌａｎｄｓａｔ为１６ｄ，
ＣＢＥＲＳ１为２６ｄ，ＳＰＯＴ为２６ｄ［１１］。因此，对重点区域内药用
植物资源的遥感监测优先采用ＣＤＥＲＳ２ＣＣＤ和ＬａｎｄｓａｔＴＭ／
ＥＴＭ的数据；ＣＤＥＲＳ１，ＩＲＳＰ６，ＬＩＳＳ３的数据次之。
表３ 遥感图像与样方调查的相关标准
指标 用途、说明 相关标准
波谱 药用植物进行遥感监测 波段范围（０３８～３０μｍ）
植物分布 波段范围（０７～１３μｍ）
空间分辨率 乔木 ≤１００ｍ
（样方） 灌木 ≤５０ｍ
草本 ≤４ｍ
时间 高纬度地区 ６－８月
中纬度地区 ７－１０月
低纬度地区 ９－１月（翌年）
１ｄ中 ９：００－１４：００
获取用于野生稀有种药用植物遥感监测的遥感数据和
地理背景数据要先于野外实地调查。遥感图像的解译要与
野外实地调查同时进行。
在后期数据分析和研究中必须建立生物量与环境因子
之间的关系模型、并通过大面积分布的伴生植物明确药用植
物的地理分布，否则不能用该方法进行遥感估产和监测。
为保证结果的准确性，在图像处理过程中必须对遥感图
像解译分类结果进行精度分析；在完成资源量估算后，应该
验证资源量估算结果的精确度。
对药用植物长势的监测是一个动态过程，资源量的变化
也是一个动态过程，要实现对野生稀有种药用植物资源的动
态遥感监测，必须建立该植物动态遥感监测数据库。数据库
应该包含历年各个时间段的遥感监测成果。
［参考文献］
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Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｒｅｍｏｔｅｏｆｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｏｎ
ｗｉｌｄｒａｒｅｍｅｄｉｃａｌｐｌａｎｔ
ＺＨＡＮＧＸｉａｏｂｏ１，ＳＵＮＹｕｚｈａｎｇ１，ＨＵＡＮＧＬｕｑｉ１，ＧＵＯＬａｎｐｉｎｇ１，ＺＨＵＷｅｎｑｕａｎ１，ＰＡＮＹａｏｚｈｏｎｇ２
（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎｅｓｅＭａｔｅｒｉａｌＭｅｄｉｃａｌ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００７００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８５，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ ＡｔｐｒｅｓｅｎｔｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｏｆｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｗｉｌｄａｎｄｒａｒｅｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓｉｓｖｅｒｙｓｅｒｉｏｕｓｉｎＣｈｉｎａ．Ｓｏｇｒａｓｐｉｎｇｔｈｅ
ｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｎｇｅｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎｄｒｅａｌｔｉｍｅｌｙ，ｉｓｖｉｔａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ
ｕｓｉｎｇｏｆｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｕｓｅｔｈｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｍｅｔｈｏｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｔｈｅｗｉｌｄ
ａｎｄｒａｒｅｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｍｅｔｈｏｄ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｐｅｒａ
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［责任编辑 吕冬梅］
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