全 文 :·学术探讨·
中药资源物种动态监测方法研究
钟国跃1,秦松云1,王昌华1,刘 翔1,古 锐2
(1.重庆市中药研究院,重庆 400065;
2.成都中医药大学,四川 成都 611730)
[摘要] 中药资源具体物种的动态监测是中药资源整体动态监测的基础,作者就中药资源物种的动态监测方
法问题,通过对影响资源物种动态因子的分析,提出了借鉴植物种群生物学的原理,以种群统计学参数为重点监测
因子以掌握种群资源动态,结合种群年龄结构及大小结构分析,预测种群动态趋势及评价资源更新力的思路与方
法,并介绍了相关数据的采集与分析方法。
[关键词] 中药资源;物种;动态监测;监测因子与方法
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)21257005
[收稿日期] 20071212
[通讯作者] 钟国跃,Tel:(023)89029001,Email:zgy001@
yahoo.cn
中药资源是中药现代化的源头和基础,随着中医药产业
的发展,对中药资源的质量与数量的需求增加与资源紧缺、
生态压力加剧之间的矛盾将成为不可避免的突出矛盾之一,
同时也在加速资源状况的动态变化。显然,准确掌握资源动
态状况对于科学合理地开展中药资源的保护与利用、保障中
药资源的可持续利用具有重要的意义。虽然国家先后组织
过多次中草药资源普查,但由于在资源动态监测方法与技术
的研究积累的不足,我国至今也未能建立起中药资源动态监
测体系,中药资源的动态监测也成为了长期以来中药资源工
作中最薄弱的环节之一。为此,近年不少学者提出了开展中
药资源再普查[12]的呼吁,《中药现代化发展纲要》已明确将
“开展中药资源普查,建立野生资源濒危预警机制”列为中
药现代化的重要内容之一,国家在“十五”期间已立项开展
“全国中药资源普查规划及实施方案研究”[3],不少学者也
提出了“构建国家中药资源动态监测体系”的设想[45],并开
展了相关方法、技术及应用研究工作[68]。作者拟从中药资
源动态监测的目的,就作为中药资源动态监测体系中最基础
的资源物种动态监测方法作一简要探讨。
1 中药资源动态监测工作的内涵与技术体系构成
1.1 中药资源动态监测工作的内涵与目的
中药资源的 99%以上属于生物类资源,具有“可再生
性”,这种特性既为中药资源的可持续利用提供了可能,也为
通过人为干扰促进和扩大资源再生(栽培、野生抚育、生物工
程等)奠定了生物学基础。但无论是野生资源的自然更新还
是人为的资源再生,由于其再生状况会受到资源物种自身生
物学特性、环境生态变化、人类活动(对资源的利用等)及社
会经济发展等多方面因素的影响,所以在一定的时间和空间
范围内,资源的状况总是处于一种动态的变化之中。中药资
源动态监测工作即是通过在一定时空范围内对反映资源状
况的参数,如蕴藏量、分布区域面积、资源物种自身种群结构
特征和适生植被群落的结构等进行连续的测定、观察,采集
相关信息、整理分析,以掌握资源状况的动态变化及其规律,
阐明影响资源动态变化的因子,并对资源变化趋势及资源更
新能力作出预测与客观评价,为中药资源的保护与利用提供
科学依据。
1.2 中药资源动态监测技术体系构成
中药资源由所有具体的资源物种组成,种群(popula
tion)是物种总体资源构成和延续的基本单元,中药资源在组
成结构和动态上也表现出“种群物种区域物种集合”的3
级层次特征,对整体中药资源的动态监测也必须建立在对资
源各具体物种及其种群的动态监测基础之上。对应于不同
的监测对象(单元)与范围(层次),对所测定的参数、信息采
集与分析处理的方法与技术等都有不同的要求,乃至监测结
果所反映的层次和应用领域都有所不同。相应地,中药资源
动态监测技术体系大致应包括(相对而非绝对的)“微观”与
“宏观”的2个层面。“微观”层面的监测主要以具体的资源
物种种群为监测对象(单元),主要通过在该物种的不同分
布区域内选择代表性的种群进行样方调查的方法,重点采集
反映种群结构、局部生境特征等的“微观”参数,侧重分析掌
握种群的动态、影响动态的物种自身生物学因素和小生境因
素及其规律,进而把握该资源物种的总体动态,其结果主要
应用于对具体资源物种保护与再生的技术性指导,并为“宏
观”监测提供基础信息,并有助于提高“宏观”监测的精确
度;“宏观”层面的监测以资源物种总体(或区域性全部资源
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物种)为监测对象(单元),主要采用3S技术(遥感 RS,地理
信息系统GIS,全球卫星定位系统GPS)等[9],获取反映该物
种全部分布区域的面积及其地理、土壤、植被、气候等生态特
征的“宏观”信息,并结合地面样方调查数据进行信息的综
合处理,以全面掌握该资源物种的总体动态、生态适宜性、分
布区域生境特征及其影响因素与演变规律等,其结果主要为
国家对资源的管理与利用、生态环境保护、中药生产区划等
的决策提供依据,并指导提高“微观”监测中样方选择的科
学性与代表性。“微观”与“宏观”的结合,即构成了“种群动
态监测→资源物种动态监测→资源物种动态监测的集合与
分析→整体中药资源动态监测与预测”的完整体系。
陈士林[4]等从管理系统、技术系统和监督系统3个方面
提出了构建监测体系的框架设想。近年,不少学者借鉴在农
业[10]、林业[1114]、生态[15]等方面已较为广泛应用的 3S技
术,在中药资源动态监测中进行了有益的研究探索,并获得
了较好的结果[68],为中药资源动态的“宏观”监测工作奠定
了良好的方法与技术基础。而在“微观”监测方面,目前仍
然主要采用踏查、群落样方调查及历史数据统计等传统的方
法和技术[9,1619],但近20年来,随着植物遗传学、生态学、种
群生物学等的发展,已为中药资源物种的动态监测提供了大
量可资借鉴的原理、方法、技术和研究实例[2023]。
2 影响中药资源物种动态的生物学因子
“量的变化及其影响因子”是中药资源动态监测中最关
注的问题。量的变化在本质上是物种再生(延续)能力的反
映,而影响这种再生能力的因子是监测和评价物种动态的重
要参数。如前所述,种群是物种总体资源构成和延续的基本
单元,物种的动态是种群动态(种群内个体数量随时间的变
化,populationdynamics)的集合。根据植物种群生物学的原
理,在自然生态系统的状态下,物种的延续能力在内因上取
决于物种“以种群为基本单元的可遗传变异的多态性以及
它们对环境变化的适应性反应”,“内因×外因(环境)”的相
互作用的结果则表达为种群动态,并可通过对种群结构
[populationstructure,包括遗传结构(geneticstructure)、空间
结构(spatialstructure)、年龄结构(agestructure)和大小结构
(sizestructure)]的分析作出评价和预测[20]。另一方面,中
药资源物种根据其再生形式大致可分为“人工种养殖生产
的资源物种”和“自然繁育再生的野生资源物种”两大类。
就前者而言,其种群在结构上是相对“同质的”,资源的动态
变化主要取决于物种种质、生产环境、技术及其规模,具有较
大的人为可控性;而对于野生资源物种来说,基于物种分布
的散在性,种群结构几乎都是“异质的”,是影响其动态的主
导因子,因而也是该类资源物种动态监测的重要参数。
2.1 遗传结构
遗传结构反映了物种分布于不同空间的种群间在遗传
上的异质性(基因型的斑块性或多态性),这种异质性决定
了种群对生态变化引起的自然选择的适应能力,进而影响种
群动态。
2.2 空间结构
即种群内个体的密度。由于种内竞争的密度依赖性,密
度对种群内个体的出生率和死亡率具有重要的影响,当超过
一定的密度时,种群将通过“自疏作用”以调节种群的大小,
进而影响种群动态。
2.3 年龄结构
即种群内处于不同年龄/生长期/生育期的个体的相对
数量构成。由于植株个体的死亡或繁殖概率与其年龄密切
相关,故年龄结构对种群未来的发展状况具有重要的影响。
2.4 大小结构
即种群内植株个体的大小构成。在植物的个体竞争中,
植株个体对所在居群和环境的适合度(生存繁育能力)与它
们的大小强烈相关,植株个体大小通过影响植株生存力和生
育力而表现出对种群动态的影响。同时,由于个体大小与其
生物量呈显著正相关,故大小结构对种群生物量的产量和自
然更新力均有着重要的影响。虽然由于植物的表型可塑性,
植株的大小和年龄的相关性趋于松散,不能将大小结构和年
龄结构等同,但在考察其生物量和自然更新力时,仍需参考
年龄结构。
3 中药资源物种动态监测方法
3.1 中药资源调查(普查)与动态监测的方法学异同
无论是资源调查还是动态监测,均以居群/种群为基本
研究对象,所以传统的样方调查仍然是资源物种动态监测的
基本方法。有关传统的样方调查的样地选择的代表性、样方
设置与形状、调查因子数据的采集与分析处理等,不少学者
进行了方法学的探索和改进,并得到了应用[10,1718,20,2223]。
这些传统的调查方法有2个显著的特点,一是对调查因子数
据采集的“静态性”(或称“一时性”),即是对某一时刻的数
据采集而非连续性采集;二是调查因子(种类、群落结构、数
量、大小、频度、盖度、可利用生物量等)的“表象性”(或称
“终点性”),即所采集的因子信息反映的是“至某一时刻为
止,调查对象在受到各种内外因素的综合影响后所表现出的
终点结果”,调查因子未涉及到形成这种“表象”的更深层次
的影响因素。这2个特点与中药资源调查以“掌握某一时刻
资源的状况”为主要目的(至少迄今的资源调查的目的和结
果是如此)是相对应的。而资源动态监测的目的是通过对影
响资源动态的因子信息的采集和分析以掌握和预测动态,动
态是“数量随时间的变化”的过程,故因子信息的采集应当
是“在一定时期内的脉冲式的连续采集”,且在调查的因子、
信息的采集和分析方法上,与传统的中药资源调查方法都有
所不同。
3.2 监测点(样地)的选择
监测点的选择与中药资源调查中样地的选择类似,但由
于动态监测,需对监测对象的相关信息进行“脉冲式的连续
采集”,同一物种的不同种群间所表现出的结构往往与其生
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境密切相关,所以在选择监测样地时,不仅应注意避免生物
因素(人为、放牧等)对样地的影响,采取一定的保护措施,
以保证样地可供持续采集信息;同时应在物种分布区域内具
有不同生态环境类型的地区设立样地,以保证样地在反映监
测目标物种动态水平上的代表性和全面性。鉴于人力物力
的因素,样方数量不一定过多,因数据统计的需要,样方面积
也应比一般的中药资源调查样方大1~2倍。
3.3 监测因子
根据中药资源动态监测的目的,监测因子包括2个层
次,一是以植株个体数量直观地反映种群动态的因子,即种
群个体数量变化的参数(种群统计学参数),二是反映种群
动态原因及规律的因子,即种群结构参数。通过种群统计学
参数监测,能从总体上量化地把握资源物种的动态,而通过
对种群结构的分析则能更深入地了解导致这种种群动态的
原因,量化描述种群更新能力,并根据种群的结构特征对种
群未来可能的变化趋势作出预测,最终可为实施人为干扰以
调控资源动态提供科学依据。关于种群结构参数,鉴于中药
资源动态监测的量化要求和现实目的,当前重点关心的是资
源趋于紧缺和已处于濒危状态的资源物种,在这类资源物种
的种群中密度往往较低,则源于种内竞争的密度依赖效应对
种群大小的调控影响有限,而遗传结构对种群动态的影响是
一个相当缓慢而长期的过程,且尚难以直接与种群动态建立
量化的描述关系,所以,年龄结构和大小结构应是种群结构
分析中重点监测的因子。
3.4 动态监测因子信息的采集与分析
3.4.1 监测因子信息采集时间 动态监测需在监测对象生
命期内连续多次采集数据,对于多年生物种,采集时间可以
年为单位作1个周期进行信息采集和分析;对于一年生物
种,则应以1个生命周期为单位采集和分析信息。在采集周
期中需根据物种的物候期和药用特点(部位、采集期等),在
不同生长阶段进行采集,如花期、果期、营养生长期、药用部
位等均需进行信息采集。
3.4.2 种群统计学参数的测定与种群动态的量化描述 根
据种群统计学的原理,种群动态可以“在时刻 t时单位面积
(样方)中个体数(Nt)与单位时间后个体数(Nt+1)之间的变
动”来反映,而种群个体数量及其变化可以通过采集下列种
群统计学参数和建立它们之间的关系给予量化表达。
参数:个体出生数(B),死亡数(D),迁入种群的个体数
(I)和迁出个体数(E)。它们之间的关系可以表示为方程:
Nt+1=Nt+B-D+I-E
[20]。
则种群的动态(λ)可以通过Nt+1/Nt(年增长率)作出量
化描述。当λ=1时,表明种群处于稳定的平衡状态,λ>1
时,种群处于增长状态,而当 λ<1时,种群处于降低状态。
即可以通过对种群统计学参数的监测,掌握种群动态,而上
述方程则称之为“种群动态模型”。
有两点需要特别说明的是,一是该模型中的各个参数描
述的是生物的“个体”行为,其中,I和 E参数对于描述动物
种群的个体迁移行为是适合的,而对于植物来说,物种的迁
移主要表现为“通过种子散布方式的次一代迁移”,虽然某
些物种可通过一些特殊的方式实现植株个体的迁移(如红
树、株芽蓼的“胎生植株”,禾草类的分蘖,匍匐茎、匍匐枝),
但绝大多数植物是难以实现有效的迁移的。所以在描述植
物种群动态时,该模型可简化为:Nt+1=Nt+B-D。二是该
模型是生物种群动态的基本模型,实际的状况远更复杂,如
基于种群内的个体竞争,B和D参数不仅和 Nt有关,显然还
与密度、种子特性(休眠、种子库、散布方式)、繁育方式等相
关,且这些相关多数并非线性的。所以,在实际应用该模型
时还需结合种群结构、繁殖特性、种间及种内竞争等因素进
行综合分析。
3.4.3 年龄结构分析及其描述 植株个体死亡或繁殖的概
率常常与其年龄有关,同时从植株整个生命周期来看,处于
某一龄期/生长发育阶段的所有个体存活到次一龄期直至生
命终结各个时期的概率都会对种群统计学参数产生影响。
所以种群年龄结构分析包括在 t时刻(样方中)所有个体的
年龄/生长发育阶段构成的参数采集和统计,以及在单位时
间(龄期/生长发育阶段)后这种组成的变化。一年生植物
可以其生长发育阶段划分“年龄”(更为简化地可以是否进
入繁殖阶段来划分),多年生植物则可以“生长年”划分年
龄。反映种群年龄结构的信息可采用生命表(lifetable)和
生育力表(fecundityschedule,反映繁殖概率)进行记录和统
计,所采集的参数有:龄期开始时的存活个体数;同龄期(同
生群)个体存活到次一龄期开始时的比例;同龄期个体在每
一龄期中的死亡比例;特定年龄存活率(每一龄期存活个体
的比例);特定年龄死亡率(每一龄期死亡个体的比例);每
一龄期每一存活植株所产生的种子数(种子/植株)。
进一步通过对上述参数的测定数据的分析,可精确掌握
资源物种从种子萌发开始,直到完成整个生命周期的各个龄
期/生长发育阶段之间的转移率,并以生命周期图(lifecycle
graph)作出直观的表达。显然,年龄结构的分析对于揭示影
响种群动态的因子和作用规律、预测种群未来发展趋势具有
重要的参考价值。
3.4.4 大小结构分析及资源自然更新能力评价 资源的产
量和自然更新力是中药资源工作关心的重点问题之一,这
主要取决于植株个体大小(单株生物量)及其密度(密度参
数的测定,可直接采用中药资源普查的方法)。通过测定单
株生物产量(重点是药用部位)、种群中处于不同生物产量
阶段包括达到药材质量要求程度(可提供药材采收)的植株
的个体数量及比例,结合种群动态监测和年龄结构分析资
料,即可掌握资源物种样方内蕴藏量、自然更新力及年允采
收量。
以上“微观”层面的动态监测结果,进一步结合3S技术
对物种资源动态的宏观分析,即能较为全面地掌握资源物种
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的整体动态。
4 与中药资源动态监测目的相关的生物学特性研究
采用常规方法,包括对资源物种繁殖方式及其特性,果
实结实率与种子生产力,种子寿命(人工储藏条件下与自然
状态下),种子萌发率测定,栽培观察植株年龄判断的形态学
特征及其生物量动态积累特性(如生物量/药用部位量与年
龄、植株大小的关系)等的研究,其主要目的是为动态监测数
据分析,以及为资源的保护和扩大生产等提供更为全面的科
学依据。
5 讨论
野外群落样方调查一直是中药资源调查最主要和传统
的方法,它在获取有关中药资源的品种、分布、生产状况等基
础资料方面具有重要的作用,但在调查因子和信息采集方法
(“静态性”与“表象性”)上则难以满足资源动态监测“掌握
资源动态、变化趋势及其影响因素、资源动态趋势预测及资
源自然更新力评价等信息”的目的的要求。
由于种群的年龄结构、大小结构、密度结构反映的是该
物种“基因型×环境”相互作用的“表型”特征,也即同一物
种分布于不同区域的种群的结构会受到所处环境的深刻影
响,对于在分布上往往具有“散生性”的野生中药资源物种
来说尤其如此。所以监测样方的“代表性”(布点、数量、面
积),对于保证监测结果的“客观性”和“全面性”至关重要。
在样方设置时,除传统调查中所考虑的地理位置、海拔、局部
的植被与生境等因素外,应用3S技术获取的有关监测对象
物种全部分布区域的总体地理、气候、生态环境特征等信息,
具有重要的参考价值。
鉴于中药资源物种的复杂性,作者提出的种群统计学参
数、年龄结构及大小结构等因子,相关的生物学特性研究内
容等,在实际工作中都需根据具体物种的生物学特性、药用
特点、监测的具体目的等进行调整和方案设计。同时在对数
据进行分析处理时,还应参考其他有关生物遗传学、中药资
源生态学、质量评价、生物学特性及生物活性成分的动态变
化等研究结果综合分析,以得到更为全面、客观的结论。
本研究介绍的原理与方法也可借鉴应用于药用动物资
源的动态监测,但需考虑到如下几点,一是在样地的面积
设置上必须充分考虑到监测对象的移动范围;二是需采取
一定的手段以能明确判断所监测的种群中的每一个个体;
三是在监测因子的选择上还需考虑到监测对象的繁殖特性、
种群内个体间的血缘关系等,在信息采集时间上也需兼顾
其生活习性。
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November,2008
Studyonmethodsofdynamicmonitoringoftraditional
Chinesemedicineresources
ZHONGGuoyue1,QINSongyun1,WANGChanghua1,LIUXiang1,GURui2
(1.ChongqingAcademyofChineseMateriaMedica,Chongqing,400065,China;
2.ChengduUniversityofTraditionalChineseMedicine,Chengdu611730,China)
[Abstract] ThedynamicmonitoringtoconcretespeciesisthebasisofdynamicmonitoringtoentiretraditionalChinesemedicine
(TCM)resources.Inthispaper,themethodforthedynamicmonitoringtoresourcesspeciesofTCMisdiscussed.Byanalysisofthe
factors,whichafectresourcesspeciesdynamicaly,methodsaresuggestedtomonitorfactors,forecasttrendofdynamicandappraise
recruitmentcapabilitybyanalysisofpopulation'sagestructureandsizestructure.Themethodsforcolectingandanalysisrelativedata
arealsorecommended.
[Keywords] traditionalChinesemedicineresources;species;dynamicmonitoring;monitoringfactors;monitoringmethod
[责任编辑 吕冬梅]
[收稿日期] 20080515
[基金项目] 国家科技基础条件平台工作项目(2004DEA711
70)
[通讯作者] 张瑞贤,Tel:(010)64052170,Email:zhang_ruix
ian@sohu.com
宋代药物非衡量计量单位的考察
张瑞贤1,芦 琴2,张 卫1,张慕群1
(1.中国中医科学院 中药研究所,北京 100700;
2.江西中医学院,江西 南昌 330006)
[摘要] 宋代,非标准计量单位在药物计量中已经很少使用,长度单位基本不再使用,容量计量单位实现了
“古斗古升”向“今斗今升”的过渡。在官定方书中对药物计量关系的换算也作了必要的规定。医家陈言对古代医
方的度量衡进行了详细的考察。
[关键词] 宋代;药物计量单位;度量衡
[中图分类号]R281 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)21257403
鉴于当时容量单位的变化,宋代官修方书规定了以盏代
替了古时的升,明确指出了古今容量间的换算关系,同时对
某些药物容量衡量换算做了规定。民间医家的有识者也参
与到研究之中。
1 容量计量单位
宋太祖立国不久,即下令“造新量衡以颁天下。”据郭正
忠[1]考证,宋代对前朝量器的研究有4次:第1次是宋仁宗
皇间阮逸胡瑗以纒黍复制古升古斗,发现今斗为古斗的
295倍。第2次是嘉中刘敞对汉代铜斛的实测,发现宋
斛的容积是西汉斛的333倍。第3次是熙宁间沈括的检测
比较,得出2个数据,一是熙宁间宋斗的容积为秦汉以前的
335倍,另一数据是宋之斛斗,约相当于汉的37倍。第4
次是北宋末陈师道的实测,以汉升容量200mL计,宋升则为
5889mL。当代学者丘光明等根据历史文献结合考古实物
考察,并综合历代各家研究,宋代的容量值趋向是大于唐代,
南宋大于北宋,北宋1L约合702mL,南宋官方还是依据北
宋太府量法的标准,仍是每升702mL[2]。
宋代容量单位的变化主要是将10斗为1斛(或称1石)
改为5斗为1斛,10斗(2斛)为1石。由于容量单位改动的
主要是在大容量上,一般医药行业使用的不多。对医药行业
影响大是容量计量单位由古斗古升改为宋代的今斗今升。
《太平圣惠方》[3]指出:“古方药味,多以铢两;及用水,
皆言升数。年代绵历浸远……器量全殊。若不别其精粗,何
以明其取舍。今则加减合度,分两得中。削旧方之参差,洽
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第33卷第21期
2008年11月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.33,Issue 21
November,2008