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Study on methods of dynamic monitoring of traditional
Chinese medicine resources

中药资源物种动态监测方法研究



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]10015302(2008)21257005
[收稿日期] 20071212
[通讯作者] 钟国跃,Tel:(023)89029001,Email: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[12]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[45],并开
展了相关方法、技术及应用研究工作[68]。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[1114]、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[68],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[9,1619],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[2023]。
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[10,1718,20,2223]。
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
ZHONGGuoyue1,QINSongyun1,WANGChanghua1,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] 20080515
[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,Email: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]10015302(2008)21257403
  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
295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333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
335倍,另一数据是宋之斛斗,约相当于汉的37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
5889mL。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