基于TCMGIS的溪黃草生態適宜性研究

王珍，索鳳梅，黃林芳*

（1.中國醫學科學院藥用植物研究所，北京 100193；2.北京中醫藥大學中藥學院，北京 100102）

基于TCMGIS的溪黃草生態適宜性研究

王珍1，2，索鳳梅1，黃林芳1*

（1.中國醫學科學院藥用植物研究所，北京 100193；2.北京中醫藥大學中藥學院，北京 100102）

目的：對溪黃草產地適宜性進行分析，以期指導溪黃草區劃和生產。方法：以溪黃草的主產地廣東饒平為基點縣，運用 《中藥材產地適宜性分析地理信息系統》（TCMGIS）分析了溪黃草的全國適宜產地。結果：廣東、廣西、福建、海南等4個省區的164個縣、市為溪黃草最適宜產區，為發展溪黃草生產，確定溪黃草區劃，保證溪黃草品質提供科學指導。結論：廣東、廣西、福建、海南等4個省區的164個縣適宜大面積推廣種植溪黃草。

溪黃草；生態適應性；生態因子；TCMGIS

溪黃草為唇形科香茶菜屬植物線紋香茶菜Rabdosia lophanthoides（Buch.-Ham.ex D.Don）H.Hara、狹基線紋香茶菜R.lophanthoidesvar.gerandianas（Bentham）H.Hara、細花線紋香茶菜R.lophanthoidesvargraciliftorus（Bentham）H.Hara和溪黃草R.serra（Maxim）Hara的干燥全草[1-2]。狹基線紋香茶菜和溪黃草為市場主要流通藥材[3]。溪黃草味甘、苦，性涼，歸肝、膽經，具有清熱利濕、退黃祛濕、涼血散瘀之功效，用于急性黃疸性肝炎、急性膽囊炎、濕熱瀉痢、跌打瘀腫等癥的治療。溪黃草是民間習用草藥，是 “消炎利膽片”、“復方膽通片”的原料藥材之一，主要化學成分有萜類（熊果酸、2α-羥基熊果酸）、黃酮類（蘆丁、槲皮素）、酚類、氨基酸和有機酸等[4]。其萜類成分具有抗菌、抗腫瘤、護肝等作用，黃酮類物質可抗癌、抗氧化、抗衰老。溪黃草多糖能清除羥自由基，抑菌[5]。

溪黃草在南方各省廣泛使用，為保障其資源的可持續利用，有必要對溪黃草進行規模化引種栽培[6]，而產地適宜性研究是引種栽培的前提和基礎。本項目組在國家主管部門的支持下，以GIS為基本平臺，成功開發了 《中藥材產地適宜性分析地理信息系統》（TCMGIS）[7]，并開展了鎖陽、石柱參、柴胡、青蒿、附子等藥材的適宜產地分析[8-12]。本研究運用TCMGIS系統分析了溪黃草的主流商品之一狹基線紋香茶菜的生態產地適宜性，為發展溪黃草生產、確定溪黃草區劃、避免盲目引種，保證溪黃草品質提供科學指導。

1 TCMGIS原理與分析流程

1.1 TCMGIS的主要原理

系統后臺數據庫平臺為SQLServer2000，GIS組件為 ArcEngine9.0。共用數據庫包括：氣象數據庫——基于全國氣象站點30年地面氣象數據計算所得的按柵格數據（1km2）及衍生數據；土壤數據庫——1∶4 000 000第3次全國土壤普查至亞類的土壤數據庫；空間數據庫——全國1∶1 000 000地圖的矢量數據庫。數據通過Arc GIS的空間數據引擎Arc SDE存放于數據庫中，其他屬性數據通過ADO.NET進行存取。適宜產地的基本分析原理為氣候、土壤的相似，即根據引種地與原產地（道地產地）氣候、土壤的相似程度，劃分為不同級別的適宜產地。相似性分析采用基于單元網格的相似性聚類分析，即將空間劃分為有限數目、可以進行聚類分析的正方形網格（1 km2），每個網格相當于一個數據對象，所用空間數據、氣候土壤數據等存放在相應網格的屬性表中，聚類以網格為單位進行。

1.2 TCMGIS主要分析流程

以藥材的道地（主產地）作為分析基點，在此基礎上確定影響藥材分布的關鍵性生態地理因子。柵格數據聚類前必須對數據進行標準化處理。標準化后的數據進行距離計算。分別計算日照、氣溫、降水量、海拔等氣候及土壤因子對目標值的距離（相似系數，SI，Similarity index），根據距離分別將各個指標進行重分類。也可以將氣候、土壤因子等各個因子進行綜合計算后得出一個綜合相似系數SI，這需要根據每種藥材對生態因子的要求確定權重。根據相似系數的大小將適宜區劃分為最適宜區（SI≥95%），適宜區（SI≥90%）。

2 溪黃草生態學特性及分析方法

溪黃草集中分布在廣東饒平地區，地處東經116°35′～117°11′、北緯 23°28′～24°14′，屬海洋亞熱帶季風氣候，分布區的年平均氣溫21.4℃，無霜期達349 d。

根據溪黃草的生態學特征，本文確定廣東饒平為溪黃草的主產區及分析的基點，分析得出溪黃草生長環境要求的生態因子數據如下：

氣溫：1月平均氣溫9.9～13.6℃；7月平均氣溫24.7～28.3℃；

降雨量：1 734～1 787 mm；海拔：－45～575 m；年日照時數：1 809～1 979 h；

土壤：赤紅壤、黃壤和水稻土。

聚類分析前對數據進行標準化處理。采用絕對偏差均值標準化方法：

3 溪黃草產地適宜性分析結果

3.1 溪黃草適宜產區的分布范圍

根據上述目標值及分析方法[13]，采用TCMGIS分析后得出的溪黃草適宜生態分布圖，見圖1，顏色較深部分為相似度95%～100%的溪黃草最適宜地區，顏色較淺的部分為相似度90%～95%溪黃草適宜分布區。

圖1 溪黃草在全國的適宜分布區分析結果

根據系統分析結果，溪黃草在全國的最適宜產區包含廣東、廣西、福建、海南等4個省區的164個縣市，全國適宜種植溪黃草地區（相似系數：SI≥90%）面積總和為225 630.8 km2。各省區包含的適宜產地縣市數及適宜面積情況見表1。

表1 溪黃草生態相似度90%～100%主要區域

從圖1和表1可以看出，通過TCMGIS系統分析出的溪黃草的適宜產區主要是以廣東為中心，向南最遠能夠延伸到海南，向東擴展到臺灣部分地區，向北到福建東部。向西延伸到廣西中部往南地區。以上分析結果說明，從生態地理條件的角度來看，溪黃草的栽培基地可以廣東為中心向廣西和福建方向擴展。而且在全國接近23萬km2的適宜區范圍內有選擇地建設溪黃草道地藥材基地能夠滿足其對氣候土壤的基本要求。3.2相似系數大于95%以上的縣市

圖2所示，與廣東饒平地區相比，溪黃草相似度為95%～100%區域有廣東、廣西、福建、海南等省（區），其中面積較大的區域包括廣東省和廣西壯族自治區，面積分別為80 212.79 km2和35 210.85 km2。廣東包括豐順、翁源、信宜等縣（市），廣西包括博白、靈山、梧州等縣（市），分別占該省區面積的45%和15%。

圖2 溪黃草適宜縣市相似系數（95%～100%）分布圖

4 結論與討論

4.1 驗證了TCMGIS系統的科學性

本研究以溪黃草為分析對象，通過采用TCMGIS系統，應用柵格數據（1 km2）的氣候數據庫，包括年平均氣溫、相對濕度、年降水量、年日照時數、極端最低溫度、極端最高溫度，1∶4 000 000萬的土壤數據庫。分析得出了溪黃草在全國的適宜分布區和次適宜分布區所包含的省區和縣市，計算出了適宜分布區的面積，并給出了適宜區的分布圖，TCMGIS系統提供了一種量化的評判藥材產地適宜性的技術和方法，為中藥材引種栽培提供了理論依據。

4.2 分析得到溪黃草生態適宜性數據

通過采用TCMGIS系統對溪黃草的產地適宜性進行分析，得出溪黃草在全國的最適宜分布區包含廣東、廣西、福建、海南等4個省區的164個縣市為溪黃草適宜產區，適宜產區面積總和為22.58萬km2。基于饒平為基點縣，獲得的最適生態數值如下：1月平均氣溫9.9～13.6℃；7月平均氣溫24.7～28.3℃；降雨量范圍1 734～1 787 mm；海拔高度范圍－45～575 m；年日照時數達到1 809～1 979 h；土壤類型包括赤紅壤、黃壤和水稻土。溪黃草的最適宜區面積和適宜區面積大致相等。然而溪黃草產地適宜性數據只是基于生態環境相似性分析得出的，而溪黃草的栽培方法在很大程度上影響溪黃草的生產區選擇，影響道地藥材產地適宜性的因素有很多，還需要綜合考慮，找出影響藥材分布的主導因素。

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Ecological Suitablility Research of Herba Rabdosia serrae by TCMGIS

WANG Zhen1，2，SUO Feng-mei1，HUANG Lin-fang1
（1.Institute of Medicinal Plant Development，Chinese Academy of Medical Science，Peking Union Medical College，Beijing100193，China；2.Beijing University of ChineseMedicine，School of ChineseMateria Medica，Beijing100102，China）

Objective：To analyze the suitable producing area ofRabdosia lophanthoidesvar graciliftorus for regionalization of its production.Methods：Raoping county of Guangzhou province was regarded as the analytical basal place，basing on the database of ecological factors and spatial analysis methods in Georgraphic Information System for Traditional Chinese Medicine（TCMGIS）.Results：The result showed that the optimal district ofRabdosia

lophanthoidesvargraciliftorushave been determined to be located in 164 counties from Guangdong，Guangxi，Fujian，Hainan provinces.The aim of investigation was to get the appropriate producing areas of in China.And this would provide a scientific reference for the introduction and cultivation ofRabdosia lophanthoidesvar graciliftorus.Conclusion：The suitable producing area ofRabdosia lophanthoidesvar graciliftorus for large scale cultivation mainly located in Guangdong，Guangxi，Fujian and Hainan provinces.

Herba Rabdosia serrae；Ecological suitability；Ecological factors；TCMGIS

*黃林芳，Email：lfhuang＠implad.ac.cn

2011-04-18）