3S技術支持下的野生藥用植物資源調(diào)查方案設計△

馬衛(wèi)峰，王哲，郭蘭萍，張小波，朱壽東，張本剛，黃璐琦*

(1.中國中醫(yī)科學院 中藥資源中心 道地藥材國家重點實驗室，北京 100700；2.長春中醫(yī)藥大學 藥學院，吉林 長春 130117；3.中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 藥用植物研究所，北京 100193)

7專 題

公益性行業(yè)科研專項(201207002)；中醫(yī)藥部門公共衛(wèi)生專項(財社[2011]-76)；中醫(yī)藥全國性專款(ZZYZK2012科技司A002)；科技基礎工作專項(2013FY114500)；北京市共建項目專項資助

*

黃璐琦，研究員，研究方向：中藥資源學與分子生藥學；Tel：(010)64014411-2955，E-mail：huangluqi@263.net

3S技術支持下的野生藥用植物資源調(diào)查方案設計△

馬衛(wèi)峰1，王哲2，郭蘭萍1，張小波1，朱壽東1，張本剛3，黃璐琦1*

(1.中國中醫(yī)科學院 中藥資源中心 道地藥材國家重點實驗室，北京 100700；2.長春中醫(yī)藥大學 藥學院，吉林 長春 130117；3.中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 藥用植物研究所，北京 100193)

本文配合第四次全國中藥資源普查試點設計了基于3S技術的野生藥用植物資源調(diào)查方案，包括空間抽樣調(diào)查方法以及野外調(diào)查代表區(qū)域樣地和樣方套計算機輔助設計等內(nèi)容。為第四次全國中藥資源普查工作中野生藥用植物資源的調(diào)查的開展提供了技術支持。

3S技術；野生藥用植物；空間抽樣；調(diào)查方案；中藥資源普查

野生藥用植物資源是中藥產(chǎn)業(yè)得以存在、發(fā)展的物質(zhì)基礎[1]。我國擁有豐富的野生藥用植物資源，但隨著人類“回歸自然”呼聲的日益高漲，社會對天然藥物的需求與日俱增，野生藥用植物資源面臨巨大壓力[2]。現(xiàn)階段由科研單位組織開展的與中藥資源調(diào)查相關的工作，多數(shù)是針對單一品種或多個品種的資源量調(diào)查，而中藥資源普查是通過對區(qū)域內(nèi)的一次普查，準確、系統(tǒng)的獲取區(qū)域內(nèi)野生藥用植物資源的種類、分布范圍和蘊藏量信息，這對于掌握區(qū)域野生藥用植物資源的總體情況，以及合理開發(fā)利用中藥資源尤為重要。

針對單品種的傳統(tǒng)中藥資源調(diào)查方法[1]，往往在資源豐富的地方設置樣方，主觀性較強，使得針對區(qū)域內(nèi)所有中藥資源的調(diào)查的精度和效率受到了制約。而基于空間信息技術的抽樣調(diào)查方法不僅有利于準確獲取抽樣總體的先驗知識，提高調(diào)查精度；而且減少了野外樣本量，降低了調(diào)查成本[3]。本文針對野生藥用植物資源，探索利用空間抽樣技術建立野外調(diào)查的方法，為科學的布設樣地和樣方，以及準確的獲取野生藥用植物資源的種類、分布范圍和蘊藏量等信息提供技術支持，以期為第四次全國中藥資源普查[4-5]中野生藥用植物資源的調(diào)查提供科學依據(jù)。

1 基本概念

根據(jù)縣域內(nèi)植被分布、土地利用、海拔等信息，以及綜合考慮調(diào)查的費用、任務量及周期，將中藥資源普查野外調(diào)查區(qū)域劃分為代表區(qū)域、調(diào)查樣地和樣方套3個調(diào)查單元。開展野外調(diào)查工作時把縣(區(qū))域的調(diào)查范圍分為若干個代表區(qū)域；通過計算機輔助設計，在每個代表區(qū)域內(nèi)設置若干樣地；樣地內(nèi)設置不少于5個樣方套；每個樣方套由6個小樣方組成(圖1)。

圖1 基本概念

代表區(qū)域：即在縣域內(nèi)根據(jù)野生藥用植物資源分布的自然生態(tài)環(huán)境特征進行劃分的區(qū)域。

樣地：即代表區(qū)域內(nèi)的一個1 km2基本抽樣單元。

樣方套：即樣地內(nèi)的一個由6個不同大小樣方組成的總體，該總體包括1個10 m×10 m調(diào)查喬木類資源的樣方，1個5 m×5 m調(diào)查灌木類資源的樣方和4個2 m×2 m調(diào)查草本類資源的樣方。藥用植物由于生活型[6]的不同，分別在對應的小樣方內(nèi)進行數(shù)量調(diào)查。

2 野外調(diào)查方法設計

本方案針對廣泛分布的野生藥用植物，采用自動化、系統(tǒng)化的調(diào)查方法，但由于本底數(shù)據(jù)的限制，以及稀有種藥用植物生長環(huán)境的特殊性，也引入人工輔助方法實現(xiàn)代表區(qū)域、樣地及樣方套的特殊處理。

2.1 提取代表區(qū)域范圍

2.1.1方法 以1∶100萬全國植被類型數(shù)據(jù)為主，輔助高程、坡向、土地利用、TM影像等數(shù)據(jù)提取若干生境地塊，調(diào)查人員在進行野外調(diào)查設計時，可將具有相似生境的地塊歸為同一代表區(qū)域，最后計算得到每個代表區(qū)域的面積(圖2)。其中，植被類型數(shù)據(jù)包括針葉林、針闊混交林、闊葉林、灌叢、荒漠植被、草原、草叢、草甸、沼澤、高山植被和栽培植被12種植被型組[6]。

圖2 代表區(qū)域提取及網(wǎng)格化

2.1.2要求 ①代表區(qū)域應滿足植物生長的基本要求，且以天然植被為主，人工植被型，如農(nóng)田、果園、經(jīng)濟林等做單獨處理；②每個代表區(qū)域內(nèi)的自然生態(tài)環(huán)境特征盡可能一致，而各代表區(qū)域間的自然生態(tài)環(huán)境特征有所差異。

2.1.3特殊代表區(qū)域設置 由于土地利用的快速變更，以及大比例尺專題數(shù)據(jù)的難以獲取，造成本底數(shù)據(jù)分發(fā)使用受到現(xiàn)勢性和保密性的限制。因此，在部分縣(區(qū))實際情況與系統(tǒng)提取的代表區(qū)域有所差異，可以根據(jù)以下兩種情況申請本底數(shù)據(jù)的特殊加工處理：①代表區(qū)域范圍過小：a.存在大量小面積天然植被，且范圍較為破碎；b.存在具有調(diào)查意義的人工植被范圍。②代表區(qū)域范圍過大：a.大范圍的土地變更，造成天然植被范圍減小；b.特殊生境下藥用植物分布稀少；c.某些特殊的區(qū)域，無法進入進行調(diào)查。

2.2 抽取樣地

2.2.1方法 選擇1 km大小的網(wǎng)格，將代表區(qū)域網(wǎng)格化(圖2)，采用空間隨機抽樣方法在代表區(qū)域內(nèi)抽取樣地(圖3)，并可以按區(qū)域進行多次抽樣。

圖3 抽樣樣地

2.2.2要求 根據(jù)調(diào)查精度以及調(diào)查成本的需求，確定需要抽取的樣地數(shù)量(式1)。

(1)

其中，n0表示樣本量，z表示置信水平下的z統(tǒng)計量，p表示目標總體的比例期望值，e表示置信區(qū)間的半寬，即調(diào)查誤差，也稱絕對誤差率。

根據(jù)每個代表區(qū)域的面積比例，確定每個代表區(qū)域內(nèi)的樣地數(shù)量。

2.2.3特殊樣地設置 由于每個縣的地理環(huán)境、地形地貌不同，針對特殊的樣地情況，需特殊對待：①樣地無法到達：a.選擇系統(tǒng)預先多設置的樣地進行替換；b.適當減少某一代表區(qū)域的樣地數(shù)量，而增加其代表區(qū)域內(nèi)的樣地數(shù)量；c.通過軟件系統(tǒng)對某一代表區(qū)域內(nèi)的樣地進行多次隨機抽樣，直到抽取位置相對合適的樣地；d.系統(tǒng)設置的大多數(shù)樣地均無法滿足要求的情況下，在樣地周圍選擇與該樣地生態(tài)環(huán)境特征相似的地點人工增加樣地。②樣地發(fā)生重大變更：a.如果樣地土地利用類型變更為非植被，如建筑用地等，則不需要進行樣方調(diào)查，但需要照片及文字說明，不能不記錄而影響總量估計；b.如果樣地內(nèi)部分區(qū)域為天然植被，無法完成5個樣方套，可以根據(jù)實際情況減少樣方套數(shù)量。③樣地分布不合理：a.如果樣地在植被稀疏區(qū)域數(shù)量較多，植被豐富的區(qū)域卻較少，應適當調(diào)整；b.如果縣域面積較大，且植被分布廣泛，應適當增加樣地數(shù)量。

2.3 布設樣方套

2.3.1方法 ①如果樣地在平原區(qū)，且生態(tài)環(huán)境單一，可采用等距法均勻的布設樣方套(圖4)；②如果樣地在山區(qū)，可根據(jù)樣地內(nèi)的地形、地勢、海拔等小生境確定樣方套的位置。

圖4 樣方套設置

2.3.2要求 ①在一個樣地內(nèi)至少布設5個樣方套；②每個樣方套內(nèi)的6個樣方采用固定編號，不同生活型的藥用植物需要在對應的樣方內(nèi)調(diào)查。

2.3.3特殊樣方套設置 ①無法完成5個樣方套：a.如果樣地內(nèi)天然植被面積過小，根據(jù)實際情況減少樣方套數(shù)量；b.如果樣地內(nèi)地形復雜，很多位置無法到達，只能完成小于2個的樣方套，建議更換樣地；c.如果樣地內(nèi)地形復雜，很多位置無法到達，且藥用植物資源豐富，可以允許樣方套設置的較為集中。②超過5個樣方套：a.如果樣地內(nèi)藥用植物資源種類豐富，可適當增加樣方套的數(shù)量；b.如果其他樣地內(nèi)設置的樣方套都較少，可以在某些樣地內(nèi)適當增加樣方套。

2.4 樣地可達性分析

在確定野外調(diào)查方案之前，首先要進行樣地的可達性分析，然后根據(jù)分析結(jié)果對方案進行適當調(diào)整，避免造成額外的工作量。可以通過以下兩種方法，了解樣地基本情況，快速分析樣地調(diào)查的合理性和可達性。①利用現(xiàn)勢的大比例尺地形圖、植被圖、土地利用圖、交通圖等專題數(shù)據(jù)分析樣地所在位置的土地覆蓋、植被類型、交通和地形地勢。②如無以上底圖，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，借助“GoogleEarth”等第三方在線地圖軟件，導入樣地數(shù)據(jù)，利用在線的遙感影像、地形地貌數(shù)據(jù)了解樣地周邊的通行情況，尋找行車道，行人道等。

3 調(diào)查內(nèi)容設計

3.1 樣地/樣方套表

為了獲取樣地的生態(tài)環(huán)境特征，樣方套的地理位置及植物群落特征，設計了調(diào)查內(nèi)容(表1)。

3.2 野生藥用植物種類調(diào)查表

為了獲取縣域內(nèi)野生藥用植物資源的種類及其生活習性，設計了調(diào)查內(nèi)容(表2)。野生藥用植物種類調(diào)查不受樣地范圍的限制，可根據(jù)具體情況采用樣線、踏查等方法進行調(diào)查。

3.3 野生藥用植物數(shù)量調(diào)查表

為了獲取野生藥用植物在樣方內(nèi)的植株數(shù)量，設計了調(diào)查內(nèi)容(表3)。藥用植物由于生活型[6]的不同，分別在對應的小樣方內(nèi)進行數(shù)量調(diào)查。

3.4 野生藥用植物重量調(diào)查表

為了獲取野生藥用植物在區(qū)域內(nèi)采挖的植物個體鮮重及藥材的單株干重，設計了調(diào)查內(nèi)容(表4)。

3.5 野生藥用植物標本記錄表

為了記錄每種野生藥用植物的采集信息、地理位置信息、生態(tài)環(huán)境信息、形態(tài)特征等信息，設計了表格(表5)。

表1 樣地調(diào)查表示例

表2 藥用植物種類調(diào)查表示例

表3 藥用植物數(shù)量調(diào)查表示例

表4 藥用植物質(zhì)量調(diào)查表示例

表5 藥用植物標本記錄表示例

4 成果匯總

完成野外調(diào)查工作以后，利用全部野外普查數(shù)據(jù)進行匯總計算，最終獲得各級(縣、省、國家)野生藥用植物資源普查成果。

4.1 資源名錄

通過對野生藥用植物種類調(diào)查表和藥用植物標本調(diào)查表的信息進行匯總，獲得各級“野生藥用植物資源名錄”，其中主要包括野生藥用植物基源信息(植物名、科名等)和藥材信息(藥材名、入藥部位、功效主治等)，同時也包括野生藥用植物的特征信息(植物細節(jié)特征、花期、果期等)。

4.2 分布信息

通過對樣地表、野生藥用植物數(shù)量調(diào)查表和野生藥用植物標本調(diào)查表的信息進行匯總，獲得各級“野生藥用植物分布信息”，主要信息包括野生藥用植物的分布地區(qū)，垂直分布范圍等。

4.3 蘊藏量

利用已有公式[3]，對樣地表、野生藥用植物數(shù)量和種類調(diào)查表進行計算，最終得到各級野生藥用植物資源單位面積蘊藏量、適生面積以及總蘊藏量等信息。

5 小結(jié)

本文在傳統(tǒng)中藥資源調(diào)查方法的基礎上，采用3S技術進行野生藥用植物資源的野外方案設計，提取了調(diào)查的代表區(qū)域，固定了樣地的位置，明確了樣方套的布設方法，并提出了針對稀有種藥用植物調(diào)查的特殊處理方法，較傳統(tǒng)方法，該方案大大降低了人為因素對普查結(jié)果的影響，提高了最終結(jié)果的準確性；詳細設計了野外調(diào)查的內(nèi)容，包括樣地/樣方套調(diào)查表、種類信息調(diào)查表、數(shù)量和質(zhì)量調(diào)查表，以及標本信息調(diào)查表，可全面、系統(tǒng)的獲取各項調(diào)查信息；最終，通過對調(diào)查數(shù)據(jù)的匯總分析，可以得到縣、省、國家三級野生藥用植物的種類、分布和蘊藏量等信息。科學的調(diào)查方法、詳盡的調(diào)查內(nèi)容，為第四次全國中藥資源普查工作野生藥用植物資源的調(diào)查提供了技術保障。

[1] 周應群，陳士林，張本剛，等.中藥資源調(diào)查方法研究[J].世界科學技術——中醫(yī)藥現(xiàn)代化，2005，7(6)：130.

[2] 梅智勝，張文生，王永炎.我國野生中藥資源保護亟待加強[J].中國中醫(yī)藥信息雜志，2008，15(10)：4.

[3] 馬衛(wèi)峰，張小波，郭蘭萍，等.基于空間信息技術的野生廣布種藥用植物資源蘊藏量估算方法研究[J].中國中藥雜志，2013，38(8)：1130.

[4] 黃璐琦，陸建偉，郭蘭萍，等.第四次全國中藥資源普查方案設計與實施[J].中國中藥雜志，2013，38(5)：625.

[5] 郭蘭萍，陸建偉，張小波，等.全國中藥資源普查技術規(guī)范制定[J].中國中藥雜志，2013，38(7)：937.

[6] 張新時，侯學煜.中華人民共和國植被圖[M].北京：地質(zhì)出版社，2008.

SurveySchemeDesignforWildMedicinalPlantsResourcewith3STechnique

MAWeifeng1，WANGZhe2，GUOLanping1，ZAHNGXiaobo1，ZHUShoudong1，ZHANGBengang3，HUANGLuqi1*

(1.NationalResourceCenterforChineseMateriaMedica，ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100700，China；2.SchoolofPharmaceuticalSciences，ChangchunUniveristyofChinesemedicine，Changchun，Changchun130117，China；3.ChinaChineseAcademyofMedicalSciences&PekingUnionMedicalCollege，InstituteofMedicinalPlantDevelopment，Beijing100193，China)

The wild medicinal plants resource is confronted with more serious situation.The author has designed a survey scheme with 3S technique for wild medicinal plants，including spatial sampling method and field survey content.The scientific and practical method，the reasonable and detailed survey content provide technical support for the development of wild medicinal plants resource in the fourth national survery of Chinese Materia Medica Resource.

3S technique；Wild medicinal plants；Spatial sampling；Survey scheme；National survery of Chinese Materia Medica Resource

10.13313/j.issn.1673-4890.2014.06.001

2013-03-14)