氣候特征與藥用植物地理分布的數值分析△
——以四川省為例

張琴，張東方，2，孫成忠，謝彩香*

（1.中國醫學科學院北京協和醫學院藥用植物研究所，北京 100193；2.江蘇師范大學，江蘇 徐州 221116；3.中國測繪科學研究院，北京 100039）

氣候是影響植物分布的重要因素，中藥材的品質和藥效與其生長的地域環境密切相關［1-2］。藥用植物的分布與氣候的關系在國內外廣受關注［3］，深入研究區域氣候特征，分析藥用植物分布模式，對保護當地藥用植物資源有著重要意義；同時，也對當地藥用植物資源的合理開發與利用有著重要的指導作用［4］。

四川位于中國大陸西南腹地，自古就有 “天府之國”之美譽。四川地勢西高東低，地貌復雜，氣候差異顯著，高原山地氣候和亞熱帶季風氣候并存。復雜的氣候條件造就了四川豐富的藥用植物資源。四川藥用植物種類繁多，達4500余種，產量約占全國的1／10，是我國藥材的主要產區，歷來有著 “中藥之鄉”、 “無川不成方”的美譽［5-6］。近年來許多國內外專家學者對四川地區藥用植物資源調查與保護、藥用植物人工栽培與病蟲害防治、藥用植物地理分布等多個方面作出研究［7-10］。本文通過分析四川地區不同氣候特征，探究區域氣候與藥用植物地理分布規律的關系，為藥用植物資源保護和規劃以及引種栽培、選址提供參考。

1 材料及方法

1.1 材料

1.1.1 研究區概況 四川介于東經97°21′～108°33′和北緯 26°03′～34°19′之間，位于中國西南腹地，地處長江上游，面積為48.6萬km2。四川省地勢西高東低，由西北向東南傾斜，地形復雜多樣。其中，位于東部的四川盆地地區以山地為主，而西南地區位于青藏高原東部橫斷山系中段，地貌類型為中山峽谷，西北地區為青藏高原東南緣和橫斷山脈的一部分，地面海拔4000 m左右。因此，根據地形地貌將四川省分為三大研究單元：東部是完整的四川盆地，西部是高山、高原，西南部是中山、寬谷、山原和盆地，三者高差懸殊，地貌差異明顯［11］。四川季風氣候明顯，雨熱同期，受地理緯度和地貌影響，東西部差異顯著，氣候垂直變化大［12-14］。四川復雜多變的地形地貌和氣候條件，為植物提供了多樣的生長環境，從而孕育了四川豐富的藥用植物資源。

1.1.2 數據來源 四川氣候數據來源于中國氣象科學數 據 共 享 服 務 網 （http：／／data.cma.cn／），為2000—2014年監測數據的平均值，包括年均溫、年降水、活動積溫、濕度、日照、一月最低溫、一月平均溫、七月最高溫、七月最低溫，共9個氣候因子。四川高程數據來自于地球系統科學數據共享平臺（http：／／www.geodata.cn／）。四川省藥用植物資源分布數據主要來源于第三次中藥資源普查資料，此外根據訪談調查對其進行補充。

1.2 研究方法

1.2.1 研究區域劃分 基于四川地區地形地貌以及四川氣候分異特點，結合四川省行政區劃圖，將四川地區劃分為四川盆地、攀西地區、川西高原三大區域（圖1）。

圖1 四川地區區域劃分

1.2.2 四川地區氣候特征 四川省氣候數據是利用地理信息系統的柵格數據空間分析功能，通過對四川地區的氣象站點觀測值的離散數據進行柵格插值運算生成表面，得到四川地區氣候特征分區圖（圖2）。本文采用的插值方法為反距離權重插值法（IDW，inverse distance weighted），IDW以插值點與樣點間的距離為權重進行加權平均，插值點越近的樣點賦予的權重越大。其插值公式如下：

設平面上的離散點的坐標值為 Xi，Yi，Zi，（i＝1，2，…，n），根據周圍離散點的值，通過加權值求Z點值，如式（1）。

圖2 四川地區氣候特征圖

1.2.3 四川地區藥用植物空間分布及物種多樣性分析 依據第三次中藥資源普查資料及訪談調查，得到四川地區主要藥材的空間分布圖（圖3），根據該圖計算四川各地區的藥材種類豐富度，Simpson物種多樣性指數和Shannon-Weiner指數。鑒于四川盆地和川西高原地區面積遠遠大于攀西地區，因此取樣方時在四川盆地和川西高原地區各取兩個樣方，在攀西地區取一個樣方。藥用植物種類豐富度S用所在樣方內的物種數表示，Simpson物種多樣性指數D基于公式計算得到，ni表示第 i個物種的個體數，N表示全部物種的個數（圖3）。Shannon-Weiner指數 H基于 H＝-∑（Pi）（log2Pi），Pi＝樣品中屬于第i種的個體的比例，如樣品總個體數為 N，第 i種個體數為 ni，則 Pi＝ni／N。

圖3 四川地區主要藥材產地圖

2 結果

2.1 四川地區氣候特征

分析圖2可知，四川盆地常年溫暖濕潤，冬暖夏熱。四川盆地地形閉塞，氣溫明顯高于同緯度其他地區，尤其在冬季，由于冷空氣受到北方秦嶺大巴山的阻隔，四川盆地大部分地區一月平均氣溫在5～12℃，一月最低溫在0～6℃以上，比同緯度的長江中下游地區溫度高許多，與廣東北部相當。盆地氣溫東高西低，南高北低，盆底高邊緣低，等溫線分布呈同心圓狀。盆地邊緣山地氣溫呈現出垂直地帶性分布特點，隨著海拔的升高，氣溫逐漸降低。攀西地區位于四川省西南部，屬亞熱帶半濕潤氣候，攀西地區年均氣溫較高，年均溫在10～20℃，冬季溫暖夏季清涼，一月氣溫略低于四川盆地，七月氣溫遠低于四川盆地，氣溫年較差小。攀西地區降水量較四川盆地少，為800～1200 mm，降水主要集中在東部。川西高原為青藏高原東南緣和橫斷山脈的一部分，位于青藏高原東側，雅安的邛崍山脈以西。從高程圖上可以看出，川西高原地面海拔4000 m以上，地勢西北高，東南低，是四川省地勢最高的地區。

2.2 四川地區藥用植物空間分布及物種多樣性分析

依據圖3可以看出，四川地區藥用植物資源豐富，全省范圍內均有藥用植物分布。其中四川盆地是四川省藥材的主產區，其代表性的野生藥材基源植物主要有麥冬 Ophiopogon japonicus（Linn.f.）Ker-Gawl.、天南星 Arisaema heterophyllum Blume、前胡Peucedanum praeruptorum Dunn等，家種藥材基源植物主要有川芎Ligusticum chuanxiong Hort.、川赤芍Paeonia veitchii Lynch、川烏Aconitum carmichaeli Debx.、郁金Curcuma aromatica Salisb.、川白芷Angelica anomala Lallem.、桔梗 Platycodon grandiflorus（Jacq.）A.DC.、川明參 Chuanminshen violaceum Sheh et Shan、云木香 Saussurea costus（Falc.）Lipech.等。攀西地區野生藥用植物主要有川黃檗Phellodendron chinense Schneid.、滇黃芩 Scutellaria amoena C.H.Wright.、金鐵鎖 Psammosilene tunicoides W.C.Wu et C.Y.Wu、補骨脂 Psoralea corylifolia Linn.，家種藥材基源植物主要包括川續斷Dipsacus asperoides C.Y.Cheng et T.M.Ai、茯苓 Poria cocos（Schw.）wolf、半夏 Pinellia ternate（Thunb.）Breit.等。川西高原野生藥材基源植物主要分布有川貝母Fritillaria cirrhosa D.Don、川黃連 Coptis chinensis Franch.、羌 活 Notopterygium incisum Ting ex H.T.Chang、冬蟲夏草 Cordyceps sinensis（Berk.）Sacc、大黃Rheum offcinale Baill.，家種藥材主要包括杜仲Eucommia ulmoides Oliver、黨參Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf.、豬苓 Polyporus umbillatus（Pers）Fr.等。

分析不同區域的豐富度，物種多樣性指數和Shannon-Weiner指數發現，四川地區藥材種類豐富度，物種多樣性指數和Shannon-Weiner指數均較高，但不同地區存在差異。如圖3所選5個區域的藥材種類豐富度，Simpson物種多樣性指數和Shannon-Weiner指數排列順序均為Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ。四川盆地和川西高原面積較大，但四川盆地的Ⅲ區和Ⅳ區各項指標遠大于川西高原的Ⅰ區和Ⅱ區，四川盆地Ⅲ區的各項指標略低于攀西地區Ⅴ區，但其Ⅳ區大于攀西地區Ⅴ區，因此總體而言，四川盆地物種豐富度最高，其次是攀西地區，川西高原北部居中，川西高原南部藥材種類豐富度，物種多樣性指數和Shannon-Weiner指數最低。

圖4 四川地區藥用植物物種豐富度評價

四川地區幅員遼闊，地形復雜，橫跨亞熱帶、溫帶、寒帶氣候，野生植物豐富、藥材栽培歷史悠久，據統計，四川地區藥材種類多達4500余種，其中，四川盆地藥材種類最多，其次是攀西地區、川西高原。四川盆地約分布有2000余種，藥材產量占全省的60%，四川盆地氣候溫暖濕潤，植被豐富，分布的藥材大部分是陰生植物，少數是喜陽植物；攀西地區分布藥材約1800余種，約占全省的30%，該地區光熱資源豐富，分布的藥材主要是喜光，喜濕，耐陰的植物；川西高原地區植被脆弱，但分布有種類較多的動物藥及其他類藥材，此外該地區溫度低降水少，還分布了一些耐陰耐寒不耐高溫的植物。

3 討論

3.1 四川地區氣候特征

四川盆地位于長江上游，四川省東部及重慶市西部，四周被海拔2000～3000 m的山脈和高原所環繞。四川盆地位于高原大地形與中國東部平原過渡帶，特殊的地理環境使四川盆地既受東亞季風和印度季風的影響，同時又受到青藏高原大氣環流系統的影響。四川盆地年降水量在1000～1300 mm，盆地邊緣山地降水尤為豐富，這是由于來自海上的暖濕氣流遇山體阻隔，被迫抬升冷卻，達到飽和后形成大量降水。四川盆地東南部海拔相對較低，西北部山地海拔相對較高，導致水汽容易進入而不容易散失，因而四川盆地濕度較大，多陰雨天氣，全年日照時間很短。攀西地區屬亞熱帶半濕潤氣候，由于焚風效應的影響，西部降水較少且空氣濕度很低，形成干熱河谷的獨特氣候環境。攀西地區日照充足，年日照時間均在2000 h以上，其光熱資源優勢對植物的生長具有重要的意義。川西高原總體上以寒溫帶氣候為主，全年溫度較低，冬季受冷高壓影響，天氣晴朗，日照豐富。降水較少，年降水量為400～900 mm。川西高原氣候總體特征是河谷干暖，山地濕冷，光照豐富，降水量少。

3.2 四川地區藥材分布

四川東部的四川盆地氣候溫暖濕潤，冬暖夏熱，適宜于絕大多數喜溫暖濕潤氣候的植物生長，是四川省家種藥材的主產區，種植面積占全省的60%左右。該地區藥材分布密集，種類繁多，有根莖類，種子類以及花類，代表品種有川芎、麥冬、白芍等。其中，川芎是四川著名的道地藥材，年產量占全國的80%以上，川芎喜氣候溫和、雨量充沛、日照充足而又較濕潤的環境［15］，主要種植于四川盆地西部邊緣，由成都平原向川西高原過渡的中山區，主產于都江堰市（原名灌縣）、柴縣、彭縣、新都等地。麥冬喜溫暖濕潤，降雨充沛的氣候條件，在5～30℃正常生長，最適溫度為15～25℃［16-17］，四川盆地夏季高溫多雨，非常適宜麥冬的生長，麥冬主要分布在四川綿陽市和三臺縣，年產量占全國20%以上。鑒于該地區藥用植物種類多且產量豐富，建議對該地區野生藥用植物資源有計劃地進行開發利用，對市場需求量較大的藥材可進行大規模的規范化栽培，以滿足市場需求。

攀西地區地勢較高，地貌特征是山原峽谷，山高谷深、盆地交錯。年氣溫較高，冬季溫暖夏季清涼，光熱資源豐富，該地區分布的藥用植物種類也較多，既有亞熱帶藥材也有溫帶藥材，以野生的多年生根類藥材為主，這些藥用植物的特點主要是喜溫暖而潮濕的環境，怕嚴寒和酷暑，代表品種天麻、茯苓、金鐵鎖，川續斷等。其中，天麻來源于蘭科天麻屬植物天麻的根莖，用于治療頭痛眩暈、癲癇、破傷風、小兒驚風等癥［18］，是市場需求量較大的名貴中藥，天麻適宜于冬暖夏涼的氣候，不耐嚴寒與酷熱，喜半陰和潮濕的環境，西南一帶所產的天麻質量尤佳，是著名的道地藥材［19］。該地區藥材資源豐富，且多為生長年限較長的貴重藥材，建議先進行合理規劃再采挖，還可進行人工撫育及栽培管理。

川西高原是四川地區地勢最高處，主要地貌是高山高原。因此，全年溫度較低，降水較少，光照豐富，分布于該區域的藥用植物種類多數為高原植物，以多年生宿根性草本為主，代表性藥用植物有川貝母、冬蟲夏草、秦艽、羌活等。其中，冬蟲夏草又名蟲草，是我國民間慣用的一種名貴滋補藥材，生長在高寒山區，分布在海拔3500～4500 m以上的高山草地灌木帶、草甸和灌叢草甸等處的草坡和雪山上［20］，在四川省除南部以外的大部分地區均有分布，川西高原是其分布中心。川貝母喜冷涼氣候條件，具有耐寒、喜濕、喜隱蔽的特點［21］，生長在溫帶高山、高原地帶的針闊葉混交林、針葉林、高山灌叢中，廣泛分布于川西高原的大部分地區，攀西地區西北部也有少量分布。由于該地區藥用植物年生長期較短，生長較為緩慢，資源自然更新率較低，對該區域蘊藏量小的珍稀藥用植物資源，建議通過使用組織培養技術以及建立特色藥材生產基地進行產業化開發。

4 結論

本文基于地區地形地貌和氣候特征，將四川地區劃分為三大區域：四川盆地，攀西地區和川西高原。其中，四川盆地位于四川地區東部，四周高中部低，地形閉塞，氣溫高于同緯度地區，冬暖夏熱，年降水量大，多陰雨天氣，日照時間短；攀西地區位于四川西南部，包括四川涼山彝族自治州和攀枝花市，年均氣溫較高，冬季溫暖夏季清涼，降水集中在東部地區，光熱資源豐富；川西高原位于四川西北部，海拔在4000 m以上，地勢西北高，東南低，包括阿壩藏族羌族自治州和甘孜藏族自治州，全年溫度較低，降水較少，光照豐富。

四川地區地貌復雜和氣候多樣孕育了四川豐富的藥用植物資源。基于第三次中藥資源普查數據，并通過近些年我們對四川藥材調查經驗的總結，得到四川地區主要藥材的空間分布圖，分析其物種多樣性可知四川盆地物種最豐富，其次為攀西地區，最后為川西高原。據統計，四川盆地藥材產量占全省的60%左右，攀西地區占30%左右，川西高原地區藥用植物分布較少。從氣候特點可知，四川盆地溫暖濕潤，冬暖夏熱，因此藥材分布密集，主要是適宜于溫暖濕潤的氣候的藥材，代表品種有川芎、麥冬、川烏等；而攀西地區年氣溫較高，冬季溫暖夏季清涼，較高的1月最低溫保證了植物的越冬需要，是植物栽培的必要條件，降水集中在東部地區，光熱資源豐富，以野生藥用植物為主，分布的主要是不耐低溫，喜濕的一些藥用植物，主要有天麻、茯苓、川牛膝等；川西高原全年溫度較低，降水較少，光照豐富，主要分布的是不耐高溫，喜光的藥用植物，如川貝母、冬蟲夏草、秦芄、羌活等。

此外，本文還分析了主要藥用植物川芎、麥冬、天麻、川貝母、冬蟲夏草等的生長習性及地理分布模式，不同地區的氣候特征導致不同的藥材資源，氣候與植物生長有著密切的統一性，這與相關文獻報道一致［22］。本文首次從區域氣候特征和藥用植物資源分布情況兩方面來論述四川地區藥用植物資源分布與自然生態環境間的關系，旨在為當地藥用植物資源保護和開發提供參考。

［1］ 王歡，李慧，謝彩香，等.黃花蒿空間分布及全球潛在氣候適宜區［J］.中藥材，2015，38（3）：460-466.

［2］ 李慧，王歡，謝彩香，等.新疆地區藥用植物地理分布模式和氣候特征研究［J］.干旱區地理，2015，1（1）：36-42.

［3］ 吳建國，周巧富.中國嵩草屬植物地理分布模式和適應的氣候特征［J］.植物生態學報，2012（3）：199-221.

［4］ 徐曼.《溫帶荒漠區藥用植物資源及產業化栽培實踐》評價［J］.干旱區地理，2007，30（3）：463-463.

［5］ 中國藥材公司.中國中藥區劃［M］.北京：科學出版社，1995.

［6］ 施尚澤.四川中藥材種植現狀及發展［J］.西南農業學報，2002，15（1）：120-122.

［7］ 萬兵.四川中藥資源的開發利用與發展方向［J］.四川環境，1995，14（3）：21-25.

［8］ 嚴吉明，葉華智，秦蕓，等.四川藥用植物病害調查與病原鑒定 Ⅱ.四川藥用植物病害［J］.西南農業學報，2008，21（2）：359-363.

［9］ 中國科學院.四川藥用植物栽培技術［M］.成都：四川人民出版社，1963.

［10］萬建文.四川省藥用植物GIS的構建及其空間分析方法的運用探討［D］.成都：四川大學，2006.

［11］刁承泰.四川地貌格局的形成及其特征：研制四川省1：1000000地貌圖的體會［J］.西南師范大學學報：自然科學版，1991，16（3）：384-388.

［12］陳效孟.近代四川氣候特征初步分析及展望［J］.成都信息工程學院報，1993，27（4）：110-115.

［13］張寶堃.四川氣候區域［J］.氣象學報，1941（Z1）.

［14］范雄，杜青川.四川省數值氣候區劃的研究［J］.高原山地氣象研究，1993，31（2）：36-41.

［15］陳興福，丁德蓉.川芎生物學特性研究［J］.中國中藥雜志，1994，19（8）：463-466.

［16］陳興福，楊文鈺，劉文昌.麥冬生長特性及其與產量的相關性研究［J］.中國中藥雜志，2006，31（14）：1141-1143.

［17］羅莉.川麥冬的高產栽培技術［J］.四川農業科技，2015（6）：28-29.

［18］周慧君.天麻有效成分的藥理作用與臨床應用研究進展［J］.中醫臨床研究，2016，8（22）：56-58.

［19］張琴，張東方，吳明麗，等.基于生態位模型預測天麻全球潛在適生區.植物生態學報，2017，7（41）：770-778..

［20］蘆克良.名貴中藥——蟲草［J］.云南林業，1984（4）.

［21］何建華.川貝母栽培技術［J］.農經，2000（S1）.

［22］王連喜，陳懷亮，李琪，等.植物物候與氣候研究進展［J］.生態學報，2010，20（2）：447-454.