基于TCMGIS的貫葉連翹生態適宜性研究

杜靜，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.中國藥科大學中藥學院，江蘇 南京 210038）

基于TCMGIS的貫葉連翹生態適宜性研究

杜靜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.中國藥科大學中藥學院，江蘇 南京 210038）

目的：分析貫葉連翹的全國適宜產地。方法：以貫葉連翹的主產地湖北板橋鎮為基點，運用 《中藥材產地適宜性分析地理信息系統》（TCMGIS）進行分析。結果：全國共有湖北、重慶、安徽、湖南、四川、陜西、貴州、云南等8個省區的163個縣市為貫葉連翹適宜產區，適宜產區面積總和為45 773.53 km2。結論：為貫葉連翹引種栽培、合理布局及資源可持續利用提供了依據。

貫葉連翹；生態適應性；生態因子；TCMGIS

貫葉連翹Hypericum perforatum為藤黃科金絲桃屬多年生草本植物，全草入藥，具有清熱解毒、收斂止血、利濕等功能，民間常將其全草鮮品搗爛或干品研末敷患處，治療創傷出血、痛癤腫毒和燒燙傷等［1］。貫葉連翹在西方國家又名圣約翰草，德、美等國已將其收錄于 《藥典》，在德國用作抗抑郁藥已有100多年的歷史；美國、加拿大也有大面積栽培，并廣泛應用于臨床。化學研究發現萘駢二蒽酮類、間苯三酚類和黃酮類化合物為貫葉連翹的主要化學成分。臨床研究發現貫葉連翹對艾滋病病毒有抑制作用，治療抑郁癥療效顯著［2］。

由于全球范圍內的大規模開發利用，目前貫葉連翹已成為世界上銷量最大的3種中草藥之一，我國貫葉連翹野生資源幾近枯竭，傳統的栽培區域也已然不能滿足國內外市場的需求。從資源的可持續利用考慮，對其進行大規模的引種栽培、擴大栽培區劃尤為必要，而產地適宜性研究是引種栽培的前提和基礎［3］。為了科學地研究中藥材產地適宜性，項目組在國家主管部門的支持下，以GIS為基本平臺，定量化和信息化技術結合，成功開發了 《中藥材產地適宜性分析地理信息系統》（TCMGIS）［4］。該系統在不斷地發展完善，并成功地對青蒿、鎖陽、石柱參、黃芪、川芎等藥材的適宜產地進行了分析［4-6］。本文運用TCMGIS系統分析貫葉連翹的適宜產地，以期為貫葉連翹合理布局、確定區劃、保證品質、科學指導引種提供依據。

1 TCMGIS簡介與工作流程

1.1 TCMGIS簡介

TCMGIS系統基于 WindowsXP，采用 C＃開發。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（1971～2000年）地面氣象數據計算所得的按柵格數據（1 km2）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。矢量數據、柵格數據等空間數據和相應的屬性，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。TCMGIS根據引種地與原產地（道地產地）氣候、土壤的相似程度，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（95%≥SI≥90%）。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工作流程

TCMGIS工作流程如圖1所示。

圖1 TCMGIS工作流程圖

2 貫葉連翹生態學特性及分析方法

貫葉連翹集中分布在恩施市板橋鎮，地處東經108°23′12″～110°38′08″、北緯 29°07′10″～31°24′13″，屬亞熱帶濕潤季風氣候。本文以湖北恩施市板橋鎮貫葉連翹的道地產區作為分析的基點，從氣候數據庫中得出貫葉連翹生長環境要求的生態因子數據。

1月平均氣溫：－3.3℃，7月平均氣溫：18.8℃，年總日照時數：1 213～1 433 h，年總降雨量：1 800～1 900 mm，海拔：1 400～1 800 m，土壤類型：棕紅壤。

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 貫葉連翹產地適宜性分析結果

根據上述目標值及分析方法，采用TCMGIS分析后得出貫葉連翹適宜生態分布圖，見圖2。主要分布于湖北、重慶、安徽、湖南、四川、陜西、貴州、云南等省區。貫葉連翹生態相似度95%～100%主要區域統計見表1。貫葉連翹生態相似度90%～100%區域面積圖見圖3。

圖2 貫葉連翹生態相似度90%～100%區域全國分布圖

表1 貫葉連翹生態相似度95%～100%主要區域

由表1可知，與貫葉連翹道地產區湖北恩施市板橋鎮生態相似度為95%～100%的主要區域有湖北、貴州、云南、重慶等省市，其中面積較大的為湖北省，面積為 10 243.55 km2，占該省面積的14.91%，其次為貴州省、云南省、重慶市，面積分別為6 662.17，3 826.17，3 510.02 km2。

圖3 貫葉連翹生態相似度90%～100%區域面積圖

由圖2所知，與貫葉連翹道地產區湖北恩施市板橋鎮生態相似度為90%～100%的主要地區，除了前述的湖北、貴州、云南、重慶4個主要適宜產區外，四川南部峨邊彝族自治縣、昭覺縣、美姑縣、會東縣有面積分別為 1094.05，974.27，893.42，763.33 km2的90%～100%區域，以及陜西南部平利縣、嵐皋縣、鎮巴縣、紫陽縣有面積分別為657.52，625.85，601.77，464.34 km2的90%～100%區域適宜貫葉連翹生長，這些區域可能為貫葉連翹潛在發展區域。

在貫葉連翹生態適宜區范圍內選擇藥材種植基地能夠滿足其對氣候土壤的基本要求。分析結果表明，貫葉連翹的適宜藥材栽培區主要集中在湖北的西南部，重慶的東南部和東北部，云南省的東北部，見圖4。系統預測結果進一步表明，四川和陜西南部有大面積的90%～95%的適宜區，可作為貫葉連翹的潛在生產區。

圖4 貫葉連翹生態相似度95%～100%區域圖

4 結論

4.1 TCMGIS系統的科學性得到驗證

本文以貫葉連翹為分析對象，通過采用TCMGIS系統，引進地理信息系統平臺（GIS）作為分析平臺。在后臺建立了柵格數據（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，同時還建立了1∶4 000 000萬的土壤數據庫。最后分析得出了貫葉連翹在全國的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，從而可以使我們能夠客觀合理地進行中藥材的種植區劃，也為我們提供了一種量化的評判藥材產地適宜性的手段［7］。系統分析結果與資源普查、文獻記載比較相近，證明了TCMGIS系統分析結果的可靠性，這樣為中藥材引種栽培提供了理論依據。

4.2 得出具有參考價值的貫葉連翹生態適宜性數據

通過采用TCMGIS系統對貫葉連翹的產地適宜性進行分析，得出貫葉連翹適宜產區為湖北、重慶、安徽、湖南、四川、陜西、貴州、云南等8個省區的163個縣市，適宜產區面積總和為45 773.53 km2。貫葉連翹生態適宜區主要集中在湖北、湖南、重慶相交的三角地帶，以及云南、四川、貴州三省接壤地帶。此外，四川南部和陜西南部地區為發展貫葉連翹的潛在生產區域。以上數據為合理布局發展貫葉連翹生產、確定其區劃、避免盲目引種、保證貫葉連翹品質提供了科學指導。

5 討論

要保證貫葉連翹資源可持續發展，建立野生撫育區或生產基地，不僅要充分考慮生態地理條件，還要結合具體的社會經濟條件，以及藥材主產地栽培和采收加工技術等條件［8］。為確保貫葉連翹野生資源不被毀滅，應該大力發展貫葉連翹的引種栽培，在資源的天然生長地，通過人工養育及科學管理，逐步形成半野生栽培狀態的資源居群。同時，運用TCMGIS技術結合資源調查準確掌握貫葉連翹資源的分布、蘊藏量、變化趨勢以及適合引種的地區，切實有效地保護貫葉連翹資源，保護生物多樣性，實現貫葉連翹資源可持續開發與利用。

［1］中國科學院中國植物志編輯委員會.中國植物志［M］.第50卷.第2分冊.北京：科學出版社，1990：67.

［2］歐陽輝，謝麗艷，黃小方，等.貫葉連翹的化學成分與藥理研究進展及前景展望［J］.江西中醫藥，2010，41（7）：78-80.

［3］中藥材規范化種植（養殖）技術指南編委會.中藥材規范化種植（養殖）技術指南［M］.北京：中國農業出版社，2006：596-599.

［4］陳士林，魏建和，孫成忠，等.中藥材產地適宜性分析地理信息系統的開發及蒙古黃芪產地適宜性研究［J］.世界科學技術—中醫藥現代化，2006，8（3）：47-53.

［5］Linfang Huang，Caixiang Xie，Baozhong Duan，et al.Mapping the potential distribution of high artemisinin-yieldingArtemisia annuaL.（Qinghao）in China with a geographic information system［J］.Chinese Medicine，2010，5：18.

［6］黃林芳，謝彩香，陳士林，等.沙生藥用植物鎖陽產地適宜性的定量評價［J］.植物學報，2010，45（2）：205-211.

［7］陳士林，索鳳梅，韓建萍，等.中國藥材生態適宜性分析［J］.中草藥，2007，38（4）：481-487.

［8］陳士林，蘇鋼強，鄒健強，等.中國中藥資源可持續發展體系構建［J］.中國中藥雜志，2005，30（15）：1141-1146.

Ecological Suitablility Research of Herba Hypericum perforatum by TCMGIS

DU Jing1，2，SUO Feng-mei1，HUANG Lin-fang1
（1.Institute of Medicinal Plants Development，Chinese Academy of Medical Sciences＆Peking Union Medical College，Beijing100193，China；2.Department of Resources Science of Trational Chinese Medicines，College of Traditional Chinese Medicines，China Pharmceutical University，Nanjing210009，China）

Objective：To analyze the appropriate producing area ofHypericum perforatumin China.Methods：According to the ecological factors of BanQiao town in Hubei province，which was selected as the analytical basal place，is one of the main producing area of the geo-authentic crude drugs，use TCMGIS（Geographic Information System for Traditional Chinese Medicine）to analyze the appropriate producing area ofHypericum perforatumin China.Results：Besides traditional producing area such as BanQiao town of Hubei province，163 counties of 8 provinces，such as Hubei，Chongqing，Anhui，Hunan，Sichuan，Shanxi，Guizhou，Yunnan province are also adaptive area according to the eco-soil condition the medicinal plants needed.The total area of adaptive producing zone is about 45 773.53 km2.Conclusion：The results suggested that the system is much valuable to the recognition of the formation of the producing area，the division of adaptive area，introduction and acclimatization of medicinal materials，it also provide a scientific reference for the introduction and cultivation ofHypericum perforatum.

Hypericum perforatum；Ecological Suitability；Ecological factors；TCMGIS

2011-10-31）

*［通訊作者］黃林芳，E-mail：lfhuang＠implad.ac.cn