3S技術支持下的野生藥用植物資源調查方案設計△

馬衛峰，王哲，郭蘭萍，張小波，朱壽東，張本剛，黃璐琦*

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

7專 題

公益性行業科研專項(201207002)；中醫藥部門公共衛生專項(財社[2011]-76)；中醫藥全國性專款(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查方案設計△

馬衛峰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.長春中醫藥大學 藥學院，吉林 長春 130117；3.中國醫學科學院 北京協和醫學院 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查方案，包括空間抽樣調查方法以及野外調查代表區域樣地和樣方套計算機輔助設計等內容。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；調查方案；中藥資源普查

野生藥用植物資源是中藥產業得以存在、發展的物質基礎[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]。現階段由科研單位組織開展的與中藥資源調查相關的工作，多數是針對單一品種或多個品種的資源量調查，而中藥資源普查是通過對區域內的一次普查，準確、系統的獲取區域內野生藥用植物資源的種類、分布范圍和蘊藏量信息，這對于掌握區域野生藥用植物資源的總體情況，以及合理開發利用中藥資源尤為重要。

針對單品種的傳統中藥資源調查方法[1]，往往在資源豐富的地方設置樣方，主觀性較強，使得針對區域內所有中藥資源的調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查方法不僅有利于準確獲取抽樣總體的先驗知識，提高調查精度；而且減少了野外樣本量，降低了調查成本[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查提供科學依據。

1 基本概念

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

代表區域：即在縣域內根據野生藥用植物資源分布的自然生態環境特征進行劃分的區域。

樣地：即代表區域內的一個1 km2基本抽樣單元。

樣方套：即樣地內的一個由6個不同大小樣方組成的總體，該總體包括1個10 m×10 m調查喬木類資源的樣方，1個5 m×5 m調查灌木類資源的樣方和4個2 m×2 m調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進行數量調查。

2 野外調查方法設計

本方案針對廣泛分布的野生藥用植物，采用自動化、系統化的調查方法，但由于本底數據的限制，以及稀有種藥用植物生長環境的特殊性，也引入人工輔助方法實現代表區域、樣地及樣方套的特殊處理。

2.1 提取代表區域范圍

2.1.1方法 以1∶100萬全國植被類型數據為主，輔助高程、坡向、土地利用、TM影像等數據提取若干生境地塊，調查人員在進行野外調查設計時，可將具有相似生境的地塊歸為同一代表區域，最后計算得到每個代表區域的面積(圖2)。其中，植被類型數據包括針葉林、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 代表區域提取及網格化

2.1.2要求 ①代表區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，如農田、果園、經濟林等做單獨處理；②每個代表區域內的自然生態環境特征盡可能一致，而各代表區域間的自然生態環境特征有所差異。

2.1.3特殊代表區域設置 由于土地利用的快速變更，以及大比例尺專題數據的難以獲取，造成本底數據分發使用受到現勢性和保密性的限制。因此，在部分縣(區)實際情況與系統提取的代表區域有所差異，可以根據以下兩種情況申請本底數據的特殊加工處理：①代表區域范圍過小：a.存在大量小面積天然植被，且范圍較為破碎；b.存在具有調查意義的人工植被范圍。②代表區域范圍過大：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.某些特殊的區域，無法進入進行調查。

2.2 抽取樣地

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

圖3 抽樣樣地

2.2.2要求 根據調查精度以及調查成本的需求，確定需要抽取的樣地數量(式1)。

(1)

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

根據每個代表區域的面積比例，確定每個代表區域內的樣地數量。

2.2.3特殊樣地設置 由于每個縣的地理環境、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.選擇系統預先多設置的樣地進行替換；b.適當減少某一代表區域的樣地數量，而增加其代表區域內的樣地數量；c.通過軟件系統對某一代表區域內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.系統設置的大多數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環境特征相似的地點人工增加樣地。②樣地發生重大變更：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.如果樣地內部分區域為天然植被，無法完成5個樣方套，可以根據實際情況減少樣方套數量。③樣地分布不合理：a.如果樣地在植被稀疏區域數量較多，植被豐富的區域卻較少，應適當調整；b.如果縣域面積較大，且植被分布廣泛，應適當增加樣地數量。

2.3 布設樣方套

2.3.1方法 ①如果樣地在平原區，且生態環境單一，可采用等距法均勻的布設樣方套(圖4)；②如果樣地在山區，可根據樣地內的地形、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在一個樣地內至少布設5個樣方套；②每個樣方套內的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調查。

2.3.3特殊樣方套設置 ①無法完成5個樣方套：a.如果樣地內天然植被面積過小，根據實際情況減少樣方套數量；b.如果樣地內地形復雜，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.如果樣地內藥用植物資源種類豐富，可適當增加樣方套的數量；b.如果其他樣地內設置的樣方套都較少，可以在某些樣地內適當增加樣方套。

2.4 樣地可達性分析

在確定野外調查方案之前，首先要進行樣地的可達性分析，然后根據分析結果對方案進行適當調整，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，快速分析樣地調查的合理性和可達性。①利用現勢的大比例尺地形圖、植被圖、土地利用圖、交通圖等專題數據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，通過數據轉換，借助“GoogleEarth”等第三方在線地圖軟件，導入樣地數據，利用在線的遙感影像、地形地貌數據了解樣地周邊的通行情況，尋找行車道，行人道等。

3 調查內容設計

3.1 樣地/樣方套表

為了獲取樣地的生態環境特征，樣方套的地理位置及植物群落特征，設計了調查內容(表1)。

3.2 野生藥用植物種類調查表

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

3.3 野生藥用植物數量調查表

為了獲取野生藥用植物在樣方內的植株數量，設計了調查內容(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進行數量調查。

3.4 野生藥用植物重量調查表

為了獲取野生藥用植物在區域內采挖的植物個體鮮重及藥材的單株干重，設計了調查內容(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、生態環境信息、形態特征等信息，設計了表格(表5)。

表1 樣地調查表示例

表2 藥用植物種類調查表示例

表3 藥用植物數量調查表示例

表4 藥用植物質量調查表示例

表5 藥用植物標本記錄表示例

4 成果匯總

完成野外調查工作以后，利用全部野外普查數據進行匯總計算，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查表和藥用植物標本調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、野生藥用植物數量調查表和野生藥用植物標本調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，垂直分布范圍等。

4.3 蘊藏量

利用已有公式[3]，對樣地表、野生藥用植物數量和種類調查表進行計算，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

本文在傳統中藥資源調查方法的基礎上，采用3S技術進行野生藥用植物資源的野外方案設計，提取了調查的代表區域，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查的特殊處理方法，較傳統方法，該方案大大降低了人為因素對普查結果的影響，提高了最終結果的準確性；詳細設計了野外調查的內容，包括樣地/樣方套調查表、種類信息調查表、數量和質量調查表，以及標本信息調查表，可全面、系統的獲取各項調查信息；最終，通過對調查數據的匯總分析，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。科學的調查方法、詳盡的調查內容，為第四次全國中藥資源普查工作野生藥用植物資源的調查提供了技術保障。

[1] 周應群，陳士林，張本剛，等.中藥資源調查方法研究[J].世界科學技術——中醫藥現代化，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].中國中醫藥信息雜志，2008，15(10)：4.

[3] 馬衛峰，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)