不同生態環境類型藥用植物資源的遙感監測方法

付新雷

摘 要：我國地域遼闊，氣候種類繁多，擁有類型迥異的生態環境。在這些不同的生態環境下，存在著大量的藥用植物資源，這些藥用植物資源又根據生長環境和自身特性的不同，顯示出較大的差異性，這也為人們研究以及栽培藥用植物帶來了一系列的問題。在這樣的背景下，針對不同生態環境類型的藥用植物資源遙感監測方法研究，也就成為了眾多學者和專家的重點課題。尤其是這幾年，隨著我國政府和民間保護機構對于藥用植物資源的重視，基于不同生態環境類型下藥用植物資源遙感監測的方法研究不斷進步。本文的研究，希望能夠從宏觀層面上，探討不同生態環境類型下藥用植物資源遙感監測的具體方法，并且結合最新的遙感監測方法，提出見解，同時希望能夠為不同生態環境類型下藥用植物資源遙感監測方法的使用和提升，以及對于藥用植物資源的保護和生長給予技術上的支撐。

關鍵詞：生態環境 藥用植物 遙感監測 NDVI（歸一化差值植被指數）

中圖分類號：S567 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0128-03

我國擁有十分豐富的生態系統，在不同生態系統下的藥用植物資源的分布也十分復雜。針對不同的藥用植物資源，具有不同的光譜反射特征，因此可以使用遙感手段對其進行監測。

依托遙感技術用于監測藥用植物資源，能夠充分并且深入地分析當前藥用植物資源所處在生態系統的環境因子。因此探討不同生態環境類型下的藥用植物資源遙感監測方法，不僅能夠了解我國現有藥用植物資源的生長情況，還能加強藥用植物資源的現實運用，進而實現提高藥用植物資源的市場化直至其公益性的目標。

1 藥用植物資源遙感監測方法的分類

1.1 野生藥用植物資源的遙感監測方法

根據野生藥用植物的特點可以將其分為野生大量分布中藥用植物、野生稀有中藥用植物兩類。從目前已有的遙感監測方法來看，對于監測數量上占優、范圍上分布廣泛的成片喬木和灌木類藥用植物資源有較好的效果，其技術手段也較為成熟，在本文進行分析寫作之前，已經有專家、學者提出了十分專業并且嚴謹的研究成果，因此本文針對野生藥用植物遙感監測領域的研究，主要是技術上并不是十分成熟的稀有類藥用植物資源。

首先，野生稀有類藥用植物資源在地理位置上的分布較為分散，這也給遙感監測方法的選取帶來了一定的難度。其次，多光譜遙感數據一般不能直接獲取稀有類藥用植物資源的信息，但可以監測該種藥物生長地的植被覆蓋情況。所以，針對稀有類藥用植物資源的遙感監測方法的研究可以通過建立稀有藥用植物蘊含的數量和遙感監測方法之間內在的聯系，來實現對稀有藥用植物資源蘊含量的調查。

為了實現這一目標，將從以下幾個方面入手進行分析。

（1）野生藥用植物資源監測遙感影像的選取。

遙感影像的選取要根據稀有藥用植物資源的特點來進行選擇，在進行遙感影像資料數據提取的時候，應該要從數據的空間分辨率、輻射分辨率、波普分辨率是否滿足監測稀有類藥用植物資源的角度進行考慮。例如選擇美國陸地衛星Landsat-7ETM數據，1～7波段（6波段除外）空間分辨率為30m，8波段為15m。在圖像的判讀上應主要采用對植被反應最為敏感的TM4，3，2的波段組合方式。

（2）野生藥用植物資源監測遙感影像的處理。

遙感影像的處理主要包括輻射校正、幾何校正、顏色訂正、圖像增強及圖像融合等幾個重要方面。對圖像的幾何校正可以選擇的研究區地形圖為幾何參照系統，在影像上均勻選擇20個以上控制點，以二次多項式為糾正方程，分別對遙感圖像的不同波段進行幾何校正。最終的校正誤差控制在1個像元以內，然后在此基礎上將30m分辨率ETM4，3，2組合波段與15m分辨率的全色波段進行融合，最后對融合后的圖像進行顏色匹配與增強處理。

（3）野生藥用植物資源解譯標志的創建。

在對稀有類藥用植物資源遙感信息提取之前，需要根據稀有類藥用植物資源的分布情況來進行相關的解譯標志的設定，根據不同區域的情況，確定具體的考察路線，然后根據實際調查的結果結合遙感圖像上所對應的相關的形狀、大小、顏色等信息，以確定在某一個區域范圍內對稀有藥用植物資源進行解譯標志的建立。

（4）野生藥用植物資源信息的驗證與修改。

在將稀有類藥用植物資源建立相應的解譯標志之后，通過從遙感影像數據提取到有價值的稀有類藥用植物資源的信息，同時在固定的范圍內對其進行解析，然后對遙感監測的數據進行多時相的動態驗證，以此來提高遙感監測方法的準確度，最終獲取相對精準的野生稀有類藥用植物資源的分布圖。

（5）野生藥用植物資源蘊藏量的計算。

計算藥用植物的蘊藏量，首先需要提取植被指數。歸一化差值植被指數（normal difference vegetation index， NDVI），定義為近紅外波段與紅光波段數值之差和近紅外波段與紅光波段數值之和的比值，即NDVI=（NIR-R）/（NIR+R），它基于生物物理知識的概念，將電磁波輻射、大氣、植被覆蓋的相互作用結合在一起。NDVI獲取方便，計算簡捷，對綠色植被表現敏感，包含植被90%以上的信息，植被指數的定量測量可表明植被活力等，常被用來進行區域和全球的植被狀態研究，以及診斷植被一系列生物物理參量：葉面積指數（LAI）、植被覆蓋率、生物量（蘊藏量）、光和有效輻射吸收系數（A-PAR）以及用來分析植被生長過程、凈第一性生產力（NPP）和蒸散（蒸騰）等。在運用遙感技術監測植被信息過程中，NDVI應用得最為廣泛。

在對遙感數據進行一系列的預處理之后，根據NDVI的公式：NDVI=（NIR-R）/（NIR+R），針對稀有類藥用植物資源調查區域的TM數據（近紅外波段和紅光波段）進行NDVI的提取計算，轉化生成NDVI值分布的矢量圖形，以用來統計計算不同值分布區的蘊藏量。endprint

在經過嚴謹的計算過程之后，可以把已經得到的在某個具體區域范圍內全覆蓋植被指數的分布圖和判讀之后得到的有關于藥用植物的植物覆蓋區域的分布圖進行疊加，然后能夠得到一個只有藥用植物資源分布的植被指數的分布圖片。在經過上面的方式得到相應的藥用植物資源植被指數分布圖之后，可以根據不同植被的分布情況以及相關藥用植物資源植被指數分布級別的不同，在不同的級別中間進行一個抽樣的調查和分析，然后通過計算得出在每一個不同的級別中所蘊含的不同數量的藥用植物資源的分布。在完成每一個不同級別的植被指數級別之后，可以將其與遙感監測圖像中的圖斑的面積進行計算，在經過這樣一系列程序之后，計算出某一個具體區域內藥用植物資源的蘊藏量。

1.2 栽培藥用植物資源的遙感監測方法

前面所分析的重點是針對稀有藥用植物資源的，就目前來說，稀有藥用植物資源在中國的自然數量是在逐年下降的。雖然中國地大物博，但是因為受到這幾年人們對于野生稀有藥用植物資源的追求以及人們對于生態環境系統的破壞，使得稀有的野生的藥用植物資源數量在不斷地下降。在這樣的情況下，栽培藥用植物資源也開始受到人們的關注。一方面，栽培藥用植物資源的出現，有效地緩解了市場的需求。另一方面，栽培藥用植物資源的進一步發展，也是另外一種形式的對于生態環境的保護。

在這樣的社會背景下，通過對于遙感監測方式的使用，能夠較為有效地對栽培藥用植物資源的蘊藏量、產量以及市場對于栽培藥用植物資源的需求量進行一個整體上的估算，因此栽培藥用植物資源中遙感監測方法的使用也是十分重要的。

在這樣的情況下，遙感監測技術在栽培藥用植物資源中的使用，也就不是像在稀有藥用植物資源中的目的了，因此對于遙感監測方法在栽培藥用植物資源中的運用，更多的是強調對栽培藥用植物資源生長態勢、病害和蟲害進行檢測以及對于栽培藥用植物資源生長的環境系統進行檢測。相對來說，栽培藥用植物資源中遙感檢測的運用要簡單一些，通過遙感監測的方式加上定位系統，基本上就能夠完成對于栽培藥用植物資源產量的預計。栽培藥用植物資源的遙感監測主要包括以下幾個方面。

（1）栽培藥用植物資源生長態勢以及產量的預估。

對于栽培藥用植物資源的生長態勢和產量進行預算，是栽培藥用植物資源進行遙感監測的重要原因。在中國，已經有很多的學者在這個方面進行了大量的研究工作。比如說劉洋通過自己的反復試驗，驗證了在大豆的種植中通過使用遙感監測的方法，能夠有效地預測到大豆的成長周期以及大豆的產量，因此在栽培藥用植物資源領域，通過遙感監測的方式來對于植物的生長態勢和產量的預估是可行的。相似的實驗研究還有李建龍等人在天山上進行的實驗。經過他們的研究，天山上草地的產量和他們所預計的數量十分接近，并且他們還進一步對于遙感監測技術在天山草地這個領域進行了一定的升級，由此建立了遙感估產模型，為其他專家、學者的研究以及相關企業的實際生產提供了一個更加切實可行的遙感監測技術的使用方式，大大地提升了遙感監測技術在栽培藥用植物資源中的運用。可以說，通過以上學者的研究，使得人們對于遙感監測技術在栽培藥用植物資源中的應用起到了很大的印證以及啟發的作用，尤其是對于栽培藥用植物資源的生產來說，能更加方便企業對于栽培藥用植物資源進行管理和生產，以便于創造出更多的商業價值，同時也是進一步通過技術更新的方式實現企業操作的信息化和系統化，降低了他們的生產成本。

（2）栽培藥用植物資源的土壤養分監測。

土壤中養分的缺少一直都是影響栽培藥用植物資源生長的主要原因，因此對于栽培藥用植物資源土壤中的養分進行檢測，也是遙感監測技術在栽培藥用植物資源領域的另外一個運用層面。另外，通過遙感監測技術對于栽培藥用植物資源生長所需的土壤進行檢測的方式，還能夠有效地提高水資源以及肥料資源的浪費，使得水資源和肥料在進行運用的時候，能夠處于一個較為平衡的狀態，因此能夠適當地減少對于自然環境的破壞。

近幾年以來，通過遙感監測技術的使用來對栽培藥用植物資源以及其他的植物資源的種植進行使用以及分析的實驗是較多的。總之，通過遙感監測技術的使用，能夠使得中國栽培藥用植物資源的種植，在各項與土壤有關的角度上，對于現有的種植方式進行技術上的改進，由此能夠從土壤的肥沃程度、施肥的程度以及和栽培藥用植物資源相關的角度著手，用更加精準可以操控并且是可以進行提前判斷的方式，來對中國目前的栽培藥用植物資源進行一個技術以及效果上的提升。

（3）栽培藥用植物資源病蟲害監測。

不同類型的中藥資源往往感染不同的病蟲害，而不同的病蟲害所引起的中藥資源受損癥狀不同，有的病蟲害導致中藥資源反射光譜的顯著變化，有的則導致中藥資源大量失葉、減產。因此，對不同病蟲害的遙感監測方法不同。利用遙感技術可及早預測諸如小麥黑銹病、馬鈴薯晚疫病、玉米大斑病、水稻白葉枯病及各種蟲害。路桂珍研究發現，根據健康植物與受害植物在近紅外波段反射率的明顯不同，可利用紅外遙感圖像上的色調變化來判讀健康植物和受害植物及其受害程度，并能比肉眼早發現，從而達到大面積監測并防治病蟲害的目的。楊存建等探討了遙感技術在森林病蟲害監測管理中的應用模式以及整個系統的集成。利用遙感技術及時掌握中藥資源發生病蟲害情況，在中藥資源病蟲害還沒有發生嚴重危害與大面積蔓延的情況下及時采取防治措施，將病蟲害及時消滅，從而可以降低損失，提高產量。從長遠角度看，利用遙感技術監測中藥資源病蟲害前景廣闊。

2 結語

本文的研究，主要是針對不同生態環境類型下的中藥用植物資源的遙感監測方法的選取角度進行分析，來實現對我國栽培藥用植物資源的生長環境提供一個較好的控制、監測以及保護，一方面通過運用遙感監測技術的方式實現藥用植物的更好生長，另外一方面也能夠在一定程度上起到穩定藥用植物資源市場的效果，從而滿足日益增長的市場需求。因此，不論是從技術的更新角度，還是從藥用植物的可持續生長的角度上來看，都是一項有益于自然和社會的研究。此外，運用遙感手段監測藥用植物資源的生長信息，反映出日益發展的科學技術，可以起到保護自然、造福人類的作用，同時我們也要不斷地在實際工作中進行分析總結，使遙感技術在監測藥用植物資源領域得到最大程度的發揮，不斷促進人類文明和環境保護工作的進步。

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