基于植被指數的多倫赤芍資源分布變化監測方法探討△

張小波，郭蘭萍，格小光，朱壽東，黃璐琦

(道地藥材國家重點實驗室，中國中醫科學院 中藥資源中心，北京 100700)

國家自然科學基金(81130070，81072989)、國家中醫藥管理局中醫藥行業科研專項(201007008，201107009，201207002)

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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：huangluqi01@126.com

基于植被指數的多倫赤芍資源分布變化監測方法探討△

張小波，郭蘭萍，格小光，朱壽東，黃璐琦*

(道地藥材國家重點實驗室，中國中醫科學院 中藥資源中心，北京 100700)

本文應用3S技術，結合地面調查，基于多倫縣不同時期植被指數(NDVI)的變化情況，探索基于3S技術和NDVI的多倫赤芍分布情況變化的監測方法。結果顯示：2006年多倫縣野生芍藥資源的分布面積，與1988年相比表現出減少的趨勢。應用3S技術基于不同時期植被指數的變化情況，可反演和監測芍藥資源分布變化。

植被指數；多倫赤芍；分布區域變化；監測方法

土地利用與土地覆蓋變化為陸地表層系統最重要的變化之一，對區域內植被等自然資源產生直接或間接的影響，土地覆蓋變化與諸多資源和環境問題之間存在著緊密的聯系[1]。歸一化植被指數(NDVI ：normalized difference vegetation index)是植被生長狀況及植被覆蓋度的最佳指示因子，為監測地區或全球植被和生態環境的有效指標[2]。赤芍為毛莨科植物芍藥PaeonialactifloraPall.的根，為清熱涼血、散瘀止痛常用中藥[3]，主要分布于內蒙古、河北、黑龍江、吉林、遼寧等地，海拔450～3 000 m的山坡草地及林下。赤芍的道地產區在內蒙古多倫縣，稱為“多倫赤芍”。隨著多倫縣社會經濟的發展，區域內土地利用和土地覆被發生了較大的變化，主要表現為天然植被面積減少，耕地和人工林面積增加[4]。由于人類社會對多倫赤芍的開發利用程度和需求量不斷增加，野生芍藥資源的棲息環境和資源量逐漸減少，鑒于多倫赤芍尚未實現人工種植，目前多倫赤芍已經被當地政府列為禁止采挖的藥材。本文應用3S技術，對有野生芍藥生長點不同時期的NDVI進行分析，基于不同時期NDVI的變化情況，探索基于3S技術和NDVI變化的多倫赤芍資源分布情況變化的監測方法。

1 材料與方法

1.1 自然概述

多倫縣位于內蒙古自治區錫林郭勒盟南部(115°55′～116°45′ E，41°46′～42°39′ N)，南北跨度110 km，東西跨度70 km，總面積3 891.6 km2。多倫縣地處內蒙古波狀高平原南緣、陰山山脈北坡和渾善達克沙地邊緣的交錯帶，是我國北方農牧交錯帶和典型的農牧結合經濟類型區。地形為低山丘陵間河谷盆地，海拔高度在1 150～1 800 m之間。土壤類型以栗鈣土為主，植被區系屬歐亞草原植物區，主要植被類型為中溫型草原植被、沙地植被等。屬于中溫帶大陸性季風氣候區，是半干旱向半濕潤過渡地區。受蒙古南下的冷高氣壓影響，全年以西北風為主，風速高、風力大；冬季嚴寒而漫長，春季干旱多大風沙，夏季多雷陣雨，秋季霜雪早。年均氣溫1.6 ℃，無霜期95 d，降雨主要集中在夏季，年平均蒸發量1 748 mm，年均降水量386.2 mm。

1.2 材料

1.2.1 野生芍藥分布點的位置 根據課題組以往調查的經驗和查閱文獻資料，進行實地采樣調查，實地測量獲得各樣點的經度、緯度、海拔高度等地理位置信息。

1.2.2 多倫縣遙感數據來源和處理 通過遙感圖庫查閱多倫縣不同年份、相同月份的遙感圖，本研究以美國陸地資源衛星(1988年9月19日、2006年9月21日)TM遙感影像為基礎數據。結合多倫縣行政區劃等為輔助圖件，在ENVI4.8軟件的支持下完成圖像拼接、分幅裁減、標準假彩色合成等處理，將各期遙感影像數據在ArcGIS9.2環境下儲存，利用ArcGIS的空間分析功能，對柵格數據進行處理。

1.3 方法

1.3.1 采樣點NDVI的提取 應用ENVI4.8遙感圖像處理軟件的指數計算功能，分別計算1988年和2006年多倫縣9月份的NDVI值，得到多倫縣不同時期NDVI的分布圖。以采樣點所在位置的NDVI為基礎，應用空間計算方法提取和采樣點具有相同NDVI值的柵格，得到多倫縣與采樣點具有相同NDVI區域的分布圖。

1.3.2 芍藥資源分布面積估算和監測 應用ArcGIS軟件，將柵格格式的與采樣點具有相同NDVI的柵格圖轉換成屬性格式，獲取其分布面積。通過統計分析，計算與采樣點具有相同NDVI的區域。通過對比分析不同時期與采樣點具有相同植被指數的植被分布面積，得到芍藥資源分布區域的變化情況。

1.3.3 多倫赤芍蘊藏量估算 通過遙感圖提取、計算與調查點具有相同NDVI值的區域，得到芍藥分布面積；根據前期調查研究結果獲取單位面積蘊藏量；應用公式“蘊藏量=分布面積×單位面積蘊藏量”，計算得到與調查點具有相同植被類型區域內多倫赤芍的蘊藏量。

2 結果

2.1 野生芍藥分布位置信息

根據課題組以往調查的經驗和相關文獻資料[5]，多倫赤芍分布范圍較小，僅在北部蔡木山、一家河和大河口3個鄉交界的約42.5 km2蔡木山范圍內有分布。生態環境特征主要表現為種群呈現島嶼狀、零星分布，多生長在陰坡喬(灌)木林中，伴生植物為山楊林、白樺樹、山杏等，草地和沙地分布較少。于2010年6月芍藥開花時期進行野外調查，在多倫縣共選取8個有野生芍藥分布的采樣點，野生芍藥分布點的位置信息，結果見表1。

表1 多倫縣野生芍藥采樣點位置信息

2.2 多倫縣遙感圖假彩色合成

應用ENVI4.8遙感圖像處理軟件的假彩色合成功能，將多倫不同時段的多波段TM數據，生成假彩色圖。其中1988年的用第5、4和3波段合成，效果最佳，結果見圖1；2006年的用第4、3和2波段合成，效果最佳，結果見圖2。通過多倫縣遙感圖、結合實地情況，可以看出多倫縣的北部植被覆蓋面積較大，中部有部分地區是被沙漠覆蓋。

圖1 1988年多倫縣假彩色圖

圖2 2006年多倫縣假彩色圖

2.3 多倫縣NDVI提取

應用ENVI4.8遙感圖像處理軟件的指數計算功能，計算得到多倫縣不同時期NDVI值，1988年多倫縣NDVI計算結果見圖3，2006年多倫縣NDVI值計算結果見圖4。基于多倫縣不同時期NDVI的分布圖，提取得到各采樣點的NDVI值，結果見圖5。從圖5可以看出，2006年采樣點的NDVI值低于1988年的NDVI值，說明采樣點2006年的植被覆蓋度低于1988年的植被覆蓋度。

圖3 1988年多倫縣NDVI

圖4 2006年多倫縣NDVI

圖5 不同時期采樣點的NDVI值

2.4 芍藥分布面積估算

應用ENVI4.8遙感圖像處理軟件的面積計算功能，提取計算不同時期與地面采樣點具有相同NDVI值的分布區域的面積，不同時期芍藥可能分布圖見圖6和圖7。1988年與地面采樣點具有相同NDVI值的分布區域面積為887 646.2 m2，2006年與地面采樣點具有相同NDVI值的分布區域面積為446 681.1 m2。

2.5 多倫赤芍蘊藏量估算

圖6 1988年與采樣點有相同NDVI的區域

圖7 2006年與采樣點有相同NDVI的區域

根據課題組前期調查結果，芍藥在人為干預較少的林地，自然分布密度為0.027～0.425株每平方米，區域內赤芍單位面積蘊藏量為1.30～1.96 g·m-2[6-7]。應用公式“總蘊藏量=分布面積×單位面積蘊藏量”，計算得到：1998年，多倫縣與調查地具有相同植被類型的區域內芍藥植株數為2.4～37.7 萬株，多倫赤芍蘊藏量為115.4～174.1 kg；2006年多倫縣與調查地具有相同植被類型的區域內芍藥植株數為1.2～19 萬株，多倫赤芍蘊藏量為58.1～87.6 kg。

3 結論與討論

通過實地調查研究和基于不同時期植被指數對比分析，結果顯示：2006年多倫縣野生芍藥資源的分布面積，與1988年相比表現出減少的趨勢。從分布面積變化情況看，可知多倫赤芍資源分布面積減少的區域主要集中在多倫的南部和中部。應用3S技術基于不同時期植被指數的變化情況，可反演和監測芍藥資源分布變化。

致謝：北京師范大學 何浩 協助處理遙感數據。

[1] 張小波，郭蘭萍，黃璐琦.LUCC相關研究在中藥資源研究中的應用探討[J].中國中藥雜志，2012，37(11):151-158.

[2] 趙英時.遙感應用分析原理與方法[M].北京：科學出版社，2009：374.

[3] 國家藥典委員會.中國藥典[S].一部.北京：中國醫藥科技出版社.2010：147.

[4] 陳貴廷，劉清泉，徐甫生，等.基于3S技術的多倫縣植被覆蓋度動態變化研究[J].內蒙古林業科技，2009，04:47-49.

[5] 馮學鋒，胡世林，張永欣，等.多倫野生芍藥中芍藥苷含量動態變化[J].中國中藥雜志，2008，03:244-247.

[6] 康廷國，趙中振.中藥鑒定理論與實踐[M].遼寧大學出版社，2005:332-335.

[7] 黃璐琦，肖培根，王永炎.中國珍稀瀕危藥用植物資源調查[M].上海：上海科學技術出版社，2011:95.

TheMonitoringMethodforDistributionChangeofPaeonialactifloraPall.onNormalizedDifferenceVegetationIndex

ZHANGXiaobo，GUOLanping，GEXiaoguang，ZHUShoudong，HUANGLuqi*

(StateKeyLaboratoryofDao-diHerbs，NationalResourceCenterforChineseMateriaMedica，ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100027，China)

The paper base on the survey and spatial information technology analyzed the monitoring method for distribution change ofPaeonialactifloraPall.by the spatial information technology and normalized difference vegetation index.Result display，the distribution area is smaller form the year 1988 to 2006.The monitoring method is workable that using normalized difference vegetation index and spatial information technology to monitor the distribution change ofPaeonialactifloraPall.

Normalized difference vegetation index;PaeonialactifloraPall.;Distribution change;Monitoring method

10.13313/j.issn.1673-4890.2014.02.002

2013-12-20)