喀斯特石漠化區藥用植物研究：基于CNKI數據庫的文獻計量分析

賴佳麗， 熊康寧， 楊慶雄， 張 俞

(貴州師范大學 喀斯特研究院/國家喀斯特石漠化防治工程技術研究中心， 貴州 貴陽 550001)

以貴州高原為中心的中國南方喀斯特是世界喀斯特發育最典型、最復雜、景觀類型最豐富的一個片區，總面積超過5.5×105km2[1]。喀斯特石漠化山區成土慢，土層瘠薄，地表漏水，原生植被破壞嚴重，旱澇等災害頻繁，環境封閉，經濟發展水平低下[2-3]，土地資源短缺和區域貧困，威脅喀斯特地區的居民生存[4]。石漠化治理是人們通過退耕還林、種草養蓄、植樹造林等方式來恢復石漠化地區的植被，增加地表植被蓋度，減少水土流失，實現生態恢復與改善[5]。隨著石漠化治理工程推進，石漠化治理的內涵從單一的生態恢復逐步向生態與經濟效益并重發展[6]。石漠化治理不僅要治理生態，還需考慮當地農戶的生存空間和生計策略，以實現生態治理與經濟社會協同發展[7]。

藥用價值和經濟價值是藥用植物的基本屬性，獨特的喀斯特生態系統孕育了諸多石生、耐旱、喜鈣的區域適生藥用植物[8-9]，這一生態適應性表明利用藥用植物治理石漠化具有可行性。近年來，藥用植物在石漠化治理中的利用受到廣泛關注，逐漸成為石漠化治理的熱點研究對象。石漠化治理藥用植物主要研究成果體現在其生態適應性[10-13]、生態治理效益[14-15]和產業化發展[16-17]等方面，利用適生藥用植物治理石漠化一方面有利于固持水土、生態恢復和合理利用資源，另一方面具有增加居民收入、擴展居民生計的經濟社會效益[18]，是卓有成效的石漠化綜合治理措施。劉彥伶等[19]基于CNKI數據庫統計分析了貴州省2000—2016年不同石漠化治理區土壤養分狀況，揭示了喀斯特不同等級石漠化土壤理化性質和變化規律。王俊麗等[20]通過文獻計量對國內外喀斯特植被生態學研究趨勢和熱點進行全面分析，梳理了該領域的發展歷程。李強[21]對比了2016年度國內外巖溶學研究熱點，發現國內關注巖溶水文地球化學和資源問題，而國際上對巖溶的全球變化及其對人類活動的影響文獻研究較多。基于石漠化治理目的對喀斯特地區植物資源的發展利用的研究文獻較多，涉及的研究領域和植物資源種類也較多，但目前尚無對該領域文獻的研究分析。為深入藥用植物在石漠化治理中的認識，梳理石漠化治理藥用植物的研究進展，促進藥用植物資源在石漠化綜合防治中的發展利用。通過對喀斯特地區藥用植物資源的研究文獻進行分析，從理論研究、技術研發、應用示范和監測評價4方面系統回顧了近30余年中國南方喀斯特石漠化治理藥用植物的研究進展，總結擬解決的關鍵科技問題，以期為推動石漠化治理藥用植物的利用發展，促進石漠化地區生態、經濟、社會三大效益協同治理提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

文獻數據來源于中國學術期刊網絡數據庫(CNKI)。

1.2 方法

以喀斯特、石漠化、藥用植物和中藥材等作為主題詞進行檢索，檢索時間1985年1月1日至2019年10月1日，數據來源包括非核心期刊以外的全部期刊，通過Excel對所獲文獻進行統計，通過CNKI在線文獻分析功能進行文獻關鍵詞共現分析。將所有文獻的研究類型按經驗介紹、理論研究、技術運用、監測評價和其他進行分類并加以總結。

2 結果與分析

2.1 文獻刊發量

對檢索獲得的文獻加以人工甄別和篩選，最終獲取相關中文文獻198篇，其中，文獻包含中文期刊167篇，碩博士畢業論文23篇，會議類文獻6篇，其他2篇。相關研究文獻總體上呈增長趨勢(圖1)。

2.2 文獻類型分布與研究階段劃分

從圖2可知，理論研究類文獻占79.8%，技術研發類文獻占12.63%，應用示范類文獻占8.08%，監測評價類文獻占9.60%，其他文獻占4.04%，理論研究類文獻占主流，技術研發、應用示范及監測評價還處于探索研究階段。結合中藥材發展背景和石漠化綜合治理研究，將喀斯特石漠化治理藥用植物研究進展簡要分為3個發展階段。第一階段為萌芽期(1985—2000年)，發展背景為改革開放初期，缺乏科學規劃，資源浪費嚴重，該階段對藥用植物資源及其可持續利用的總結和評述類型性文獻居多，理論和研究為主，欠缺定量化研究；第二階段為初步發展階段(2001—2010年)，國家經濟初步穩定，石漠化綜合治理得到國家關注與支持，野生藥用植物資源急劇減少，研究者開始關注藥用植物與石漠化地區環境因子的內在聯系，在道地藥材的形成機制、藥用植物的生態學特性、中藥材產業化發展與石漠化治理等方面取得了一定研究成果；第三階段為2011年至今的快速發展階段，石漠化治理五年技術持續推進，國家提出大健康產業發展理念，民族文化自信提高，研究特征趨于生態學、地理學、植物學、農學和中藥資源學等多學科融合，且民族民間用藥受到極大關注，在石漠化治理藥用植物產業化發展及效益監測評價，3S技術應用方面取得了較多研究成果。

圖1喀斯特石漠化區藥用植物研究文獻年度分布

Fig.1 Annual distribution of literature on medicinal plants in rocky desertification region of karst area

Fig.2 Type and proportion of literature on medicinal plants in rocky desertification region of karst area

2.3 文獻計量可視化分析

2.3.1 文獻關鍵詞、文獻期刊來源及研究機構 從表1可知，頻次位于前8位的文獻關鍵詞、來源與機構。石漠化與喀斯特為首要核心關鍵詞，其次藥用植物和中藥資源提及較多，刺梨、金銀花等西南主產藥材出現頻次較高，表明區域適生藥用植物在石漠化治理中的作用得到較多關注。文獻期刊來源涉及中藥學、生態學、水土保持等方面，但是在頂級期刊發表文獻較少，缺乏有影響力的文獻。文獻機構中幾乎都來自西南地區，可以看出關于石漠化治理藥用植物的研究仍有較大的地域限制，西南石漠化地區各大高校為研究主力。

2.3.2 關鍵詞共現分析 關鍵詞指示了文章的主要研究方向和內容，可分析該研究領域的熱點和趨勢[22]，從圖3可知，石漠化治理是核心關鍵詞，喀斯特和藥用植物為次核心關鍵詞。核心關鍵詞與生態恢復、生態效益、土壤養分、金銀花、核桃林、構樹、火龍果等節點相連接。說明，藥用植物在喀斯特石漠化中主要關注其生態恢復效益，金銀花及藥食兩用核桃、火龍果等適生藥用植物是研究熱點對象，而有關喀斯特山區藥材質量、藥用植物資源及其可持續利用研究分析較為薄弱。

表1喀斯特石漠化區藥用植物研究文獻的關鍵詞、文獻期刊來源及研究機構

Table 1 Key words,source statistics of literature and research institution on medicinal plants in rocky desertification region of karst area

圖3喀斯特石漠化區藥用植物研究的關鍵詞共現網絡可視圖

Fig.3 Co-occurrence network visibility graph of keywords on medicinal plants in rocky desertification region of karst area

2.4 主要進展與標志性成果

2.4.1 理論研究

1) 喀斯特地區藥用植物通過光合生理調節與葉功能性狀對石漠化異質生境表現出不同的適應策略。葉光合生理和功能形狀是植物對其生長環境適應能力和適應策略的重要表征，能夠反映植物響應環境變化的過程和機制[23]。喀斯特干旱環境脅迫下，金絲桃和接骨木通過自身調節以適應喀斯特環境，但面對干旱脅迫時接骨木具有更高的碳酸酐酶活性，能更好地應對逆境下葉片氣孔導度的下降引起的CO2供應不足，表現出更高的逆境耐受力，更能適應干旱的喀斯特環境[24]。通過控水和養分添加試驗對石漠化地區適生藥用植物白茅、三葉木通、葛葉片性狀研究發現，隨干旱脅迫時間延長，3種藥用植物葉片角質層厚度均增厚，但其柵欄組織厚度呈下降趨勢，而葛葉片含水量、葉厚度、比葉重、干物質含量等對于干旱脅迫的響應較三葉木通和白茅更為敏感，對N、P添加的響應表現出相同的敏感適應特征，反映了三葉木通和白茅對環境的適應能力高于葛[11]。忍冬的光合“午休”現象，及其表現出的上午高光合速率、低蒸騰速率，下午低光合速率、低蒸騰速率即是對喀斯特地區溫度和光照強度環境變化的適應策略[25]。而在不同退化程度下，喀斯特石漠化地區花椒光合作用對自身的生理情況和自然環境條件的變化敏感性較強，花椒光合生產力總體偏低，表明花椒光合作用在脆弱生境中的適應能力呈現出不同程度減弱[10]。植物性狀的可塑性及變異程度是其在不同生境下表現出的最大程度地對環境適應的能力[26]，喀斯特石漠化地區藥用植物在光合特性和葉性狀方面對獨特的生長環境表現出多元化的適應策略。

2) 石漠化地區藥用植物藥材品質受到各類環境因子的協同影響，并且一定程度的環境脅迫有利于其次生代謝產物形成與積累。“諸藥所生，必有其境”，藥用植物的分布即是對環境適應結果的體現，由此衍生出貴藥、云藥、廣藥等多種標志性藥材產地。藥用植物功效和性味具有明顯的地域性差異[27-28]，地形、光照、溫度、水分、土壤、空氣及生物因素等環境因子通過控制藥用植物生長發育過程影響其有效成分含量的形成和積累[29]。研究發現，在重慶喀斯特山區，光照充足可促進忍冬屬綠原酸的合成與積累，生長在南坡的忍冬花蕾中綠原酸含量高于北坡1倍，同時，溫度制約著植物葉片蒸騰和土壤水分蒸發，進而影響綠原酸含量積累，表明忍冬有效成分受多種環境因子的制約[30]，土壤含水量、孔隙度、微量元素和有效肥力對金銀花產量和品質具有很大影響[31]。不同生境類型[32]、不同地形[33]、不同種植模式[34]等也是影響石漠化地區藥用植物品質的重要環境因子，與藥材品質具有正或負相關關系。此外，何丙輝等[35]研究發現，干旱20 d銀杏中槲皮素含量比干旱15 d的高75%，比干旱10 d的高53.8%，說明干旱脅迫引起槲皮素含量提高。表明藥用植物的最適生長與其次生代謝物質合成對生態環境條件的要求有一定的矛盾，一定程度的環境脅迫能促進有效成分的積累。

3) 基于石漠化區藥用植物有效成分空間差異闡釋其空間分布格局及影響機制，劃分生態適宜區指導藥用植物規范化種植，指示藥用植物潛在分布區。受水熱條件影響的經緯度地帶性和受地形影響的垂直地帶性，以及受局部小生境影響的非地帶性規律使得藥用植物資源空間差異較大，導致其有效成分含量的空間差異，不同的化學型具有穩定的分布區[36-37]。基于這一差異性，通過ArcGIS對空間地形、生態、土壤、氣象、植被等因子與藥材有效成分進行空間疊加分析，劃分藥用植物生態適宜性等級，揭示藥用植物有效成分空間變異的影響機制，指示其潛在及適宜分布區[38-40]。有研究表明，基于空間分析的昭通天麻生態適宜性區劃對昭通天麻分布的環境解釋累計貢獻率可達99.9%，揭示了影響天麻分布的主要環境因子，為優質天麻生產區劃分和仿野生栽培工作提供科學依據[41]。

4) 喀斯特石漠化地區藥用植物資源多樣性是生物多樣性的重要組分，對資源保護和生態系統平衡有重要意義。藥用植物資源保護是中醫藥產業持續發展的基礎[42]。從生物多樣性視角看，藥用植物多樣性是生態系統生物多樣性的重要組成部分，同樣體現在物種種類豐富、生長環境多樣和種類遺傳變異多樣等方面[43]。就資源種類而言，西南地區在5 700種以上，占全國總數的80%左右[44]，就中國藥用植物特有種來說，西南地區以2 465種位居榜首，占比78.25%，是區域發展特色生物經濟的潛在寶貴資源，對中國藥用植物多樣性和生物多樣性具有重要意義[45]。從藥用植物物種多樣性、遺傳多樣性、藥用植物區系特征[46-47]到藥用植物生態位特征與群落特征[48-49]，對喀斯特地區藥用植物資源的生態學研究受到越來越多關注。石漠化地區脆弱的生態環境和對野生藥用植物的過度挖掘，導致種群數量減少[50]。保護藥用植物多樣性，從根本上遏制資源的急劇減少，保護生物多樣性，維持生態系統功能和服務已然成為國家戰略資源的目標之一[51]。

2.4.2 技術研發

1) 基于3S的石漠化區藥用植物資源勘查、適宜性區劃、大數據管理技術。利用ArcGIS中地理空間分析模塊下空間插值功能，以采樣點地理因子、氣候因子和土壤因子為基礎，對研究區坡度、坡位、海拔、降水量平均氣溫、日照數和土壤養分、土壤類型、土壤侵蝕等進行空間化，從不完整的已知信息中做出推斷或預測，即探索藥用植物已知分布區的環境特征與研究區域的非隨機關系，在一定限制條件下擬合出物種最佳分布區，以圖形形式輸出資源潛在分布區或適宜等級區劃分布[52]。藥用植物生態區劃技術通常與Maxent生態位模型進行聯合運用，研究喀斯特石漠化地區天麻[41]、杜仲[40]、太子參[52]、滇重樓[53]、青蒿[54]、紅花龍膽[38]、大果木姜子[37]和鐵皮石斛[39]等藥用植物的關鍵生態因子和生態適宜性等級區劃。依托遙感技術進行空間分析、可視化處理與數據管理，3S技術在石漠化地區藥用植物資源研究中優勢越發顯著。

2) 石漠化地區藥用植物規范化種植技術。藥用植物規范化標準種植技術是在野生資源衰竭而藥材需求旺盛的背景下形成的為保障藥材質量和數量的規模化栽培種植技術，整個過程包括藥用植物產地生態環境、種質選育、栽培與養護管理以及采收等方面[55]，從種質選擇到整地、種植密度、土壤水肥要求、田間管理、采收再到質量監測，構建了一套完整的藥用植物生產體系。喀斯特地區通過認證的中藥材規范化種植品種有云南三七、貴州何首烏、太子參、燈盞花、重慶黃蓮等主產藥材。此外，針對石漠化地區生境多樣、土地瘠薄、土壤易旱等問題，林藥套種技術、高產栽培技術、整形修枝技術與水肥耦合精準滴灌技術等技術研發取得了實際研究成果，并在石漠化地區應用[56-58]。

2.4.3 應用示范

1) 喀斯特地區石漠化治理藥用植物種植生態產業示范。熊康寧教授領銜的國家喀斯特石漠化工程防治技術研究團隊自“九五”計劃開始，在貴州關嶺花江-貞豐北盤江中-強度石漠化治理示范區推廣種植金銀花、花椒、仙人掌、砂仁等適生藥用植物，通過“政府+專家+農戶”的模式，在政府推動與科研指導下幫助當地農戶開展花椒、金銀花、仙人掌、砂仁等適生中藥材種植示范，目前花椒種植達上萬畝，金銀花上千畝，仙人掌、砂仁上百畝，示范產業種類豐富，示范面積大，形成以頂壇花椒為龍頭品牌產業的花江石漠化治理生態產業模式[59]，為石漠化綜合治理提供了成功的典型示范。貴州大方縣實施蜂糖李(橘子樹)+天麻(白芨、半夏、黃精等)林藥套種模式，成立中藥材專業種植合作社10余個，2 000余戶林農每戶年均創收2萬多元，實現了石漠化綜合治理與林農經濟收益的雙贏[56]。四川筠連縣春風村實施“李子-黃精”套種技術，緩解了李子純林病蟲害多發問題，多年生藥用植物減少了土壤地表擾動，降低了水土流失程度，其經濟效益也顯著高于李子和番薯[60]。

2) 石漠化地區藥用植物回歸撫育示范。石漠化地區藥用植物的回歸撫育主要針對珍貴、瀕危、特有藥用植物種質和生境保護。基于生物多樣地保護和生態重建視角，根據藥用植物生長特性和喀斯特異質環境特征，比較原生地和重建地生境差異，通過對回歸地群落環境、氣候條件及人文條件的控制，以生態建設為首位，以物種保護為目的，貴州興義馬嶺河峽谷建立野外鐵皮石斛撫育區，將人工繁殖體放回野生環境中，在適合石斛生長的喀斯特自然環境下使石斛建立自我維持的種群，重建完善的生態系統，示范地石斛長勢正常，為貴州鐵皮石斛可持續發展提供了典型案例[61]。貴州畢節撒拉溪鎮通過對天麻自然生長環境的模擬，開展林下仿野生天麻種植示范，為天麻提供接近自然條件的野外回歸撫育條件，示范面積上千畝。通過回歸撫育，進一步擴大物種種群以達到物種保護的目的。

3) 建立在保護區、遺產地和藥用植物園的喀斯特地區藥用植物保護示范。建立保護區是生物多樣性保護的有力措施之一。金花茶為國家一級保護植物，主要分布在廣西喀斯特地區，由于其較高的藥用保健價值和觀賞價值，野生金花茶遭到大量砍伐，野生數量劇減，通過建立廣西防城金花茶國家級自然保護區、南寧市金花茶公園、桂林植物園，全國金花茶植株數量得到顯著提升[62]。據不完全統計，中國南方喀斯特自然遺產保護地有高等植物225科1 213屬4 287種，分別占中國南方高等植物總科、屬、種樹的91%、60%和30%，包含南方紅豆杉、銀杏、銀杉等珍貴藥用植物[63]，中國南方喀斯特世界自然遺產地的建立，不僅保護了喀斯特地區獨特的自然美學價值和地質構造，更為喀斯特地區藥用植物的保護提供了極為重要的棲息地。

2.4.4 監測評價

1) 石漠化治理藥用植物質量評價與等級劃分。藥用植物質量評價和質量控制是正確用藥的前提與保障。石漠化治理藥用植物質量評價標準在傳統中藥學發展的基礎上，打破固有的“惟成分論”，開始綜合性從化學成分[64]、微量元素[65]、生態計量[66]、重金屬含量[67]等方面構建指標評價體系，進行藥材等級質量劃分。通過成分差異區別和判斷同科異種藥材[68]、評價區域藥材質量優劣[64]也是主要研究方向。評價方法方面主要基于德爾菲法、灰色關聯法、主成分分析，李坤倫等[69]建立性狀-產量參數與品質指標的多元模型，構建天麻質量評價體系具有一定參考性。評價方法經歷了性狀特征觀察到標準品成分比對再到色譜指紋圖譜建立，近年來基于藥材療效的生物效價評價法受到越來越多關注[70]。

2) 石漠化治理藥用植物生態與經濟效益評價。藥用植物栽培對土壤理化性質、土壤養分和土壤酶活性具有明顯的改良效果，有效提高土壤綜合質量，同時顯著增加農民收入，拓展農戶生計。研究表明，金銀花-花椒藥材混交林土壤含水量為37.69%，總蓄水量為1 749.53 t/hm2，比火龍果、構樹等經果林表現出更好的土壤毛管孔隙度和土壤持水率[14]，具有更高的蓄水性能和較好的水土保持效益[71]。對潛在-輕度石漠化地區藥用刺梨生態效益監測顯示，其根系發達、活力較強，根系分泌物具有活化土壤，增加土壤速效養分含量，改善土壤水熱狀況和物理結構的作用[72]。顏萍[73]根據喀斯特地區小生境突出、農戶生計特征，選擇小氣候、生物多樣性、土壤及水文、農戶監測、塊地監測等監測項目下27項指標對金銀花、花椒、刺梨等藥用植物及封山育林等模式進行治理的效益監測評價表明，不同模式具有改善小氣候的效用，在提高植物多樣性指數的同時，金銀花、花椒等特色適生藥用植物種植利用有效增加了當地居民的經濟收入，藥用植物逐漸成為地區支柱產業。與傳統農業玉米、大豆等相比，重慶石漠化山區藥用植物金銀花產投比高達9.555，是玉米的10.4倍，紅苕的7.9倍，經濟效益顯著[30]。此外，藥用植物種植管理勞動密集型程度高，能吸納農村勞動力，婦女、老人等弱勢群體受益大，具有一定的社會效益[60]。

3 結論與討論

3.1 結論

石漠化治理藥用植物研究分為3個階段：1985—2000年為萌芽期，2001—2010年為初步發展階段，2011年至今為快速發展階段。藥用植物金銀花、刺梨是熱點研究對象，生態恢復效益是主要關注點，藥材質量、藥材生態適宜性、藥用植物資源開發利用及其可持續產業化發展研究較為薄弱。

3.2 討論

下一階段，喀斯特石漠化治理藥用植物的研究應從以下幾方面進行。

1) 石漠化生態系統藥用植物多樣性及其維持機制。針對石漠化地區強烈的人類活動干擾和嚴重的生態系統退化造成生物多樣性銳減，開展藥用植物多樣性研究，探明不同等級石漠化生態系統藥用植物空間分布格局特征，揭示藥用植物多樣性維持機制，探究石漠化地區藥用植物生態適應性與群落構建機制，是石漠化區藥用植物資源開發利用的理論前提和應用基礎。

2) 石漠化治理適宜藥用植物良種選育與高效種植技術。針對藥用植物種類繁多，品質良莠不齊，進一步加強適生、根系多、枝葉繁茂、非根用多年生藥用植物的良種選育、引種馴化研究，并就其高效生產、種植的科學問題開展研究，深度挖掘藥用植物-環境的耦合關系，研發高效、規范化種植技術并進行應用示范，提高共性關鍵技術創新能力，構建石漠化治理藥用植物高效種植技術，實現保質保量的規模化、現代化種植，維護石漠化治理藥用植物的可持續性。

3) 石漠化地區藥用植物藥材質量特征及其與環境因子的相互作用機制。針對喀斯特石漠化地區易旱、少土、高鈣、石生等環境特質，開展石漠化治理藥用植物有效成分含量特征及其形成積累機制研究，揭示其變化規律，并通過定量化研究揭示石漠化異質生境下藥用植物與地形、土壤、氣候、生物等環境因子的相互關系，厘清石漠化地區藥用植物生長環境與其藥材質量的內在聯系。

4) 石漠化治理藥用植物資源利用效益與風險的預測評價。針對石漠化生態系統的極度脆弱性，一旦遭受破壞就難以恢復，在實施藥用植物種植治理石漠化之前有必要進行效益與風險的評估與預測。基于環境承載力、藥用植物價值評估、生產技術、產品流通、市場需求、農戶意愿、經濟社會效益、生態風險與效益等多方面對藥用植物資源開發利用的效益與風險進行全面綜合的分析與評價，明確石漠化本底環境下種植藥用植物的風險項，規避風險區和風險因子，建立風險預警機制，同時對其效益進行預期評估。

5) 構建基于藥用植物的石漠化治理生態產業發展體系。針對個體戶種植效益低下問題，應著力構建基于藥用植物的石漠化治理生態產業發展體系，提高整體效益。結合石漠化地區本土藥用植物的藥用價值和生態適宜性，構建集“育種-種植-精加工-銷售”于一體的“生產-銷售”產業體系，引進電商為產品銷售和品牌樹立打通渠道，積極挖掘和發展藥植休閑觀光、科普教育、園藝療養和科研基地等生態衍生產業，構建以藥植產業為主導、以衍生產業為特色的石漠化區藥用植物生態產業發展體系。