中草藥種植品質知識圖譜的構建

李夢 侯旭粲 張麗麗

摘要 科學合理地種植中草藥是解決中藥資源緊缺、保障中藥質量的根本方法。中草藥品質受種子種苗、種植措施、土壤狀況等多種因素影響，各影響因素對中草藥品質產生不同的作用，但迄今為止并沒有通過調控中草藥種植因素分析中藥材品質的模型和方法。因此，本研究通過文獻調研結合專家種植經驗，綜合分析影響中草藥種植指標的復雜因素，以提高中藥材品質為目標，基于圖數據庫的方法構建影響不同中草藥種植品質的知識圖譜，探討中草藥種植因素與指標之間的關系，通過調節影響中藥材品質的因素，為中草藥種植以及提高中藥品質提供依據。

關鍵詞 中草藥種植;中藥品質;知識圖譜;指標;影響因素;圖數據庫;中藥資源

Abstract Scientific and rational cultivation of traditional Chinese medicines is the fundamental method to solve the shortage of Chinese medicine resources and is the fundamental methods to guarantee the quality of traditional Chinese medicine.The quality of traditional Chinese medicines is affected by various factors such as seed seedlings，planting measures and soil conditions.The influencing factors have different effects on the quality of traditional Chinese medicines.However，there are no models and methods for analyzing the quality of traditional Chinese medicines by regulating the factors of Chinese medicine cultivation.Therefore，through literature research combined with expert planting experience，this paper comprehensively analyzes the complex factors affecting the cultivation index of traditional Chinese medicine，and aims to improve the quality of traditional Chinese medicine.Based on the graph database method，a knowledge map that affects the cultivation quality of different traditional Chinese medicines is constructed，and the relationship between the cultivation factors and indicators of traditional Chinese medicines is explored.By adjusting the factors affecting the quality of traditional Chinese medicines，it provides a basis for the cultivation of traditional Chinese medicines and the improvement of the quality of traditional Chinese medicines.

Keywords Chinese medicine planting; Quality of traditional Chinese medicines; Knowledge graph; Indicators; Influencing factors; Graph database; Chinese medicine resources

中圖分類號：[R282.2]文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.18.001

中草藥種植是我國傳統中藥藥材的主要來源方式，伴隨著國家對中醫藥事業的愈加重視和中藥市場規模的不斷擴大[1]，中藥材供給面臨著資源緊缺及中藥飲片質量參差不齊等多種問題。如何合理種植中藥材、從源頭把握中藥質量、提高產量已成為當前中藥行業亟待解決的重要問題之一。中草藥種植過程中，除了其自身種質資源因素影響以外，還包括施肥方式及肥料種類、土壤肥力、灌溉方式、農藥種類等多方面的綜合影響[2]。各種環境因素以及復雜繁瑣的耕作方式相互作用，共同決定了中草藥植物生存及生長的狀況[3-4]。中草藥種植因素的選控對中藥飲片品質的優劣有著重大影響，通過調節中草藥種植因素來改善中藥品質，是提高中藥飲片質量和產量的重要途徑。當前，中草藥種植基地以及藥農依據自身相關種植經驗因無法科學合理地種植中藥材，故達不到最佳種植效果[5]。中草藥種植的優化，是中藥炮制發揮較好療效的主因[6]，是保障中藥品質的第一關，也是整個中藥產業鏈的第一步。為此，合理調控影響中草藥種植的各種因素，是提高中藥品質以及中草藥種植效率的關鍵。

目前，提高中草藥種植品質主要依靠專家經驗及文獻報道等數據信息，但因普及難，阻礙了中藥品質提高的進程[7-8]。因此，本研究提出構建中草藥種植品質知識圖譜，結合專家種植經驗及相關文獻報道，采用圖數據庫的形式對知識圖譜進行表達，通過分析影響中藥飲片質量及產量等指標因素，探討復雜因素對指標的綜合作用，清晰展示了復雜因素之間的聯系，為探索提高中藥的品質提供依據。中草藥種植知識圖譜的建立，為中草藥種植基地和藥農施用提高中藥品質提供了新的解決方案，并將有利于提高中藥行業的經濟效益，和進一步加快中醫藥事業的前進步伐。知識圖譜于2012年提出，它是一種可將不同類型的實體（概念、屬性值）聯系在一起進行研究的關系圖譜，其覆蓋了某一專業領域內的知識，它可以準確、快速地查找到所需信息[9-11]。隨著互聯網大數據技術的不斷進步，知識圖譜已在推動著醫藥等多個領域的發展[9，12]。目前在中藥領域的應用，知識圖譜主要涉及炮制、鑒定、安全性以及治療2型糖尿病等方面的研究[13-16]，但尚未對合理優化種植中草藥的知識圖譜進行相關分析研究。中草藥種植指標及其因素積累了大量的數據和經驗，但各知識間關聯性不強，無法精確獲取知識背后帶來的深層含義，涉及到的中草藥種植指標因素紛繁復雜且無序，難以解決中藥品質提升的問題。中草藥種植知識圖譜是中草藥種植因素根據指標需求不同而進行復雜集合并與指標相互聯系的知識圖形。構建中草藥種植品質知識圖譜，分析影響中草藥種植品質的因素，建立中草藥種植指標與因素之間的全面知識網絡框架，可以為提高中草藥種植品質提供一個高效、可靠的方法。

1 基礎原理

中草藥種植過程涉及到的知識具有數量大、種類豐富的特點。例如，當歸在種植過程中，從種植地的地區分布、海拔、種子種苗的規格到栽培方式以及施肥量等，均體現了中草藥種植知識的復雜性。如何將這些復雜的知識清晰地呈現，是當前研究中草藥最佳種植模式的關鍵問題之一。本研究將基于實體語法系統形式化地展現復雜的中草藥種植知識體系。

實體語法系統（Entity Grammar Systems，EGS）是一種針對生物復雜系統研究而提出的形式化語法系統，可用于闡釋復雜的知識體系及其之間的關系[17]。它可以用五元組G=（VN，VT，F，P，S）來表示，其中各組成分別表示非末端字符集、末端字符集、操作子集、規則集和初始字符。當不需考慮非末端字符集和末端字符集的區別時，實體語法系統可以由G=（V，F，P，S）表示，其中V=VN∪VT。

在本研究構建的中藥種植因素與指標之間的網絡關系圖譜中，V代表研究中各類型節點，F代表各節點間的關系，P代表種植因素與種植指標間關系的推理規則。基于實體語法系統的結構，具體表現為：V={V1∪V2∪V3∪V4}，其中V1代表影響中草藥種植的因素，V2代表影響因素的排列集合點，V3代表中草藥種植的指標，V4代表各因素集合對指標的作用。

在該研究中，A代表中草藥種植因素，B代表中草藥種植因素的排序集合點，C代表中草藥種植指標，D代表因素對指標調節的作用關系;規則P代表通過多步推理得到中草藥種植因素集合與中草藥種植指標的作用關系。

通過實體語法系統構建最終得出中草藥種植因素與指標之間的復雜關系網絡。根據構建的網絡分析可知，中草藥種植過程中涉及到的知識具有多個種植因素共同作用時，才能最終影響某一指標的特點。因此，通過對中草藥種植知識的分析，針對不同類型的知識，將各類知識分別用不同的節點進行表示，并對各節點進行屬性定義，依據屬性之間的聯系將各節點進行關聯，從而建立中草藥種植因素與指標之間的知識圖譜。知識圖譜是對知識以及知識之間的關系進行表達，因此，本研究基于圖數據庫的形式將中藥種植指標及其復雜因素之間的知識用圖中節點進行表示，可更加清晰直觀地展示所構建的復雜關系網絡[18]。

2 資料與方法

2.1 數據來源 以“中草藥+影響中藥品質的關鍵指標”為關鍵詞，檢索中國知網數據庫（CNKI）所有學科領域關于中草藥種植的相關文獻，將搜索到的文獻內容進行分析，對影響中草藥種植品質的因素及其有關指標的數據進行分類整理。

2.2 納入標準 中藥品質是由多個指標共同決定，不同指標受種植中藥復雜因素的影響，表現為促進或抑制。因此，根據中藥種植品質的需求，選取其關鍵指標，對影響該指標的相關因素進行匯總，綜合分析復雜因素對關鍵指標的調節作用。

3 結果與分析

3.1 中草藥種植因素與指標之間的關系網絡模型由于構建的中草藥種植因素與指標關系網絡十分復雜，僅在當歸網絡中就有581條中草藥種植因素集合與指標作用關系的知識，因此本研究采用當歸網絡中的一條知識進行講解。見圖1。在圖1中，圓圈代表中草藥種植因素，正方形代表中草藥種植因素的集合點，六邊形代表中藥種植指標，箭頭方向代表中藥種植因素集合對中藥種植指標的作用，其中三角形箭頭代表促進作用，T形箭頭代表抑制作用。該條知識表達了當歸在海拔2 000 m、遮陽率為50%、種苗為大苗時會促進當歸的抽薹率。因此，我們可適當調節當歸的種植因素來抑制當歸的抽薹率，從而提高當歸的品質。通過分析當歸的種植關系網絡，我們可以對不同地區種植因素進行調控，以此來達到理想的種植指標。

3.2 當歸種植知識圖譜 本研究構建的中草藥種植知識圖譜，涵蓋了中草藥種植的復雜信息，為了可以詳細的闡述其內容，因此采用以下例子進行詳細介紹。

在當歸種植過程中，影響當歸種植品質的主要指標是抽薹率，抑制抽薹率是提高當歸種植品質以及當歸在種植過程中所要解決的核心問題。如圖2是當歸種植指標抽薹率及其影響因素之間的子網絡，大圈節點代表影響當歸的抽薹率，中圈節點代表影響抽薹率的各因素，小圈節點代表種植因素的集合點。在圖2中，我們可以直觀地發現抽薹率受多種因素不同的排列集合共同作用，表現為促進或抑制。因此，可通過調控影響因素來抑制抽薹率，進而提高當歸的品質。當歸種植因素知識圖譜子網絡清晰地闡明了如何通過調節中藥種植因素來提高中藥品質的作用機制。

3.3 應用 中藥飲片產量規模和中藥材質量都反映中醫藥的發展水平[1]，要科學合理地種植中草藥，基于專家對中草藥的種植經驗以及相關文獻報道，結合現代信息技術對傳統中草藥種植進行把控，使中草藥種植更加科學化、系統化。本研究所構建的中草藥種植知識圖譜集成了影響中草藥種植的多種因素，數據豐富且詳盡，并且隨著環境條件以及實際種植需求等原因的變化，可對數據進行實時更新，極大地提高了中草藥種植的效率。此外，由于中藥種類繁多，本研究所錄入的中草藥種植指標及其因素數據信息有限，可后續中藥的數據信息進行補充和輸入，為豐富中草藥種植知識網絡圖譜提供了依據。

中草藥種植基地以及藥農可根據構建的中草藥種植知識圖譜，查詢當地影響中藥品質指標的關鍵因素，具有針對性地對關鍵因素進行合理調控，實時分析中藥品質的差異，這樣大大減少了人力與物力的耗損，同時對提高中藥品質具有一定的幫助，為指導中草藥種植提供了方法。

4 結論

中藥在我國具有悠久歷史，是傳統中醫藥文化的物質基礎，也是中華民族生生不息的源泉[2]。隨著國家科技水平的不斷提高以及社會經濟的飛速前進，促使我們對中草藥種植產業進行高標準、嚴要求。只有對中草藥種植做出正確的指導，才能從根本上對中藥品質做出合理的評價[19]。如何在中草藥種植過程中選擇合適的種植方式，提高中藥質量以及增加產量，是目前中草藥種植需要解決的核心問題[20]。中草藥在種植過程中面臨著諸多問題：除了光照、降雨量、溫度等多種氣候因素以外，同時還需考慮栽培制度、中草藥生長年限、施肥量及種類等諸多因素。復雜的影響因素為提高中藥品質帶來了嚴峻的考驗。因此，本研究提出構建中草藥種植因素的知識圖譜，為解決提高中草藥種植品質的問題提供了一種新的思路。

知識圖譜技術將知識以圖譜的形式表現，使知識以更直觀的方式呈現給大眾，將知識之間的關系表達的更加清晰，方便理解內容和提高工作效率[21]。中草藥種植因素知識圖譜綜合分析種植過程中影響中藥品質的因素，它不僅可以針對中藥品質的不同指標來調節其影響因素、提高種植效率，而且還可以在不影響中藥品質的前提下，通過調控其他影響因素，合理把控施肥量，減少環境污染，做到綠色種植中藥。此外，中草藥種植因素知識圖譜清晰展示了中藥品質與影響因素之間的復雜聯系，方便快速尋找所需中藥品質的影響因素，為提高中藥品質提供了解決方案。中草藥的合理種植，為提高中醫臨床療效以及用藥安全提供了保障。目前中草藥種植基地和藥農在種植中草藥時，首要考慮因素就是提高中藥質量和增加產量，但由于缺少科學、專業的種植知識，往往依靠自身經驗進行種植而導致品質有所欠缺。因此，通過構建中草藥種植品質知識圖譜為中草藥種植基地和藥農提供中草藥種植技術指導，根據所需中草藥指標調控中草藥種植因素，為提高中草藥種植品質以及增加中草藥種植經濟收入提供了方法[20-23]。

隨著我國中醫藥事業逐漸走向世界、步入國際化，機遇與挑戰共存[24]，因此，我們要更加注重科學種植中草藥，在提高中藥質量的同時更要保障合理利用中藥資源。目前，中藥品質不穩定以及中草藥資源短缺是我們開發國外市場的難題之一，通過調控中草藥種植因素科學合理地種植中草藥，是我國中藥產業向國際市場拓展的重要一步[25]。

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（2019-06-26收稿 責任編輯：蒼寧）