天山北麓昌吉州西部三縣市中藥資源空間分布異質(zhì)性分析△

韓大勇，郭雄飛，趙雅琴，宋海龍*，石磊嶺*

1.伊犁師范大學(xué) 生物與地理科學(xué)學(xué)院，新疆 伊寧 835000 2.新疆維吾爾自治區(qū)中藥民族藥研究所，新疆 烏魯木齊 830002

中藥資源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是利用歷史最為悠久的生物資源之一，與人類福祉密切相關(guān)。中藥資源受人為干擾嚴(yán)重，表現(xiàn)為分布范圍縮小、儲(chǔ)量減少、藥材質(zhì)量下降[1-3]。如何開展中藥資源的可持續(xù)利用已經(jīng)成為制約中藥資源產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的瓶頸問題[4-5]。

了解中藥資源的分布情況是中藥資源普查工作中的一項(xiàng)基本內(nèi)容。空間異質(zhì)性是中藥資源分布的重要特征之一。受水熱條件、地形地貌、土壤養(yǎng)分及人為干擾等因素影響，中藥資源往往表現(xiàn)出空間聚集性分布特征，也就是區(qū)域的不平衡性。這種不平衡性體現(xiàn)在各個(gè)空間尺度上。目前，已有研究人員針對(duì)中藥資源在縣域、省域或地區(qū)尺度上的中藥資源分布開展研究[6-7]，但很少有研究關(guān)注縣域內(nèi)部尺度的中藥資源分布狀況，不利于了解中藥資源的形成機(jī)制和建設(shè)中藥資源信息化監(jiān)測體系。

就中藥資源的自然屬性而言，保護(hù)其賴以生存的生境或生態(tài)系統(tǒng)是最基本、最有效的保護(hù)方式[8-9]。新疆昌吉州昌吉市、呼圖壁縣、瑪納斯縣(簡稱三縣市)位于新疆腹地、天山北坡，縣域內(nèi)地形地貌復(fù)雜、植被類型多樣，中藥資源豐富。了解縣域內(nèi)不同類型生態(tài)系統(tǒng)的中藥資源狀況、對(duì)重要生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的保護(hù)，是實(shí)現(xiàn)中藥資源可持續(xù)利用的有效途徑之一[9]。在第四次全國中藥資源普查背景下，開展縣域以下尺度中藥資源詳細(xì)空間分布特征研究，對(duì)于制定針對(duì)性更強(qiáng)的中藥保護(hù)政策和更具科學(xué)性的中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、破解中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題具有重要意義。

本研究以2011—2020年的第四次全國中藥資源普查獲得的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，對(duì)位于新疆腹地的昌吉回族自治州代表性縣域中藥資源空間分布狀況進(jìn)行分析，了解縣域內(nèi)中藥資源的分布特征及其隨著生態(tài)系統(tǒng)類型變化的規(guī)律，為中藥資源保護(hù)和利用提供理論依據(jù)。

1 方法

1.1 研究區(qū)概況

在行政區(qū)劃上，本研究區(qū)域包括新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州西部三縣市。該地區(qū)氣候?qū)僦袦貛^(qū)、典型的大陸性干旱氣候，冬季寒冷，夏季炎熱。但是，由于疊加了地形因素的作用，南北氣候差異明顯。研究區(qū)內(nèi)地勢南高北低，由東南向西北傾斜，南部是天山山地，中部為廣袤的沖積平原，北部為浩瀚的準(zhǔn)噶爾盆地及其中的古爾班通古特沙漠[10]。因此，北部平原地區(qū)表現(xiàn)為沙漠性氣候特征，年平均氣溫6.8 ℃，年平均降水量190 mm；南部山區(qū)表現(xiàn)為山地氣候特征，降水量更為豐富，達(dá)到300 mm左右。受地形影響，三縣市植被類型復(fù)雜，主要包括栽培植被、荒漠、草原、草甸、灌叢、闊葉林、針葉林、高山植被和栽培植被8個(gè)基本類型。其中，荒漠植被在本區(qū)內(nèi)分布面積最大，主要位于中部和北部；栽培植被位于中部，主要是地表徑流沖積、洪積形成的地勢平坦、水土條件優(yōu)越的地帶，俗稱“綠洲”；草原主要分布于海拔1000 m左右的低山地帶；2000 m以上的高海拔區(qū)為針葉林和高山植被。

1.2 樣地設(shè)置

按《第四次全國中藥資源普查技術(shù)規(guī)范》，在三縣市的代表性區(qū)域內(nèi)設(shè)置研究樣地，具體設(shè)置方法為：利用地理信息系統(tǒng)將每個(gè)縣域劃分為若干個(gè)1 km×1 km的網(wǎng)格，隨機(jī)選擇其中的36個(gè)網(wǎng)格作為調(diào)查樣地(每個(gè)樣地面積1 km2)，涵蓋縣域內(nèi)各種生態(tài)系統(tǒng)類型。環(huán)境數(shù)據(jù)記錄樣地植被類型、海拔和中心點(diǎn)坐標(biāo)，植物數(shù)據(jù)記錄樣地內(nèi)所有中藥資源植物種名。其中，昌吉市調(diào)查區(qū)域包括101省道三屯河、兵團(tuán)104團(tuán)、阿什里鎮(zhèn)、高新區(qū)、后峽、老阿什里、老龍河、老努爾地村、廟兒溝金澇壩、廟爾溝努爾加、努爾加水庫、三工鎮(zhèn)、石門子等；呼圖壁縣調(diào)查區(qū)域包括呼圖壁鎮(zhèn)、大豐鎮(zhèn)、雀爾溝鎮(zhèn)、二十里店鎮(zhèn)、園戶村鎮(zhèn)、五工臺(tái)鎮(zhèn)、石梯子鄉(xiāng)，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)芳草湖總場、兵團(tuán)106團(tuán)、兵團(tuán)105團(tuán)；瑪納斯縣調(diào)查區(qū)域包括旱卡子灘石灰窯村、濕地公園、清水河、塔西河鎮(zhèn)、塔西河上游、石門子、火燒洼、大白楊溝、新湖二場、石門子水庫、六戶地、149團(tuán)、北五叉、五工臺(tái)、149團(tuán)北沙窩等。

1.3 數(shù)據(jù)分析

部分樣地由于記錄數(shù)據(jù)不完整、中藥資源種類過少等原因，在數(shù)據(jù)分析時(shí)未納入，最終納入分析的昌吉市樣地為25個(gè)、呼圖壁縣為23個(gè)、瑪納斯縣為19個(gè)。對(duì)以上67處樣地的中藥種類數(shù)進(jìn)行空間自相關(guān)分析。空間自相關(guān)是指觀測變量的空間依賴性，即空間位置相近的變量具有相似的變化趨勢。空間自相關(guān)測度指標(biāo)最為常用的是莫蘭指數(shù)(Moran′s Ⅰ)。其優(yōu)點(diǎn)在于可以進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，并利用標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)圖在不同地點(diǎn)之間進(jìn)行比較。通常Moran′s Ⅰ在-1～1變化，Moran′s Ⅰ>0，且達(dá)到顯著水平，為正的空間自相關(guān)，其值越大，空間聚集性越明顯；Moran′s Ⅰ<0，且達(dá)到顯著水平，為負(fù)的空間自相關(guān)，其值越小，空間離散性越大；Moran′s Ⅰ→0，無空間相關(guān)，即隨機(jī)化的空間分布。在實(shí)際運(yùn)用中，可對(duì)Moran′s Ⅰ進(jìn)行Z檢驗(yàn)得出Zi得分，再結(jié)合顯著性檢驗(yàn)的P值共同判斷空間相關(guān)程度的性質(zhì)和大小。

Moran′s Ⅰ相關(guān)圖可展示局部的空間不穩(wěn)定性，具體方法是對(duì)中藥種數(shù)原始值與中藥種數(shù)的空間滯后值做散點(diǎn)圖，回歸直線的斜率即為Moran′s Ⅰ指數(shù)。散點(diǎn)圖可劃分出4個(gè)象限，即第一象限HH、第二象限LH、第三象限LL和第四象限HL。根據(jù)不同象限內(nèi)的樣點(diǎn)分布情況，可直觀展示不同樣點(diǎn)中藥資源的空間分布的依存關(guān)系。其中，HH象限代表高觀測值區(qū)域，并被高觀測值單元包圍；LH象限代表低觀測值區(qū)域，并被高觀測值單元包圍；LL代表低觀測值區(qū)域，并被低觀測值單元包圍；HL代表高觀測值區(qū)域，并被低觀測值單元包圍[7]。

為了分析生態(tài)因子對(duì)中藥資源分布的影響，本研究選取海拔和植被類型2種關(guān)鍵生態(tài)因子，分析中藥資源分布規(guī)律。其中，將1000 m以下劃分為低海拔、1000～2000 m為中海拔、2000 m以上為高海拔；植被類型按荒漠、草原、草甸、灌叢、闊葉林、針葉林和高山植被進(jìn)行劃分。計(jì)算不同海拔和不同植被類型的中藥資源種類數(shù)量，計(jì)算平均值，采用Duncan多重比較方法比較不同海拔和植被類型中藥種數(shù)的差異性，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

本研究所有數(shù)據(jù)分析采用統(tǒng)計(jì)軟件R語言的“rgdal”“gstat”程序包完成。

2 結(jié)果

2.1 中藥資源的空間分布特征

本次中藥資源普查中，三縣市總計(jì)調(diào)查到中藥資源75科367屬739種。其中，昌吉市64 科255屬408種；呼圖壁縣64科265屬412種；瑪納斯縣67科266屬398種。在空間分布格局上，三縣市中藥資源均表現(xiàn)出南部多、北部少的空間分布格局。

就具體植被類型看，昌吉市以針葉林中藥資源最為豐富，平均為38種，草原和灌叢的最低，平均13.7～14.0種(圖1)；呼圖壁縣和瑪納斯縣的中藥資源分布規(guī)律一致，均以灌叢最為豐富，平均分別為28.0、74.5種。在海拔高度方面，昌吉市以中海拔中藥種數(shù)最多，平均26.8種；呼圖壁縣和瑪納斯縣均以高海拔最多，平均分別為31.0、53.3種(圖2)。

注：不同小寫字母表示P<0.05；下同。

圖2 昌吉州三縣市中藥資源隨海拔高度的分布規(guī)律

2.3 中藥資源分布的空間自相關(guān)性

Moran′s Ⅰ和Zi得分均表明三縣市具有正的全局自相關(guān)性，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表1)。其相關(guān)強(qiáng)度順序?yàn)椴?呼圖壁縣>瑪納斯縣，表明在縣域尺度內(nèi)中藥資源分布同樣表現(xiàn)出空間聚集特征。

表1 三縣市中藥資源空間分布全局相關(guān)性檢驗(yàn)

進(jìn)一步的局部自相關(guān)分析表明，Moran′ I散點(diǎn)圖中HH象限和LL象限的明顯空間差異體現(xiàn)出中藥資源的空間異質(zhì)性。其中，處于HH象限的樣地均具有豐富的中藥資源種類，主要是分布于山區(qū)的樣地，并被高豐富度的樣地包圍；LL象限的樣地中藥資源貧乏，主要是分布于平原荒漠區(qū)的樣地，并被低豐富度的樣地包圍。具體到各縣市來看，三縣市處于HH象限的樣地分別為8、6、5個(gè)，分別占總樣地?cái)?shù)的32.0%、26.1%、26.3%；處于LL象限的樣地分別為8、9、6個(gè)，分別占總樣地?cái)?shù)的32.0%、39.1%、31.6%。以上結(jié)果表明，三縣市中藥資源分布存在顯著的空間自相關(guān)性和空間異質(zhì)性，并與地形條件密切相關(guān)，即位于山區(qū)的樣地普遍較平原荒漠區(qū)樣地普遍具有更豐富的中藥資源(圖3)。

圖3 昌吉州三縣市中藥資源種類Moran′s Ⅰ空間自相關(guān)

3 結(jié)論與討論

第四次全國中藥資源普查工作是針對(duì)全國范圍中藥資源進(jìn)行的一次摸家底調(diào)查工作，目的在于完善中藥資源調(diào)查、研究、監(jiān)測和服務(wù)體系[11]，合理保護(hù)、開發(fā)、利用中藥資源，促進(jìn)中藥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。中藥資源的空間分布特征作為一項(xiàng)基本工作，是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的基礎(chǔ)。以往研究大多從省域尺度關(guān)注中藥資源的空間分布，而忽視了縣域以下尺度中藥資源分布的空間特征。由于縣域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)分布存在較大空間異質(zhì)性，以省域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)單元進(jìn)行中藥資源豐富度評(píng)價(jià)，將會(huì)掩蓋這種異質(zhì)性。因此，將研究尺度縮放至縣域之內(nèi)關(guān)注中藥資源的空間分布及其影響因素，能夠提供更有針對(duì)性、更詳細(xì)的信息，如張小波等[12]對(duì)重慶市中藥資源豐富度研究發(fā)現(xiàn)，以30 km為網(wǎng)格單位，能夠比以縣域?yàn)閱挝桓玫胤从巢煌瑓^(qū)域的中藥資源情況。本研究中，三縣市的中藥資源均表現(xiàn)出南部多、北部少的空間分布格局，具有顯著的空間自相關(guān)性，表現(xiàn)出明顯的聚集性分布特征，由此證實(shí)對(duì)縣域內(nèi)中藥資源進(jìn)行分區(qū)管理具有其必要性，這對(duì)于建立精細(xì)化的中藥資源監(jiān)測體系具有較大的參考價(jià)值。

中藥資源作為生物資源的組成部分，具有其自然屬性[9]，在進(jìn)行中藥資源保護(hù)時(shí)需要遵循生態(tài)學(xué)規(guī)律。受人為活動(dòng)干擾，生境破碎化和野生資源過度開發(fā)已經(jīng)成為制約中藥資源持續(xù)利用的重要因素。昌吉州地處天山北麓，地勢上南高北低。本研究涉及的三縣市位于昌吉州西部，縣域內(nèi)生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，盡管具體到每個(gè)縣市時(shí)，中藥資源分布情況略有差異。但是，3個(gè)區(qū)域均以中、高海拔區(qū)的中藥資源最為豐富。據(jù)有關(guān)資料，昌吉州植被在1990—2014年植被覆蓋度顯著下降，下降速度達(dá)7.44%[13]。根據(jù)保護(hù)生物學(xué)和島嶼生物地理學(xué)理論，生境面積對(duì)于維持物種豐富度至關(guān)重要[14]。因此，保護(hù)中藥資源賴以存在的生態(tài)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。鑒于昌吉州植被覆蓋度顯著下降的緊迫形勢，保護(hù)具有豐富中藥資源的高海拔地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)(如針葉林、灌叢和草原)面積及連通度具有更為重要的意義。

本研究沒有考慮氣候、環(huán)境異質(zhì)性和人為干擾因素，也沒有考慮3個(gè)區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，而這些因素都可能對(duì)中藥資源產(chǎn)生重要影響。實(shí)現(xiàn)中藥資源可持續(xù)利用有必要進(jìn)一步開展多學(xué)科綜合研究。