基于空間分析法研究四川道地藥材資源適宜性區(qū)劃*
——以趕黃草為例

西南醫(yī)科大學(xué) 袁紅，劉冰姿，龔佑芳，伍景洪，張鴻杰，李瑾

中藥材產(chǎn)業(yè)是建設(shè)健康中國的物質(zhì)基礎(chǔ)和發(fā)展戰(zhàn)略資源。健康、可持續(xù)的中藥種植對加快中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展、增加藥農(nóng)收入具有重要意義。中藥資源作為一種自然資源，其分布具有顯著的地理特征，如海拔、氣溫、降水、日照、土壤等，這些因素會直接影響中藥資源的質(zhì)量。

隨著計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，利用計算機分析和獲取信息，支持空間決策，挖掘大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為一個熱門研究領(lǐng)域。空間分析方法主要是將目標(biāo)范圍內(nèi)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)結(jié)合起來進行具體的計算和分析。

國家政策大力支持中藥發(fā)展，促進中藥產(chǎn)業(yè)化，特別是種植道地藥材。有必要將中藥資源與環(huán)境數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過分析、直觀和具體的表達，挖掘藥材資源的數(shù)據(jù)相關(guān)性，解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)無法應(yīng)用的困境[1]。

四川被稱為“沒有四川就沒有處方，沒有蜀就沒有藥”。獨特的地理結(jié)構(gòu)造就了四川豐富多樣的藥材資源，四川是中國著名的中藥產(chǎn)地之一。四川獨特的醫(yī)藥資源為中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了資源基礎(chǔ)和條件。根據(jù)第三次全國中藥資源普查，四川省擁有全國中醫(yī)藥資源5000余種，其中常用中藥400余種，名、主藥材49種，是中國最大的中藥產(chǎn)地之一①。

四川道地藥材適宜性區(qū)劃的建立是中藥資源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的基礎(chǔ)。藥材資源功能區(qū)劃分析系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)對藥材的自動化和科學(xué)研究具有重要意義。

一、中藥種植業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

長期以來，我國中藥的商品來源主要依靠野生藥材資源。從20世紀(jì)50年代起，中國開始逐步發(fā)展中藥的種植和育種。30%的栽培和栽培藥材占藥材供應(yīng)的絕大多數(shù)。

常見藥材按地域分類，主要有川藥、廣藥、云藥、桂藥、懷藥、浙藥、冠藥、北藥、華南藥、西北藥和藏藥。根據(jù)第三次全國中藥材資源普查結(jié)果，四川省共有藥材4354種，占全國的33.99%[2]；藥材儲量居全國首位。藥農(nóng)種植收入1140元/人，已成為全省增加農(nóng)業(yè)農(nóng)民收入的重要措施。到2020年，四川省已建立37種藥材標(biāo)準(zhǔn)化種植科技示范區(qū)，制定了烏頭、丹參等四川鄉(xiāng)土藥材標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程20種，其中14種已頒布為四川省地方標(biāo)準(zhǔn)[3]。

二、中藥產(chǎn)業(yè)存在的主要問題

（一）藥材種植技術(shù)低，規(guī)模化程度低

據(jù)統(tǒng)計，我國中藥良種培育率不足10%。目前，藥材資源的培育主要是“自養(yǎng)自用”。藥材規(guī)模化栽培程度低，藥材育種、種植、管理、初加工等環(huán)節(jié)仍需人工操作。

（二）藥材種植管理松散，標(biāo)準(zhǔn)化程度低

目前，四川省藥材種植基地分散，地理位置偏遠，藥材種植形式單一，管理松散。到2020年，嚴格按照GAP標(biāo)準(zhǔn)實施的標(biāo)準(zhǔn)化種植基地的生產(chǎn)面積不足10%。由于農(nóng)藥、化肥的使用頻頻超標(biāo)，導(dǎo)致藥材質(zhì)量得不到保證。

（三）供需矛盾突出，市場化程度低

中藥材種植企業(yè)處于“小規(guī)模、低水平、弱加工”狀態(tài)。大多數(shù)企業(yè)只銷售原料藥或中藥飲片。中藥材產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，產(chǎn)業(yè)化程度低，特色產(chǎn)品不豐富，自然資源優(yōu)勢尚未轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢。市場需求與農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的合作模式不完善，經(jīng)常存在供需矛盾。

三、藥材資源適宜性區(qū)劃分析

中藥材種植是中藥產(chǎn)業(yè)鏈的第一環(huán)。該基地生態(tài)環(huán)境良好，運行高效，質(zhì)量安全可追溯，通過企業(yè)基地合作發(fā)展特色藥材，支撐了中藥種植產(chǎn)業(yè)建設(shè)的成功。只有正確認識和把握中藥種植業(yè)的現(xiàn)狀和潛在的關(guān)鍵問題，才能找到有效措施，把握發(fā)展方向，確保中藥產(chǎn)業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展。

中藥質(zhì)量與地理環(huán)境因素密切相關(guān)，如海拔、溫度、降水量、日照時數(shù)、土壤微量元素含量等。這些生境因素不能直接反映在中藥中，但它們決定了中藥的質(zhì)量和功效。在理論研究方面，我國對藥材的空間分布與調(diào)查、藥材的開發(fā)利用與保護、藥材資源區(qū)劃等方面進行了廣泛的研究。然而，目前缺乏對藥材適宜性的分析和研究，對區(qū)域藥材種植的空間規(guī)劃和功能定位也鮮有涉及。

本文在使用GIS工具的基礎(chǔ)上，結(jié)合空間分析方法[4]，利用ArcGIS和四川省EDM影像數(shù)據(jù)，繪制了瀘州市三維地形圖和瀘州市降水、氣溫柵格圖。根據(jù)瀘州地區(qū)的環(huán)境因素，結(jié)合當(dāng)?shù)厮幱觅Y源的分布和種植條件，確定了藥用資源的功能區(qū)劃。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析四川藥材資源，指導(dǎo)藥材種植選址。

（一）數(shù)據(jù)來源

該項目從全國中藥資源普查和全國中藥統(tǒng)計摘錄中收集藥材數(shù)據(jù)，并從中科圖新獲得四川省1250萬DEM數(shù)據(jù)（SRTM）。截止時間為2020年12月31日。

（二）數(shù)據(jù)處理

對整理后的藥材數(shù)據(jù)進行如下處理：一是選擇“正品藥材”，如烏頭、骨碎補等；二是清除區(qū)域?qū)傩圆幻鞔_的藥材；三是選擇各地、市、州具有代表性的藥材；四是將同一種藥材在不同地區(qū)分開。經(jīng)處理后，整理出四川省37種正品藥材，涉及13個城市和地區(qū)（表1）。已分類的道地藥材資源被標(biāo)記為可開發(fā)資源，并納入四川道地藥材資源數(shù)據(jù)庫。為了展示其空間位置，四川道地藥材資源的坐標(biāo)精確到產(chǎn)地所在區(qū)域；使用百度地圖，提取當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)的經(jīng)緯度，將其制作成excel文本，在GIS中導(dǎo)入轉(zhuǎn)換，并將其空間位置顯示為地圖中的“點”，為進一步的交點分析做準(zhǔn)備。

表1 四川省道地藥材資源

以上分析是通過選擇瀘州的道地藥材川趕黃草進行的：瀘州地處云貴高原與四川盆地的交界處，野生藥物資源儲量豐富。自古以來，中藥材種植歷史悠久，有中藥材資源1144種，藥用植物174科，中藥材種植面積20萬畝。其中，玉石斛、趕黃草、白芨等重要中藥材資源栽培歷史悠久，產(chǎn)量高，品質(zhì)好。以趕黃草為例。它的學(xué)名是拔根蔬菜。是古林縣名副其實的藥材。據(jù)研究，川趕黃草的主要有效成分為黃酮類化合物、沒食子酸、槲皮素、谷甾醇和多種抗氧化成分。其藥理作用主要是保護肝臟、促進膽囊和黃變、抗氧化和抑菌。具有清熱解毒、黃濕、活血化瘀、利水消腫的功效[5]。

（三）數(shù)據(jù)分析方法

近年來，空間分析方法作為一種空間信息技術(shù)，在中藥種植的應(yīng)用研究中發(fā)展迅速。空間分析可以收集、存儲、檢索、分析、模擬和顯示地理空間數(shù)據(jù)[4]。該方法能較好地解決藥材資源的適宜性分析問題。

1.技術(shù)路線

利用arcmap107數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分別建立了四川省地形數(shù)據(jù)庫、瀘州市地形數(shù)據(jù)庫、降水?dāng)?shù)據(jù)庫和溫度數(shù)據(jù)庫。使用弧圖處理四個點的數(shù)據(jù)。將瀘州行政區(qū)劃、道地藥材種植、道地藥材分布、氣溫、降水等要素疊加，直觀反映道地藥材資源的空間分布和地理種植面積。

2.進行緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是一種分析方法，用于確定空間鄰近性或不同地理元素的鄰近性[6]。緩沖區(qū)半徑采用鄰近距離法確定，以瀘州行政區(qū)劃、瀘州地形、溫度和降水為分析對象，以中藥材資源為影響對象，即相鄰對象。以下分析模型如下：

Fi=f0（1-ri）

ri=di/d0；（0≤ri≤1）

式中：Fi為主體對周圍環(huán)境的影響程度；F0是主題的范圍索引；ri表示距離；di是從周圍環(huán)境到主體的距離；d0是主體與周圍環(huán)境之間的最大距離[7]。

通過對上述分析模型的計算和修正，確定以3km為緩沖半徑，建立道地藥材種植緩沖區(qū)。

3.生態(tài)因子疊加分析

①提取適當(dāng)?shù)臉?biāo)高

在ArcGIS軟件中，根據(jù)趕黃草的適宜生長條件，使用工具箱工具提取適合種植的最大范圍。據(jù)統(tǒng)計，趕黃草主要生長在海拔600-1600m的山區(qū)，最適宜的地區(qū)是海拔1000-1500m的地區(qū)。為了保證研究成果的準(zhǔn)確性，將高程范圍控制在600-1600m范圍內(nèi)，并從研究區(qū)的DEM數(shù)字高程模型中提取符合該范圍的高程。結(jié)果如圖1所示。

圖1 合適的立面圖

②在適當(dāng)溫度下提取

收集瀘州市近五年的溫度網(wǎng)格圖像，結(jié)合趕黃草生長的適宜性要求，提取趕黃草適宜的平均溫度范圍。相關(guān)資料表明，趕黃草適宜的年平均氣溫為18℃，無霜期在300天以上。

③適當(dāng)沉淀的提取

根據(jù)相關(guān)資料和實際情況，趕黃草主要生長在溫暖濕潤的中低山區(qū)，年降水量為700-800毫米。結(jié)合降水量，提取年降水量的適宜面積，提取方法同上。

④趕黃草提取適宜區(qū)域分布范圍

對道地藥材適宜性的研究是多種生態(tài)環(huán)境相互作用的結(jié)果，需要對上述結(jié)果進行疊加和分析。首先，依次疊加提取的高層；然后，利用空間分析方法提取趕黃草適宜面積；最后進行視覺表達。瀘州適宜種植趕黃草的地點為古林縣和合江縣，海拔600-1000米，年平均氣溫17-20℃，降雨量700-1000毫米。見圖2。

圖2 趕黃草適宜種植3D模型

四、結(jié)論

本研究利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和空間分析方法，分析了道地藥材的特征及生長過程中溫度、海拔和降水因素的影響，并通過軟件得出了瀘州道地藥材的適宜分布范圍。最后，將研究結(jié)果與第三次全國中藥資源普查中趕黃草的分布范圍進行了比較。這項研究與普查結(jié)果完全一致。結(jié)果表明，利用空間分析方法指導(dǎo)中藥資源的適宜性區(qū)劃、分布和種植是科學(xué)可行的。

注釋

①四川省中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018-2025)