不同生態(tài)環(huán)境類型藥用植物資源的遙感監(jiān)測(cè)方法

付新雷

摘 要：我國(guó)地域遼闊，氣候種類繁多，擁有類型迥異的生態(tài)環(huán)境。在這些不同的生態(tài)環(huán)境下，存在著大量的藥用植物資源，這些藥用植物資源又根據(jù)生長(zhǎng)環(huán)境和自身特性的不同，顯示出較大的差異性，這也為人們研究以及栽培藥用植物帶來(lái)了一系列的問題。在這樣的背景下，針對(duì)不同生態(tài)環(huán)境類型的藥用植物資源遙感監(jiān)測(cè)方法研究，也就成為了眾多學(xué)者和專家的重點(diǎn)課題。尤其是這幾年，隨著我國(guó)政府和民間保護(hù)機(jī)構(gòu)對(duì)于藥用植物資源的重視，基于不同生態(tài)環(huán)境類型下藥用植物資源遙感監(jiān)測(cè)的方法研究不斷進(jìn)步。本文的研究，希望能夠從宏觀層面上，探討不同生態(tài)環(huán)境類型下藥用植物資源遙感監(jiān)測(cè)的具體方法，并且結(jié)合最新的遙感監(jiān)測(cè)方法，提出見解，同時(shí)希望能夠?yàn)椴煌鷳B(tài)環(huán)境類型下藥用植物資源遙感監(jiān)測(cè)方法的使用和提升，以及對(duì)于藥用植物資源的保護(hù)和生長(zhǎng)給予技術(shù)上的支撐。

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境 藥用植物 遙感監(jiān)測(cè) NDVI（歸一化差值植被指數(shù)）

中圖分類號(hào)：S567 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（b）-0128-03

我國(guó)擁有十分豐富的生態(tài)系統(tǒng)，在不同生態(tài)系統(tǒng)下的藥用植物資源的分布也十分復(fù)雜。針對(duì)不同的藥用植物資源，具有不同的光譜反射特征，因此可以使用遙感手段對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

依托遙感技術(shù)用于監(jiān)測(cè)藥用植物資源，能夠充分并且深入地分析當(dāng)前藥用植物資源所處在生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境因子。因此探討不同生態(tài)環(huán)境類型下的藥用植物資源遙感監(jiān)測(cè)方法，不僅能夠了解我國(guó)現(xiàn)有藥用植物資源的生長(zhǎng)情況，還能加強(qiáng)藥用植物資源的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高藥用植物資源的市場(chǎng)化直至其公益性的目標(biāo)。

1 藥用植物資源遙感監(jiān)測(cè)方法的分類

1.1 野生藥用植物資源的遙感監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)野生藥用植物的特點(diǎn)可以將其分為野生大量分布中藥用植物、野生稀有中藥用植物兩類。從目前已有的遙感監(jiān)測(cè)方法來(lái)看，對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)量上占優(yōu)、范圍上分布廣泛的成片喬木和灌木類藥用植物資源有較好的效果，其技術(shù)手段也較為成熟，在本文進(jìn)行分析寫作之前，已經(jīng)有專家、學(xué)者提出了十分專業(yè)并且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯砍晒?，因此本文針?duì)野生藥用植物遙感監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究，主要是技術(shù)上并不是十分成熟的稀有類藥用植物資源。

首先，野生稀有類藥用植物資源在地理位置上的分布較為分散，這也給遙感監(jiān)測(cè)方法的選取帶來(lái)了一定的難度。其次，多光譜遙感數(shù)據(jù)一般不能直接獲取稀有類藥用植物資源的信息，但可以監(jiān)測(cè)該種藥物生長(zhǎng)地的植被覆蓋情況。所以，針對(duì)稀有類藥用植物資源的遙感監(jiān)測(cè)方法的研究可以通過(guò)建立稀有藥用植物蘊(yùn)含的數(shù)量和遙感監(jiān)測(cè)方法之間內(nèi)在的聯(lián)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)稀有藥用植物資源蘊(yùn)含量的調(diào)查。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，將從以下幾個(gè)方面入手進(jìn)行分析。

（1）野生藥用植物資源監(jiān)測(cè)遙感影像的選取。

遙感影像的選取要根據(jù)稀有藥用植物資源的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行選擇，在進(jìn)行遙感影像資料數(shù)據(jù)提取的時(shí)候，應(yīng)該要從數(shù)據(jù)的空間分辨率、輻射分辨率、波普分辨率是否滿足監(jiān)測(cè)稀有類藥用植物資源的角度進(jìn)行考慮。例如選擇美國(guó)陸地衛(wèi)星Landsat-7ETM數(shù)據(jù)，1～7波段（6波段除外）空間分辨率為30m，8波段為15m。在圖像的判讀上應(yīng)主要采用對(duì)植被反應(yīng)最為敏感的TM4，3，2的波段組合方式。

（2）野生藥用植物資源監(jiān)測(cè)遙感影像的處理。

遙感影像的處理主要包括輻射校正、幾何校正、顏色訂正、圖像增強(qiáng)及圖像融合等幾個(gè)重要方面。對(duì)圖像的幾何校正可以選擇的研究區(qū)地形圖為幾何參照系統(tǒng)，在影像上均勻選擇20個(gè)以上控制點(diǎn)，以二次多項(xiàng)式為糾正方程，分別對(duì)遙感圖像的不同波段進(jìn)行幾何校正。最終的校正誤差控制在1個(gè)像元以內(nèi)，然后在此基礎(chǔ)上將30m分辨率ETM4，3，2組合波段與15m分辨率的全色波段進(jìn)行融合，最后對(duì)融合后的圖像進(jìn)行顏色匹配與增強(qiáng)處理。

（3）野生藥用植物資源解譯標(biāo)志的創(chuàng)建。

在對(duì)稀有類藥用植物資源遙感信息提取之前，需要根據(jù)稀有類藥用植物資源的分布情況來(lái)進(jìn)行相關(guān)的解譯標(biāo)志的設(shè)定，根據(jù)不同區(qū)域的情況，確定具體的考察路線，然后根據(jù)實(shí)際調(diào)查的結(jié)果結(jié)合遙感圖像上所對(duì)應(yīng)的相關(guān)的形狀、大小、顏色等信息，以確定在某一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)稀有藥用植物資源進(jìn)行解譯標(biāo)志的建立。

（4）野生藥用植物資源信息的驗(yàn)證與修改。

在將稀有類藥用植物資源建立相應(yīng)的解譯標(biāo)志之后，通過(guò)從遙感影像數(shù)據(jù)提取到有價(jià)值的稀有類藥用植物資源的信息，同時(shí)在固定的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行解析，然后對(duì)遙感監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行多時(shí)相的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證，以此來(lái)提高遙感監(jiān)測(cè)方法的準(zhǔn)確度，最終獲取相對(duì)精準(zhǔn)的野生稀有類藥用植物資源的分布圖。

（5）野生藥用植物資源蘊(yùn)藏量的計(jì)算。

計(jì)算藥用植物的蘊(yùn)藏量，首先需要提取植被指數(shù)。歸一化差值植被指數(shù)（normal difference vegetation index， NDVI），定義為近紅外波段與紅光波段數(shù)值之差和近紅外波段與紅光波段數(shù)值之和的比值，即NDVI=（NIR-R）/（NIR+R），它基于生物物理知識(shí)的概念，將電磁波輻射、大氣、植被覆蓋的相互作用結(jié)合在一起。NDVI獲取方便，計(jì)算簡(jiǎn)捷，對(duì)綠色植被表現(xiàn)敏感，包含植被90%以上的信息，植被指數(shù)的定量測(cè)量可表明植被活力等，常被用來(lái)進(jìn)行區(qū)域和全球的植被狀態(tài)研究，以及診斷植被一系列生物物理參量：葉面積指數(shù)（LAI）、植被覆蓋率、生物量（蘊(yùn)藏量）、光和有效輻射吸收系數(shù)（A-PAR）以及用來(lái)分析植被生長(zhǎng)過(guò)程、凈第一性生產(chǎn)力（NPP）和蒸散（蒸騰）等。在運(yùn)用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)植被信息過(guò)程中，NDVI應(yīng)用得最為廣泛。

在對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的預(yù)處理之后，根據(jù)NDVI的公式：NDVI=（NIR-R）/（NIR+R），針對(duì)稀有類藥用植物資源調(diào)查區(qū)域的TM數(shù)據(jù)（近紅外波段和紅光波段）進(jìn)行NDVI的提取計(jì)算，轉(zhuǎn)化生成NDVI值分布的矢量圖形，以用來(lái)統(tǒng)計(jì)計(jì)算不同值分布區(qū)的蘊(yùn)藏量。endprint

在經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算過(guò)程之后，可以把已經(jīng)得到的在某個(gè)具體區(qū)域范圍內(nèi)全覆蓋植被指數(shù)的分布圖和判讀之后得到的有關(guān)于藥用植物的植物覆蓋區(qū)域的分布圖進(jìn)行疊加，然后能夠得到一個(gè)只有藥用植物資源分布的植被指數(shù)的分布圖片。在經(jīng)過(guò)上面的方式得到相應(yīng)的藥用植物資源植被指數(shù)分布圖之后，可以根據(jù)不同植被的分布情況以及相關(guān)藥用植物資源植被指數(shù)分布級(jí)別的不同，在不同的級(jí)別中間進(jìn)行一個(gè)抽樣的調(diào)查和分析，然后通過(guò)計(jì)算得出在每一個(gè)不同的級(jí)別中所蘊(yùn)含的不同數(shù)量的藥用植物資源的分布。在完成每一個(gè)不同級(jí)別的植被指數(shù)級(jí)別之后，可以將其與遙感監(jiān)測(cè)圖像中的圖斑的面積進(jìn)行計(jì)算，在經(jīng)過(guò)這樣一系列程序之后，計(jì)算出某一個(gè)具體區(qū)域內(nèi)藥用植物資源的蘊(yùn)藏量。

1.2 栽培藥用植物資源的遙感監(jiān)測(cè)方法

前面所分析的重點(diǎn)是針對(duì)稀有藥用植物資源的，就目前來(lái)說(shuō)，稀有藥用植物資源在中國(guó)的自然數(shù)量是在逐年下降的。雖然中國(guó)地大物博，但是因?yàn)槭艿竭@幾年人們對(duì)于野生稀有藥用植物資源的追求以及人們對(duì)于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的破壞，使得稀有的野生的藥用植物資源數(shù)量在不斷地下降。在這樣的情況下，栽培藥用植物資源也開始受到人們的關(guān)注。一方面，栽培藥用植物資源的出現(xiàn)，有效地緩解了市場(chǎng)的需求。另一方面，栽培藥用植物資源的進(jìn)一步發(fā)展，也是另外一種形式的對(duì)于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

在這樣的社會(huì)背景下，通過(guò)對(duì)于遙感監(jiān)測(cè)方式的使用，能夠較為有效地對(duì)栽培藥用植物資源的蘊(yùn)藏量、產(chǎn)量以及市場(chǎng)對(duì)于栽培藥用植物資源的需求量進(jìn)行一個(gè)整體上的估算，因此栽培藥用植物資源中遙感監(jiān)測(cè)方法的使用也是十分重要的。

在這樣的情況下，遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在栽培藥用植物資源中的使用，也就不是像在稀有藥用植物資源中的目的了，因此對(duì)于遙感監(jiān)測(cè)方法在栽培藥用植物資源中的運(yùn)用，更多的是強(qiáng)調(diào)對(duì)栽培藥用植物資源生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)、病害和蟲害進(jìn)行檢測(cè)以及對(duì)于栽培藥用植物資源生長(zhǎng)的環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，栽培藥用植物資源中遙感檢測(cè)的運(yùn)用要簡(jiǎn)單一些，通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)的方式加上定位系統(tǒng)，基本上就能夠完成對(duì)于栽培藥用植物資源產(chǎn)量的預(yù)計(jì)。栽培藥用植物資源的遙感監(jiān)測(cè)主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）栽培藥用植物資源生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)以及產(chǎn)量的預(yù)估。

對(duì)于栽培藥用植物資源的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)和產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)算，是栽培藥用植物資源進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)的重要原因。在中國(guó)，已經(jīng)有很多的學(xué)者在這個(gè)方面進(jìn)行了大量的研究工作。比如說(shuō)劉洋通過(guò)自己的反復(fù)試驗(yàn)，驗(yàn)證了在大豆的種植中通過(guò)使用遙感監(jiān)測(cè)的方法，能夠有效地預(yù)測(cè)到大豆的成長(zhǎng)周期以及大豆的產(chǎn)量，因此在栽培藥用植物資源領(lǐng)域，通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)的方式來(lái)對(duì)于植物的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)和產(chǎn)量的預(yù)估是可行的。相似的實(shí)驗(yàn)研究還有李建龍等人在天山上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)他們的研究，天山上草地的產(chǎn)量和他們所預(yù)計(jì)的數(shù)量十分接近，并且他們還進(jìn)一步對(duì)于遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在天山草地這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了一定的升級(jí)，由此建立了遙感估產(chǎn)模型，為其他專家、學(xué)者的研究以及相關(guān)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)提供了一個(gè)更加切實(shí)可行的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用方式，大大地提升了遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在栽培藥用植物資源中的運(yùn)用?？梢哉f(shuō)，通過(guò)以上學(xué)者的研究，使得人們對(duì)于遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在栽培藥用植物資源中的應(yīng)用起到了很大的印證以及啟發(fā)的作用，尤其是對(duì)于栽培藥用植物資源的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，能更加方便企業(yè)對(duì)于栽培藥用植物資源進(jìn)行管理和生產(chǎn)，以便于創(chuàng)造出更多的商業(yè)價(jià)值，同時(shí)也是進(jìn)一步通過(guò)技術(shù)更新的方式實(shí)現(xiàn)企業(yè)操作的信息化和系統(tǒng)化，降低了他們的生產(chǎn)成本。

（2）栽培藥用植物資源的土壤養(yǎng)分監(jiān)測(cè)。

土壤中養(yǎng)分的缺少一直都是影響栽培藥用植物資源生長(zhǎng)的主要原因，因此對(duì)于栽培藥用植物資源土壤中的養(yǎng)分進(jìn)行檢測(cè)，也是遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在栽培藥用植物資源領(lǐng)域的另外一個(gè)運(yùn)用層面。另外，通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于栽培藥用植物資源生長(zhǎng)所需的土壤進(jìn)行檢測(cè)的方式，還能夠有效地提高水資源以及肥料資源的浪費(fèi)，使得水資源和肥料在進(jìn)行運(yùn)用的時(shí)候，能夠處于一個(gè)較為平衡的狀態(tài)，因此能夠適當(dāng)?shù)販p少對(duì)于自然環(huán)境的破壞。

近幾年以來(lái)，通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用來(lái)對(duì)栽培藥用植物資源以及其他的植物資源的種植進(jìn)行使用以及分析的實(shí)驗(yàn)是較多的?？傊ㄟ^(guò)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用，能夠使得中國(guó)栽培藥用植物資源的種植，在各項(xiàng)與土壤有關(guān)的角度上，對(duì)于現(xiàn)有的種植方式進(jìn)行技術(shù)上的改進(jìn)，由此能夠從土壤的肥沃程度、施肥的程度以及和栽培藥用植物資源相關(guān)的角度著手，用更加精準(zhǔn)可以操控并且是可以進(jìn)行提前判斷的方式，來(lái)對(duì)中國(guó)目前的栽培藥用植物資源進(jìn)行一個(gè)技術(shù)以及效果上的提升。

（3）栽培藥用植物資源病蟲害監(jiān)測(cè)。

不同類型的中藥資源往往感染不同的病蟲害，而不同的病蟲害所引起的中藥資源受損癥狀不同，有的病蟲害導(dǎo)致中藥資源反射光譜的顯著變化，有的則導(dǎo)致中藥資源大量失葉、減產(chǎn)。因此，對(duì)不同病蟲害的遙感監(jiān)測(cè)方法不同。利用遙感技術(shù)可及早預(yù)測(cè)諸如小麥黑銹病、馬鈴薯晚疫病、玉米大斑病、水稻白葉枯病及各種蟲害。路桂珍研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)健康植物與受害植物在近紅外波段反射率的明顯不同，可利用紅外遙感圖像上的色調(diào)變化來(lái)判讀健康植物和受害植物及其受害程度，并能比肉眼早發(fā)現(xiàn)，從而達(dá)到大面積監(jiān)測(cè)并防治病蟲害的目的。楊存建等探討了遙感技術(shù)在森林病蟲害監(jiān)測(cè)管理中的應(yīng)用模式以及整個(gè)系統(tǒng)的集成。利用遙感技術(shù)及時(shí)掌握中藥資源發(fā)生病蟲害情況，在中藥資源病蟲害還沒有發(fā)生嚴(yán)重危害與大面積蔓延的情況下及時(shí)采取防治措施，將病蟲害及時(shí)消滅，從而可以降低損失，提高產(chǎn)量。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)中藥資源病蟲害前景廣闊。

2 結(jié)語(yǔ)

本文的研究，主要是針對(duì)不同生態(tài)環(huán)境類型下的中藥用植物資源的遙感監(jiān)測(cè)方法的選取角度進(jìn)行分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)栽培藥用植物資源的生長(zhǎng)環(huán)境提供一個(gè)較好的控制、監(jiān)測(cè)以及保護(hù)，一方面通過(guò)運(yùn)用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的方式實(shí)現(xiàn)藥用植物的更好生長(zhǎng)，另外一方面也能夠在一定程度上起到穩(wěn)定藥用植物資源市場(chǎng)的效果，從而滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。因此，不論是從技術(shù)的更新角度，還是從藥用植物的可持續(xù)生長(zhǎng)的角度上來(lái)看，都是一項(xiàng)有益于自然和社會(huì)的研究。此外，運(yùn)用遙感手段監(jiān)測(cè)藥用植物資源的生長(zhǎng)信息，反映出日益發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，可以起到保護(hù)自然、造福人類的作用，同時(shí)我們也要不斷地在實(shí)際工作中進(jìn)行分析總結(jié)，使遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)藥用植物資源領(lǐng)域得到最大程度的發(fā)揮，不斷促進(jìn)人類文明和環(huán)境保護(hù)工作的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳士林，張本剛，張金勝，等.人參資源儲(chǔ)藏量調(diào)查中的遙感技術(shù)方法研究[J].世界科學(xué)技術(shù)：中醫(yī)現(xiàn)代化，2005（4）：37-43.

[2] 郭蘭萍，黃璐琦，閻洪，等.基于地理信息系統(tǒng)的蒼術(shù)道地藥材氣候生態(tài)特征研究[J].中國(guó)中藥雜志，2005（8）：565-569.

[3] 李建龍，蔣平，趙德華，等.3S技術(shù)在草地產(chǎn)量生態(tài)成因分析與農(nóng)業(yè)資源估測(cè)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)， 2003（3）：15-23.

[4] 程一松，胡春勝，郝二波，等.氮素脅迫下的冬小麥高光譜特征提取與分析[J].資源科學(xué)，2003（1）：86-93.

[5] 張飛，塔西甫拉提.特依拜，丁建麗，等.基于不同窗口紋理特征的SVM土壤鹽漬化信息提取方法與精度分析研究[J].干旱區(qū)地理，2009（1）：57-66.

[6] 龔斌，萬(wàn)力，胡伏生，等.沙漠綠洲變化的遙感監(jiān)測(cè)方法[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2005，19（1）：152-156.endprint