基于TCMGIS的北蒼術(shù)產(chǎn)地適宜性分析和定量評價

張瑋瑋，張志鵬，鄭司浩，蔡翠芳

（1.山西藥科職業(yè)學院，山西太原030031；2.山西中醫(yī)藥大學中藥學院，山西晉中030600；3.山西國新晉藥集團道地藥材經(jīng)營有限公司，山西太原030032；4.中國中藥有限公司，北京100195）

北蒼術(shù)（Atractylodes chinensis（DC.）Koidz.）是菊科蒼術(shù)屬多年生草本植物，生于山坡草地、林下、灌叢及巖縫隙中[1-2]。其干燥的根莖是我國傳統(tǒng)中藥蒼術(shù)的主要植物來源，具有燥濕健脾、祛風散寒的功效[3]。藥理研究發(fā)現(xiàn)，北蒼術(shù)具有多種活性成分，有抗?jié)儭⒈８?、抗腫瘤、抗炎和降血糖等作用[4-6]。隨著大健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，醫(yī)藥市場對藥材蒼術(shù)的需求逐年增加，但由于以野生資源為主的藥用蒼術(shù)被連年過度采挖，以致資源儲備量急劇下降[7]。為解決日益擴大的市場需求量，近年來加大了對其引種馴化和栽培繁育的工作，我國華北、東北部分地區(qū)開始有了零星的人工栽培。

中藥蒼術(shù)的另一基原植物為茅蒼術(shù)Atractylodes lancea（Thunb.）DC.，近年來，有學者對其進行了一定的研究。陳士林等[8]對茅蒼術(shù)的適宜種植區(qū)進行了系統(tǒng)研究；郭蘭萍等[9]和ZHU等[10]對茅蒼術(shù)的化學成分與產(chǎn)區(qū)生態(tài)特征相關(guān)性進行了研究。但關(guān)于北蒼術(shù)種植適宜性方面的研究鮮有報道。

道地藥材的形成要求合適的自然生境條件（溫度、濕度、降水等）[11]。本研究應(yīng)用中藥材產(chǎn)地適宜性分析地理信息系統(tǒng)（TCMGIS），依據(jù)氣候和土壤因子相似原理，確定北蒼術(shù)不同的生態(tài)相似度的適宜產(chǎn)地[12-13]，以期為北蒼術(shù)野生資源保護、引種馴化、篩選適宜種植區(qū)、擴大種植面積提供依據(jù)，進而解決北蒼術(shù)資源短缺及資源可持續(xù)發(fā)展的問題。

1 材料和方法

1.1 樣點數(shù)據(jù)來源

北蒼術(shù)分布點數(shù)據(jù)主要來自3個部分：一是標本庫，包括中國數(shù)字植物標本館（http：//www.cvh.org.cn.）；二是文獻，包括《中國植物志》、《中國高等植物圖鑒》以及北蒼術(shù)相關(guān)研究報道；三是部分實地調(diào)查數(shù)據(jù)，來自山西藥科職業(yè)學院中藥系師生對其的長期的實地考察。后續(xù)經(jīng)過刪除重復及信息不完整的數(shù)據(jù)，確定野生北蒼術(shù)的采集地點共311個，主要集中分布在山西、河北、河南、內(nèi)蒙古、遼寧、陜西等北部地區(qū)，湖北、安徽、江蘇、云南等南部地區(qū)也有少量分布。

1.2 數(shù)據(jù)庫來源

TCMGIS是以地理信息系統(tǒng)（GIS）為平臺，以氣候因子、土壤、基礎(chǔ)地理信息及第三次全國中藥資源普查等數(shù)據(jù)庫為支撐；其中，氣候因子包括活動積溫、年均日照時數(shù)、年均氣溫、年均濕度、年均降水量、1月平均氣溫、7月平均氣溫、最冷月和最熱月的極端氣溫等指標，氣候因子數(shù)據(jù)來源于全國氣象站點30 a地面氣象數(shù)據(jù)，進行柵格數(shù)據(jù)計算（1 km2）及衍生數(shù)據(jù)；土壤數(shù)據(jù)以全國土壤普查的數(shù)字化土壤類型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)[8]。

1.3 TCMGIS分析方法

根據(jù)311個野生北蒼術(shù)樣本點經(jīng)緯度信息，通過TCMGIS系統(tǒng)提取標本點的生態(tài)因子[14]，分析確定影響植物分布的關(guān)鍵性生態(tài)地理因子，進行柵格數(shù)據(jù)分析并形成標準化的柵格數(shù)據(jù)，然后將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成矢量數(shù)據(jù)文件，進而疊加在全國行政區(qū)劃圖層上，獲得各行政單位內(nèi)不同等級生態(tài)相似度區(qū)域的相關(guān)信息[8]，最終運用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行分析。其中，柵格數(shù)據(jù)分析中對樣本點生態(tài)數(shù)據(jù)采用絕對偏差均值標準化方法進行數(shù)據(jù)標準化處理。

根據(jù)式（2）分析完成重分類的各個因子圖層數(shù)據(jù)，得到新的柵格值。

2 結(jié)果與分析

2.1 北蒼術(shù)適宜因子范圍

經(jīng)過TCMGIS系統(tǒng)對311個野生北蒼術(shù)標本采集點生態(tài)因子的分析，得到適宜北蒼術(shù)生長的生態(tài)因子范圍為：年平均氣溫-5～22.2℃；7月最高氣溫32.7℃；1月最低氣溫-35.8℃；7月平均氣溫13.4～28.6℃；1月平均氣溫-30.9～-12.9℃；年均相對濕度48%～81.6%；年均降水量27.9～157.3 mm；年日照時數(shù)1 093～3 027 h；≥10℃活動積溫為1 194～7 634.8℃；適宜的土壤類型主要為壤土、褐土、黑壚土、粗骨土、潮土、沼澤土。

2.2 北蒼術(shù)適宜產(chǎn)地分布

利用TCMGIS系統(tǒng)分析得出北蒼術(shù)生態(tài)適宜分布區(qū)（圖1），其主要位于我國溫暖濕潤的東部季風區(qū)北部，該區(qū)域受季風影響顯著，氣候濕潤，雨熱同期，普遍高溫多雨，冬季受北方冷氣流影響，大部分地區(qū)寒冷干燥。北蒼術(shù)主要位于華北暖溫帶野生家種中藥區(qū)、內(nèi)蒙古中溫帶野生中藥區(qū)和西北中溫帶暖溫帶野生中藥區(qū)[16]。本研究將生態(tài)因子相似系數(shù)為100%的區(qū)域定義為最適生長區(qū)、98%～100%的區(qū)域為次適宜區(qū)，其他為不適宜區(qū)域。

2.3 北蒼術(shù)生態(tài)相似度100%的最適生長區(qū)

利用通過TCMGIS系統(tǒng)分析得出北蒼術(shù)生態(tài)相似系數(shù)100%最適生長區(qū)分布圖（圖1），圖中深綠色為野生北蒼術(shù)生態(tài)相似系數(shù)100%區(qū)域。北蒼術(shù)生態(tài)相似數(shù)100%的最適生長區(qū)域較為廣泛，總面積達1 055 632.4 km2，共分布在1 185個縣區(qū)（表1），其中，河北（137 150.0 km2）、河南（102 808.8 km2）、遼寧（98 654.8 km2）、山西（95 896.6 km2）分布較多，分別占全國生態(tài)相似系數(shù)100%區(qū)域總面積的13%、9.7%、9.3%、9.1%（圖2），內(nèi)蒙古、陜西、云南、黑龍江、湖北、四川、甘肅等省偶有分布，在福建、湖南、寧夏、浙江也有零星分布。

表1 北蒼術(shù)不同生態(tài)相似系數(shù)區(qū)域分布情況

2.4 北蒼術(shù)生態(tài)相似度98%～100%的次適宜區(qū)

通過TCMGIS系統(tǒng)分析得出北蒼術(shù)生態(tài)相似系數(shù)98%～100%和次適宜分布圖（圖3），圖中深綠色部分是生態(tài)相似度100%的區(qū)域，淺綠色是生態(tài)相似度98%～100%的區(qū)域。由圖3和表1可知，生態(tài)相似系數(shù)98%～100%的適宜生長區(qū)主要集中于我國28個省市的1128個縣區(qū)，面積達399716.5km2。其中，主要分布在山東、內(nèi)蒙古、湖北、河北等省，包括119個縣（市），面積達32 628.2 km2，占所在縣市總面積的31.9%；其次為河南、安徽、山西等省。山東、內(nèi)蒙古、湖北、河北、河南、安徽、山西次適宜區(qū)面積分別為45 073.4、37 680.5、35 316.2、32 628.2、30 999.9、24 689.5、23 399.8 km2。

3 結(jié)論與討論

TCMGIS系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)平臺（GIS）作為分析平臺，以影響藥用植物生長的10個主要生態(tài)因子作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過計算機軟件對該植物適宜產(chǎn)地分布狀況進行基礎(chǔ)評估[16]，目前至少已完成了210種藥材產(chǎn)地生態(tài)適宜性分析[8，17-19]，該系統(tǒng)作為解決中藥材適宜產(chǎn)地評價分析工具，操作簡便、適用性強，而且結(jié)果客觀合理。本研究以北蒼術(shù)為分析對象，其在文獻中記載的藥材主產(chǎn)地是內(nèi)蒙古、山西、河北、吉林、遼寧、黑龍江；陜西、山東、甘肅等地亦產(chǎn)；原植物分布于東北、華北地區(qū)及陜西、寧夏、甘肅、山東、河南等地[20]。本研究中北蒼術(shù)生態(tài)相似度100%最適生長區(qū)的主要分布省份與文獻記載、資源普查等記載基本一致。由于樣點數(shù)據(jù)中包含有自然分布于我國湖北、江西、云南等南方地區(qū)的標本信息，研究結(jié)果表明，我國南方部分地區(qū)也適合北蒼術(shù)的生長，盡管其與普遍認為的北蒼術(shù)產(chǎn)于北方的認識不一致，但本研究中的北蒼術(shù)是植物學概念，而“北蒼術(shù)產(chǎn)于北方”中的概念是基于商品學[1]。此外，研究中查閱到北蒼術(shù)在湖北、江西、云南等南方地區(qū)分布的標本信息及適宜在南方部分地區(qū)生長的結(jié)果，也一定程度上佐證了《中國植物志》將北蒼術(shù)Atractylodes chinensis（DC.）Koidz.并入Atractylodes lancea（Thunb.）DC.，并將其作異名處理[1，21]。因此，TCMGIS系統(tǒng)分析結(jié)果是可靠的，客觀合理地對北蒼術(shù)進行種植區(qū)劃，為引種馴化、擴大人工種植區(qū)提供了理論依據(jù)。

生態(tài)因子是道地藥材形成的重要因素[22]，盲目種植會對藥材品質(zhì)造成很大的影響[23-24]。通過采用TCMGIS系統(tǒng)對北蒼術(shù)的產(chǎn)地適宜性進行分析，得出北蒼術(shù)的適宜產(chǎn)區(qū)分布在28個省區(qū)的1 185個縣市，適宜產(chǎn)區(qū)面積總和為1 055 632.4 km2，生態(tài)適宜區(qū)主要集中在河北、河南、山西、陜西、遼寧、內(nèi)蒙古、甘肅、黑龍江等省區(qū)。雖然TCMGIS系統(tǒng)從理論上通過綜合生態(tài)因子針對北蒼術(shù)進行統(tǒng)計分析后得到適宜產(chǎn)區(qū)分布區(qū)域，為北蒼術(shù)藥材的生產(chǎn)提供了科學依據(jù)，然而植物個體的生長特性一般都有一定的生境或小氣候要求，北蒼術(shù)自然生長的生境多為山坡草地、林下、灌叢及巖縫隙中[2]，因此，要求在具體的工作中應(yīng)以TCMGIS系統(tǒng)分析結(jié)果作為引種的基本依據(jù)，經(jīng)過實地調(diào)研、田間預(yù)試驗、藥材品質(zhì)檢測評估等研究，并結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟、文化、歷史等因素對產(chǎn)區(qū)的可用性進行綜合測評，才能制定出更好的適宜北蒼術(shù)的栽培種植產(chǎn)區(qū)區(qū)劃及規(guī)范化種植計劃。

中藥蒼術(shù)的市場供應(yīng)均為野生資源，隨著中藥市場對原料藥需求量的加大，其野生資源受破壞程度較大，資源量逐年減少，因此對北蒼術(shù)進行野生變家種、仿野生栽培是未來發(fā)展的必然趨勢，合理布局發(fā)展北蒼術(shù)生產(chǎn)、確定其區(qū)劃以避免盲目引種、保證北蒼術(shù)藥材品質(zhì)顯得尤為重要。本研究通過TCMGIS系統(tǒng)分析得到了與野生北蒼術(shù)標本分布點生態(tài)因子相似的區(qū)域，該區(qū)域可作為最佳種植區(qū)選取和新產(chǎn)區(qū)預(yù)測的基本依據(jù)，進而解決北蒼術(shù)資源可持續(xù)發(fā)展的問題。