貴州省天麻種植的生態(tài)適宜度區(qū)劃研究

尹劍 邱遠(yuǎn)宏

摘要 [目的]對貴州省道地藥材天麻的生態(tài)適宜性進(jìn)行評價(jià)，為產(chǎn)地中藥資源合理種植提供參考。[方法]基于高程數(shù)據(jù)、氣象柵格數(shù)據(jù)、土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)、土壤侵蝕數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等，從地形適宜度、氣候適宜度、土壤適宜度和土地利用適宜度4個(gè)方面，考察貴州省天麻的種植生態(tài)適宜性，借助空間分析技術(shù)將影響天麻生長的各類因素綜合，獲得貴州天麻種植的生態(tài)適宜性區(qū)劃。[結(jié)果]黔西北是天麻種植生態(tài)適宜度的高度集中區(qū)，黔東北地區(qū)種植潛力也較大，但目前開發(fā)尚不充分，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。[結(jié)論]貴州生態(tài)條件適合天麻藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展，空間分析方法是一種有效的中藥材種植區(qū)劃方法。

關(guān)鍵詞 天麻;生態(tài)適宜度;區(qū)劃;貴州

中圖分類號 S567.23+9? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）04-0230-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.04.061

Ecological Suitability Regionalization for Gastrodia elata in Guizhou Province

YIN Jian1，2，QIU Yuan-hong1，2 ?（1.Research Center for China Western Modernization， Guizhou University of Finance and Economics，Guiyang，Guizhou 550025;2.College of Big Data Application and Economics， Guizhou University of Finance and Economics，Guiyang，Guizhou 550025）

Abstract [Objective] To evaluate the suitability of Gastrodia elata resources grown in Guizhou Province， and to provide references for rational planting of traditional Chinese medicine resources. [Method] The elevation data， meteorological grid data， soil texture data， soil type data， soil erosion data and land use data were collected. The ecological suitability of Gastrodia elata in Guizhou Province was investigated from four aspects of terrain suitability， climate suitability， soil suitability and land use suitability. The Ecological Suitability Regionalization of Gastrodia elata in Guizhou was obtained by integrating various factors with spatial analysis technology. [Result] Northwest Guizhou was a high concentration area of Gastrodia elata planting ecological suitability. The planting potential in the northeast of Guizhou Province was also great， but the development was not enough， so it had great development potential. [Conclusion] The ecological conditions in Guizhou were suitable for the development of Gastrodia elata planting industry. The spatial analysis method was an effective method for the regionalization of Chinese medicinal materials.

Key words Gastrodia elata;Ecological Suitability;Regionalization;Guizhou

基金項(xiàng)目 貴州省教育廳人文社會科學(xué)基地項(xiàng)目（2019jd026）;貴州省教育廳高校人文社會科學(xué)研究青年項(xiàng)目（2020DXS020）;貴州省高校自然科學(xué)青年人才項(xiàng)目（黔教合KY字〔2021〕133） 。

作者簡介 尹劍（ 1984—） ，男，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，從事土地與資源科學(xué)研究。

收稿日期 2020-09-22;修回日期 2020-10-14

天麻（Gastrodia elata）為蘭科植物，以其干燥的塊莖入藥，是常用的名貴中藥材，有息風(fēng)止痙、平肝祛風(fēng)、通絡(luò)等功效[1] 。目前，天麻主要為人工栽培，分布于四川、云南、貴州、陜西、湖北、湖南、遼寧、吉林、河南、福建等省，現(xiàn)以云南昭通、陜西漢中、湖北宜昌、安徽六安和貴州大方為天麻主流產(chǎn)區(qū)，且品質(zhì)較高[2] 。當(dāng)前，隨著人們養(yǎng)生意識的提高，天麻逐步突破傳統(tǒng)藥材用途，進(jìn)入保健品、資源食品市場，許多天麻種植大省也開始不斷推廣并增加天麻的種植力度[3] 。天麻是貴州重要的道地藥材，也是中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。在發(fā)展傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)、中藥脫貧政策的帶動下，加大了天麻的投資種植和開發(fā)力度。由于貴州海拔落差高、氣候差異大，對天麻進(jìn)行生態(tài)適宜性分析、確定合理的開發(fā)種植空間是發(fā)展天麻產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到規(guī)范種植基地建立、優(yōu)質(zhì)藥材收購、初級加工地選址等工作，對推進(jìn)區(qū)域中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

當(dāng)前已經(jīng)有一些研究對天麻的適宜性進(jìn)行了區(qū)劃。陳士林等[4] 從全國尺度分析了天麻生長適合的生態(tài)因子范圍，提出了最大生態(tài)相似度的全國布局建議。石子為等[5] 基于空間信息技術(shù)分析了云南昭通天麻的生態(tài)適宜性。李順會等[6] 綜合了溫度、降水、日照等氣候因子，研究了貴州晴隆縣天麻的氣候適宜性。上述研究從土壤質(zhì)地和氣候因素為天麻種植區(qū)劃提供了較豐富的建議。但是，當(dāng)前天麻的種植適宜性研究集中于全國或縣域尺度，空間分辨率不是過大就是過于微觀，在大力發(fā)展天麻種植的當(dāng)下，在省域范圍研究更利于種植政策的制定[7] 。鑒于此，筆者根據(jù)貴州省土地利用、土壤類型、氣候生態(tài)特征，利用空間分析技術(shù)，對全省天麻的種植適宜性區(qū)劃進(jìn)行研究，為提高種植效率、保障中藥產(chǎn)業(yè)科學(xué)布局提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州省位于我國西南地區(qū)云貴高原（103°36′E，34°37′～39°13′N），是長江流域和珠江流域重要的水源地，東西長約595 km，南北相距約509 km。地勢西高東低，面積約為176 167 km2，海拔平均1 100 m。山地和丘陵占據(jù)90%以上，廣泛分布著喀斯特地貌，土壤以黃壤、黃棕壤和紅壤為主。貴州大部分地區(qū)氣候濕潤，年均氣溫在14～16 ℃，年均降水量1 100～1 500 mm。森林覆蓋率約為60%，位居我國前列。日照時(shí)數(shù)雖短，但受高原影響，總輻射量較高。貴州特殊的地理環(huán)境，孕育豐富的中藥資源，可查中藥資源共計(jì)4 294種[6] ，中藥種植潛力巨大[8] 。貴州中藥材種植面積4 167.6 km2、2020年上半年中藥產(chǎn)量16.04萬t、產(chǎn)值22.47億元，是全國最有特色的道地藥材生產(chǎn)基地。

1.2 數(shù)據(jù)獲取 研究涉及地形、氣候、土壤等幾類空間數(shù)據(jù)，以及野外定點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)。地形數(shù)據(jù)包括數(shù)字高程DEM數(shù)據(jù)、坡度、坡向數(shù)據(jù)?？紤]到貴州喀斯特地形，在分析地貌特征時(shí)需要較高空間分辨率，因此地形數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http：//www.gscloud.cn）提供的30 m空間分辨率DEM，坡度坡向數(shù)據(jù)由高程數(shù)據(jù)生成。氣象數(shù)據(jù)來源于國家生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.cnern.org.cn/）提供的降水、氣溫、積溫等氣象柵格數(shù)據(jù)。土地利用、土壤數(shù)據(jù)和行政區(qū)邊界來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn），土地利用為30 m空間分布，其他數(shù)據(jù)通過空間降尺度方法轉(zhuǎn)換至30 m空間尺度。

1.3 研究方法

1.3.1 適宜性分析方案。

借鑒GIS空間分析方法實(shí)現(xiàn)適宜性區(qū)劃分析。具體流程為：結(jié)合研究經(jīng)驗(yàn)和研究基地的調(diào)研，首先確定道地藥材天麻的生長環(huán)境因子;再將各影響因子轉(zhuǎn)換為同一坐標(biāo)體系的空間分布數(shù)據(jù)，找出天麻生長在各種影響因子下的條件生態(tài)適宜區(qū);最后借助空間分析方法，對各條件適宜區(qū)進(jìn)行疊加分析，得出天麻的適宜性分布范圍、適宜性等級和區(qū)域種植潛力。

1.3.2 天麻適合生長條件因子。結(jié)合研究經(jīng)驗(yàn)和大方、德江等研究基地的調(diào)研?？偨Y(jié)出天麻的適生條件如下：

地形、氣候、土壤是影響藥材植株生長的三大關(guān)鍵因素。天麻生長受地形影響較大，西南地區(qū)天麻多生長于海拔1 100 m左右地區(qū)，烏天麻在1 500 m以上，過陡的坡地較難產(chǎn)出高質(zhì)量天麻，因此坡度、坡向是重點(diǎn)考察的地形因子。氣候?qū)χ参锷L至關(guān)重要，其中降雨、溫度和日照是三大關(guān)鍵指標(biāo)。天麻屬于非綠色植物，無性繁殖過程均在地下進(jìn)行，因而光照對其影響非常小，因此參考同類研究暫時(shí)可不加入日照因子[6]。天麻主要以塊莖入藥，喜生長在較疏松的壤土中，土壤質(zhì)地是影響天麻生根、繁殖出芽的關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)，土壤類型可體現(xiàn)肥力厚度等經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。二者均是決定天麻生長的關(guān)鍵土壤因素。天麻為蘭科草本植物，因此為了保持水土，需要從水土流失角度進(jìn)行分析，土壤侵蝕是重要的水土流失指標(biāo)，選擇土壤侵蝕強(qiáng)度劃定適宜區(qū)。此外，土地利用中一些建設(shè)用地、水體以及農(nóng)田都較不宜轉(zhuǎn)化為天麻種植區(qū)，因此需要剔除部分類型的地塊。基于上述天麻生長的生態(tài)閾值，得出單一因子影響下的條件適宜性分布區(qū)域。條件適宜性分布區(qū)Ai=F[Pmin，Pmax]，i表示生態(tài)環(huán)境因子，F(xiàn)為提取分析方法，Pmin和Pmax為閾值。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子分析

2.1.1 適宜性地形信息提取。

根據(jù)查閱的相關(guān)資料，相關(guān)學(xué)者對天麻適宜性高程進(jìn)行過分析和研究，孫志國等[9] 對德江天麻的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，800～1 400 m是其生長區(qū)域;研究表明貴州天麻的分布海拔一般為1 000～1 200 m，烏天麻的分布在1 500 m 以上的高海拔地區(qū)，紅天麻主要生長在1 000 m左右的相對低海拔地區(qū)[3]。結(jié)合采樣結(jié)果得出，貴州天麻分布海拔區(qū)間為800～2 200 m，烏天麻在1 500～2 000 m，因此將高程適宜區(qū)設(shè)定為800～2 200 m。適宜的高程分布見圖1。

天麻種植的地形坡度不宜過大，以緩坡較適宜。研究（參考文獻(xiàn)）顯示，天麻的最佳坡度為10°～15°，在喀斯特地貌特征下，為了最大化利用資源，選擇坡度小于20°的區(qū)域作為坡度條件適宜區(qū)（圖2），在該坡度下也能夠保障日照條件。

通常情況下，山的陰坡與坡氣溫存在一定的差異，在栽培天麻時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件選擇坡向。研究表明，天麻的生長對日照需求并不十分大，當(dāng)海拔高于1 500 m時(shí)適合種植在陽坡，1 500 m以下影響不大，因此，將1 500 m以上的陰坡剔除即可。地形綜合適宜區(qū)見圖3。

2.1.2 適宜性氣候信息提取。

天麻的生長適宜溫度為20～25 ℃，超過30 ℃會受到抑制;溫度低于-4 ℃時(shí)，天麻易受到凍害死亡。基于此，天麻需要的有效積溫一般為 3 800 ℃，而4 000 ℃以上時(shí)天麻的商品性更好。因此，選擇0 ℃以上積溫大于3 800 ℃區(qū)域（圖4）。

充沛的降水量是確保天麻高產(chǎn)的重要前提，野生天麻喜歡生長在年降水量大于1 000 mm的濕潤地區(qū)，800 mm以下會影響生長，但雨水過多也會使天麻塊莖腐爛，從而降低產(chǎn)量與品質(zhì)。野外調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，貴州天麻現(xiàn)有種植區(qū)最大年降水量不超過1 600 m，設(shè)定多年平均降水量大于800 mm小于1 600 mm的區(qū)域?yàn)榻邓畻l件適宜區(qū)。從氣候角度來看，貴州絕大多數(shù)地區(qū)都滿足天麻種植的氣候要求。綜合各類氣候因子和地形適宜區(qū)劃，得到氣候-地形的綜合適宜性區(qū)劃。

2.1.3 適宜性土壤信息提取。

土壤是天麻生長發(fā)育的關(guān)鍵影響因素，天麻主要以塊莖入藥，喜生長在較疏松的壤土中，應(yīng)選擇土質(zhì)疏松、質(zhì)地均勻，排水、透氣、保濕性良好的土壤，且砂性不能過大，以免缺水。因此，選擇黏粒在5%～25%、砂粒比例小于80%的土壤作為土壤質(zhì)地條件適宜區(qū)（圖6）。天麻適宜生長的土壤為棕壤、黃壤和黃棕壤。根據(jù)貴州省土壤類型分布（圖7），提取這3種土壤作為天麻的土壤類型條件適宜區(qū)。

土壤侵蝕類型主要根據(jù)起主導(dǎo)作用的侵蝕外營力類型與性質(zhì)來劃分，如水力、風(fēng)力、凍融等。水力侵蝕是喀斯特地區(qū)土壤侵蝕的重要誘因。土壤侵蝕強(qiáng)度通過土壤侵蝕量和土壤容許流失量表示。地殼表層土壤在自然營力和人類活動綜合作用下，單位面積和單位時(shí)段內(nèi)被剝蝕并發(fā)生位移的土壤侵蝕量，以土壤侵蝕模數(shù)表示。土壤容許流失量是指在長時(shí)期內(nèi)能保持土壤的肥力和維持土地生產(chǎn)力基本穩(wěn)定的最大土壤流失量。為了保持水土，在水力侵蝕強(qiáng)烈的地區(qū)不建議種植天麻。選擇平均侵蝕模數(shù)小于8 000 t/（km2·a）且平均流失厚度小于6 mm/a的區(qū)域?yàn)檫m宜種植區(qū)。

2.1.4 適宜性土地利用信息提取。

土地利用排除建設(shè)用地和水體。有關(guān)研究表明，部分氣候和地形適宜的未利用地可經(jīng)過改造種植天麻，因此對其只考慮氣候和地形的適宜性，結(jié)合保證基礎(chǔ)農(nóng)田的要求，選擇林地、草地等區(qū)域（圖9）作為天麻適宜種植的土地利用條件適宜區(qū)。

2.2 適宜性區(qū)劃及種植潛力研究 結(jié)合適宜貴州天麻資源生長的地形、氣候、土壤和土地利用數(shù)據(jù)，高程范圍、坡度范圍、坡向范圍和積溫、降水、植被、土壤等信息，借助空間分析方法，得出貴州省天麻種植生態(tài)適宜區(qū)域（圖10）。

由圖10可知，天麻生態(tài)適宜性分布區(qū)域在貴州省分布廣泛，在黔西北形成集聚，大方、七星關(guān)、威寧、赫章、織金、龍里、普安、納雍、金沙、黔西、水城、盤縣、晴隆等地占比較大。

圖11顯示了各縣種植潛力，即生態(tài)適宜區(qū)劃中適合天麻種植的面積。其中大方縣最具種植潛力，生態(tài)適宜區(qū)域面積達(dá)到975 km2。整體上貴州省北部、西部各縣種植潛力大于東南部，東南部主要受海拔的影響，中部主要受土壤和土地利用的影響，發(fā)展天麻種植相對潛力較小。

3 結(jié)語

研究利用空間信息技術(shù)，集成多源遙感和地理插值數(shù)據(jù)，分析了天麻種植的生態(tài)適宜性分布。研究結(jié)果在陳士林[4] 研究的產(chǎn)地適宜度范圍內(nèi)，并細(xì)化了空間分布。基于空間信息法分析的天麻生長適宜性區(qū)劃方法，在中藥資源適宜性分布研究中是可行的，并可以推廣應(yīng)用。研究細(xì)化了分析的空間分辨，使得在30 m范圍內(nèi)可以更加準(zhǔn)確地指導(dǎo)種植選址?？臻g分析發(fā)現(xiàn)，部分適宜區(qū)面積較大，例如東北部的松桃、黔北地區(qū)，但目前種植潛力尚未完全開發(fā)，這些適宜區(qū)的發(fā)現(xiàn)將為當(dāng)?shù)刂兴幉姆N植產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供依據(jù)，黔北地區(qū)的仁懷、習(xí)水等地也可結(jié)合當(dāng)?shù)匕拙飘a(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)保健產(chǎn)品，進(jìn)一步拓寬產(chǎn)業(yè)。近年來，基于GIS技術(shù)的中藥材適宜性分析在第4次中藥普查中廣泛應(yīng)用，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的空間分辨率不斷提高，將更加精準(zhǔn)地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，為我國民族醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。

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