基于TCMGIS的贯叶连翘生态适宜性研究

杜静，索凤梅，黄林芳*

（1.中国医学科学院药用植物研究所，北京 100193；2.中国药科大学中药学院，江苏 南京 210038）

基于TCMGIS的贯叶连翘生态适宜性研究

杜静1，2，索凤梅1，黄林芳1*

（1.中国医学科学院药用植物研究所，北京 100193；2.中国药科大学中药学院，江苏 南京 210038）

目的：分析贯叶连翘的全国适宜产地。方法：以贯叶连翘的主产地湖北板桥镇为基点，运用 《中药材产地适宜性分析地理信息系统》（TCMGIS）进行分析。结果：全国共有湖北、重庆、安徽、湖南、四川、陕西、贵州、云南等8个省区的163个县市为贯叶连翘适宜产区，适宜产区面积总和为45 773.53 km2。结论：为贯叶连翘引种栽培、合理布局及资源可持续利用提供了依据。

贯叶连翘；生态适应性；生态因子；TCMGIS

贯叶连翘Hypericum perforatum为藤黄科金丝桃属多年生草本植物，全草入药，具有清热解毒、收敛止血、利湿等功能，民间常将其全草鲜品捣烂或干品研末敷患处，治疗创伤出血、痛疖肿毒和烧烫伤等［1］。贯叶连翘在西方国家又名圣约翰草，德、美等国已将其收录于 《药典》，在德国用作抗抑郁药已有100多年的历史；美国、加拿大也有大面积栽培，并广泛应用于临床。化学研究发现萘骈二蒽酮类、间苯三酚类和黄酮类化合物为贯叶连翘的主要化学成分。临床研究发现贯叶连翘对艾滋病病毒有抑制作用，治疗抑郁症疗效显著［2］。

由于全球范围内的大规模开发利用，目前贯叶连翘已成为世界上销量最大的3种中草药之一，我国贯叶连翘野生资源几近枯竭，传统的栽培区域也已然不能满足国内外市场的需求。从资源的可持续利用考虑，对其进行大规模的引种栽培、扩大栽培区划尤为必要，而产地适宜性研究是引种栽培的前提和基础［3］。为了科学地研究中药材产地适宜性，项目组在国家主管部门的支持下，以GIS为基本平台，定量化和信息化技术结合，成功开发了 《中药材产地适宜性分析地理信息系统》（TCMGIS）［4］。该系统在不断地发展完善，并成功地对青蒿、锁阳、石柱参、黄芪、川芎等药材的适宜产地进行了分析［4-6］。本文运用TCMGIS系统分析贯叶连翘的适宜产地，以期为贯叶连翘合理布局、确定区划、保证品质、科学指导引种提供依据。

1 TCMGIS简介与工作流程

1.1 TCMGIS简介

TCMGIS系统基于 WindowsXP，采用 C＃开发。后台数据库平台为 SQLServer2000，GIS组件为ArcEngine9.0。共用数据库包括：气象数据库—基于全国气象站点30年（1971～2000年）地面气象数据计算所得的按栅格数据（1 km2）及衍生数据；土壤数据库—1∶4 000 000第3次全国土壤普查至亚类的土壤数据库；空间数据库—全国1∶1 000 000地图的矢量数据库。矢量数据、栅格数据等空间数据和相应的属性，通过Arc GIS的空间数据引擎Arc SDE存放于数据库中，其他属性数据通过ADO.NET进行存取。TCMGIS根据引种地与原产地（道地产地）气候、土壤的相似程度，根据相似系数的大小将适宜区划分为最适宜区（SI≥95%）、适宜区（95%≥SI≥90%）。相似性分析采用基于单元网格的相似性聚类分析，即将空间划分为有限数目、可以进行聚类分析的正方形网格（1 km2），每个网格相当于一个数据对象，所用空间数据、气候土壤数据等存放在相应网格的属性表中，聚类以网格为单位进行。

1.2 TCMGIS工作流程

TCMGIS工作流程如图1所示。

图1 TCMGIS工作流程图

2 贯叶连翘生态学特性及分析方法

贯叶连翘集中分布在恩施市板桥镇，地处东经108°23′12″～110°38′08″、北纬 29°07′10″～31°24′13″，属亚热带湿润季风气候。本文以湖北恩施市板桥镇贯叶连翘的道地产区作为分析的基点，从气候数据库中得出贯叶连翘生长环境要求的生态因子数据。

1月平均气温：－3.3℃，7月平均气温：18.8℃，年总日照时数：1 213～1 433 h，年总降雨量：1 800～1 900 mm，海拔：1 400～1 800 m，土壤类型：棕红壤。

聚类分析前对数据进行标准化处理。采用绝对偏差均值标准化方法：

3 贯叶连翘产地适宜性分析结果

根据上述目标值及分析方法，采用TCMGIS分析后得出贯叶连翘适宜生态分布图，见图2。主要分布于湖北、重庆、安徽、湖南、四川、陕西、贵州、云南等省区。贯叶连翘生态相似度95%～100%主要区域统计见表1。贯叶连翘生态相似度90%～100%区域面积图见图3。

图2 贯叶连翘生态相似度90%～100%区域全国分布图

表1 贯叶连翘生态相似度95%～100%主要区域

由表1可知，与贯叶连翘道地产区湖北恩施市板桥镇生态相似度为95%～100%的主要区域有湖北、贵州、云南、重庆等省市，其中面积较大的为湖北省，面积为 10 243.55 km2，占该省面积的14.91%，其次为贵州省、云南省、重庆市，面积分别为6 662.17，3 826.17，3 510.02 km2。

图3 贯叶连翘生态相似度90%～100%区域面积图

由图2所知，与贯叶连翘道地产区湖北恩施市板桥镇生态相似度为90%～100%的主要地区，除了前述的湖北、贵州、云南、重庆4个主要适宜产区外，四川南部峨边彝族自治县、昭觉县、美姑县、会东县有面积分别为 1094.05，974.27，893.42，763.33 km2的90%～100%区域，以及陕西南部平利县、岚皋县、镇巴县、紫阳县有面积分别为657.52，625.85，601.77，464.34 km2的90%～100%区域适宜贯叶连翘生长，这些区域可能为贯叶连翘潜在发展区域。

在贯叶连翘生态适宜区范围内选择药材种植基地能够满足其对气候土壤的基本要求。分析结果表明，贯叶连翘的适宜药材栽培区主要集中在湖北的西南部，重庆的东南部和东北部，云南省的东北部，见图4。系统预测结果进一步表明，四川和陕西南部有大面积的90%～95%的适宜区，可作为贯叶连翘的潜在生产区。

图4 贯叶连翘生态相似度95%～100%区域图

4 结论

4.1 TCMGIS系统的科学性得到验证

本文以贯叶连翘为分析对象，通过采用TCMGIS系统，引进地理信息系统平台（GIS）作为分析平台。在后台建立了栅格数据（1 km2）的气候数据库，包括年平均气温、相对湿度、年降水量、年日照时数、极端最低温度、极端最高温度，同时还建立了1∶4 000 000万的土壤数据库。最后分析得出了贯叶连翘在全国的适宜分布区所包含的省区和县市，计算出了适宜分布区的面积，并给出了适宜区的分布图，从而可以使我们能够客观合理地进行中药材的种植区划，也为我们提供了一种量化的评判药材产地适宜性的手段［7］。系统分析结果与资源普查、文献记载比较相近，证明了TCMGIS系统分析结果的可靠性，这样为中药材引种栽培提供了理论依据。

4.2 得出具有参考价值的贯叶连翘生态适宜性数据

通过采用TCMGIS系统对贯叶连翘的产地适宜性进行分析，得出贯叶连翘适宜产区为湖北、重庆、安徽、湖南、四川、陕西、贵州、云南等8个省区的163个县市，适宜产区面积总和为45 773.53 km2。贯叶连翘生态适宜区主要集中在湖北、湖南、重庆相交的三角地带，以及云南、四川、贵州三省接壤地带。此外，四川南部和陕西南部地区为发展贯叶连翘的潜在生产区域。以上数据为合理布局发展贯叶连翘生产、确定其区划、避免盲目引种、保证贯叶连翘品质提供了科学指导。

5 讨论

要保证贯叶连翘资源可持续发展，建立野生抚育区或生产基地，不仅要充分考虑生态地理条件，还要结合具体的社会经济条件，以及药材主产地栽培和采收加工技术等条件［8］。为确保贯叶连翘野生资源不被毁灭，应该大力发展贯叶连翘的引种栽培，在资源的天然生长地，通过人工养育及科学管理，逐步形成半野生栽培状态的资源居群。同时，运用TCMGIS技术结合资源调查准确掌握贯叶连翘资源的分布、蕴藏量、变化趋势以及适合引种的地区，切实有效地保护贯叶连翘资源，保护生物多样性，实现贯叶连翘资源可持续开发与利用。

［1］中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志［M］.第50卷.第2分册.北京：科学出版社，1990：67.

［2］欧阳辉，谢丽艳，黄小方，等.贯叶连翘的化学成分与药理研究进展及前景展望［J］.江西中医药，2010，41（7）：78-80.

［3］中药材规范化种植（养殖）技术指南编委会.中药材规范化种植（养殖）技术指南［M］.北京：中国农业出版社，2006：596-599.

［4］陈士林，魏建和，孙成忠，等.中药材产地适宜性分析地理信息系统的开发及蒙古黄芪产地适宜性研究［J］.世界科学技术—中医药现代化，2006，8（3）：47-53.

［5］Linfang Huang，Caixiang Xie，Baozhong Duan，et al.Mapping the potential distribution of high artemisinin-yieldingArtemisia annuaL.（Qinghao）in China with a geographic information system［J］.Chinese Medicine，2010，5：18.

［6］黄林芳，谢彩香，陈士林，等.沙生药用植物锁阳产地适宜性的定量评价［J］.植物学报，2010，45（2）：205-211.

［7］陈士林，索凤梅，韩建萍，等.中国药材生态适宜性分析［J］.中草药，2007，38（4）：481-487.

［8］陈士林，苏钢强，邹健强，等.中国中药资源可持续发展体系构建［J］.中国中药杂志，2005，30（15）：1141-1146.

Ecological Suitablility Research of Herba Hypericum perforatum by TCMGIS

DU Jing1，2，SUO Feng-mei1，HUANG Lin-fang1
（1.Institute of Medicinal Plants Development，Chinese Academy of Medical Sciences＆Peking Union Medical College，Beijing100193，China；2.Department of Resources Science of Trational Chinese Medicines，College of Traditional Chinese Medicines，China Pharmceutical University，Nanjing210009，China）

Objective：To analyze the appropriate producing area ofHypericum perforatumin China.Methods：According to the ecological factors of BanQiao town in Hubei province，which was selected as the analytical basal place，is one of the main producing area of the geo-authentic crude drugs，use TCMGIS（Geographic Information System for Traditional Chinese Medicine）to analyze the appropriate producing area ofHypericum perforatumin China.Results：Besides traditional producing area such as BanQiao town of Hubei province，163 counties of 8 provinces，such as Hubei，Chongqing，Anhui，Hunan，Sichuan，Shanxi，Guizhou，Yunnan province are also adaptive area according to the eco-soil condition the medicinal plants needed.The total area of adaptive producing zone is about 45 773.53 km2.Conclusion：The results suggested that the system is much valuable to the recognition of the formation of the producing area，the division of adaptive area，introduction and acclimatization of medicinal materials，it also provide a scientific reference for the introduction and cultivation ofHypericum perforatum.

Hypericum perforatum；Ecological Suitability；Ecological factors；TCMGIS

2011-10-31）

*［通讯作者］黄林芳，E-mail：lfhuang＠implad.ac.cn