基于生态因子数据库的茯苓产地及分布面积研究

基于生态因子数据库的茯苓产地及分布面积研究

椰子是多孔菌科的一种干燥的细菌。它性平，甜而轻，属于心、肺、脾和肾。具有利尿、补水、健脾、安神的功效。茯苓是著名中成药“桂枝茯苓胶囊”的原材料之一,主要含有三萜类有效成分如茯苓酸、茯苓多糖等,此外茯苓还是传统的保健食品。茯苓野生资源分布较广,我国大部分地区均有发现。《药物出产辨》中记载:“以云南产者为云苓,最正地道。”这里所指的茯苓产区,为野生茯苓产区。我国茯苓在传统中医药理论指导下,经两千多年临床应用、引种扩种栽培探索研究,逐渐形成了两个道地产区,一个是以云南丽江地区为代表的野生茯苓产区;另一个是以湖北罗田、英山、麻城,安徽岳西、霍山、金寨,河南商城为主的大别山栽培茯苓产区。为了扩大茯苓的产地范围,同时也保证其品质,本文基于生态因子数据库和地理信息空间分析方法,确定茯苓的适宜栽培区以及影响茯苓生长发育的最佳生态因子值。“中药材产地适宜性分析地理信息系统”(TCMGIS)软件是以国家基础地理信息数据库、气候因子数据库、土壤数据库及第三次全国中药资源普查数据库为基础分析数据,利用地理信息系统(GIS)的空间聚类分析方法,能够科学、快速、准确地分析出与药材道地产区生态相似度最相近的地区。利用TCMGIS提取茯苓主产区和道地产区多个采样点的生态因子,结合文献分析确定茯苓最适宜生态因子范围,得到定量化、空间化的茯苓适宜产区信息,有助于完善茯苓生产质量管理规范(GoodAgriculturalPractices,GAP)及促进资源的可持续利用。1材料和方法1.1茯苓分布地区野生茯苓生长于排水良好、疏松通气、土层厚30~90cm的弱酸性土壤中或干燥向阳的松木根上。野生资源主要分布于云南、贵州,老产区有湖北、安徽、河南。引种生产地区有四川、贵州、广东、广西、重庆、陕西、浙江、江苏、山东、辽宁、台湾等地区。通过湖北罗田、云南丽江、河南商城等地实地考察以及从中科院微生物所标本馆和相关文献查阅确定茯苓的分布,综合茯苓野生分布状况以及茯苓GAP基地等信息,选择云南省华坪县石龙坝乡、永兴乡,景东县锦屏镇,云龙县漕涧镇,禄劝县屏山镇,镇沅县按板镇,澜沧县糯福乡,孟连县思茅镇;湖北省罗田县九资河镇、胜利乡、白庙河乡,英山县陶河乡,麻城县木子店镇、福田河镇、黄土岗乡;安徽省霍山县漫水河镇,岳西县菖蒲镇、天堂镇、包家乡、来榜乡、河图乡,金寨县燕子河镇、南溪镇、双河镇;河南省商城县伏山乡;贵州省黎平县四方山、高桥乡、龙安乡;湖南省绥宁县金屋塘镇,江华县码市镇;陕西省洛南县陈耳镇;辽宁省凤城市通远堡镇等8个省19个县(市)32个乡(镇)1039个样点导入TCMGIS系统进行分析。1.2点面叠置分析根据茯苓道地产区的资源分布状况及其生态学特性,以全国省、县和乡镇的行政区划图为底图,全国1km2气候栅格数据库(1971~2000年30年气候数据平均值)和1∶400万土壤数据库、1∶100万地形数据库为数据支撑,利用TCMGIS系统进行点面叠置分析,确定各样点在气候图层及土壤图层中的栅格位置,从而得到该样点的相应气象和土壤数据栅格值。应用数理统计方法,得到茯苓最适宜生态因子值范围。1.3栅格统计距离公式根据生物引种的原理,将每个图层的栅格值采用绝对偏差均值标准化方法进行运算,即平均绝对偏差Sf=1n(|x1f−mf|+|x2f−mf|+⋯+|Xnf−mf|Sf=1n(|x1f-mf|+|x2f-mf|+⋯+|Xnf-mf|,其中mf=1n(x1f+x2f+⋯+xnf)mf=1n(x1f+x2f+⋯+xnf),标准化值Zif=Xif−mfSfΖif=Xif-mfSf,将各层栅格数据归一化到0~100之间;栅格统计距离公式采用加权欧式距离法,即dif=[∑k=1n│Xik+Xjk│2]12dif=[∑k=1n│Xik+Xjk│2]12。其中,Sf是绝对偏差均值;mf代表n个数值的均值;Zif是第i个因子的标准值;dij为明科夫斯基距离。计算每个栅格对茯苓最适宜因子值的统计距离。对得到的每个栅格的统计距离按照均等分方法划分不同距离等级,从而确定出与茯苓道地产区相似度不同的各产区。2结果与分析2.1苏集积17年依据1.2项下生态因子范围分析方法,得出茯苓样点生态因子范围:年平均气温18.1~24.7℃;1月平均气温0.95~11.6℃;1月最低气温-19.1℃;7月平均气温20.91~26.39℃;7月最高气温32.9℃;年平均降水量1025~1544mm;年均日照时数1400~2296h;年相对湿度61.8%~78.4%;海拔696~830m;土壤为赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤、棕壤、紫色土、水稻土等。2.2茯苓对生长分布的次要限制因子将茯苓样点生态因子范围进行数理统计分析,得到各因子的变异系数(表1)。结果显示,年平均气温、年相对湿度、年均降水量、7月平均气温等4个因子的变异系数均在20%以下,说明茯苓生长对这些因子要求很严格,而海拔、年均日照时数、1月平均气温的变异系数均在20%以上,说明茯苓对其要求一般,为茯苓生长分布的次要限制因子。最适宜生态因子范围采用半峰宽公式(PWHi=2.354Si)计算,即最适范围上限为Xi+0.5PWHi,下限为Xi-0.5PWHi,其中Xi为指数平均值,Si为指数标准差,各因子权重值为0.1。2.3茯苓同质区聚类分析根据获得的茯苓最适宜生态因子范围,依据1.3项下的分析方法,应用TCMGIS系统进行栅格空间聚类分析,得到茯苓90%~100%不同生态相似度的区域分布图(图1)。主要包括湖北、安徽、云南、贵州、四川、重庆、浙江、福建、广东、广西、陕西、辽宁、河南等省(市、区)(图2)。生态相似度95%~100%的区域见图3。3结论和讨论3.1福建东南角栽培基地根据项目组野外实地调查及查阅文献,目前除茯苓两个主产区外,浙江景宁,四川西昌,福建永泰,广东新丰,广西龙胜、凭祥,湖南靖州、绥宁,贵州黎平、锦平等省、县引种成功并有大面积栽培。这与TCMGIS系统对茯苓产地适宜性分析得出的结果有较好的重叠性,在一定程度上验证了该系统的科学性和准确性,为中药材引种栽培提供了理论依据。3.2茯苓引种栽培的生态相似性中医药在“回归自然”的热潮中,获得了前所未有的机遇,同时也受到极大的冲击和挑战。为了避免中药野生资源枯竭现象的发生,确保中药的可持续发展,建议理论结合实际,利用中药资源宏观管理体系,进行资源的生产利用,作出有针对性的发展规划。在引种驯化、栽培生产过程中切实发挥信息先导作用,克服中药材家种生产的盲目性。中药产地适宜性研究表明中药品种质量与产地生态环境的相关性,强化了“因地制宜、适地适种”观念。最好引种本地区的野生药材,加强中药材新品种培育。在引进中药材时,除了考虑自然环境的相似性之外,还应重视中药材区划,可最大限度地保证药材的有效性。根据茯苓产地适宜性分析可以有选择地开展适地引种,减少引种的盲目性。目前,人工茯苓引种栽培受到诸多因素的影响,如松木种类、栽培场山坡坡度、土壤中微生物数目、微量元素含量以及人为因素等。适合茯苓生长的寄生源主要是松属的马尾松、黄山松、云南松、赤松等;平缓的坡度为茯苓生长所需的湿度、日照奠定了基本条件;作为一种广布真菌,土壤中微生物的数目、微量元素含量对其生长也有至关重要的影响。此外,茯苓对湿度与温度也有较高的要求。茯苓菌丝在35℃以上易老化,低于10℃则生长十分缓慢,0℃以下菌丝处于休眠状态。茯苓栽培场地不能进行连作生产。中药产业的稳步发展建立在稳定的药材来源上,因此,茯苓的引种栽培应在生态相似度95%