基于植被指数的多伦赤芍资源分布变化监测方法探讨△

张小波，郭兰萍，格小光，朱寿东，黄璐琦

(道地药材国家重点实验室，中国中医科学院 中药资源中心，北京 100700)

国家自然科学基金(81130070，81072989)、国家中医药管理局中医药行业科研专项(201007008，201107009，201207002)

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黄璐琦，研究员，研究方向：中药资源学与分子生药学，Tel:(010)64014411-2955，E-mail：huangluqi01@126.com

基于植被指数的多伦赤芍资源分布变化监测方法探讨△

张小波，郭兰萍，格小光，朱寿东，黄璐琦*

(道地药材国家重点实验室，中国中医科学院 中药资源中心，北京 100700)

本文应用3S技术，结合地面调查，基于多伦县不同时期植被指数(NDVI)的变化情况，探索基于3S技术和NDVI的多伦赤芍分布情况变化的监测方法。结果显示：2006年多伦县野生芍药资源的分布面积，与1988年相比表现出减少的趋势。应用3S技术基于不同时期植被指数的变化情况，可反演和监测芍药资源分布变化。

植被指数；多伦赤芍；分布区域变化；监测方法

土地利用与土地覆盖变化为陆地表层系统最重要的变化之一，对区域内植被等自然资源产生直接或间接的影响，土地覆盖变化与诸多资源和环境问题之间存在着紧密的联系[1]。归一化植被指数(NDVI ：normalized difference vegetation index)是植被生长状况及植被覆盖度的最佳指示因子，为监测地区或全球植被和生态环境的有效指标[2]。赤芍为毛莨科植物芍药PaeonialactifloraPall.的根，为清热凉血、散瘀止痛常用中药[3]，主要分布于内蒙古、河北、黑龙江、吉林、辽宁等地，海拔450～3 000 m的山坡草地及林下。赤芍的道地产区在内蒙古多伦县，称为“多伦赤芍”。随着多伦县社会经济的发展，区域内土地利用和土地覆被发生了较大的变化，主要表现为天然植被面积减少，耕地和人工林面积增加[4]。由于人类社会对多伦赤芍的开发利用程度和需求量不断增加，野生芍药资源的栖息环境和资源量逐渐减少，鉴于多伦赤芍尚未实现人工种植，目前多伦赤芍已经被当地政府列为禁止采挖的药材。本文应用3S技术，对有野生芍药生长点不同时期的NDVI进行分析，基于不同时期NDVI的变化情况，探索基于3S技术和NDVI变化的多伦赤芍资源分布情况变化的监测方法。

1 材料与方法

1.1 自然概述

多伦县位于内蒙古自治区锡林郭勒盟南部(115°55′～116°45′ E，41°46′～42°39′ N)，南北跨度110 km，东西跨度70 km，总面积3 891.6 km2。多伦县地处内蒙古波状高平原南缘、阴山山脉北坡和浑善达克沙地边缘的交错带，是我国北方农牧交错带和典型的农牧结合经济类型区。地形为低山丘陵间河谷盆地，海拔高度在1 150～1 800 m之间。土壤类型以栗钙土为主，植被区系属欧亚草原植物区，主要植被类型为中温型草原植被、沙地植被等。属于中温带大陆性季风气候区，是半干旱向半湿润过渡地区。受蒙古南下的冷高气压影响，全年以西北风为主，风速高、风力大；冬季严寒而漫长，春季干旱多大风沙，夏季多雷阵雨，秋季霜雪早。年均气温1.6 ℃，无霜期95 d，降雨主要集中在夏季，年平均蒸发量1 748 mm，年均降水量386.2 mm。

1.2 材料

1.2.1 野生芍药分布点的位置 根据课题组以往调查的经验和查阅文献资料，进行实地采样调查，实地测量获得各样点的经度、纬度、海拔高度等地理位置信息。

1.2.2 多伦县遥感数据来源和处理 通过遥感图库查阅多伦县不同年份、相同月份的遥感图，本研究以美国陆地资源卫星(1988年9月19日、2006年9月21日)TM遥感影像为基础数据。结合多伦县行政区划等为辅助图件，在ENVI4.8软件的支持下完成图像拼接、分幅裁减、标准假彩色合成等处理，将各期遥感影像数据在ArcGIS9.2环境下储存，利用ArcGIS的空间分析功能，对栅格数据进行处理。

1.3 方法

1.3.1 采样点NDVI的提取 应用ENVI4.8遥感图像处理软件的指数计算功能，分别计算1988年和2006年多伦县9月份的NDVI值，得到多伦县不同时期NDVI的分布图。以采样点所在位置的NDVI为基础，应用空间计算方法提取和采样点具有相同NDVI值的栅格，得到多伦县与采样点具有相同NDVI区域的分布图。

1.3.2 芍药资源分布面积估算和监测 应用ArcGIS软件，将栅格格式的与采样点具有相同NDVI的栅格图转换成属性格式，获取其分布面积。通过统计分析，计算与采样点具有相同NDVI的区域。通过对比分析不同时期与采样点具有相同植被指数的植被分布面积，得到芍药资源分布区域的变化情况。

1.3.3 多伦赤芍蕴藏量估算 通过遥感图提取、计算与调查点具有相同NDVI值的区域，得到芍药分布面积；根据前期调查研究结果获取单位面积蕴藏量；应用公式“蕴藏量=分布面积×单位面积蕴藏量”，计算得到与调查点具有相同植被类型区域内多伦赤芍的蕴藏量。

2 结果

2.1 野生芍药分布位置信息

根据课题组以往调查的经验和相关文献资料[5]，多伦赤芍分布范围较小，仅在北部蔡木山、一家河和大河口3个乡交界的约42.5 km2蔡木山范围内有分布。生态环境特征主要表现为种群呈现岛屿状、零星分布，多生长在阴坡乔(灌)木林中，伴生植物为山杨林、白桦树、山杏等，草地和沙地分布较少。于2010年6月芍药开花时期进行野外调查，在多伦县共选取8个有野生芍药分布的采样点，野生芍药分布点的位置信息，结果见表1。

表1 多伦县野生芍药采样点位置信息

2.2 多伦县遥感图假彩色合成

应用ENVI4.8遥感图像处理软件的假彩色合成功能，将多伦不同时段的多波段TM数据，生成假彩色图。其中1988年的用第5、4和3波段合成，效果最佳，结果见图1；2006年的用第4、3和2波段合成，效果最佳，结果见图2。通过多伦县遥感图、结合实地情况，可以看出多伦县的北部植被覆盖面积较大，中部有部分地区是被沙漠覆盖。

图1 1988年多伦县假彩色图

图2 2006年多伦县假彩色图

2.3 多伦县NDVI提取

应用ENVI4.8遥感图像处理软件的指数计算功能，计算得到多伦县不同时期NDVI值，1988年多伦县NDVI计算结果见图3，2006年多伦县NDVI值计算结果见图4。基于多伦县不同时期NDVI的分布图，提取得到各采样点的NDVI值，结果见图5。从图5可以看出，2006年采样点的NDVI值低于1988年的NDVI值，说明采样点2006年的植被覆盖度低于1988年的植被覆盖度。

图3 1988年多伦县NDVI

图4 2006年多伦县NDVI

图5 不同时期采样点的NDVI值

2.4 芍药分布面积估算

应用ENVI4.8遥感图像处理软件的面积计算功能，提取计算不同时期与地面采样点具有相同NDVI值的分布区域的面积，不同时期芍药可能分布图见图6和图7。1988年与地面采样点具有相同NDVI值的分布区域面积为887 646.2 m2，2006年与地面采样点具有相同NDVI值的分布区域面积为446 681.1 m2。

2.5 多伦赤芍蕴藏量估算

图6 1988年与采样点有相同NDVI的区域

图7 2006年与采样点有相同NDVI的区域

根据课题组前期调查结果，芍药在人为干预较少的林地，自然分布密度为0.027～0.425株每平方米，区域内赤芍单位面积蕴藏量为1.30～1.96 g·m-2[6-7]。应用公式“总蕴藏量=分布面积×单位面积蕴藏量”，计算得到：1998年，多伦县与调查地具有相同植被类型的区域内芍药植株数为2.4～37.7 万株，多伦赤芍蕴藏量为115.4～174.1 kg；2006年多伦县与调查地具有相同植被类型的区域内芍药植株数为1.2～19 万株，多伦赤芍蕴藏量为58.1～87.6 kg。

3 结论与讨论

通过实地调查研究和基于不同时期植被指数对比分析，结果显示：2006年多伦县野生芍药资源的分布面积，与1988年相比表现出减少的趋势。从分布面积变化情况看，可知多伦赤芍资源分布面积减少的区域主要集中在多伦的南部和中部。应用3S技术基于不同时期植被指数的变化情况，可反演和监测芍药资源分布变化。

致谢：北京师范大学 何浩 协助处理遥感数据。

[1] 张小波，郭兰萍，黄璐琦.LUCC相关研究在中药资源研究中的应用探讨[J].中国中药杂志，2012，37(11):151-158.

[2] 赵英时.遥感应用分析原理与方法[M].北京：科学出版社，2009：374.

[3] 国家药典委员会.中国药典[S].一部.北京：中国医药科技出版社.2010：147.

[4] 陈贵廷，刘清泉，徐甫生，等.基于3S技术的多伦县植被覆盖度动态变化研究[J].内蒙古林业科技，2009，04:47-49.

[5] 冯学锋，胡世林，张永欣，等.多伦野生芍药中芍药苷含量动态变化[J].中国中药杂志，2008，03:244-247.

[6] 康廷国，赵中振.中药鉴定理论与实践[M].辽宁大学出版社，2005:332-335.

[7] 黄璐琦，肖培根，王永炎.中国珍稀濒危药用植物资源调查[M].上海：上海科学技术出版社，2011:95.

TheMonitoringMethodforDistributionChangeofPaeonialactifloraPall.onNormalizedDifferenceVegetationIndex

ZHANGXiaobo，GUOLanping，GEXiaoguang，ZHUShoudong，HUANGLuqi*

(StateKeyLaboratoryofDao-diHerbs，NationalResourceCenterforChineseMateriaMedica，ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100027，China)

The paper base on the survey and spatial information technology analyzed the monitoring method for distribution change ofPaeonialactifloraPall.by the spatial information technology and normalized difference vegetation index.Result display，the distribution area is smaller form the year 1988 to 2006.The monitoring method is workable that using normalized difference vegetation index and spatial information technology to monitor the distribution change ofPaeonialactifloraPall.

Normalized difference vegetation index;PaeonialactifloraPall.;Distribution change;Monitoring method

10.13313/j.issn.1673-4890.2014.02.002

2013-12-20)