遥感和GIS在四川省中藏药川西獐牙菜适宜性分布研究中的应用

董永波　罗瑶　祝聪　彭文甫　徐新良　方清茂

[摘要]川西獐牙菜是一种珍稀的中藏药材，目前对于川西獐牙菜的研究主要集中在药用疗效和药用价值方面，而基于遥感与GIS适宜性分布研究较少。运用遥感和GIS技术来研究分析四川省川西獐牙菜适宜性分布区域，为野生资源保护开发、人工引种栽培以及调整四川省中药产业布局提供了科学依据。该研究在文献查阅和分析川西獐牙菜分布适宜性的海拔、年降水、年均温等生态因子基础上，基于遥感与GIS 技术，获取生态因子、叠加分析、结合GPS野外验证数据，对四川省川西獐牙菜的适宜性分布区域进行了研究。①川西獐牙菜在四川省适宜分布面積为1 543749 km2，主要分布在德格县、甘孜县、道孚县、康定县、马尔康市、金川县、小金县、丹巴县、稻城县、乡城县、新龙县、阿坝县、木里县等县市，占该区县市总面积的725%；②相关资料以及野外实地验证调查发现，通过GIS得到的川西獐牙菜适宜分布区域与实际分布情况基本吻合。研究表明基于遥感与GIS 技术提取川西獐牙菜适宜分布区是可行的，可以应用到其他道地珍稀中药材的适宜性分布区域研究。

[关键词]川西獐牙菜； 遥感； GIS； 适宜性； 分布区域； 生态因子

[Abstract]Swertia mussotii is a kind of rare medicinal materials， the relevant researches are mainly concentrated on its medicinal efficacy and medicinal value till now， researches of adaptive distribution by applying remote sensing and GIS are relatively less This study is to analyze the adaptive distribution of Smussotii in Sichuan province by applying remote sensing and GIS technology， and provide scientific basis for the protection and development of wild resources， artificial cultivation and adjustment of Chinese medicine industrial distribution in Sichuan province Based on literature review and ecological factors such as altitude， annual precipitation and annual average temperature， this study extracted ecological factors， overlay analysis in GIS， as well as combining GPS field validation data by means of remote sensing and GIS， discusses the adaptive distribution of SMF sin Sichuan province ①The area of adaptive distribution of S mussotii in Sichuan province is 1 543749 km2， mainly in Dege county， Ganzi county， Daofu county， Kangding county， Barkam， Jinchuan county， Xiaojin county， Danba county， Daocheng county， Xiangcheng county， Xinlong county， Aba county， Muli county and other counties and cities， accounts for about 725% in total area ② Combining statistical information and field validation， this study found that S mussotii adaptive distribution gained by remote sensing and GIS is in conformity with its actual distribution The study shows that remote sensing and GIS technology are feasible to obtain the S mussotii adaptive distribution， they can further be applied to studies on adaptive distributions of other rare Chinese medicinal herb

[Key words]Swertia mussotii； remote sensing； GIS； suitable； distribution area； ecological factor

中药材一直是中国中医药学发展的重要物质存在，不论是在应用非常广泛的古代社会还是西药学和中医药学举头并进的当今社会，一直引领和支撑着中国中医药学不断地向更高的领域发展，造福一代又一代的华夏儿女。随着社会快速发展，中医药学以及民族医药学也得到快速发展，使得中药材资源的需求量不断增大，导致众多野生珍贵中药材资源数量的锐减，同时生态环境系统也遭到严重破坏，直接影响到中药材资源的储量，使得中药材的需求量、产量以及品种质量等之间的比例严重失衡。人工引种栽培就成为当前解决这一问题的重要途径。但缺乏科学合理的规划，盲目引种栽培不仅会造成人力、物力资源的极大浪费，还会导致中药材道地性削弱、药材质量下降，影响其疗效[1]。近几年随着地理信息系统（geography information systems，GIS）、遥感技术（remote sensing，RS）以及全球定位系统（global positioning systems，GPS）三大空间技术（简称3S技术）的快速发展[2]，其广泛应用于各个领域，其中在对道地珍贵中药材资源适宜性分布研究提供了重要的技术手段。endprint

当前，国内已有多位学者借助于遥感和 GIS 技术对道地珍贵中药材资源适宜性分布和动态监测进行了研究，并取得较好的成果。王璃等[3]运用中药材产地适宜性分析地理信息系统（TCMGISI）对暗紫贝母的适宜产地进行分析，得出全国不同级别的暗紫贝母适宜产地，对于暗紫贝母适宜分布区的划分及引种栽培技术具有很高的参考价值。王继永等[4]运用中药材产地适宜性分析地理信息系统 （TCMGISI），分析了乌拉尔甘草在全国的适宜分布范围，对于寻找乌拉尔甘草潜在生态适宜区提供了依据。索风梅等[1]在道地中药材适宜性方面，利用 GIS 对道地药材气候、土壤等生态因子进行了研究，这对于今后道地珍贵药材产地适宜性研究的广泛应用具有重大的意义。陈士林等[5]利用 “3S”技术建立的中药材资源分级遥感监测体系和中药资源产地适宜性因子区划，对于加强中药材资源普查和动态监测具有重要的意义。孙宇章等[6]针对濒危的江苏茅山野生苍术资源应用遥感技术进行调查，对于野生茅山苍术资源调查保护具有重要意义。尚雪等[7]利用遥感和GIS技术，结合川牛膝生长的环境因子，采用层次分析法和空间分析法，从地形、气候、土壤、植被 4 个方面的生态因子对川牛膝适宜性分布进行研究，得到了四川省川牛膝适宜区分级图，为川牛膝资源资源的分布、保护以及合理开发利用提供科学依据。调查发现，目前已有人参、苍术、三七、甘草、冬虫夏草、肉苁蓉、暗紫贝母、乌拉尔甘草、西洋参、波菱瓜、浙贝母、羌活、小木通、猪苓等多种中药材资源应用 GIS 技术进行适宜性评价研究，对于川西獐牙菜资源的研究主要集中在化学成分、驯化栽培、药用疗效、药用价值及生物学特征等方面，而川西獐牙菜适宜性分布研究较少。

川西獐牙菜 Swertia mussotii Franch属龙胆科獐牙菜属植物，主要分布于我国的西藏、青海西南部、四川西北部和云南德钦，生于山坡、河谷、林下、灌丛、水边等[8]。是一种珍稀的野生高原植物，也是一种常见的藏药，为藏医传统使用的藏药，属于藏药中“蒂达”类，汉语名为藏茵陈[9]，川西獐牙菜为其中较为常用的品种之一，是藏茵陈中的上品[10]，藏茵陈（蒂达）在藏医中具有上千年的药用历史，藏医学最具代表性之一的药物，《晶珠本草》[11]中记载川西獐牙菜具有清肝利胆、利尿、止血、续筋骨等功效，广泛应用于急性黄疸型肝炎、病毒性肝炎、胆囊炎、尿道感染、跌打损伤、痢疾、水肿、流感等疾病的治疗。研究表明，川西獐牙菜中富含三萜类、苦味素类、黄酮类和酮类[1214]，这些成分中的齐墩果酸、芒果苷、环烯醚萜苷类对降酶、利胆、镇痛等有很好的功效。近年来，川西獐牙菜的药用价值和经济价值不断提升，其需求量日益增加，资源趋于枯竭，地域分布亦日益狭窄[15]。

本研究以四川省为例，以遥感影像、DEM、年均温、年均降水、土壤、植被等数据为信息源，基于ArcGIS103软件的空间分析功能，对川西獐牙菜适宜性生态因子进行提取和叠加分析，结合GPS野外验证，确定四川省川西獐牙菜适宜性分布区，为四川省川西獐牙菜资源开发、利用以及野生资源保护提供科学的依据。

1材料

11研究区概况

四川省位于中国的西南地区，地处长江上游流域，介于北纬26°03′—34°19′N，东经92°21′—108°12′E，南北宽921 km，东西长1 075 km，面积486×104 km2，居全国第5位，仅次于新疆、西藏、内蒙古和青海。北连陕西、甘肃、青海，南接云南、贵州，东邻重庆，西衔西藏。全省地形复杂地貌多样，以山地为主要特色，呈西高东低的特点。具有山地、丘陵、平原和高原4种地貌类型，分别占全省面积的742%，103%，82%，73%。西部为高原、山地，海拔多在3 000 m以上；东部为盆地、平原、丘陵，海拔多在500～2 000 m。该区域主要为亚热带湿润季风气候、亚热带半湿润季风气候和高山高原高寒气候，年降水量在500～1 200 mm，年平均温度在4～18 ℃，植被类型主要是亚热带常绿阔叶林，其森林面积为1714 km2，森林覆盖率达到353%。四川省是我国中药材种植面积最广的省份，药用植物资源的蕴藏量较大，是我国最具特色的中藏药材人工种植基地和种子繁育基地。

12数据来源

本研究的数据主要有：①中国土壤类型空间分布数据，来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http：//wwwresdccn）；②中国高程数据（DEM）空间分辨率为30×30 m，来源于USGS；③四川省遥感影像，采用轨道号为R36～R42，P127～P134的Landsat 8 OLI/TIRS卫星遥感影像，来源于中国科学院遥感与数字地球研究所（http：//eds.ceode.ac.cn）；④中国气象（包括年平均气温、年平均降水量和≥0 ℃积温等）栅格数据，来源于CERN生态综合数据库及共享平台；⑤四川省县级行政矢量边界数据，来源于四川省测绘地理信息局；⑥野外采集验证数据，来源于手持GPS野外实地调查采样；⑦四川省中藏药生态因子数据，来源于四川省中医药研究院。

2方法

21生态因子确定

查阅相关文献和实地调查确定川西獐牙菜的适宜生态因子。

22四川省土地利用信息提取

利用ENVI 51软件对四川省遥感影像数据进行图像处理和信息提取，得到四川省土地利用类型现状图。

23生态因子信息提取

利用ArcGIS 103软件的空間分析功能分别对每个单因子进行适宜性范围提取，得到在单个生态因子限制下的川西獐牙菜适宜分布图层，再对所有单因子适宜分布图层进行叠加，得到四川省川西獐牙菜在的适宜分布区。

24GPS野外验证调查

选取好野外验证区域和路线，采用手持GPS打点，记录海拔高度及坐标信息，得到野外验证数据。

25适宜区面积测算endprint

利用ArcGIS 103软件的空间分析功能，测算四川省川西獐牙菜适宜分布区的面积。技术路线见图1。

3结果与分析

31土地利用类型信息提取

本研究采用监督分类的方法对四川省遥感影像进行解译。首先对遥感影像进行自定义坐标系、几何校正、图像融合、镶嵌以及裁剪等预处理；其次对遥感影像进行图像比度增强、空间变换等图像增强处理；最后，采用监督分类的方法对遥感影像进行分类，经过精度验证以及分类后处理，得到四川省土地利用类型格局图，见图2。

从图2中可以看到林地和草地占了整个四川省总面积的绝大部分，约占6972%，其次是耕地约占2469%，最后是建设用地、水域和未利用地共约占516%。林地和草地主要分布在四川省北部、西北部、西部、中部和西南部，耕地主要集中分布在成都平原及周边低山丘陵地区，有极少数零星分布在四川省南部和中西部；建设用地主要分布四川省中部的成都平原和河谷平缓地区；水域和未利用地主要分布北部和西北部。

32获取适宜性评价因子

通过查阅文献资料和实地调查，了解限制四川省川西獐牙菜生长的每一个生态因子的范围值，分别进行分析提取，得到单因子限制下适宜区图层。

321适宜海拔信息提取川西獐牙菜主要分布海拔高度为2 300～3 900 m的地区，四川省川西獐牙菜在海拔高度为1 900～3 900 m均有分布[1617]。其主要分布在海拔3 000 m以上的山坡河谷。综合四川省中药研究院提供的数据，因此本研究确定四川省川西獐牙菜的适宜海拔范围为1 900～3 900 m。通过ArcGIS 103软件的空间分析功能从全国数字高程模型（DEM）数据上裁剪出四川省数字高程模型（DEM）數据，提取出符合四川省川西獐牙菜生长条件的海拔高度范围，见图3。

322适宜年均温信息提取川西獐牙菜属于耐寒高原植物，能在低温极低温环境条件下生长，其主要分布在年均温为72～168 ℃的地区[1819]。分布在四川省的年均温为08～10 ℃，年日照时数为2 147～2 913 h[16]。综合四川省中药研究院提供的年均温数据，确定四川省川西獐牙菜适宜年均温范围为0～10 ℃。通过ArcGIS 103软件的空间分析功能从全国年均温栅格数据上裁剪出四川省年均温栅格数据，提取出符合四川省川西獐牙菜生长条件的年均温范围，见图4。

323适宜年均降水信息提取川西獐牙菜是喜湿植物，在含水量丰富的土壤中分布密度大植株长势好，一般分布在含水量丰富的河谷、沙滩和沟渠两旁，年均降水量在420～650 mm，相对湿度为42%～75%，分布在四川省川西獐牙菜年均降水为5567～6513 mm，相对湿度为69%～100%[16]。综合四川省中医药研究院提供的年均降水数据，确定川西獐牙菜适宜年均降水量为5567～6513 mm。通过ArcGIS 103软件从全国年均降水量栅格数据上裁剪出四川省年均降水量栅格数据，提取出符合四川省川西獐牙菜生长条件的年均降水量范围，见图5。

324适宜积温信息提取川西獐牙菜多分布于高原地区，高海拔和独特的地形造就了川西獐牙菜优良的药用价值。高原地区光照充足，太阳辐射强烈，日照时数长，常年累计的热量充足，很适宜川西獐牙菜发育生长[16]。根据四川省中药研究院提供的≥0 ℃的积温数据，确定四川省川西獐牙菜≥0 ℃的积温为800～2 500 ℃。通过ArcGIS 103软件的空间分析功能从全国≥0 ℃积温栅格数据上裁剪出四川省≥0 ℃积温栅格数据，提取出符合四川省川西獐牙菜生长条件的≥0 ℃积温范围，见图6。

325适宜土壤信息提取川西獐牙菜主要生长于中性或偏碱性的山地，棕壤、暗棕壤、黑毡土、草毡土、薄草毡土、褐土、灰褐土和山地草甸土或河滩沙地，四川省川西獐牙菜分布的土壤类型为棕壤、褐土、暗棕壤等[16，19]。这些土壤有机质含量高，含水量为12%～30%，透气性较好，更有利于生长，药性也能得到极大的保留。运用ArcGIS 103软件的空间分析功能从全国1∶100万中国土壤类型空间分布数据上裁剪出四川省土壤类型数据，提取出符合四川省川西獐牙菜生长条件的土壤类型，见图7。

326适宜林地、草地信息提取川西獐牙菜属喜光植物，分布密度较小，主要生长于山坡、河谷、林下、灌丛、河谷溪流两旁的草丛及山坡草地，有时可呈小片集中分布[1617]。从四川省土地利用现状图中提取出四川省林地、草地信息，见图8。

327适宜坡度信息提取川西獐牙菜的居群主要分布于宽阔谷地、河滩砂地、河边草坪、农田水渠边、山坡草甸及河边的灌丛，少数生长高山[16]。在0～25°的坡度分布数量较多，25°以上的坡度也有极少分布。综合四川省中药研究院提供的川西獐牙菜生长坡度参数及野外实地调查数据，本次研究将四川省川西獐牙菜的适宜坡度范围定为0～25°。利用ArcGIS 103软件从全国数字高程模型数据上裁剪出四川省DEM栅格数据，通过Slope工具提取出符合四川省川西獐牙菜生长条件的坡度范围，见图9。

33适宜分布区提取

根据以上生态因子提取分析，分别得到适宜川西獐牙菜生长条件的海拔范围、年均温范围、年均降水范围、≥0 ℃积温范围、土壤类型、林地草地信息、坡度范围7个单因子信息。利用ArcGIS 103软件的空间分析功能，对以上7个单因子图层进行叠加分析，得到四川省川西獐牙菜资源的适宜性分布区图，见图10。

34野外实地调查与验证

野外实地调查与验证是中药材适宜性研究不可缺少的环节，也是验证与实际分布情况是否一致的重要途径。本次野外实地调查验证选在四川省的阿坝州地区，共采集了22个样方数据，其中有16个验证点是川西獐牙菜分布较为集中的区域，见表1。海拔均在2 000 m以上，利用手持GPS打点定位记录海拔高度、地理坐标的以及拍照记录周边环境。将采集的点位数据通过GPS自带软件GIS Office导入ArcGIS 103软件中进行空间叠加分析，叠加结果表明选取的验证区域与运用GIS技术分析得出的区域具有较高的一致性。endprint

35面积估算

通过对四川省川西獐牙菜适宜性分布区域分析，结果表明：四川省川西獐牙菜资源主要分布在四川西北部的德格县、甘孜县、道孚县、康定县、马尔康市、金川县、小金县、丹巴县、稻城县、乡城县、新龙县、阿坝县、雅江县、木里县等地。利用ArcGIS 103软件的空间分析功能，将四川省行政矢量边界图层和川西獐牙菜适宜分布区图层进行叠加，提取出四川省川西獐牙菜适宜生长区面积为1 543749 km2，占分布县市总面积的725%，见表2。

4结论与讨论

本研究在有关学者应用遥感和GIS技术对中药材资源适宜性研究的基础上，采用多因子叠加分析的方法，得到并分析了四川省川西獐牙菜资源适宜性分布区，其适宜分布区面积为1 543749 km2，占分布县市总面积的725%。现有的研究资料显示野生川西獐牙菜资源主要分布在四川西北部的石渠县、德格县、甘孜县、道孚县、康定县、马尔康市、金川县、小金县、丹巴县、稻城县、乡城县、新龙县、阿坝县、雅江县等[17]。本次基于遥感与GIS技术研究分析的结果与现有研究结果基本一致，说明遥感和GIS技术在四川省川西獐牙菜资源适宜性分布研究中的应用具有可行性，可以应用于其他地区川西獐牙菜资源和其他中药材资源的适宜性分布研究。

由于生态因子阈值的确定存在一定的不确定性，本文仅就7个生态因子，对川西獐牙菜适宜分布区进行研究，分析结果与实际分布情况存在一定偏差。研究结果发现四川省川西獐牙菜存在潛在的适宜分布区。四川省川西獐牙菜除了传统的分布区外还存在新的适宜分布区，阿坝州的若尔盖县、九寨沟县、松潘县和凉山州的木里县等地分布面积就有275061 km2，占四川省川西獐牙菜适宜分布区总面积的1782%。这些新适宜分布区的发现不仅增加了四川省川西獐牙菜的适宜分布范围，还能改变当地中药材种植的产业结构。

今后研究的重点、难点是多生态因子的结合分析、生态因子阈值的确定和数据精度、分辨率的提高。随着气候因子数据库、土壤数据库、空间数据库等各项国家基础数据库的日益完善，中药材产地适宜性分析将更加科学合理[20]。

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[责任编辑吕冬梅]endprint