喀斯特石漠化区药用植物研究：基于CNKI数据库的文献计量分析

赖佳丽， 熊康宁， 杨庆雄， 张 俞

(贵州师范大学 喀斯特研究院/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心， 贵州 贵阳 550001)

以贵州高原为中心的中国南方喀斯特是世界喀斯特发育最典型、最复杂、景观类型最丰富的一个片区，总面积超过5.5×105km2[1]。喀斯特石漠化山区成土慢，土层瘠薄，地表漏水，原生植被破坏严重，旱涝等灾害频繁，环境封闭，经济发展水平低下[2-3]，土地资源短缺和区域贫困，威胁喀斯特地区的居民生存[4]。石漠化治理是人们通过退耕还林、种草养蓄、植树造林等方式来恢复石漠化地区的植被，增加地表植被盖度，减少水土流失，实现生态恢复与改善[5]。随着石漠化治理工程推进，石漠化治理的内涵从单一的生态恢复逐步向生态与经济效益并重发展[6]。石漠化治理不仅要治理生态，还需考虑当地农户的生存空间和生计策略，以实现生态治理与经济社会协同发展[7]。

药用价值和经济价值是药用植物的基本属性，独特的喀斯特生态系统孕育了诸多石生、耐旱、喜钙的区域适生药用植物[8-9]，这一生态适应性表明利用药用植物治理石漠化具有可行性。近年来，药用植物在石漠化治理中的利用受到广泛关注，逐渐成为石漠化治理的热点研究对象。石漠化治理药用植物主要研究成果体现在其生态适应性[10-13]、生态治理效益[14-15]和产业化发展[16-17]等方面，利用适生药用植物治理石漠化一方面有利于固持水土、生态恢复和合理利用资源，另一方面具有增加居民收入、扩展居民生计的经济社会效益[18]，是卓有成效的石漠化综合治理措施。刘彦伶等[19]基于CNKI数据库统计分析了贵州省2000—2016年不同石漠化治理区土壤养分状况，揭示了喀斯特不同等级石漠化土壤理化性质和变化规律。王俊丽等[20]通过文献计量对国内外喀斯特植被生态学研究趋势和热点进行全面分析，梳理了该领域的发展历程。李强[21]对比了2016年度国内外岩溶学研究热点，发现国内关注岩溶水文地球化学和资源问题，而国际上对岩溶的全球变化及其对人类活动的影响文献研究较多。基于石漠化治理目的对喀斯特地区植物资源的发展利用的研究文献较多，涉及的研究领域和植物资源种类也较多，但目前尚无对该领域文献的研究分析。为深入药用植物在石漠化治理中的认识，梳理石漠化治理药用植物的研究进展，促进药用植物资源在石漠化综合防治中的发展利用。通过对喀斯特地区药用植物资源的研究文献进行分析，从理论研究、技术研发、应用示范和监测评价4方面系统回顾了近30余年中国南方喀斯特石漠化治理药用植物的研究进展，总结拟解决的关键科技问题，以期为推动石漠化治理药用植物的利用发展，促进石漠化地区生态、经济、社会三大效益协同治理提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源

文献数据来源于中国学术期刊网络数据库(CNKI)。

1.2 方法

以喀斯特、石漠化、药用植物和中药材等作为主题词进行检索，检索时间1985年1月1日至2019年10月1日，数据来源包括非核心期刊以外的全部期刊，通过Excel对所获文献进行统计，通过CNKI在线文献分析功能进行文献关键词共现分析。将所有文献的研究类型按经验介绍、理论研究、技术运用、监测评价和其他进行分类并加以总结。

2 结果与分析

2.1 文献刊发量

对检索获得的文献加以人工甄别和筛选，最终获取相关中文文献198篇，其中，文献包含中文期刊167篇，硕博士毕业论文23篇，会议类文献6篇，其他2篇。相关研究文献总体上呈增长趋势(图1)。

2.2 文献类型分布与研究阶段划分

从图2可知，理论研究类文献占79.8%，技术研发类文献占12.63%，应用示范类文献占8.08%，监测评价类文献占9.60%，其他文献占4.04%，理论研究类文献占主流，技术研发、应用示范及监测评价还处于探索研究阶段。结合中药材发展背景和石漠化综合治理研究，将喀斯特石漠化治理药用植物研究进展简要分为3个发展阶段。第一阶段为萌芽期(1985—2000年)，发展背景为改革开放初期，缺乏科学规划，资源浪费严重，该阶段对药用植物资源及其可持续利用的总结和评述类型性文献居多，理论和研究为主，欠缺定量化研究；第二阶段为初步发展阶段(2001—2010年)，国家经济初步稳定，石漠化综合治理得到国家关注与支持，野生药用植物资源急剧减少，研究者开始关注药用植物与石漠化地区环境因子的内在联系，在道地药材的形成机制、药用植物的生态学特性、中药材产业化发展与石漠化治理等方面取得了一定研究成果；第三阶段为2011年至今的快速发展阶段，石漠化治理五年技术持续推进，国家提出大健康产业发展理念，民族文化自信提高，研究特征趋于生态学、地理学、植物学、农学和中药资源学等多学科融合，且民族民间用药受到极大关注，在石漠化治理药用植物产业化发展及效益监测评价，3S技术应用方面取得了较多研究成果。

图1喀斯特石漠化区药用植物研究文献年度分布

Fig.1 Annual distribution of literature on medicinal plants in rocky desertification region of karst area

Fig.2 Type and proportion of literature on medicinal plants in rocky desertification region of karst area

2.3 文献计量可视化分析

2.3.1 文献关键词、文献期刊来源及研究机构 从表1可知，频次位于前8位的文献关键词、来源与机构。石漠化与喀斯特为首要核心关键词，其次药用植物和中药资源提及较多，刺梨、金银花等西南主产药材出现频次较高，表明区域适生药用植物在石漠化治理中的作用得到较多关注。文献期刊来源涉及中药学、生态学、水土保持等方面，但是在顶级期刊发表文献较少，缺乏有影响力的文献。文献机构中几乎都来自西南地区，可以看出关于石漠化治理药用植物的研究仍有较大的地域限制，西南石漠化地区各大高校为研究主力。

2.3.2 关键词共现分析 关键词指示了文章的主要研究方向和内容，可分析该研究领域的热点和趋势[22]，从图3可知，石漠化治理是核心关键词，喀斯特和药用植物为次核心关键词。核心关键词与生态恢复、生态效益、土壤养分、金银花、核桃林、构树、火龙果等节点相连接。说明，药用植物在喀斯特石漠化中主要关注其生态恢复效益，金银花及药食两用核桃、火龙果等适生药用植物是研究热点对象，而有关喀斯特山区药材质量、药用植物资源及其可持续利用研究分析较为薄弱。

表1喀斯特石漠化区药用植物研究文献的关键词、文献期刊来源及研究机构

Table 1 Key words,source statistics of literature and research institution on medicinal plants in rocky desertification region of karst area

图3喀斯特石漠化区药用植物研究的关键词共现网络可视图

Fig.3 Co-occurrence network visibility graph of keywords on medicinal plants in rocky desertification region of karst area

2.4 主要进展与标志性成果

2.4.1 理论研究

1) 喀斯特地区药用植物通过光合生理调节与叶功能性状对石漠化异质生境表现出不同的适应策略。叶光合生理和功能形状是植物对其生长环境适应能力和适应策略的重要表征，能够反映植物响应环境变化的过程和机制[23]。喀斯特干旱环境胁迫下，金丝桃和接骨木通过自身调节以适应喀斯特环境，但面对干旱胁迫时接骨木具有更高的碳酸酐酶活性，能更好地应对逆境下叶片气孔导度的下降引起的CO2供应不足，表现出更高的逆境耐受力，更能适应干旱的喀斯特环境[24]。通过控水和养分添加试验对石漠化地区适生药用植物白茅、三叶木通、葛叶片性状研究发现，随干旱胁迫时间延长，3种药用植物叶片角质层厚度均增厚，但其栅栏组织厚度呈下降趋势，而葛叶片含水量、叶厚度、比叶重、干物质含量等对于干旱胁迫的响应较三叶木通和白茅更为敏感，对N、P添加的响应表现出相同的敏感适应特征，反映了三叶木通和白茅对环境的适应能力高于葛[11]。忍冬的光合“午休”现象，及其表现出的上午高光合速率、低蒸腾速率，下午低光合速率、低蒸腾速率即是对喀斯特地区温度和光照强度环境变化的适应策略[25]。而在不同退化程度下，喀斯特石漠化地区花椒光合作用对自身的生理情况和自然环境条件的变化敏感性较强，花椒光合生产力总体偏低，表明花椒光合作用在脆弱生境中的适应能力呈现出不同程度减弱[10]。植物性状的可塑性及变异程度是其在不同生境下表现出的最大程度地对环境适应的能力[26]，喀斯特石漠化地区药用植物在光合特性和叶性状方面对独特的生长环境表现出多元化的适应策略。

2) 石漠化地区药用植物药材品质受到各类环境因子的协同影响，并且一定程度的环境胁迫有利于其次生代谢产物形成与积累。“诸药所生，必有其境”，药用植物的分布即是对环境适应结果的体现，由此衍生出贵药、云药、广药等多种标志性药材产地。药用植物功效和性味具有明显的地域性差异[27-28]，地形、光照、温度、水分、土壤、空气及生物因素等环境因子通过控制药用植物生长发育过程影响其有效成分含量的形成和积累[29]。研究发现，在重庆喀斯特山区，光照充足可促进忍冬属绿原酸的合成与积累，生长在南坡的忍冬花蕾中绿原酸含量高于北坡1倍，同时，温度制约着植物叶片蒸腾和土壤水分蒸发，进而影响绿原酸含量积累，表明忍冬有效成分受多种环境因子的制约[30]，土壤含水量、孔隙度、微量元素和有效肥力对金银花产量和品质具有很大影响[31]。不同生境类型[32]、不同地形[33]、不同种植模式[34]等也是影响石漠化地区药用植物品质的重要环境因子，与药材品质具有正或负相关关系。此外，何丙辉等[35]研究发现，干旱20 d银杏中槲皮素含量比干旱15 d的高75%，比干旱10 d的高53.8%，说明干旱胁迫引起槲皮素含量提高。表明药用植物的最适生长与其次生代谢物质合成对生态环境条件的要求有一定的矛盾，一定程度的环境胁迫能促进有效成分的积累。

3) 基于石漠化区药用植物有效成分空间差异阐释其空间分布格局及影响机制，划分生态适宜区指导药用植物规范化种植，指示药用植物潜在分布区。受水热条件影响的经纬度地带性和受地形影响的垂直地带性，以及受局部小生境影响的非地带性规律使得药用植物资源空间差异较大，导致其有效成分含量的空间差异，不同的化学型具有稳定的分布区[36-37]。基于这一差异性，通过ArcGIS对空间地形、生态、土壤、气象、植被等因子与药材有效成分进行空间叠加分析，划分药用植物生态适宜性等级，揭示药用植物有效成分空间变异的影响机制，指示其潜在及适宜分布区[38-40]。有研究表明，基于空间分析的昭通天麻生态适宜性区划对昭通天麻分布的环境解释累计贡献率可达99.9%，揭示了影响天麻分布的主要环境因子，为优质天麻生产区划分和仿野生栽培工作提供科学依据[41]。

4) 喀斯特石漠化地区药用植物资源多样性是生物多样性的重要组分，对资源保护和生态系统平衡有重要意义。药用植物资源保护是中医药产业持续发展的基础[42]。从生物多样性视角看，药用植物多样性是生态系统生物多样性的重要组成部分，同样体现在物种种类丰富、生长环境多样和种类遗传变异多样等方面[43]。就资源种类而言，西南地区在5 700种以上，占全国总数的80%左右[44]，就中国药用植物特有种来说，西南地区以2 465种位居榜首，占比78.25%，是区域发展特色生物经济的潜在宝贵资源，对中国药用植物多样性和生物多样性具有重要意义[45]。从药用植物物种多样性、遗传多样性、药用植物区系特征[46-47]到药用植物生态位特征与群落特征[48-49]，对喀斯特地区药用植物资源的生态学研究受到越来越多关注。石漠化地区脆弱的生态环境和对野生药用植物的过度挖掘，导致种群数量减少[50]。保护药用植物多样性，从根本上遏制资源的急剧减少，保护生物多样性，维持生态系统功能和服务已然成为国家战略资源的目标之一[51]。

2.4.2 技术研发

1) 基于3S的石漠化区药用植物资源勘查、适宜性区划、大数据管理技术。利用ArcGIS中地理空间分析模块下空间插值功能，以采样点地理因子、气候因子和土壤因子为基础，对研究区坡度、坡位、海拔、降水量平均气温、日照数和土壤养分、土壤类型、土壤侵蚀等进行空间化，从不完整的已知信息中做出推断或预测，即探索药用植物已知分布区的环境特征与研究区域的非随机关系，在一定限制条件下拟合出物种最佳分布区，以图形形式输出资源潜在分布区或适宜等级区划分布[52]。药用植物生态区划技术通常与Maxent生态位模型进行联合运用，研究喀斯特石漠化地区天麻[41]、杜仲[40]、太子参[52]、滇重楼[53]、青蒿[54]、红花龙胆[38]、大果木姜子[37]和铁皮石斛[39]等药用植物的关键生态因子和生态适宜性等级区划。依托遥感技术进行空间分析、可视化处理与数据管理，3S技术在石漠化地区药用植物资源研究中优势越发显著。

2) 石漠化地区药用植物规范化种植技术。药用植物规范化标准种植技术是在野生资源衰竭而药材需求旺盛的背景下形成的为保障药材质量和数量的规模化栽培种植技术，整个过程包括药用植物产地生态环境、种质选育、栽培与养护管理以及采收等方面[55]，从种质选择到整地、种植密度、土壤水肥要求、田间管理、采收再到质量监测，构建了一套完整的药用植物生产体系。喀斯特地区通过认证的中药材规范化种植品种有云南三七、贵州何首乌、太子参、灯盏花、重庆黄莲等主产药材。此外，针对石漠化地区生境多样、土地瘠薄、土壤易旱等问题，林药套种技术、高产栽培技术、整形修枝技术与水肥耦合精准滴灌技术等技术研发取得了实际研究成果，并在石漠化地区应用[56-58]。

2.4.3 应用示范

1) 喀斯特地区石漠化治理药用植物种植生态产业示范。熊康宁教授领衔的国家喀斯特石漠化工程防治技术研究团队自“九五”计划开始，在贵州关岭花江-贞丰北盘江中-强度石漠化治理示范区推广种植金银花、花椒、仙人掌、砂仁等适生药用植物，通过“政府+专家+农户”的模式，在政府推动与科研指导下帮助当地农户开展花椒、金银花、仙人掌、砂仁等适生中药材种植示范，目前花椒种植达上万亩，金银花上千亩，仙人掌、砂仁上百亩，示范产业种类丰富，示范面积大，形成以顶坛花椒为龙头品牌产业的花江石漠化治理生态产业模式[59]，为石漠化综合治理提供了成功的典型示范。贵州大方县实施蜂糖李(橘子树)+天麻(白芨、半夏、黄精等)林药套种模式，成立中药材专业种植合作社10余个，2 000余户林农每户年均创收2万多元，实现了石漠化综合治理与林农经济收益的双赢[56]。四川筠连县春风村实施“李子-黄精”套种技术，缓解了李子纯林病虫害多发问题，多年生药用植物减少了土壤地表扰动，降低了水土流失程度，其经济效益也显著高于李子和番薯[60]。

2) 石漠化地区药用植物回归抚育示范。石漠化地区药用植物的回归抚育主要针对珍贵、濒危、特有药用植物种质和生境保护。基于生物多样地保护和生态重建视角，根据药用植物生长特性和喀斯特异质环境特征，比较原生地和重建地生境差异，通过对回归地群落环境、气候条件及人文条件的控制，以生态建设为首位，以物种保护为目的，贵州兴义马岭河峡谷建立野外铁皮石斛抚育区，将人工繁殖体放回野生环境中，在适合石斛生长的喀斯特自然环境下使石斛建立自我维持的种群，重建完善的生态系统，示范地石斛长势正常，为贵州铁皮石斛可持续发展提供了典型案例[61]。贵州毕节撒拉溪镇通过对天麻自然生长环境的模拟，开展林下仿野生天麻种植示范，为天麻提供接近自然条件的野外回归抚育条件，示范面积上千亩。通过回归抚育，进一步扩大物种种群以达到物种保护的目的。

3) 建立在保护区、遗产地和药用植物园的喀斯特地区药用植物保护示范。建立保护区是生物多样性保护的有力措施之一。金花茶为国家一级保护植物，主要分布在广西喀斯特地区，由于其较高的药用保健价值和观赏价值，野生金花茶遭到大量砍伐，野生数量剧减，通过建立广西防城金花茶国家级自然保护区、南宁市金花茶公园、桂林植物园，全国金花茶植株数量得到显著提升[62]。据不完全统计，中国南方喀斯特自然遗产保护地有高等植物225科1 213属4 287种，分别占中国南方高等植物总科、属、种树的91%、60%和30%，包含南方红豆杉、银杏、银杉等珍贵药用植物[63]，中国南方喀斯特世界自然遗产地的建立，不仅保护了喀斯特地区独特的自然美学价值和地质构造，更为喀斯特地区药用植物的保护提供了极为重要的栖息地。

2.4.4 监测评价

1) 石漠化治理药用植物质量评价与等级划分。药用植物质量评价和质量控制是正确用药的前提与保障。石漠化治理药用植物质量评价标准在传统中药学发展的基础上，打破固有的“惟成分论”，开始综合性从化学成分[64]、微量元素[65]、生态计量[66]、重金属含量[67]等方面构建指标评价体系，进行药材等级质量划分。通过成分差异区别和判断同科异种药材[68]、评价区域药材质量优劣[64]也是主要研究方向。评价方法方面主要基于德尔菲法、灰色关联法、主成分分析，李坤伦等[69]建立性状-产量参数与品质指标的多元模型，构建天麻质量评价体系具有一定参考性。评价方法经历了性状特征观察到标准品成分比对再到色谱指纹图谱建立，近年来基于药材疗效的生物效价评价法受到越来越多关注[70]。

2) 石漠化治理药用植物生态与经济效益评价。药用植物栽培对土壤理化性质、土壤养分和土壤酶活性具有明显的改良效果，有效提高土壤综合质量，同时显著增加农民收入，拓展农户生计。研究表明，金银花-花椒药材混交林土壤含水量为37.69%，总蓄水量为1 749.53 t/hm2，比火龙果、构树等经果林表现出更好的土壤毛管孔隙度和土壤持水率[14]，具有更高的蓄水性能和较好的水土保持效益[71]。对潜在-轻度石漠化地区药用刺梨生态效益监测显示，其根系发达、活力较强，根系分泌物具有活化土壤，增加土壤速效养分含量，改善土壤水热状况和物理结构的作用[72]。颜萍[73]根据喀斯特地区小生境突出、农户生计特征，选择小气候、生物多样性、土壤及水文、农户监测、块地监测等监测项目下27项指标对金银花、花椒、刺梨等药用植物及封山育林等模式进行治理的效益监测评价表明，不同模式具有改善小气候的效用，在提高植物多样性指数的同时，金银花、花椒等特色适生药用植物种植利用有效增加了当地居民的经济收入，药用植物逐渐成为地区支柱产业。与传统农业玉米、大豆等相比，重庆石漠化山区药用植物金银花产投比高达9.555，是玉米的10.4倍，红苕的7.9倍，经济效益显著[30]。此外，药用植物种植管理劳动密集型程度高，能吸纳农村劳动力，妇女、老人等弱势群体受益大，具有一定的社会效益[60]。

3 结论与讨论

3.1 结论

石漠化治理药用植物研究分为3个阶段：1985—2000年为萌芽期，2001—2010年为初步发展阶段，2011年至今为快速发展阶段。药用植物金银花、刺梨是热点研究对象，生态恢复效益是主要关注点，药材质量、药材生态适宜性、药用植物资源开发利用及其可持续产业化发展研究较为薄弱。

3.2 讨论

下一阶段，喀斯特石漠化治理药用植物的研究应从以下几方面进行。

1) 石漠化生态系统药用植物多样性及其维持机制。针对石漠化地区强烈的人类活动干扰和严重的生态系统退化造成生物多样性锐减，开展药用植物多样性研究，探明不同等级石漠化生态系统药用植物空间分布格局特征，揭示药用植物多样性维持机制，探究石漠化地区药用植物生态适应性与群落构建机制，是石漠化区药用植物资源开发利用的理论前提和应用基础。

2) 石漠化治理适宜药用植物良种选育与高效种植技术。针对药用植物种类繁多，品质良莠不齐，进一步加强适生、根系多、枝叶繁茂、非根用多年生药用植物的良种选育、引种驯化研究，并就其高效生产、种植的科学问题开展研究，深度挖掘药用植物-环境的耦合关系，研发高效、规范化种植技术并进行应用示范，提高共性关键技术创新能力，构建石漠化治理药用植物高效种植技术，实现保质保量的规模化、现代化种植，维护石漠化治理药用植物的可持续性。

3) 石漠化地区药用植物药材质量特征及其与环境因子的相互作用机制。针对喀斯特石漠化地区易旱、少土、高钙、石生等环境特质，开展石漠化治理药用植物有效成分含量特征及其形成积累机制研究，揭示其变化规律，并通过定量化研究揭示石漠化异质生境下药用植物与地形、土壤、气候、生物等环境因子的相互关系，厘清石漠化地区药用植物生长环境与其药材质量的内在联系。

4) 石漠化治理药用植物资源利用效益与风险的预测评价。针对石漠化生态系统的极度脆弱性，一旦遭受破坏就难以恢复，在实施药用植物种植治理石漠化之前有必要进行效益与风险的评估与预测。基于环境承载力、药用植物价值评估、生产技术、产品流通、市场需求、农户意愿、经济社会效益、生态风险与效益等多方面对药用植物资源开发利用的效益与风险进行全面综合的分析与评价，明确石漠化本底环境下种植药用植物的风险项，规避风险区和风险因子，建立风险预警机制，同时对其效益进行预期评估。

5) 构建基于药用植物的石漠化治理生态产业发展体系。针对个体户种植效益低下问题，应着力构建基于药用植物的石漠化治理生态产业发展体系，提高整体效益。结合石漠化地区本土药用植物的药用价值和生态适宜性，构建集“育种-种植-精加工-销售”于一体的“生产-销售”产业体系，引进电商为产品销售和品牌树立打通渠道，积极挖掘和发展药植休闲观光、科普教育、园艺疗养和科研基地等生态衍生产业，构建以药植产业为主导、以衍生产业为特色的石漠化区药用植物生态产业发展体系。