区划对五大商药产量品质的贡献.doc

论基于GIS中草药专项区划系统对五大商药种质资源开发利用的贡献陈明彬 郑光祥 胡晓黎 王俊 周军元 李建设（商洛市气象局 商洛市 农业科学研究所）摘要：本文在对“五大商药”产业生产调研的基础上，根据其生物学习性需求，结合商洛立地生态气候资源进行对比，经过综合分析，找出对作物种植、产量水平、产品质量有密切关系的气候因子，进行地域分布的相似归并，用择优选取的代表因子与栽培品种的密切关系，组成地理分异明显，且彼此较为独立的指标，根据气候适宜性指标范围，建立各区划因子气候适宜性隶属函数，采用综合评判方法，利用GIS技术，做出5种中药材的专题区划及信息系统。通过科技产品转化应用，使之为商洛“五大商药”种质资源开发利用发挥应有作用。 商洛地处南北气候过渡带，既有北亚热带的气候特征，又有暖温带的气候特点，且垂直差异明显。是一个八山一水一分田的贫困土石山区，山高坡陡，自然地理条件差，土地类型多样，人均耕地面积不到1.0亩。但因处于南北气候交汇区，农业气候资源与生物资源十分丰富，誉称“天然药库”。其中丹参、连翘、五味子、黄芩、桔梗被称为道地“五大商药”，这五种药材的产量和品质远近闻名。1、五大商药的品质鉴定陕西天士力植物药业有限公司按照国家标准对道地“五大商药”产品进行了品质鉴定，结果表1。从鉴定结果中看出商洛道地“五大商药”有效成分含量高，杂质少，品质优良。表1 商洛道地五大商药品质鉴定表品种检验项目标准规定检验结果丹参性状应具丹参的性状特征根长圆柱形，略弯曲。表面棕红色，粗糙，质硬而脆，断面疏松，有裂隙。木部灰黄色，导管束黄白色，呈放射状排列。气微，味微苦，涩。鉴别-1在与对照品药材、丹参酮A对照品相应位置上显相同颜色的斑点符合规定鉴别-2在与丹酚酸B对照品响应位置上显相同颜色的斑点。符合规定检查-水分13.0%12.2%检查-灰分10.0%9.8%检查-酸不溶灰分3.0%2.7%水溶性浸出物35.0%42.6%含量测定丹参酮0.20%0.28%丹酚酸B3.0%5.1%丹参素1.2%1.2%连翘性状应具连翘的性状特征具有连翘的性状特征检查-杂质9%7.2%检查-水分10.0%9.2%检查-灰分4.0%3.7%检查-酸不溶灰分1.0%0.8%浸出物16.0%20.3%五味子性状应具南五味子性状特征具有南五味子性状特征薄层鉴别应与对照药材、对照品在相同位置出现相同斑点与对照药材在相同位置出现相同斑点杂质1.0%0.8%含量-五味子酸甲0.12%0.47%黄芩性状应具有黄芩的性状特征鉴别1、应具有黄芩的显微结构特征具有黄芩的显微结构特征2、在与黄芩对照药材色谱相应位置上显相同颜色的斑点；在与黄芩素、黄芩苷、汉黄芩素对照品色谱相应位置上显三个相同的暗色斑点。符合规定检查-水分12.0%10.1%检查-总灰分6.0%5.8%浸出物40.0%56.7%含量测定含黄芩苷不得少于9.0%13.5%桔梗性状应具有桔梗的结构特征具有桔梗的结构特征鉴别应在对照药材色谱相应位置上显相同颜色的斑点在对照药材色谱相应位置上显相同颜色的斑点含量测定总皂甙含量6.0%11.8%2、基于GIS五大商药适宜气候区划研究制作2、1、五大商药适宜气候与立地分布及实际气候资源分析研究对商洛“五大商药”适宜气候与立地分布及实际气候资源进行对比分析（表2），从分析结果可以看出，我市无论是生态气候资源，还是土壤质地和地理环境条件，完全符合“五大商药”生物学特性和要求条件，确实是“五大商药”名符其实的道地生产基地，立体气候资源的时空分布规律完全满足“五大商药”的必需条件，是比较理想的开发、利用区域。表2 五大商药适宜气候与立地分布及实际气候资源对比表品种生态气候条件立地分布及实际气候资源丹参要求年平均气温12.517.1，生长期内最适温度以2025为宜，播种期（6月上7月上）要求气温1820，分根繁殖移栽（11月上旬或3月底4月中）要求温度810，旺盛生长期（68月）要求平均气温2025为佳。年无霜期大于190天，0积温大于4700。年降水量650800之间，播种期要求降水量2025，移栽期降水量大于30，旺盛生长期（68月）要求降水量大于350为宜。丹参是喜光植物,生长期内要求年日照时数17001900小时，旺长期要求日日照时数68小时，68月日照时数大于600小时最佳。地形：我市五河(洛、丹、金钱、乾佑、洵河)六岭（秦、蟒、流、鹘、黄花岭、南梁）的河谷低山、丘陵，海拔500900米地区，区内坪、坡、塬、谷、沟各类地形俱全，坪、坡、塬、谷地形居多。丘陵起伏，山低坡缓，多为南坡，东南和西南坡向，背风向阳。气候：光、热、水农业气候资源好，既有北亚热带的气候特点，又有暖温带的气候特征，区内年平均温度1214，极端最高温度41.8,极端最低温度多年平均-7 -12.7,最冷月(1月)平均气温0 2，最热月（7月）平均气温2226，10积温38004600，旺盛生长期（68月）平均气温2224,夏季高温天气对丹参生长略有影响,年平均无霜期190230天,年平均降水量680850，年日照时数16002000小时，光照条件对丹参生长非常有利。主要气象灾害为干旱、暴雨、冰雹、和秋季连阴雨。土壤：浅山区土壤以山地棕壤、淋溶褐土，沙砾壤土为多，PH值多在5.5 7.0之间，土层较厚，土质较好，排水透气性能良好，吸收保存养分能力强。宜于栽培普通丹参品种。河谷、川坪丘陵区，主要分布有河质岩和泥质岩始成黄棕壤，沙砾壤土，土层较厚，属略带粘性沙壤土，排水透气性能好，PH值在5.56.5之间，是丹参高产优质栽培的最佳区域，宜于高产优质的四倍体试管苗移栽， 连翘连翘生长要求年平均气温812，生长最适温度1820，播种期(3月下旬4月上旬)平均气温10即可；现蕾期(3月中下旬)要求平均温度810，开花期(4月中旬5月上旬)要求平均气温1215，旺盛生长期(68月)平均气温182l最适宜，无霜期170天，年0积温3 6004 000。连翘生长要求年降水量7001000mm，播种期降水30mm，旺盛生长期降水量300mm生长良好。连翘是略喜光植物，在半阴山坡的疏灌木丛中都能生长，要求年平均日照时数1 500小时，日照时数6小时日即可。 地形：我市五河六岭的浅山，丘陵、河谷、川道，海拔高度9001200米的地区，区内地形条件复杂，各类地形俱全，以坡、塬、川、坪地居多，大部分区域皆为南坡和东南、西南坡向，背风向阳。气候：年平均气温9-12，极端最低气温多年平均-16 -10,最热月(7月)平均气温20-23，最冷月（1月）平均气温-5 1，10积温3000-4000，无霜期160-210天。年降水700-1000mm；年日照时数1400-1800小时，种植区应注意防御生长期（6-10月）的持续连阴雨危害及北部部分地区注意预防花期晚霜冻危害。土壤：中浅山区土壤以山地棕壤土、淋溶褐土、沙砾壤土为多，PH值在5.57.0之间，土层厚，排水透气性能强，适宜于连翘生长对土壤条件的要求。河谷川道、丘陵区，主要分布的有始成黄棕壤土和沙砾土，PH值在5.56.5之间，土层厚，肥沃，有机质含量高，吸收保存水、养分能力强，是连翘高产优质栽培的最佳区域。五味子五味子生态适应性较强,一般要求年平均温度9.011.5，适宜生长温度1525，气温高于38，或低于-4生长受到影响，低于-20根部冻死，播种期（4月下5月上旬）温度1013有利于种子出苗，扦插移栽期（78月）温度1922成活率高，全生育期要求无霜期160天,0积温36003800。五味子是喜湿润的滕本植物，耐旱、不耐涝，要求生长在年降水量800850，空气湿度最适为6575%之间，大于80%或小于60%生长受到影响。播种期（4月下5月上）降水量大于25才能正常出苗，移栽期降水量3545，开花期（56月）降水大于20即可， 五味子是喜光滕本植物，要求年日照时数在16001800小时，日日照时数67小时为宜，地形：五味子分布在我市五大河谷沿岸深、浅山、丘陵、河谷、川塬高山区海拔高度9001400米地区，区内坡、塬、沟、谷、槽各类地形俱全，山坡连绵，丘陵起伏，山低坡缓，多为南坡或东南、西南坡向，背风向阳。气候：区内光、热、水农业气候资源丰富，既有北亚热带气候特点，又有暖温带气候特征，温和湿润，阳光充足。区内年平均温度8.5 11.9，极端最高气温37.8，极端最低气温-22.6，最热月（7月）平均气温19.122.9，最冷月（1月）平均气温0.5 -4.2，年平均0积温36503950，10积温33003650，4月下5月上旬平均气温10.513，对五味子种子出苗有利，78月日平均气温2022.9，对枝条扦插（移栽）成活极为有利，极端最高气温和极端最低气温对五味子生长略有影响，但持续时间短，影响不大，无霜期155185天，无论从生长季和热量条件对五味子生长都非常有利。年平均降水量680900，4月5月上旬降水量大于30，能够满足播种出苗对水分的要求，7月下8月上旬，降水量60100，移栽成活水分条件供应充足。花期（56月）春旱较多，易出现旱花现象。年平均日照时数16001900小时，完全满足五味子生长对光照条件的要求。区内主要气象灾害为暴雨、冰雹、连阴雨。土壤：区内土壤以山地棕壤土、沙砾壤土或泥质岩始成的黄棕壤土居多，PH值在5.57.0之间，土层深厚肥沃，排水透气性能良好，吸收保存养分能力强，是五味子栽培的最佳区域，且五味子生物学习性又是耐旱不耐涝的滕本植物，适应能力较强，更具备了适生条件。 黄芩黄芩是喜温暖微寒泠,耐寒、旱、忌高温，适应性较宽的植物，要求年平均气温811，最适温度1620，生长期内要求年无霜期大于160天，0积温3000以上。黄芩是怕涝、耐旱、喜温和微寒冷气候，年降水量400600即可生长。最适降水量500600，根快速生长期（79月）降水量大于300为佳。黄芩是喜光植物,在年平均日照时数大于1600小时,日日照时数6小时左右的光照环境生长较好。地形：我市五河六岭海拔高度6501200米的浅中山、丘陵和沟脑河谷区，地形山、坡、塬、沟、谷、槽各类地形俱全，以山地居多，山坡走势多为南坡或东南、西南坡向，背风向阳。气候：黄芩是喜温凉湿润，光照条件较好，分布区年平均气温9.311.8，极端最高气温35.5,极端最低气温多年平均-17 -8,最热月(7月)平均气温2022，最冷月（1月）平均气温-4.8 1，10积温2927.03328.0。黄芩播种期（4月中或9月下旬）平均气温13.016.1，适宜于播种出苗，分根繁殖期（3月中旬）7.08.2，温度略偏低，旺盛生长期（68月）平均气温20.421.9，气温对黄芩生长相当有利。无霜期175194天，生长季较长。年降水量700900,部分地区降水偏多，对黄芩生长略有影响，年日照时数16001900小时，光照非常充足。区内主要气象灾害是暴雨、连阴雨和低温寒潮。土壤：中浅山区和沟脑河谷区，土壤多以山地棕壤土、淋溶褐土、沙砾壤土、森林草甸土居多，PH值在5.57.0之间，土层深厚肥沃，有机质含量高，保水肥能力强，加之黄芩生长对土壤质地要求又不严格的特点，该区对黄芩栽植非常有利，是本市黄芩适生的主栽区域。桔梗桔梗适应能力较强,在1020的环境中都能生长，要求年平均温度1112.5，生长旺盛期最适温度1820，生长期内要求年无霜期大于175天，0积温4300为宜。 要求年降水量700800，播种期降水量2025，才能保证正常出苗，开花期降水量25,授粉正常,旺盛生长期(79月)降水量350。桔梗是喜光植物,要求充足的光照时间,年日照时数18002000小时，日日照时数78小时为宜。地形：我市五河六岭的浅山，丘陵、河谷、川道，海拔高度7001200米的地区，区内地形条件复杂，各类地形俱全，以坡、塬、川、坪地居多，大部分区域皆为南坡和东南、西南坡向，背风向阳，光照条件好。气候：桔梗现分布区域年平均气温10.413.5，极端最低气温多年平均-16 -8,最热月平均气温2124，最冷月平均气温-2.52，10积温35004000，播种期（4月中下、10月上中旬），气温13.517.0，温度略偏低，出苗缓慢；旺盛生长期（79月）平均气温18.024.9，对桔梗生长发育非常有利。年平均无霜期175225天。年均降水量700900，播种期降水量2540，能保证正常出苗，旺盛生长期降水量380450，能完全满足生长发育对水分条件的要求，年平均日照时数18002000小时，能满足生长发育对光照条件的要求，有利品质和产量形成。区内主要气象灾害有干旱、暴雨、冰雹和连阴雨。土壤：中浅山区土壤以山地棕壤土、淋溶褐土、沙砾壤土为多，PH值在5.57.0之间，土层厚，排水透气性能强，适宜于桔梗生长对土壤条件的要求。河谷川道、丘陵区，主要分布的有始成黄棕壤土和沙壤土，PH值在5.56.5之间，土层厚，肥沃，有机质含量高，吸收保存水、养分能力强，是桔梗高产优质栽培的最佳区域2.2 五大商药适生模拟控制气候指标研究2.2.1建立专项区划主导指标：依据农业气候相似及主导因子原则，对主要生物与气候条件，进行时间序列和地理空间序列的相关分析。以调查研究，栽培试验及地理分布对比，经综合分析找出对作物种植、产量水平、产品质量有密切关系的气候因子，然后将选定气候因子进行地域分布的相似归并，用择优选取的代表因子与栽培品种的密切关系，组成地理分异明显，且彼此较为独立的指标，以此作为区划的度量依据。2.2.2气候指标丹参：根据丹参的气候生态条件，选择年平均气温12.5，年降水量650800mm，10积温4000作为主导因子。参照指标最适宜范围，隶属函数采用分段线性函数关系，建立丹参适宜性标准化计算公式，各评价因子的权重集为a=0.35，0.3，0.35，综合评价值按p0.73，0.730.57，0.57依次划分为适宜、次适宜、不适宜三个等级。连翘：根据连翘的气候生态条件，选择年平均气温8.0，年降水量7001000mm，0积温3600作为主导因子。参照指标最适宜范围，隶属函数采用分段线性函数关系，建立连翘适宜性标准化计算公式，各评价因子的权重集为a=0.41，0.35，0.30，综合评价值按p0.83，0.830.60，0.60依次划分为适宜、次适宜、不适宜三个等级。黄芩：根据黄芩的气候生态条件，选择年平均气温911，年降水量500700mm，4月中旬平均气温12作为主导因子。参照指标最适宜范围，隶属函数采用分段线性函数关系，建立黄芩适宜性标准化计算公式，各评价因子采用等权重，综合评价值按p0.85，0.850.65，0.65依次划分为适宜、次适宜、不适宜三个等级。 桔梗：根据桔梗的气候生态条件，选择年平均气温1112.5，年降水量700800mm，无霜期190天作为主导因子。参照指标最适宜范围，隶属函数采用分段线性函数关系，建立桔梗适宜性标准化计算公式，各评价因子采用等权重，综合评价值按p0.9，0.90.6，0.6依次划分为适宜、次适宜、不适宜三个等级。五味子：根据五味子的气候生态条件，选择年平均气温9.011.5，年0积温3600，年降水量800850mm，作为主导因子。参照指标最适宜范围，隶属函数采用分段线性函数关系，建立五味子适宜性标准化计算公式，各评价因子采用等权重，综合评价值按p0.85，0.850.65，0.65依次划分为适宜、次适宜、不适宜三个等级。 2.2.3 地理环境模拟控制指标丹参：海拔500900米，评价因子的权重集为a=0.35。 连翘：海拔9001200米，评价因子的权重集为a=0.41。 黄芩：海拔6501200米，评价因子采用等权重（ 与气候因子权重集相等）。五味子：海拔9001400米，评价因子采用等权重（ 与气候因子权重集相等）。桔梗：海拔7001200米，评价因子采用等权重（ 与气候因子权重集相等）。2.3 基于GIS的“五大商药”适生区划结果与评述确定科学定量的区划方法是区划结果准确与否的基础，遵照农业气候的地理相似分异规律，将农业气候条件相似的地区划分为同一区域。以指标的不同等级单位系统分出相应的不同等级单位的分系统，从这一区划的定义要求出发，首先标定以第一步骤求得的指标所表征的农业气候环境之间的相似度量，建立全市所有专项农业气候单元的X*X直积空间正实数域（0、1）上的关系方阵，以三因子（T、Td、R）无权重的聚类分析，采用专家评判办法，对全市专项农业气候环境单元（163个）进行客观定量的农业气候相似分区。以不同等级单位的指标满足量划分专项种植区划的适生区域。在对商洛“五大商药”适宜气候与立地分布及实际气候资源进行对比分析的基础上，以GIS为工具，以DEM为数据基础，建立了空间格距为100*100m的精细化信息数据库。且在对区划对象进行大量调研与气候适应性分析的基础上，确定对地理分布、产、质量和经济价值有决定意义且相互独立的气候因子为区划控制指标，根据气候适宜性指标范围，建立各区划因子气候适宜性隶属函数，采用综合评判方法，利用GIS技术，做出5种中药材的专题区划及信息系统。 2.3.1丹参高产优质栽培气候适宜区此区位于本市商州区的杨峪河、陈塬、沙河子、板桥、夜村（13个乡镇），洛南县的景村、古城、柏峪寺、庙坪、三要（7个乡镇），山阳县的中村、高坝、银花、城关、户家垣（18个乡镇），丹凤县的商镇、龙驹寨、土门、竹林关、月日（13个乡镇），商南县梁家湾、太吉河、湘河、富水、试马（15个乡镇），镇安县的柴坪、达仁、永乐、结子、大坪（13个乡镇），柞水县的小岭 、凤凰、杏坪、柴庄、瓦房口（5个乡镇），等84个乡镇的海拔高度500900米川塬、坡、坪区。该区占全市总乡镇数的53.4%,此区发展丹参生产地形条件好,面积大,相对集中连片,土层深厚,肥沃,交通方便,气候条件适宜,是商洛市发展“地道中药材”丹参生产基地的主要栽培区。2.3.2 连翘高产适生区位于本市商州区的黑龙口、大荆、板桥、黑山、北宽坪（20个乡镇），洛南县的保安、城关、石坡、景村、王岭（21个乡镇），山阳县的长沟、高坝、元子街、伍竹、城关（6个乡镇），丹凤县的留仙坪、寺坪、峦庄、月日、花瓶子（15个乡镇），镇安县的高峰、张家（2个乡镇），柞水县的柴庄、（1个乡镇）等65个乡镇的中浅山丘陵、坡塬、河谷海拔高度9001200米地区，该区占全市总乡镇数的39.9%,此区发展连翘地形条件好,山坡地多，适宜栽植面积大,相对集中连片,土层深厚肥沃,吸收养分能力强,交通方便,气候条件适宜,是商洛市发展连翘生产基地的主要栽培区。2.3.3五味子高产适生区根据五味子的生物学习性和农业气候相似分类区划结果，此区位于商州区的黑龙口、大荆、板桥、北宽坪（15个乡镇），洛南县的高耀、三要、庙坪、驾鹿（13个乡镇），山阳县的户家垣、小河口、城关、高坝、天桥（16个乡镇），丹凤县的竹林关、桃坪、寺坪、（10个乡镇），商南县的清油河、赵川、太吉河、青山、梁家湾（9个乡镇），镇安县的木王、柴坪、米粮、永乐、云盖寺（23个乡镇），柞水县的下梁、小岭、柴庄、马家台、曹坪（11个乡镇）等97个乡镇的海拔高度9001400米的浅山、丘陵、坡塬、河谷区，该区占全市总乡镇数的59.5%,此区发展五味子生产地形条件好,面积大,相对比较集中,土层深厚肥沃,交通方便,气候条件适宜,是商洛市发展五味子生产基地的主要栽培区。2.3.4 黄芩高产优质栽培气候适生区此区位于本市商州区的黑龙口、大荆、板桥、黑山、北宽坪（23个乡镇），洛南县的保安、城关、石坡、景村、王岭（21个乡镇），山阳县的长沟、高坝、元子街、伍竹、城关（6个乡镇），丹凤县的留仙坪、寺坪、峦庄、月日、花瓶子（15个乡镇），镇安县的高峰、张家（2个乡镇），柞水县的柴庄、（1个乡镇）等68个乡镇的中浅山丘陵、坡塬、河谷海拔高度6501200米地区，该区占全市总乡镇数的41.7%,此区发展黄芩地形条件好,适宜栽植面积大,相对集中连片,土层深厚肥沃,吸收养分能力强,交通方便,气候条件适宜,是商洛市发展黄芩生产基地的主要栽培区。2.3.5桔梗高产优质栽培气候适生区此区位于本市商州区的腰市、板桥、黑龙口、陈塬、沙河子（20个乡镇），洛南县的寺坡、古城、四皓、城关、永丰（10个乡镇）山阳县的南宽坪、元子街、城关、高坝、伍竹（8个乡镇），丹凤县的峦庄、北赵川、桃坪、寺坪、资峪（9个乡镇），商南县的清油河、城关、水沟、魏家台、十里坪（5个乡镇），镇安县的结子、达仁、铁厂、米粮、永乐（13个乡镇），柞水县的柴庄、杏坪、凤凰、瓦房口、下梁（5个乡镇）等70个乡镇的海拔高度7001200米浅山、川坪、丘陵、坡塬区，该区占全市总乡镇数的42.9%,此区发展桔梗地理条件好,适宜栽植面积大,且相对集中连片,土层深厚肥沃,有机质含量高,交通方便,气候条件适宜,是商洛市发展桔梗生产基地的主要栽培区。3 基于GIS专项区划系统对五大商药种质资源开发利用的贡献基于GIS的商洛市农业气候资源及区划信息服务系统，实现了对本市基础地理信息、气候资源信息、区划成果信息、气象灾害和土壤资源信息的查询、分析和可视化管理。该研究项目对各类农业气候要素及区划指标信息做出了详细采集、精细化处理，所形成的成果产品，能够满足各级政府、科研技术人员、产业基地用户对农业气候资源开发利用的需要。在整合资源，达到合理、有效的应用气候资源、科学制定农业发展规划计划、合理调整产业结构、提高生态农业效益的目的外，以独特创新设计建立了基于GIS商洛市农业气候资源及专项区划信息服务系统，该系统能够对所管理的各矢量图、栅格图、数据高程图（DEM）、注记和属性数据进行以地理表达式为条件的逻辑查询、以及涉及不同图件和属性数据