基于气候条件的四川川芎生产分区研究

基于气候条件的四川川芎生产分区研究

川芎是波形科的一种植物。根茎含阿魏酸、川芎嗪、4-羧基-3-丁基酜内酯、大黄酚、瑟丹酸、川芎内酯等成分,味辛、性温,具有活血行气、祛风止痛等功效,用途十分广泛。随着科学技术的迅速发展,川芎在治疗心血管、抗癌、化妆、保健等方面的用途得到进一步的拓展,川芎的国内外需求逐年增加,经济价值较高。四川省是川芎主要栽培地,有一千多年的栽培历史。川西平原的都江堰市、崇州等地是川芎的主产区,常年种植面积在2000hm2左右,在当地农业经济中占有极其重要的地位。其它省市如陕西、江西、云南、湖北等地也有种植,但川产川芎占全国总产量的90%以上,都江堰市占全国的65%以上,且个大、饱满、坚实、断面色黄白、油性足、香气浓郁,质量最佳。近年来,四川省委、省政府将中药材产业作为四川的一项支柱产业着力发展,川芎被列入《中药现代化科技产业基地》开发项目,都江堰、彭州、郫县列为川芎产业基地,促进了川芎生产的发展。但川芎是较为特殊的中药材,其生长发育对气候、土壤等环境因素有其特殊的要求,即使在目前的主产区,不同地方生产的川芎质量、产量都有一定的差异。其次,川芎是药材,其总量需求仍然有限,如果扩展面积过大,既造成川芎质量的不稳定,也对市场价格产生消极影响。如何调整川芎生产布局,促进川芎生产的健康、稳定发展,是值得研究的问题。本文拟从川芎的气候生态规律出发,在深入调研的基础上,利用GIS技术,对川芎气候生态适应性进行区划,为川芎的生产布局提供科学依据。1气象资料来源川芎面积和产量资料取自都江堰市农业局经作站,发育期资料来自都江堰市气象局以及课题组的调查,气象资料来自四川省气象局气候资料数据库。通过对川芎产量进行趋势产量和气象产量的分离,运用统计软件对气象产量与川芎各发育阶段的气象因子作相关分析,研究影响川芎产量的主要因子和关键时期。2四川生物特性和环境条件的影响2.1越界期400d川芎是多年生草本植物,根状茎黄褐色,以干燥根状茎入药;地上茎丛生,茎直立中空,株高50～80cm,是水分和养分的运输通道;川芎的叶互生,1个茎一般有10余个叶片,每个叶片有2～3回奇数羽状复叶,叶片绿色或黄绿色,是光合作用的主要器官;川芎的花为复伞形花序,虽开花结实,但种子难于成熟。因此川芎只能采取异地无性繁殖——于1月初将低海拔地区种植的川芎根茎挖出搬运到高海拔的山区种植,繁育苓种,8月初采收茎杆作为下一季商品川芎栽培的种源,这一时期需200d左右,叫做川芎的育苓期。商品川芎于头年立秋前后播种,次年5月中旬左右采收,约280～290d。根据川芎各阶段的基本特征,可分为苗期、茎发生、倒苗期、二次茎叶发生期、抽茎期、根茎膨大期-成熟期6个典型发育期。据对近10a川芎发育期观测资料统计,川芎道地产区都江堰市大田栽培的各发育日期如图1。苗期(8月上旬-9月下旬),8月上旬立秋前后将苓种从山上运到坝区栽种。栽后2～3d出苗,出苗后以长叶为主,到9月底株高可达12cm左右,有8～9片叶子,但没有茎的发生。茎发生-生长期(10月初-12月中旬),是川芎茎叶生长最快的时期之一,也是川芎产量形成的一个关键时期。在该时期内,前段时间主要是地上部分茎的发生,后一段时间主要是茎的生长、地下部分根茎干物质的增加。倒苗期(12月中旬-2月初),随着温度逐渐降低,川芎茎叶开始枯黄、凋落,生长处于停止状态。地上部分没有了光合生产,而地下部分需要维持生命,还要消耗一定的营养物质,根茎重量在倒苗期不仅不增加,反而比前一阶段减少10%左右。二次茎叶发生期(2月中旬-3月上旬),2月中旬,随着气温回升,川芎逐渐恢复生长。这个时期,川芎茎叶的发生与年前不同,茎叶同时长出。而年前是先长叶,后长茎;另一特点是茎叶增长速度比较快,平均1d长1片以上新叶,茎的数量也迅速增加,但株高增长缓慢。到3月初,株高仅10cm左右,而茎数一般可达到15～20个,叶10～15片。这是川芎茎数形成的关键时期。抽茎期(3月中旬-4月中旬),川芎茎秆快速增长,大部分光合产物供茎秆生长,只有少部分供给地下根茎,因此地下根茎增长比较缓慢,但为下一阶段的生长积累了物质基础。根茎膨大成熟期(4月中旬-5月下旬),该时段是川芎根茎干物质积累最快、最多的关键时期。川芎茎秆不再增高,老叶逐渐枯黄凋落,新叶缓慢发生,维持光合面积为动态平衡,后期叶片数逐渐减少,地上部分干物质积累达到顶峰。地下根茎增粗、增重,通过抽样调查,根茎干重平均每天增加0.65g左右,这是川芎根茎产量形成的关键时期。2.2u3000单段降雨带都江堰市东西地貌差异大,平原与山地间过渡地貌范围窄,西部地势上升急骤,东部冲积平原上河渠纵横,下垫面土壤潮湿,水汽来源丰富,空气湿度大,当气流西移抬升遇冷空气后,水汽凝聚降落,形成一个多雨带,使都江堰市具有气温、土温、水温低,雨水多,日照少的特点。年平均气温15.2～15.7℃,比同区邻近县低0.5℃以上,最热月(7月)平均温度为24.7℃,最冷月(1月)平均气温为4.6℃,全年≥12℃的积温3333.1℃·d,无霜期269d,表现为春迟、夏短、秋早、冬长;年降雨量1000～1257mm,较邻近县多近300mm,最多达1605mm;年平均日照时数为1034.6h。各发育阶段的气象条件统计结果如表1。2.3气象条件对东南角东南角区域产量的影响图2是1994-2004年川芎面积和总产。1994年都江堰市川芎种植面积800hm2,总产1800t,1995-1998年种植面积都在670hm2以下,总产在1200t左右,2001年以后种植面积突破1330hm2,总产突破3000t,单产也呈现明显的增加趋势(图3)。从1994-2001年,单产在2025～2370kg/hm2,2002-2003年突破2400kg/hm2,尤其是2002年达到2850kg/hm2。这虽与生产上实施规范化栽培有关,但气候条件也起到重要作用。为分析气象条件对川芎产量的影响,首先将产量分解成趋势产量和气象产量两部分,即Y=Yt+Yw+δ(1)式中,Y为川芎的单产,Yt为趋势产量,它包含了栽培技术、肥料、管理等因素影响的总和,Yw为气象产量,主要受气象条件影响,δ为随机因素影响的产量,具有不确定性,常忽略不计。由图3可见,趋势产量(图中实线)可表示为Yt=0.0466a-90.799(2)式中,a为年份。则气象产量Yw=Y-Yt(3)利用(3)计算结果,按川芎成苗期、茎发生-生长期、倒苗期、二次茎叶发生期、抽茎期、根茎膨大期-成熟期6个阶段,分别统计逐年各阶段的平均温度(t)、降水量(r)、日照时数(s)和温度日较差(dt),进行相关分析,其结果如图4。相关系数通过1%显著性检验(n=11,r>0.7348)的有苗期的温度t1和降水r1,相关系数分别为-0.7497和0.8732;温度的相关系数为负,而降水为正,说明苗期温度适当偏低、降水适当偏多对川芎产量的增加有利。在调查中了解到四川盆地中部和东部的一些地区川芎产量低就是由于苗期的高温和干旱所致,统计结果证实了这一点。通过5%显著性检验(n=11,r>0.6021)的因子有二次茎发生期的温度t4(r=-0.6727)和抽茎期的降水r5(r=-0.7312)。二次茎叶发生期是茎形成的关键时期,温度适当偏低,减缓发育速度,发育期延长,有利于茎数的增加,促进川芎产量的提高。抽茎期主要是长茎,虽然根茎生长量很少,但为下一阶段根茎生长积累物质基础,要求土壤有良好的透气性,降水不宜多,因此产量和降水存在较显著的负相关。其它因子的相关性都不显著。3四川省气候生态适应性分类3.1对美、日气象条件的分析据资料介绍,川芎生长发育期的温度要求在8～30℃,最适温度为14～20℃。气温9℃以上时,川芎开始发芽。气温低于4.5℃时,川芎进入休眠状态,气温低于-3℃,川芎易受冻害,气温高于35℃川芎停止生长。也就是说,在川芎生长季内,9～30℃的时间要长,低于4.5℃的时间要短,-3℃以下的天数要少,才适合川芎的生长,这些条件是川芎生产的必要条件;其次,根据产量与气象条件的关系分析,苗期的降水和温度、抽茎期的降水等因子对川芎产量有显著的影响;第三,总体上,川芎生长需要充足的日照,因此全生育期的日照时数也是影响川芎生产的重要因素。为此,根据前面的研合川芎生长发育对气象条件的要求,在多次究结果,结进行实地考察调研的基础上,选取头年8月-次年5月期间(即全生育期间)日平均气温为9～30℃的天数,14～20℃的天数、总日照时数以及头年8-9月(苗期)的降水量(苗期的温度和降水具有显著的相关性,因此仅取降水)、次年3月中旬-4月中旬(抽茎期)的降水量作为川芎区划的气候指标,详见表2。虽然日最低气温≤-3℃的天数也是影响川芎生产的一个较为重要的气候指标,但对四川区而言,出现这种状况不多,没有选为区划的指标因子。但如果在海拔较高的地方种植川芎,该因子需要单独考虑。3.2构建气候生态适应性区划立体区划全面收集四川盆地100多个气象站的气象资料,通过比较分析进行筛选,剔除代表性较差的站点,设计出各指标要素的空间分布模型y=f(φ、L、h),其中φ、L、h分别表示地理纬度、经度、海拔高度(分别以o、o和m为单位)。采用数理统计方法分别获得其模型的计算参数如表3,每一模式F值都通过1%的显著性检验。以1∶25万地理信息资料为基础进行各指标要素的展开,再利用GIS分析技术,采用集合交({A}={Fi}∩{Xi}∩{Yi})的方法将四川盆区川芎气候生态适应性划分为最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区四种类型,制作了川芎气候生态适应性区划立体和区划平面图(图5)。最适宜区主要位于都江堰市的中心、聚源、徐渡、崇州的道明、梓潼、温江的和盛、郫县的唐昌、新都的新繁、新民等乡镇,这实际上是大家公认的川芎的道地产区。该区域气候条件适宜,土壤微量元素和宏量元素的含量有利于川芎优良品质的形成,因而是最佳产地。适宜区范围较大,包含了成都平原的大部分以及德阳、绵阳和资阳的部分地区。从总体上来看,其气候条件能够满足川芎生长发育的要求,种植川芎也能够获得较高的产量,但在各指标要素的配合方面比最适宜区略差一些,对川芎的品质有一定的影响,需要在栽培管理方面增加更多的投入。次适宜区包括资阳、遂宁、南充、眉山、巴中等市的部分地区,一般海拔都在400-700m,面积与适宜区相当。该区域的气候条件仍然能够基本满足川芎生长发育的要求,川芎品质明显不如前两区。过去在这些地区的一些乡镇断断续续地种过川芎,也能获得一定的产量,但经济效益不很理想,基本上都没有再继续种植。4探索和推广“最适宜区”和“茯苓种繁殖地”的条件1)利用都江堰市川芎产量资料,通过统计分析,得出影响产量的关键气象因子分别为苗期的温度、降水,以及二次茎发生期的温度、抽茎期的降水,这些关键气象因子影响着川芎在四川盆地的区域分布,也是生产上需要特别关注的条件,具有重要的生产意义。2)区划结果表明,川芎的最适宜区和目前主要生产区域相近,但适宜区域范