胖大海全球产地适宜性分析

胖大海全球产地适宜性分析
张婕;李西文;许翔翔;吴杰;陈士林
【摘要】目的:本研究分析了胖大海全球产地适宜性,为其科学区划及种植提供依据.方法:以胖大海原产地、主产地及主要分布区的97个样点为分析基点,选取气温、相对湿度、日照强度、年降水量、土壤等关键生态因子值,采用药用植物全球产地适宜性区划信息系统(GMPGIS)对胖大海在全球的生态适宜区域进行分析.结果:胖大海最大生态相似度区域主要分布在热带地区,适宜区的分析结果覆盖了文献记载的全部胖大海分布区域;同时还发现了胖大海潜在生产适宜区.结论:本研究结果可为合理规划胖大海种植生产布局,开展引种栽培工作提供科学依据.
【期刊名称】《世界科学技术-中医药现代化》
【年(卷),期】2016(018)008
【总页数】9页(P1280-1288)
【关键词】GMPGIS;胖大海;产地适宜性;生态因子
【作者】张婕;李西文;许翔翔;吴杰;陈士林
【作者单位】北京中医药大学中药学院北京 100102;中国中医科学院中药研究所北京 100700;中国中医科学院中药研究所北京 100700;北京中医药大学中药学院北京 100102;蚌埠医学院生物科学系蚌埠 233000;中国中医科学院中药研究所北京 100700;北京中医药大学中药学院北京 100102
【正文语种】中文
【中图分类】R282
道地药材是公认的，在特定生境下产生的疗效好、质量优的一类中药材。

道地药材的阐述首见于东汉药物专著《神农本草经》中“土地所出，真伪新陈，并各有法”之说；《新修本草》曰：“离其本土，则质同而效异”，《黄帝内经》言：“岁物者，天地之专精好。

非同岁物则气散，质同而异等也”，这些都说明产地环境对中药材的重要性。

但随着中药资源需求的快速增长和环境恶化，大量道地野生药材资源濒临灭绝，其野生分布区域越来越狭窄。

为满足临床用药和国内外市场需求，药材引种、扩种成为弥补药源不足的重要措施。

但盲目引种、扩种不仅造成资源、人力和物力的浪费，还会严重影响中药材生产的合理布局，极大削弱药材的道地性，导致药材品质严重下降，影响临床疗效，制约了中药材生产的可持续发展。

产地适宜性是中药材引种栽培和区划的基础，也是研究道地药材形成的重要途径，对开展中药材生态适宜性和区划研究具有重大现实意义。

胖大海Sterculiae lychnophorae Semen是梧桐科植物胖大海S. lychnophora Hance的干燥成熟种子[1]，又称大海、大海子，是著名的进口果实类中药材，药食两用，市场普及率较高，是家喻户晓的保健品种。

胖大海具有清热润肺、利咽开音、润肠通便的功效，用于肺热音哑、干咳无痰、咽喉干痛、热结便闭、头痛目赤等证[1]。

现代研究发现胖大海具有泻下、降压、抗病毒、抗炎和解痉等作用。

胖大海原产于越南、印度、缅甸、柬埔寨、老挝、马来西亚、泰国和印度尼西亚等东南亚和东亚国家的热带森林生态系统[2]，海南、云南、广东、广西、福建等省区也有少量栽培。

胖大海传入中国的时间已不可考，可追溯的最早记载是清代赵学敏所著《本草纲目拾遗》（公元1765年）[3，4]。

据南京药学院编撰的《药材学》（1960年）记载：进口胖大海的商品有新州子（产自马来半岛）、暹逻子（泰国产）、安南子（越南产）3种规格。

圆粒苹婆与胖大海同属，常用来充数；橄榄干燥成熟果实青果也易掺入[5-8]。

近十几年来，胖大海树木的非可持续性砍伐和对胖大海果实的过度利用，造成了胖大海资源匮乏，进而导致生态不平衡[9,10]。

虽
然胖大海在云南、海南等省已经有引种栽培的历史[11,12]，但从生态地理角度判断这些地区是否真正适合胖大海的生产，在其他地区是否还有新的适宜区可以发展胖大海种植，这些问题都需要用科学数据来回答。

因此，进行胖大海的全球产地适宜性研究对其科学引种、栽培和区划，合理利用土地资源，生产优质、高产的胖大海具有十分重要的意义。

药用植物全球产地生态适宜性分析信息系统（Global Geographic Information System for Medicinal Plant，GMPGIS）是由中国中医科学院中药研究所基于WorldClim、Climond、HWSD等国际数据库和地理信息系统（Geographic Information System，GIS）研发的产地分析信息系统[13]。

将GIS的空间聚类分析应用于药材数值区划中，能快速、准确、科学地分析出与药材主产区生态环境（气候、土壤等）最为相近的区域，从而摆脱对传统经验和单因素分析等方法的依赖，为全球药用植物引种栽培，特别是扩大海外种植区域和药用植物产业的合理布局提供了科学、可靠、直观而快捷的决策分析方法[14]。

本研究采用GMPGIS获得了胖大海在全球的适宜产地，为合理布局发展胖大海生产、确定胖大海区划、避免盲目引种，从而保证胖大海品质提供了技术支撑。

1.1 GMPGIS的工作原理
GMPGIS是以GIS为平台[15]，采用空间分析中的诸多方法，按照引种生态相似原理，实现在全球范围内对中药材产地的适宜性分析。

该系统首先将与中药材生长环境相关的各个环境因子分别量化成栅格数据结构[16]，即将降水、温度、湿度、土壤、日照等因子数据转换成每平方公里的单元网格，每一个网格相当于一个数据对象，其属性值存放在相应网格属性表中，然后对网格数据进行空间聚类分析。

空间聚类是指将数据对象集按照相似度组成不同的簇，这样同一簇中的对象之间具有较高的相似度，而不同簇中的对象差别较大，即相异度较大。

根据相似的程度划分等级，从而确定药材的适宜区。

1.2 系统数据库
数据是中药材产地适宜性分析的基础。

构建结构合理、数据准确、时效性强的中药材数值分析空间数据库是中药材数值区划的关键。

基于GIS的中药材产地适宜性
分析数据库也进行了4个数据库的数据结合，详见图1。

2.1 胖大海的生物学特性
胖大海为落叶乔木，原产于越南、印度、马来西亚、泰国和印度尼西亚等国，适宜在热带地区种植，为喜阳植物；在阳光下，芽生长肥壮，叶片宽大浓绿。

在中国的引种区，月平均温度降至19℃以下时，胖大海停止抽梢长叶；极端低温为5℃时，其叶尖干枯，黄叶增多，出现冻害。

适宜胖大海生长的月降雨量为100-300 mm；其土壤要求不严。

胖大海茎秆细高，木质部松脆，根系不发达，抗风能力极差，在沿海台风频繁地区种植，极易造成断干或倒株，宜选择排水良好的避风地种植。

2.2 品质生态学研究
PHAM Van Huong等[17]在越南同奈天然文化自然保护区设置150个样地，运
用生态学理论，采用Logitic模型和生态学统计方法，分析表层土壤湿度和pH值对胖大海幼树幼苗更新出现频率的影响。

结果表明，胖大海幼树幼苗在SL1、SL2和SL3三个阶段的天然更新出现频率均与各林分胖大海的优势度、表层土壤湿度
和pH值有密切关系。

表层土壤湿度和pH值受森林类型影响，胖大海高优势度林分或者高稳定性林分具有更适合胖大海幼树幼苗天然更新的环境。

李荣英等[18]将20世纪70年代从柬埔赛引进的一批长粒胖大海在云南省西双版纳州试种，发现
长粒胖大海苗期需要适当荫蔽才能生长良好，而成年树在有荫环境下，虽然枝叶繁茂，但不开花或只零星开花，未见结果。

在阳光充足的环境下，胖大海树冠较稀疏，冬春落叶多，但花多、能结果。

故长粒胖大海的生长发育，苗期需适当荫蔽，成年期则需阳光充足。

巫金华等[19]对引种的胖大海试用各种方法繁殖的结果表明，种子繁殖、高空压条繁殖和嫁接繁殖都获得成功。

3.1 胖大海样点确定
根据胖大海的生物学特性，本研究在全球范围内胖大海分布区进行了选点，最终选择了柬埔寨金边、泰国尖竹汶省、马来西亚帕索森林保护区、老挝占巴塞省、越南同奈省吉仙国家公园、印度尼西亚Lore Lindu国家公园、巴布亚新几内亚Varirata国家公园、中国海南省万宁市兴隆镇等全球10个国家97个样点纳入胖大海生态适宜产区分析。

3.2 胖大海生态因子值的确定
根据GIS空间分析法得到胖大海主要生长区域生态因子范围：最冷季均温13.6-26.7℃；最热季均温为22.3-29.5℃；年均温为19.4-27.6℃；年均相对湿度为55.15%-80.47%；年均日照在134.34-168.49 W·m-2；年均降水量为1 107-3 997 mm；土壤类型以强淋溶土（Acrisols，AC）、红砂土（Arenosol，AR）、始成土（Cambisol，CM）、铁铝土（Ferralsol，FR）、黏绨土（Nitisol，NT）等为主（表1）。

3.3 数据标准化
根据确定的胖大海生态因子范围在进行相似性聚类分析前须对各种数据进行标准化处理以消除不同量纲的影响[20]。

采用绝对偏差均值法对每个因子的栅格值进行标准化，其公式为，其中，标准化公式为。

3.4 栅格计算
经过标准化后的各因子栅格数据采用加权欧式距离法计算其统计距离。

对得到的每个栅格的统计距离按照十等分法划分出不同距离等级，得到生态相似度在99%的区域。

根据胖大海生态因子的权重值，将进行过距离计算的各个因子图层进行叠加分析，得出新的栅格值，公式中A为最冷季均温，B为最热季均温，C为年均温，D为年均相对湿度，E为年均日照，F为年均降水量。

栅格新值=A×0.17+B×0.17+C×0.17+D×0.1 6+E×0.16+F×0.17，矢量空间分
析将栅格计算结果与行政区划矢量数据进行分析，得到产地适宜区分布图。

4.1 胖大海全球产地适宜性区域分布范围
采用GMPGIS系统分析后得出与胖大海道地产区最大生态相似度区域的全球产地
分布图（图2），以及胖大海在各大州的最大生态相似度区域分布图（图3-图5）。

从分布图可以看出，胖大海全球最大生态相似度区域主要分布于赤道附近，属于热带雨林气候和热带季风气候，包括越南、老挝、缅甸、马来西亚、泰国及印度尼西亚等东南亚国家，刚果（民主共和国）等非洲国家，巴西、哥伦比亚等南美洲国家[21,22]。

适宜区国家及其分布面积、所占国家总面积比例见表2，各个国家占适
宜区总面积的比例见图6。

根据系统统计结果，全球胖大海最大生态相似度区共有62个国家和地区，总面积约为9.3×106km2。

其中面积最大的为巴西，约为
2.9×106km2，其次为刚果（民主共和国）、印度尼西亚、缅甸等。

从适宜产地所占比例来看，老挝相似度区域面积比例最大，约占到98%，几乎覆盖整个国家。

其次为菲律宾、泰国、缅甸等，都占到其国家总面积的一半以上，而中国、印度等国家最大生态相似度区域比例较小。

4.2 中国胖大海最大生态相似度区域分布范围
采用GMPGIS系统分析后得出与胖大海在中国适宜省区的最大生态相似度区域图（图7）。

各适宜省区及其分布面积、所占比例见表3。

由结果可知，国内胖大海最大生态相似度的区域为广东、海南、广西、云南、福建、台湾等省，其中面积最大的区域为广东省和云南省。

GMPGIS系统分析结果显示胖大海主要分布在赤道附近的热带地区，最佳适宜区
的分析结果与文献记载及当前的实际主产区相吻合，验证了GMPGIS系统的科学性。

5.1 胖大海生产潜在适宜区利于其产业布局调整
文献中记载的胖大海主要分布于东南亚地区，应用GMPGIS系统还得出了一部分
文献记载中没有指出的潜在适宜产地，包括南美洲的巴西（面积最大）、哥伦比亚、玻利维亚等，非洲的刚果（民主共和国）等，均位于赤道线附近，属于热带雨林和热带季风气候，符合胖大海生长的生物学环境，上述区域将可能成为胖大海引种栽培的新区域，对指导胖大海生产的合理布局调整具有重要意义。

5.2 GMPGIS系统分析结果对发展胖大海的生产区划具有指导意义
中药材的野生分布区是保证药材质量和生长的最适宜区域，但由于胖大海树木在原产区遭到非可持续性砍伐，胖大海果实过度利用，造成胖大海野生资源匮乏及更新困难，急需对胖大海进行野生抚育[23]及引种栽培，以缓解供需矛盾，实现资源的可持续利用。

本文应用GMPGIS以胖大海生长所需的生态因子为依据，对全球胖
大海适宜产地进行分析，直观地得到胖大海药材适宜产区分布图，为全球胖大海栽培、生产、保护及合理布局提供科学指导和决策依据。

根据分析结果，结合胖大海生物学特性，并考虑自然条件、社会经济条件、药材主产地栽培和采收加工技术，建议选择引种栽培研究区域主要以广东、广西、海南、云南、福建一带为宜。

GMPGIS系统从理论上通过综合生态因子针对胖大海药材进行统计分析后得到最
大生态相似度分布区域，为胖大海药材的生产提供了科学依据。

建议进行药用植物种植基地选择和规划时，除考虑植物生长对土壤、降水、温度、湿度等气候和环境条件的特殊要求，还需要对生产成本、土地供给、耕作条件、灌溉条件、交通运输及当地社会经济水平等其他非环境因素进行综合评价，确定可持续经营管理的最佳种植，以获得良好的经济、生态和社会效益。

这不仅对胖大海资源的综合保护利用和可持续发展具有重要的现实意义，对推动生态文明建设和中医药产业发展也具有积极作用。

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