基于地理信息系统的何首乌地理分布及分布区的生境特征研究

陈 亚，江 滨，曾元儿（广州中医药大学，广州市 510405）

何首乌Polygonum multiflorum Thunb.为蓼科多年生缠绕藤本植物，其块根为常用的大宗中药材，具有补肝肾、益精血、强筋骨、乌须发、养心安神、养血活络之功效，可用于治疗血虚心悸不安、躁动不宁、贫血自汗以及血虚不养筋脉引起的四肢痿软疼痛、风湿痹痛等证[1]。现代医学表明，何首乌具有增强免疫力和抗氧化、延缓大脑衰老以及提高DNA修复功能等功效[2]。除药用外，何首乌还广泛用于保健食品和化妆品生产。何首乌在全国分布广泛，但近年来，对野生何首乌掠夺性采挖现象非常严重，导致何首乌野生资源急剧下降。因此，必须保护现有何首乌野生资源，同时开展人工栽培技术研究和进行规模人工种植。目前，有关何首乌的化学成分和药理作用的研究较多，但对何首乌生长的生态环境特征研究相对较少。本文拟借助地理信息系统（GIS）技术，分析何首乌在中国境内的地理分布及分布区的生态环境特征，以为何首乌资源的保护和人工栽培提供参考。

1 资料与方法

1.1 何首乌分布区数据收集

何首乌的地理分布资料主要来源于中国数字植物标本馆（CVH，http：//www.cvh.org.cn/）等的何首乌标本资料，以及书籍和公开发表的论文等，包括《中国中药资源》、《中国植物志》等，在Excel表格中输入及处理，建立何首乌分布区数据库。

1.2 空间数据收集

1∶400万中国国界与省界图、1∶400万中国县级行政界线图由国家测绘局绘制，由国家基础地理信息中心提供。1∶400万中国土壤数据集、植被数据集、地貌数据集由中国科学院地理科学与资源研究所制作出版，分别根据中科院南京土壤研究所1978年出版的中国土壤图、中科院植物研究所1979年出版的中国植被图、中国科学院地理研究所1994年出版的中国地貌图数字化而来，采用ALBERS投影，为ESRI格式的shapefile文件。

何首乌分布区的气象数据主要来源于中国县情大全、中国气象科学数据共享服务网等提供的数据。

1.3 分析方法

1.3.1 应用ArcGIS9.3分析软件以1∶400万中国县级行政界线图为底图，以何首乌分布县、市名或行政代码等关键字段链接何首乌分布区数据库，通过属性选择获得何首乌分布区的县界多边形电子地图。

1.3.2 ArcGIS9.3软件中同时加载何首乌分布区的县界多边形电子地图和中国土壤类型数据集，进行多边形叠加分析。交集操作是得到两个图层的交集部分，并且原图层的所有属性将同时在得到的新的图层上显示出来[3]。叠加完成后，根据新图层的属性表可以查询原图层的属性信息。因此，通过多边形叠加后，可得到何首乌分布区土壤分布类型及各种土壤类型所占面积，计算每种土壤类型在何首乌分布区的构成比例。用同样的方法可得到何首乌分布区的地貌类型、植被类型及每种类型在何首乌分布区的构成比例。

1.3.3 采用统计学中的频数分布统计研究何首乌分布区的气候特征。

2 结果与分析

2.1 何首乌的地理分布

何首乌分布范围较广，在黄河以南、长江南北各省区均有分布。何首乌资源分布在东经98.50°～121.21°，北纬21.44°～34.40°，东西横跨23个经度，南北跨越13个纬度。在我国的西南、华中、华南、华东等地区广泛分布，包括我国的四川、云南、贵州、重庆、广东、广西、江苏、安徽、江苏、湖北、湖南、河南、江西、陕西、甘肃等省市均有记载分布。经笔者统计，何首乌资源的主要分布区涉及到我国的204个县市，见图1中的黑色部分。

图1 何首乌地理分布图Fig 1 Geographic distribution map of P.multiflorum

2.2 何首乌分布区的生态环境分析

2.2.1 何首乌资源分布区的气候条件分析 根据何首乌分布区的气象资料进行统计分析，总结出何首乌分布区县市的年平均气温、光照和降水条件。在自然界，所有物种的生长发育都离不开一定的温度条件，温度影响着物种的地理分布[4]。何首乌资源分布区的年平均气温的平均值为16.6℃，年平均气温跨度从3.1℃到22℃不等，在13～22℃的频数较大，经统计，有90%的分布县市的年平均气温在此范围内。光照对物种的发育生长和形态构成有重要作用，年均日照时数是衡量光照的一个重要参数。何首乌分布区的年均日照时数的平均值为1 708.3 h，年均日照时数在1 100～2 300 h的频数较大，有85%的分布县市的年均日照时数在此范围内。年均日照时数低于1 000 h的地区主要集中在四川，如宝兴、天全、乐山等地区。降水是植物生长发育期间的主要水分来源，何首乌分布区的年均降水量的平均值为1 222.3 mm，有77%的分布县市年均降水量在800～1 600 mm的范围内，处于湿润气候区内。

2.2.2 何首乌资源分布区的地形地貌研究 地形、地貌对中药资源虽不产生直接影响，但能制约光照、温度、水分等自然因子，所以对药用植物或药用动物的生存起着重要作用。地形的变化可引起气候及其他因子的变化，从而影响中药资源的种类与分布[4]。何首乌资源分布区有32.48%的面积处于1 000 m以下的低海拔地区，有33.51%的面积处于1 000～2 000 m的中海拔地区，总体来看有66%的面积处于2000 m以下的中低海拔地区。何首乌资源分布区的地貌类型有山地、黄土梁峁、台塬台地、平原、冲积扇平原和低河漫滩等类型，有89%的面积为山地，有6%的面积为平原，而黄土梁峁、台塬台地、平原、冲积扇平原和低河漫滩占总面积的5%。

2.2.3 何首乌资源分布区的土壤类型研究 土壤是药用植物固着的基础，又是供应植物营养成分的源泉。何首乌资源分布区的土壤类型主要有红壤、黄壤、黄棕壤、赤红壤、棕壤、石灰（岩）土，占分布区总面积的80%，其中以红壤和黄壤为主，分别占总面积的24.83%和19.42%。

2.2.4 何首乌资源分布区的植被类型研究 何首乌资源在亚热带、热带酸性土分布区的植被类型主要有常绿、落叶阔叶灌丛、矮林和草甸，占何首乌分布区总面积的20.11%，亚热带、热带石灰岩分布区则为多种藤本的常绿、落叶灌丛、矮林等，占何首乌分布区总面积的9.04%，温带、亚热带落叶灌丛、矮林，占何首乌分布区总面积的7.48%。

3 讨论

何首乌在我国广泛分布，适应性强，绝大多数分布县、市处于湿润气候区内，属于亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季低温少雨，生态环境复杂。何首乌在我国的地理分布范围为东经98.50°～121.21°、北纬21.44°～34.40°，在西南、华中、华南、华东等地区广泛分布，有90%的分布县市的年平均气温在13～22℃；有85%的分布县市的年均日照时数在1100～2300 h；有77%的分布县市年均降水量在800～1600 mm。可见，何首乌分布区温暖湿润，光照和降水量充足。何首乌分布区66%的面积处于2 000 m以下的中低海拔地区，以山地为主。土壤类型以红壤和黄壤为主，占分布区总面积的44%。植被类型以灌丛、矮林为主。因此，在进行何首乌人工栽培的时候，应该考虑选在中低海拔的山地、温暖湿润的地区作为引种驯化、规范化种植基地，并且选择红壤或黄壤进行种植。

地理信息系统（GIS）是以采集、贮藏、管理、显示、分析和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的计算机系统。近年来，GIS在测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害预测、土地调查与环境管理、国防、宏观决策等领域得到了广泛应用[3]。GIS为资源动态监测提供了非常有力的手段，它的特点是将空间特征和属性特征紧密联系起来，结合各种地理分布模型，进行区域分析评价并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果[5]。GIS提供的一系列的空间统计分析功能，如叠置分析、缓冲区分析等，可以对资源信息进行处理和分析，挖掘出新的有用的信息和结论。中药资源具有明显的地域性，是在一定的气候、地貌、土壤和植被等自然条件综合作用下长期形成的结果。本文采用GIS技术对何首乌资源生境特征进行分析，其结果与文献[6]“何首乌喜温暖潮湿气候，忌干燥和积水，以选上层深厚、疏松肥沃、排水良好、腐殖质丰富的砂质壤土栽培为宜，粘土不宜种植。生长在海拔200～3 000 m山谷灌丛、山坡林下、沟边石隙”基本相符。证明了本文分析结果的可靠性。采用GIS技术对中药资源生境特征进行分析，与传统方法比较，可以节约资金和人力，并可提高分析的准确性，可以在中药资源研究中推广应用。

[1] 中国中医药管理局《中华本草》编委会.中华本草（第2册）[M].上海：上海科学技术出版社，1999：671-678.

[2] 黄诗前.何首乌醇提物的分离纯化及活性研究[J].中国药房，2009，20（30）：2 352.

[3] 汤国安，杨 昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京：科学出版社，2006：26-30.

[4] 中国药材公司.中国中药资源[M].北京：科学出版社，1995：3-4.

[5] 陈士林，张本刚，杨 智，等.全国中药资源普查方案设计[J].中国中药杂志，2005，30（16）：1 229.

[6] 于宪远.何首乌的生长特性和栽培要点[J].上海蔬菜，2009，2：46.