长白山地区园参地空间及地形分布特征研究

2014-08-01丁宁朴东范朱卫红裴洪淑

延边大学学报（自然科学版） 2014年3期

丁宁,朴东范,朱卫红,裴洪淑

(1.延边大学长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室，吉林延吉 133000；2.延边大学理学院地理系，吉林延吉 133000； 3.韩国高丽大学生命学院，韩国首尔 136-713)

人参(Panaxginseng)作为一种珍贵的中药材，按其生长环境的不同，可以分为野生人参和园参，其中园参以其种植面积大、产量高、生长周期较短的特点，成为我国主要的人参产品[1].资料[2]显示，我国是世界上人参生产大国，同时人参也是我国出口额最大的中药材品种之一.长白山地区因其独特的自然环境成为我国人参的主要产地，其产量约占全国的85%.近年来，人参不仅用于单纯的药物，而且还用于化工、美容、食品、饮料等广泛的领域.目前国内与国际市场对人参及人参产品的需求量都在逐年增长[3],因此我国人参市场出现了供不应求的现象；此外由于国内多地对人参的引种并未得到合理的指导，导致人参的质量也开始下降.丁海国等[1]通过对2000—2010年TM影像分析表明，在2000—2010年间长白山地区6个县市的园参地面积逐年下降，且下降幅度呈增加的趋势；徐万玲等[4]以敦化市为例对长白山地区园参地的土壤环境质量及其重金属潜在生态风险进行了评价，结果表明该研究区的园参地为轻微生态危害，土壤肥力达到中等以上水平，土壤环境基本符合无公害人参生产的要求；孙明晨[5]以集安市为例对人参用地的综合效益进行了分析.本文以Landsat 8 OIL影像、GPS采样点数据、长白山地区30 m分辨率DEM影像图及行政图、各县市气象数据及相关文献资料作为数据源，研究了长白山地区园参地的空间和地形分布特征，并探讨了促使其空间分布特征形成的自然与人文的驱动机制.

1 研究区概况

本文研究的长白山地区主要包括吉林省的敦化、安图、汪清、珲春、和龙、抚松、靖宇、长白8个县(市)，该区域处于吉林省东南部，位于126°30′～130°18′E，40°37′～44°30′N之间，总面积为50 369.62 km2(图1).该区处于长白山山脉地段，主要地貌类型为山岭、山地、盆地和谷地等，其中山岭海拔在1 000 m以上，山地海拔大部分在500～1 000 m范围内,仅少部分超过1 000 m.该区属温带季风气候区，冬季寒冷而干燥，夏季温暖而湿润；年均气温为3～7 ℃，7月平均气温在10 ℃左右，1月平均气温在-20 ℃左右，年日照时数约为2 300 h，年降水量为700～1 400 mm[6];区内植物资源十分丰富，主要由红松(Pinuskoraiensis)阔叶林、针阔混合林、针叶林、岳桦(Betulaermanii)林、草甸等组成[7].

图1 长白山地区研究范围

2 数据源及研究方法

2.1 数据来源及处理

Landsat 8 OIL遥感数据来源于美国地质勘探局(United States Geological Survey，USGS)网站，其空间分辨率为30 m，在ENVI 4.7及ArcGIS 10.0中对下载的7景Landsat 8 OIL影像(2013年)进行几何校正、数据镶嵌与裁剪以及彩色合成等遥感数据预处理工作，得到研究区的全色遥感影像图；行政区划数据以吉林省行政区划图为基础，配准数字化得到；将2013年6月—9月野外考察得到的100个GPS采样点数据(包括样点的经纬度和海拔高度)导入到ArcGIS 10.0中与研究区行政区划图进行叠加(图2)以设定投影坐标系，并将生成的采样点数据图层与遥感影像叠加(图3)；研究采用的DEM数据来源于美国地质勘探局(USGS)网站，空间分辨率为30 m，在ArcGIS 10.0中基于DEM数据提取研究区坡度、坡向2个地形因子；气象数据来自延边州气象局及中国气象中心数据共享平台,各县市地形因素数据来自相关文献资料.

图2 采样点行政区域分布图

图3 采样点影像分布图

2.2 研究方法

2.2.1目视解译卫星遥感影像的目视解译是利用图像的影像特征(色调或色彩,即波谱特征)和空间特征(形状、大小、阴影、纹理、图形、位置和布局)与多种非遥感信息资料相组合,运用生物地学相关规律,将各种目标地物识别出来,并进行定性和定量分析,以获得所需要的各种地面信息[8].由于目视解译所需的设备少，简单方便，可以随时从遥感图像中获取许多专题信息，而且判读精度高，因此它是目前遥感影像判读的常用方法.

2.2.2平均和变异分析法平均和变异分析法是利用平均指标和变异指标分析地理数据的一般水平及差异的方法.本文利用平均指标来反映园参地分布的海拔、坡度、坡向的一般情况，以此获得园参种植的最佳地形条件，其计算公式[9]为

式中：xi(i=1,2,…，m)为第i组的组中值，如果第i组的下限值为ai、上限值为bi,则xi=ai+(bi-ai)/2;fi为第i组的频数，即出现在第i组的地理数据个数；m为分组个数.

本文选取变异系数作为变异指标，它是用来衡量地理要素在时间与空间上的相对变化(波动)程度的统计量，其计算公式为

3 结果与分析

3.1 园参地的空间分布特征

基于100个采样点数据，在ArcGIS 10.0中将其与研究区的遥感影像进行叠加，利用不同的波段组合获取园参地的遥感信息判读依据(表1)，其中Landsat 8影像的6、5、2波段组合可以区分裸地和作物耕地，而5、6、2波段的组合可以使植被呈现不同的颜色.利用人工目视解译对研究区的园参地进行矢量化，并以研究区8个县市为单元创建园参地面积分布表(表2).

表1 园参地遥感信息判读依据

表2 研究区园参地面积分布值

由表2可知：研究区园参地分布面积从大到小的排序为：抚松>靖宇>长白>安图>敦化>汪清>珲春>和龙，总面积为9 620.01 hm2.其中面积在2 000 hm2以上的是同属于白山市的抚松、靖宇两县，两者的面积约占总面积的50%.延边州5个县市的园参地面积占总面积的34.6%，其中只有安图的园参地面积超过1 000 hm2，汪清、珲春、和龙3个县市的园参地面积基本相近.

3.2 园参地的地形分布特征

借助ArcGIS 10.0软件栅格数据的空间分析功能，从研究区DEM中提取坡度、坡向2个地形因子，将采样点数据导入叠加后得到园参地的坡度、坡向分布图(图4和图5).在Excel中分别对园参地分布的高程、坡度、坡向3个地形因子进行统计整理生成图表，分析园参种植的最适地形特征，然后利用平均和变异分析法分别计算园参地分布的高程、坡度、坡向的平均值和变异系数，结果见图6—图8和表3.

图4 样点坡度分布图

图5 样点坡向分布图

从图6—图8中可知，园参种植的最适海拔高度范围为600～800 m,最适坡度范围为0～8°，最适坡向为数值在247.5～292.5范围的西坡，即园参种植的最适地形为坡段缓和的西坡山地.

图6 园参地高程值统计图

图7 园参地坡度值统计图

图8 园参地坡向值统计图

由表3可知，研究区园参地分布的3个地形因子的平均值为：高程624 m,坡度9.5°，坡向为南坡.三者的变异系数均在15%左右，这说明样本数据的相对波动程度较小，各县市基于地形因子的分布规律具有相似性.

表3 园参地各地形因子平均变异值

3.3 驱动机制分析

园参地空间分布特征的自然驱动因子包括地形、气候、土壤、植被等，人文驱动因子包括栽培历史、土地利用、政府政策、区域经济发展水平及人口分布等，本文分别选取自然因素中的地形与气候两个主要因子，以及人文因素中栽培历史和政府政策两个主要因子作为园参地空间分布特征形成的驱动机制.

3.3.1自然因素1)地形因素.由表4可知，山地面积的大小依次为敦化>珲春>汪清>抚松>和龙>靖宇>安图，但由于最适宜种植园参地的海拔为600～800 m，因此从海拔上看，敦化、抚松、靖宇、安图4个县市为最佳种植区，其中敦化的山地因大部分呈坡陡谷深，且石砾含量较多[11]，适于种植园参的区域不多；因此从地形上看，适于种植园参的地区应为抚松、靖宇、安图.珲春、汪清、和龙3个县市的山地面积虽然较大，但由于其平均海拔都在园参种植的最适海拔范围外，因此适于园参种植的山地面积不多.

2)气候因素.人参为阴性植物，适宜于凉爽湿润的气候.由表5可知：抚松、靖宇、长白3个县的年均气温都较低，降水量充沛(690～800 mm)，年日照时数在2 380 h左右，这为人参生长提供了适宜的生长环境.延边州的5个县市中，园参地分布面积最大的安图县的年均气温虽然也较低，但其年均降水量和年日照时数都低于抚松、靖宇和长白，这导致其园参地分布面积减少；其余4个县市的气温相对较高、降水量较低，年日照时数只有汪清接近2 380 h，这种气候因素导致这4个县市的园参种植面积相对较少.

表4 研究区地形因素值

表5 研究区各县市气候因子值

3.3.2人文因素 1)栽培历史.人参的栽培历史对园参地空间分布特征的影响主要表现在栽培技术与人参文化两个方面.资料[12]显示，抚松县的种植历史已有440多年，当地参农在长期的栽种过程中积累了大量种植经验和技术，并已经形成了本区特有的人参文化，成为国内最早的人参贸易集散地.另外，靖宇县和长白县的园参种植史也分别已有300年和100余年，也形成了较浓厚的人参文化，而延边州5个县市的人参栽培史都基本在四五十年左右，无论在栽培技术和人参文化上都远不及抚松、靖宇、长白3个县.

2)政府政策.目前，抚松、靖宇、长白3个县的人参品质和单产已达到世界先进水平，但这3个县的政府仍然致力于继续推进人参产业的不断发展，例如：抚松县政府在全面实施《抚松县人参产业“十一五”规划》的同时，还规划了“抚松人参产业二次创业工程”，以此不断规范人参栽培，加大人参产品的高科技研发，打造人参品牌，挖掘人参文化；靖宇县在政府的带领下建立了标准化栽培基地，并举办了12期的乡镇科技培训班；长白县通过对人参生产基地、业户、人参加工企业及参业用地资源等方面的全面整合，有效地推进了绿色有机人参标准化示范地的建立工作.相比之下，尽管延边州5个县市近些年对人参产业的发展出台了一些政策和规划，但与抚松、靖宇、长白3个县相比仍具有一定差距.

4 结论

本文基于3S技术及目视解译和平均变异分析法研究了长白山地区园参地的空间与地形分布特征，并分析了地形、气候、栽培历史和政府政策4个因子对研究区园参地空间分布特征的作用机制.所得结论主要包括了园参地在不同波段组合下的遥感信息特征、研究区各县市园参地分布面积的大小、园参种植的最适海拔范围、坡度范围和坡向值等.本文的不足在于基于园参地遥感信息特征所解译的园参地并未得到实地考察的验证，对园参地空间分布特征的驱动机制的研究，只进行了简单说明，未使用相关分析法进行详细的作用机制分析.

参考文献：

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[2]盛洪昌,刘倩如，刘欣.关于吉林人参产业存在的问题与思考[J].价值工程,2012(16):147-148.

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[4]徐万玲,王钰婷,李会杰.长白山地区园参地土壤环境质量及重金属潜在生态风险评价：以敦化市为例[J].延边大学学报：自然科学版,2014,40(1):89-94.

[5]孙明晨.集安市人参用地综合效益分析[D].东北师范大学,2009.

[6]刘巍,曹伟.长白山植物群落谱系结构及环境因子对其的影响[J].干旱区资源与环境,2013,27(5):63-68.

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[11]吕弼顺,朱卫红,金熙政.延边旅游资源的可持续利用与开发[M].延吉:延边大学出版社,2003:26-27.