中药资源普查药材蕴藏量算法构建

陈菊，罗悦，温川飙,2



中药资源普查药材蕴藏量算法构建

陈菊1，罗悦1，温川飙1,2

[摘要]从第四次中药资源普查的实际需求出发，提供一个野生药材蕴藏量补充算法及其计算软件编程。该算法在代表区域与样方统计的常规蕴藏量计算方法基础上，提供一种按不同品种的生长因子为权重的补充算法，其结果与常规计算方法结果进行比对，辅助以市场年交易量和种植产量作为数据校验，最终通过计算机软件编程获得数据结果，力求最大程度接近实际情况，提供有助于政府决策、行业发展和科学研究需要的资源蕴藏量数据。该算法已经在全国第四次中药资源普查中进行了应用，部分证明了其有效性。

[关键词]野生药材；品种；蕴藏量；算法

[作者单位]1.成都中医药大学医学信息工程学院，四川 成都 611137；2.成都中医药大学数字医药研究所，四川 成都 611137

我国是世界最大的野生药材资源国，为可持续利用野生中药资源，客观、真实、全面地掌握野生中药材的蕴藏量至关重要。目前计算野生药材蕴藏量的研究多在传统植物蕴藏量算法基础上展开，虽然野生中药分属于植物科属，但品种差异大，药用方式多样，对蕴藏量的精度要求要高于一般植物调查，故需要对算法有进一步的补充。

本研究在现有中药资源蕴藏量计算方法的基础上，提出一种补充算法。该算法以品种分布面积数据获得的方式和准确性为重点，并与基础算法结果，以及不同区域差异、市场年交易量、种植区产量等数据进行校验，多次迭代循环后，得到数据校验权重值。最后通过软件编程，计算出某一品种野生药材在某一区域的蕴藏量。

1　文献研究

计算野生药材蕴藏量的研究多在传统植物蕴藏量算法基础上展开[1～9]，目前研究成果并不多。药用植物蕴藏量调查方法初探[2]，该文献结合工作实践经验从样地和样方的设置、蕴藏量调查的野外工作、蕴藏量和允收量的计算等几个方面对药用植物蕴藏量调查方法进行了探讨，但是该文献的计算侧重于年允收量，野生药材人工栽培地适应性研究，对于蕴藏量的计算较为简单、粗糙；山区植物药材蕴藏量的评定方法[3]，该文献根据山区植被和植物区系分布特征计算山区药材蕴藏量，将山区调查药材品种按10个梯度进行目测评定，蕴藏量使用多度计算，但文献仅针对山区药材进行蕴藏量计算，没有考虑到药材生长地多样性，并且蕴藏量计算没有精确到药用部位重量；中国常用药材的资源蕴藏量和产量[4]，该文献采取专业技术人员野外实地勘察测算，参考历史统计资料推算、老药农和老收购人员座谈估计三结合的综合估计算法计算中药蕴藏量。该文献不仅存在文献[2～3]的问题，对于蕴藏量具体计算过程没有进行阐述。

总体说来目前众多研究均存在蕴藏量算法粗糙，蕴藏量非药材要用部位重量，无以品种为计算单位的蕴藏量算法。因此本研究在已有算法基础上，提出一种新的蕴藏量补充算法，以药材品种为基本计算单位计算药材要用部位蕴藏量。

2　基础算法

中药资源蕴藏量计算方法，按照现有教科书及相关文献提供的方法，目前基本采用传统植物蕴藏量算法[1]，算法如下式所示：

上式中县域内蕴藏量（G县）=单位面积蕴藏量（U均）*分布面积（S分），蕴藏量的单位为“kg”。1000用于单位换算。U均为县域内所有样方单位面积蕴藏量的均值，单位为g/m2；S分为县域内资源的分布面积，单位为km2。栽培品种：S分为栽培面积，通过调查获得。野生情况：S分为分布面积，通过对调查区域的面积（S调查区域）加权获得，f为权重，通过人工赋值得到，所附的值需要说明理由。G方为样方内中药资源的蕴藏量，用株数（N）*资源个体的平均重量（G均）得到。G均通过采挖5株个体（中等大小，分布在不同样方内），称重求均值得到，单位克(g)。

可以看出传统植物蕴藏量算法通过单位面积产量与栽培面积之积求出，该算法具有简单快速的特点，易于代码实现的优点。同时也存在相应的缺点：首先，以县代表区域为面积单位计算所有药材蕴藏量，计算粒度粗，对广布品种计算方便，但稀有品种会存在较大误差，特别是一些珍稀品种会造成数据的过度放大；其次，代表区域面积定义模糊，S分为实际生长面积还是分布面积不够明确，在实际操作会受人为因素的影响，样方抽样会因为方式的不同产生较大计算误差；再者，药材的重量，存在干重和鲜重的差别，会收到生长和采收期不同的影响。最后，权重人为给定，且给定方式没有阐述，计算结果存在较大人为因素干扰。

通过以上对目前植物蕴藏量算法的分析，结合中药不同品种差异大的特点，由代表区域面积计算的品种分布面积和校验权重是准确获取蕴藏量数据的关键，需要进一步的深入分析和清楚界定。

3　品种分布面积的补充算法

作为基础算法的补充，作者在通过代表区域计算机品种分布面积的基础上，提供一种直接通过GIS和文献研究品种生长影响因子获取品种分布面积的方法。

基础算法：按代表区域面积计算品种分布面积，调查样方总数与某种药材的实际分布样方数比例，是计算出品种的分布面积的基础，步骤如下：

①不同品种分布比例=品种分布的小样方数除总样方数=全县的比例？（10×10乔木，5×5灌木，2×2草本分开算）②品种分布面积=全县代表区域的面积×不同品种分布比例

补充算法：药用植物蕴藏量算法中所有的样方均采用随机抽样或系统抽样法，由此采用数据统计方法进行蕴藏量计算。

定义1野生药材调查县某品种药材蕴藏量表示为：

式中G的单位为kg，其中1/1000用于单位换算。W为某品种药材在调查县的单位面积蕴藏量，单位为g/m2，表示为：

式中，n是正整数，代表调查县样方数；Ni为第i个样方内某品种药用植物株数；Un为某品种药材药用部位单位重量植物株数；Qi为第i个样方的面积。

S为调查县某品种药材适宜生长区域的总面积，单位为m2，表示为：

式中计算元素如表1，表2，表3所述。表1列出药材生态环境影响因子，共分为四大类，气候、地形、土壤、人为，且给出所有影响因子赋值标准。赋值方法共两类，分别为随机赋值和专家赋值，随机赋值采用平均划分权重方式，专家赋值则是药材专家结合自身知识、经验分析药材生长主导因子的依赖性来为影响因子赋值。随机赋值与专家赋值将在计算机软件用于品种分布面积数据计算。

表1　药材生态环境影响因子赋值标准

气候资源数据来源于全国气象站点2012年的逐月地面气象数据，按国家认可的方法计算所得的数据，包括四个指标、平均温度，相对湿度，降水量，日照时数。

地形数据来源于基础地理信息信息数据库，包括两个指标：海拔，坡向。

土壤数据采用1:4000000第3次全国土壤普查的土壤数据，包括三个指标养分，酸碱度，微生物。

人为因子指人类行为和主观因素造成药材资源枯竭或者生长地消失，包括两个指标过度开采，产地占用。

表2　与药材最佳生长环境相似等级及赋值

表2　与药材最佳生长环境相似等级及赋值

等级（GD）　等级赋值（GV）1级：相似　1 2级：基本相似　0.5 3级：完全不相似　0

表3列出了人为影响因子对药材开采度及产地占用度等级的划分及赋值。

表3　人为影响因子影响等级及赋值

获得以上某一品种药材的影响因子数据后，通过软件编程，与该地区GIS基础地理信息的比对后，计算出该品种在该地区的分布面积，作为核心数据用于下一步蕴藏量计算。

4　校验及权重的获取方法

内部校验：①分别获取基础算法和补充算法结果，利用软件比对筛选差异明显的数据，交专家组进行校验分析，获取有价值数据，修正影响因子等级赋值；②按不同区域和采收时间的同一品种蕴藏量结果进行比对，筛选差异排序前15％的数据，进行对权重值的迭代平均，专家赋值，最终获取0-1，1-2之间的权重数据。

外部校验：辅助以近3年的区域市场交易量和企业种植数据对蕴藏量数据进行进一步修正，迭代更新权重。

5　讨论

明确了一种以品种生长影响因子，获取品种分布面积和权重的补充算法，它以药材品种为基本单位，按中药材生态环境影响因子及人文影响因子赋值，通过GIS地理数据计算机和文献分析得出药材的品种分布面积，其误差明显小于按代表区域统计计算出的品种分布面积。其结果再利用软件和专家组对与基础算法结果差异明显的数据进行校验，辅助以市场交易量和企业种植数据修正，迭代更新权重，从而获取更为接近实际的药材蕴藏量数据。

基础算法、补充算法、数据校验权重形成一个较为完整的算法体系。如下图：

该算法通过在全国第四次中药资源普查数据整理中使用，验证了算法的有效性。相较于其他蕴藏量算法，本算法存在如下优点：

（1）定义药材环境影响因子及人文影响因子，并对这些因子赋予随机和专家赋值，细化了药材分布面积的计算方法，按调查品种计算出更加精准的药材分布面积。

（2）通过分别获取基础算法和补充算法结果，提供内部数据校验和市场外部验证，所获得的数据按不同区域和时间多次迭代平均，所获取的权重用于蕴藏量计算，提高蕴藏量的准确度。

（3）形成以基础算法应用于广布品种，补充算法应用于稀有品种，内部和外部校验相结合的算法体系，使蕴藏量计算更具有实用和可操作性。

对日后工作存在如下展望：

（1）GIS系统和专家赋值还可进一步细化，例如分析药材所属类型（乔木、灌木、草本、苔藓、地衣、藤本、寄生、腐生）进行权重按类赋值；药材生态环境因子可添加群落因素来计算药材蕴藏量等等。即细化权重值以达到计算值的准确性。

（2）扩展数据校验手段，如加入药材市场数据进行蕴藏量侧面校验，市场数据指药材在市场上的交易量，通过药材交易量的变动规律侧面分析药材蕴藏量。

[参考文献]

[1]P Petr,K Tomas,J Vojetch.Plant species richness of nature reserves: the interplay of area, cli- mate and habitat in a central European landscape[J].Global Ecology and Biogeography, 2002, 11(4):279-289.

[2]金昌东,陈彩霞,吴宇,等.药用植物蕴藏量调查方法初探[J].中草药,1995,26(2):92-112.

[3]王良信.山区植物药材蕴藏量的评定方法[J].国外医药(植物药分册),1991,6(6):257-259.

[4]赵润怀,张慈源,陶陶,等.中国常用药材的资源蕴藏量和产量[J].中国中药杂志,1995,20 (12):712-715.

[5]B T Guan,G Gertner.Using a Parallel Distributed Processing System to Model Individual Tree Mortality.For.Sci.,1991,37(3):256-260.

[6]肖银松.“3s”及抽样技术在森林资源动态监测中的应用[J].西南林学院学报,2004,24 (2):60

[7]Raymond F.Kokaly.Investigating a Physical Basis for Spectroscopic Estimates of Leaf Nitrogen Concentration[J].Remote Sensing of Environ,2001,75(2):153-161.

[8]张传玲,张水鹏,扬志勇,等.日照沿海地区药用植物资源调查[J].山东林业科技,2004,1:42.

[9]黄明进,王文全,魏胜利.我国甘草药用植物资源调查及质量评价研究[J].中国中药杂志,2010,35(8):947-952.

[10]齐国君,高燕,钟锋,等.基于 GIS 与生物气候相似性的西花蓟马在广东的适生性研究[J].环境昆虫学报,2011,33(1):1-7.

（责任编辑：蒋淼）

System construction of the supplement algorithm for wild Chinese medicinal material reserves

CHEN Ju, LUO Yue, WEN Chuan-biao
(1.Institute for Digital Medicine, Chengdu university of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, Sichuan; 2.Medical Information Engineering College , Chengdu university of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, Sichuan)

[Abstract]Based on the practical need of the Fourth Census of Traditional Chinese Medicine (FCTCM), this paper proposes a supplement algorithm for the calculation of reserve of wild Chinese medicine and the algorithm software programming.In the representative region, , this algorithm provides a supplement one weighted by various breeds’ growth factor on the basis of the general reserve algorithm for the sample statistics.By comparing the results with those of the general algorithm, the data results are gained through computer software programming.In this way, the actual situation will be mostly close and the resource reserve datum contributes to the government decisions, the industry development and the scientific study.This algorithm has been applied in FCTCM, and the efficiency has been partly proved.

[Key words]Wild medicinal material; variety; reserves; algorithm

[收稿日期]2015-06-29

[通讯作者]温川飙（1970-），男，硕士，主要从事中医药医药数字化、中医生物信息、数据库开发、网络平台等方面研究Tel:13882086290 Email:wcb@cdutcm.edu.cn

[作者简介]陈菊（1987-），女，硕士，主要从事中医数字化等方向的研究 Tel:13882233912

[基金项目]四川省教育厅课题（11ZA211）“中药资源动态预警系统研究”

[中图分类号]R282.2

[文献标识码]A

[文章编号]1674-926X(2016)01-001-03