天山北麓昌吉州西部三县市中药资源空间分布异质性分析△

韩大勇，郭雄飞，赵雅琴，宋海龙*，石磊岭*

1.伊犁师范大学 生物与地理科学学院，新疆 伊宁 835000 2.新疆维吾尔自治区中药民族药研究所，新疆 乌鲁木齐 830002

中药资源是人类赖以生存的物质基础，是利用历史最为悠久的生物资源之一，与人类福祉密切相关。中药资源受人为干扰严重，表现为分布范围缩小、储量减少、药材质量下降[1-3]。如何开展中药资源的可持续利用已经成为制约中药资源产业健康发展的瓶颈问题[4-5]。

了解中药资源的分布情况是中药资源普查工作中的一项基本内容。空间异质性是中药资源分布的重要特征之一。受水热条件、地形地貌、土壤养分及人为干扰等因素影响，中药资源往往表现出空间聚集性分布特征，也就是区域的不平衡性。这种不平衡性体现在各个空间尺度上。目前，已有研究人员针对中药资源在县域、省域或地区尺度上的中药资源分布开展研究[6-7]，但很少有研究关注县域内部尺度的中药资源分布状况，不利于了解中药资源的形成机制和建设中药资源信息化监测体系。

就中药资源的自然属性而言，保护其赖以生存的生境或生态系统是最基本、最有效的保护方式[8-9]。新疆昌吉州昌吉市、呼图壁县、玛纳斯县(简称三县市)位于新疆腹地、天山北坡，县域内地形地貌复杂、植被类型多样，中药资源丰富。了解县域内不同类型生态系统的中药资源状况、对重要生态系统进行科学的保护，是实现中药资源可持续利用的有效途径之一[9]。在第四次全国中药资源普查背景下，开展县域以下尺度中药资源详细空间分布特征研究，对于制定针对性更强的中药保护政策和更具科学性的中药产业发展政策、破解中药产业发展的瓶颈问题具有重要意义。

本研究以2011—2020年的第四次全国中药资源普查获得的数据作为基础，对位于新疆腹地的昌吉回族自治州代表性县域中药资源空间分布状况进行分析，了解县域内中药资源的分布特征及其随着生态系统类型变化的规律，为中药资源保护和利用提供理论依据。

1 方法

1.1 研究区概况

在行政区划上，本研究区域包括新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州西部三县市。该地区气候属中温带区、典型的大陆性干旱气候，冬季寒冷，夏季炎热。但是，由于叠加了地形因素的作用，南北气候差异明显。研究区内地势南高北低，由东南向西北倾斜，南部是天山山地，中部为广袤的冲积平原，北部为浩瀚的准噶尔盆地及其中的古尔班通古特沙漠[10]。因此，北部平原地区表现为沙漠性气候特征，年平均气温6.8 ℃，年平均降水量190 mm；南部山区表现为山地气候特征，降水量更为丰富，达到300 mm左右。受地形影响，三县市植被类型复杂，主要包括栽培植被、荒漠、草原、草甸、灌丛、阔叶林、针叶林、高山植被和栽培植被8个基本类型。其中，荒漠植被在本区内分布面积最大，主要位于中部和北部；栽培植被位于中部，主要是地表径流冲积、洪积形成的地势平坦、水土条件优越的地带，俗称“绿洲”；草原主要分布于海拔1000 m左右的低山地带；2000 m以上的高海拔区为针叶林和高山植被。

1.2 样地设置

按《第四次全国中药资源普查技术规范》，在三县市的代表性区域内设置研究样地，具体设置方法为：利用地理信息系统将每个县域划分为若干个1 km×1 km的网格，随机选择其中的36个网格作为调查样地(每个样地面积1 km2)，涵盖县域内各种生态系统类型。环境数据记录样地植被类型、海拔和中心点坐标，植物数据记录样地内所有中药资源植物种名。其中，昌吉市调查区域包括101省道三屯河、兵团104团、阿什里镇、高新区、后峡、老阿什里、老龙河、老努尔地村、庙儿沟金涝坝、庙尔沟努尔加、努尔加水库、三工镇、石门子等；呼图壁县调查区域包括呼图壁镇、大丰镇、雀尔沟镇、二十里店镇、园户村镇、五工台镇、石梯子乡，新疆生产建设兵团芳草湖总场、兵团106团、兵团105团；玛纳斯县调查区域包括旱卡子滩石灰窑村、湿地公园、清水河、塔西河镇、塔西河上游、石门子、火烧洼、大白杨沟、新湖二场、石门子水库、六户地、149团、北五叉、五工台、149团北沙窝等。

1.3 数据分析

部分样地由于记录数据不完整、中药资源种类过少等原因，在数据分析时未纳入，最终纳入分析的昌吉市样地为25个、呼图壁县为23个、玛纳斯县为19个。对以上67处样地的中药种类数进行空间自相关分析。空间自相关是指观测变量的空间依赖性，即空间位置相近的变量具有相似的变化趋势。空间自相关测度指标最为常用的是莫兰指数(Moran′s Ⅰ)。其优点在于可以进行显著性检验，并利用标准化自相关图在不同地点之间进行比较。通常Moran′s Ⅰ在-1～1变化，Moran′s Ⅰ>0，且达到显著水平，为正的空间自相关，其值越大，空间聚集性越明显；Moran′s Ⅰ<0，且达到显著水平，为负的空间自相关，其值越小，空间离散性越大；Moran′s Ⅰ→0，无空间相关，即随机化的空间分布。在实际运用中，可对Moran′s Ⅰ进行Z检验得出Zi得分，再结合显著性检验的P值共同判断空间相关程度的性质和大小。

Moran′s Ⅰ相关图可展示局部的空间不稳定性，具体方法是对中药种数原始值与中药种数的空间滞后值做散点图，回归直线的斜率即为Moran′s Ⅰ指数。散点图可划分出4个象限，即第一象限HH、第二象限LH、第三象限LL和第四象限HL。根据不同象限内的样点分布情况，可直观展示不同样点中药资源的空间分布的依存关系。其中，HH象限代表高观测值区域，并被高观测值单元包围；LH象限代表低观测值区域，并被高观测值单元包围；LL代表低观测值区域，并被低观测值单元包围；HL代表高观测值区域，并被低观测值单元包围[7]。

为了分析生态因子对中药资源分布的影响，本研究选取海拔和植被类型2种关键生态因子，分析中药资源分布规律。其中，将1000 m以下划分为低海拔、1000～2000 m为中海拔、2000 m以上为高海拔；植被类型按荒漠、草原、草甸、灌丛、阔叶林、针叶林和高山植被进行划分。计算不同海拔和不同植被类型的中药资源种类数量，计算平均值，采用Duncan多重比较方法比较不同海拔和植被类型中药种数的差异性，以P<0.05为差异有统计学意义。

本研究所有数据分析采用统计软件R语言的“rgdal”“gstat”程序包完成。

2 结果

2.1 中药资源的空间分布特征

本次中药资源普查中，三县市总计调查到中药资源75科367属739种。其中，昌吉市64 科255属408种；呼图壁县64科265属412种；玛纳斯县67科266属398种。在空间分布格局上，三县市中药资源均表现出南部多、北部少的空间分布格局。

就具体植被类型看，昌吉市以针叶林中药资源最为丰富，平均为38种，草原和灌丛的最低，平均13.7～14.0种(图1)；呼图壁县和玛纳斯县的中药资源分布规律一致，均以灌丛最为丰富，平均分别为28.0、74.5种。在海拔高度方面，昌吉市以中海拔中药种数最多，平均26.8种；呼图壁县和玛纳斯县均以高海拔最多，平均分别为31.0、53.3种(图2)。

注：不同小写字母表示P<0.05；下同。

图2 昌吉州三县市中药资源随海拔高度的分布规律

2.3 中药资源分布的空间自相关性

Moran′s Ⅰ和Zi得分均表明三县市具有正的全局自相关性，且有统计学意义(P<0.05，表1)。其相关强度顺序为昌吉市>呼图壁县>玛纳斯县，表明在县域尺度内中药资源分布同样表现出空间聚集特征。

表1 三县市中药资源空间分布全局相关性检验

进一步的局部自相关分析表明，Moran′ I散点图中HH象限和LL象限的明显空间差异体现出中药资源的空间异质性。其中，处于HH象限的样地均具有丰富的中药资源种类，主要是分布于山区的样地，并被高丰富度的样地包围；LL象限的样地中药资源贫乏，主要是分布于平原荒漠区的样地，并被低丰富度的样地包围。具体到各县市来看，三县市处于HH象限的样地分别为8、6、5个，分别占总样地数的32.0%、26.1%、26.3%；处于LL象限的样地分别为8、9、6个，分别占总样地数的32.0%、39.1%、31.6%。以上结果表明，三县市中药资源分布存在显著的空间自相关性和空间异质性，并与地形条件密切相关，即位于山区的样地普遍较平原荒漠区样地普遍具有更丰富的中药资源(图3)。

图3 昌吉州三县市中药资源种类Moran′s Ⅰ空间自相关

3 结论与讨论

第四次全国中药资源普查工作是针对全国范围中药资源进行的一次摸家底调查工作，目的在于完善中药资源调查、研究、监测和服务体系[11]，合理保护、开发、利用中药资源，促进中药产业健康发展。中药资源的空间分布特征作为一项基本工作，是实现这些目标的基础。以往研究大多从省域尺度关注中药资源的空间分布，而忽视了县域以下尺度中药资源分布的空间特征。由于县域内生态系统分布存在较大空间异质性，以省域为统计单元进行中药资源丰富度评价，将会掩盖这种异质性。因此，将研究尺度缩放至县域之内关注中药资源的空间分布及其影响因素，能够提供更有针对性、更详细的信息，如张小波等[12]对重庆市中药资源丰富度研究发现，以30 km为网格单位，能够比以县域为单位更好地反映不同区域的中药资源情况。本研究中，三县市的中药资源均表现出南部多、北部少的空间分布格局，具有显著的空间自相关性，表现出明显的聚集性分布特征，由此证实对县域内中药资源进行分区管理具有其必要性，这对于建立精细化的中药资源监测体系具有较大的参考价值。

中药资源作为生物资源的组成部分，具有其自然属性[9]，在进行中药资源保护时需要遵循生态学规律。受人为活动干扰，生境破碎化和野生资源过度开发已经成为制约中药资源持续利用的重要因素。昌吉州地处天山北麓，地势上南高北低。本研究涉及的三县市位于昌吉州西部，县域内生态环境复杂，尽管具体到每个县市时，中药资源分布情况略有差异。但是，3个区域均以中、高海拔区的中药资源最为丰富。据有关资料，昌吉州植被在1990—2014年植被覆盖度显著下降，下降速度达7.44%[13]。根据保护生物学和岛屿生物地理学理论，生境面积对于维持物种丰富度至关重要[14]。因此，保护中药资源赖以存在的生态系统具有重要的现实意义。鉴于昌吉州植被覆盖度显著下降的紧迫形势，保护具有丰富中药资源的高海拔地区的生态系统(如针叶林、灌丛和草原)面积及连通度具有更为重要的意义。

本研究没有考虑气候、环境异质性和人为干扰因素，也没有考虑3个区域的社会经济状况，而这些因素都可能对中药资源产生重要影响。实现中药资源可持续利用有必要进一步开展多学科综合研究。