基于GIS技术的福建省柳叶白前资源适宜性空间分布研究

林燕华范世明徐蔚胡娟

【摘要】本研究以福建省为例，结合柳叶白前生长的环境因子，选取适宜柳叶白前生长的生态环境指标，利用地理信息系统（GIS）中的空间分析方法对柳叶白前资源的适宜性空间分布进行研究，并用野外实地调查和入户调研数据进行验证。结果表明：福建省柳叶白前资源主要分布在南平市、龙岩市、宁德市、三明市和漳州市，全省适宜区面积为752680Km2，占福建省土地总面积的620%，其中建阳市、永定县、蒲城县、建瓯市、霞浦县、明溪县、福鼎市、平和县等地区的适宜区面积均占到各县面积的10%以上。基于GIS技术分析的结果和野外实地调査结果相符，说明利用空间分析方法划分柳叶白前资源的适宜性分布区域是可行的，可为全面调查柳叶白前资源的分布与保护以及合理开发利用柳叶白前资源提供科学依据。

【关键词】柳叶白前；GIS；适宜性；空间分布

【中图分类号】R9312【文献标志码】 A【文章编号】1007-8517（2016）19-0125-07

柳叶白前为萝摩科鹅绒藤属植物柳叶白前（Cynanchum Stauntonii D.C.）的根及根茎，是中国药典收载的中药白前正品之一[1]，为常用中药，具有降气、消痰、止咳之功效，用于治疗肺气壅实、咳嗽多痰、胸满喘急等症。福建省历来是柳叶白前的主产地之一，其资源较为丰富，蕴藏量大。多有野生，少有栽培。近几年来随着其开发利用的不断扩展，市场需求剧增，柳叶白前野生资源受到掠夺式采挖，且人们的社会活动又加剧野外环境的恶化，使野生柳叶白前的生长范围进一步缩小，资源蕴藏量骤降，造成原料药材供应紧张。为了缓解柳叶白前资源不足的现状，不少地方纷纷开始对柳叶白前进行引种栽培。但是由于对其适宜的生态环境不清楚而盲目引种栽培和扩大种植，导致了栽培柳叶白前生态适宜性差，产量较低，质地柔软、色白、味淡，与野生的质脆、色黄、味微甜有一定差异。因此，进行野生柳叶白前资源生态适宜性的研究对科学引种、合理种植及资源的可持续开发利用等都具有重要的现实意义。且前人对柳叶白前的研究主要集中于化学成分和药效方面[2-5]，而基于GIS技术对柳叶白前资源进行适宜性空间分布的研究尚未见报道。

本研究以福建省为例，在理论分析与野外GPS实地调查采样的基础上，选取适宜柳叶白前生长的生态环境指标，以福建省的高程数据、土壤数据、植被数据为后台数据，基于地理信息系统（GIS）的空间分析功能，从空间的角度定量化分析了柳叶白前生长的适宜性分布，并利用野外实地调查与入户调研进行验证，可以为保护和合理开发利用柳叶白前资源提供科学依据。同时，可以选择与其生长环境相似的区域，发展规模化人工种植，为柳叶白前的生产和发展做出贡献。

1研究区概况

福建省位于中国东南沿海，地处东经115°50′～120°44′，北纬23°31′～28°19′，全省土地面积为1214万Km2，约占全国土地总面积的13%。全省地势西北高，东南低，断面略呈马鞍形，横境内山地丘陵面积占土地总面积的90%以上，素有“八山一水一分田”之说。闽西和闽中两大山带大体平行，闽西大山带以武夷山脉为主体，斜贯在闽、赣两省之间，长约530Km，平均海拔1000m。气候区域差异较大，闽东南沿海地区属南亚热带气候，闽东北、闽北和闽西属中亚热带气候，年平均气温17～21℃，平均降雨量1400～2000mm，是中国雨量最丰富的省份之一。该省具有明显的土壤垂直地带性分布规律，土壤类型有黄壤、赤红壤、红壤、石质土、紫色土、石灰（岩）土、新积土、风沙土、潮土、山地草甸土、滨海盐土、酸性硫酸盐土、水稻土等13个土类，26个亚类。植被类型有针叶林、针阔混交林、阔叶林、灌丛、草丛、沼泽、栽培植被等。

2材料与方法

21数据来源及处理本研究的主要数据包括：①高程数据（DEM）空间分辨率为90m×90m，植被数据为1∶100万福建省植被图，土壤数据为1∶400万福建省数字化土壤图，行政边界数据为1∶400万福建省行政区划数据，上述数据均来源于地球系统科学数据共享平台。②手持GPS野外实地调查采集数据，利用ArcGIS 101软件实现空间数据分析。

22研究方法本研究拟采用GPS与GIS技术相结合的研究方法，具体包括：①查阅福建省相关文献记载及中药资源普查资料[6-7]，对建阳市、光泽县、松溪县、蒲城县、上杭县、泰宁县、明溪县、仙游县、柘荣县分别进行调查。在每个县选取2～4个有柳叶白前生长的样地（2m×2m），并记录样地的经纬度、海拔、坡度坡向、土壤类型、植被类型及样地出现的柳叶白前的株数。同时，观察植株地上、地下部分的形态特征和生长状况。②物种资源的分布受到气候、地形地貌、土壤、植被和水文等因素的影响。本研究将文献资料与野外调査信息相结合确定适宜柳叶白前生长的生态环境因子，根据各因子的影响程度及数据的来源与准确性，选择海拔高度、土壤类型、植被类型3个因子作为柳叶白前资源适宜性划分依据的指标。③空间分析法：首先利用ArcGIS 101软件的空间分析工具对各个环境因子进行分析，得出每个环境因子的适宜性空间分布图，然后将各单因素分布图层进行叠加，综合得出柳叶白前资源在福建省的适宜性空间分布图，再将福建省的行政边界图叠加到适宜性空间分布图上，提取县级的柳叶白前资源适宜性分布面积。④进行野外实地调查与ArcGIS 101软件分析所得结果验证。

3结果分析

31柳叶白前资源适宜性的单因素空间分析

311柳叶白前资源适宜性的地形因素分析根据相关文献资料记载，柳叶白前资源分布具有明显的区域性和地带性，一般分布在海拔230～800m之间。而通过野外样地调査信息汇总（见表1）分析得出，福建省柳叶白前资源主要分布在海拔200～800m范围内。其中柳叶白前资源最适宜的海拔为200～550m，在这区域柳叶白前资源分布集中且生长良好。在海拔550～800m范围内也适宜柳叶白前资源生长，但分布明显减少且长势比较弱，这一区域为柳叶白前分布的次适宜区。而在海拔低于200m或者高于800m区域，基本无柳叶白前资源分布，为不适宜区。利用ArcGIS 10 1软件的空间分析工具，依据已获取的福建省DEM 数据图，将柳叶白前资源的适宜性空间分布按海拔高度划分为3个区域，见图1。

312柳叶白前资源适宜性的土壤类型分析根据国内相关调查研究表明[8]，野生柳叶白前生长在低山丘陵、平原的溪边、河滩砂债之上或湖边、塘边、沟边以及山谷中潮湿处。在湿润的地方生长良好，但不能渍水，怕干旱、高温。野外调查结果表明（见表1），福建省柳叶白前资源生长的土壤环境较为湿润，在新积土、潮土、红壤等土壤类型中有较多柳叶白前资源分布，而在赤红壤、黄红壤等土壤类型中仅有少量柳叶白前资源分布，在黄壤、石质土、紫色土、石灰（岩）土、风沙土、山地草甸土、滨海盐土、酸性硫酸盐土、水稻土等土壤类型中基本无柳叶白前资源分布。因此新积土、潮土、红壤等为柳叶白前资源生长的适宜土壤类型，赤红壤、黄红壤等为次适宜土壤类型，而其余土壤如黄壤、石质土、紫色土、石灰（岩）土、风沙土、山地草甸土、滨海盐土、酸性硫酸盐土、水稻土等为不适宜土壤类型。利用ArcGIS 101软件的空间分析工具，依据已获取的福建省土壤数据图，将柳叶白前资源的适宜性空间分布按土壤类型划分为3个区域。见图2。

313柳叶白前资源适宜性的植被类型分析根据相关文献资料记载，柳叶白前资源主要分布在潮湿的草丛、灌丛、草甸及山坡疏林中。在全年生长期间要求全光如在阴蔽、光照较弱的情况下种植，则生长不良。经野外实地调查发现（见表1），福建省适宜柳叶白前资源分布的植被主要类型有草丛、灌丛、阔叶林、针阔混交林。其中草丛、灌丛等两种植被类型中柳叶白前资源分布较多，为柳叶白前资源分布的适宜植被类型。而在阔叶林、针阔混交林的植被类型中仅有少量的柳叶白前资源分布，且生长不良，可能是其光照不足等原因，此为柳叶白前资源分布的次适宜植被类型。在针叶林、栽培植被、沼泽等其他植被类型中基本无柳叶白前资源分布，为不适宜柳叶资源分布的植被类型。利用ArcGIS 101软件的空间分析工具，依据已获取的福建省植被数据图，将柳叶白前资源的适宜性空间分布按植被类型划分为3个区域。见图3。

32柳叶白前资源适宜性分布区域根据以上分析得到柳叶白前资源适宜性分布的不同海拔区域、不同土壤类型区域、不同植被类型区域，通过这些因子综合形成划分柳叶白前资源适宜性分布区域的依据。见表2。

利用ArcGIS 101的空间分析工具将海拔高度、土壤类型、植被类型这3个单因素确定的柳叶白前资源适宜性分布区图层叠加分析，得到柳叶白前资源在福建省的适宜性空间分布图。本研究首先依据海拔确定柳叶白前资源适宜分布区域的第一图层，然后在该层上叠加由土壤类型确定的柳叶白前资源适宜性分布图，若两图层均为适宜区，则叠加部分为适宜区；若第一图层为适宜区，第二图层为次适宜区，叠加结果为次适宜区，两图层叠加按照柳叶白前资源适宜性级别低的图层类型决定新图层类型的原则进行。通过叠加运算形成新的柳叶白前资源适宜性分布图，依照此原则叠加依植被类型确定的柳叶白前资源适宜性分布图，最终得到柳叶白前资源在福建省的适宜性空间分布图，见图4。

通过对福建省柳叶白前资源适宜性分布区域进行研究，结果表明：柳叶白前资源主要分布在南平市、龙岩市、宁德市、三明市和漳州市，包括建阳市、永定县、蒲城县、长汀县、建瓯市、霞浦县、明溪县、上杭县、福鼎市、平和县等县，和相关文献信息[6]的记载相符。将福建省的县级行政边界图叠加到柳叶白前资源的适宜性分布图上，提取36个市县柳叶白前资源的适宜性分布面积（见表3）。全省柳叶白前资源分布的适宜区面积为752680Km2，占福建省土地总面积的620%，次适宜区面积为5832056Km2，占福建省土地总面积的4804%。其中南平市的县级市建阳市柳叶白前资源分布的适宜区面积最大为58395Km2，而沿海的晋江市、石狮市等县级市基本无柳叶白前资源的分布。从柳叶白前资源的适宜性分布区可以看出，建阳市、永定县、蒲城县、霞浦县、明溪县、福鼎市、平和县等适宜区面积占了各县面积的10%以上，表明这7个县是福建省柳叶白前资源的主产区。

33结果验证野外样地数据采集也是建立本次研究的重要基础，由于福建省山地多、地形复杂、地势险峻，野外实地调查和采样难度较大。本次柳叶白前资源的适宜性野外调查采集了9个县的21个样地信息，见表1。其中有8个样地是柳叶白前资源分布较为集中的地方，利用手持GPS进行精确定位与数据采集。通过GIS OFFICE 将野外调查样地数据导入ArcGIS 101 软件中，与柳叶白前资源的适宜性空间分布图层进行叠加（图5）。发现野外实地调查21个样地中柳叶白前资源分布较为集中的8个样地都处于柳叶白前资源的适宜性空间分布区域内，这8个样地分别为建阳市书坊乡、松溪县松源街道、蒲城县万安乡、柘荣县英山乡、上杭县才溪镇、明溪县城关乡和夏阳乡、仙游县西苑乡，其他13个样地处于柳叶白前资源的次适宜空间分布区域内，野外调查结果与通过ArcGIS 101软件分析所得的适宜性分布范围结果基本相符，这说明GIS技术对数据进行分析的合理性。此外，通过对永定县、长汀县、霞浦县、福鼎市等县的药农进行访问调查，了解到确实有柳叶白前的分布，进一步验证了福建省柳叶白前资源的适宜性空间分布。

4讨论

我国拥有世界上最丰富的中药资源，然而目前数千种药用植物资源濒危，中药资源面临可持续发展危机，中药无序开发使生物多样性受到严重的破坏。因此，保护与合理开发利用中药资源迫在眉睫，而了解物种适宜性的生态环境和空间分布对其资源的保护及管理至关重要。近年来，空间遥感技术作为一种先进的大范围资源监测手段，为中药资源调查提供了新的技术，将GIS技术应用于中药资源适宜性分析已开展了不少有益的探索，相对于传统的调查方法，GIS技术在适宜性空间分布研究方面具有实施高效、节省时间物力、易于空间量化等独特的优势。李芬等[9]利用GIS技术的空间分析方法对冬虫夏草资源的适宜性空间分布进行了研究，建立了使用空间分析方法对中药资源进行适宜性分布区域划分的方法。谭尔等[10]利用TCMGIS-II对青藏高原沙棘的生态适宜性进行研究，分析其在我国的适宜生长地区，为民族药沙棘的引种栽培与科学区划提供参考。尚雪等[11]利用遥感和GIS技术对四川省羌活资源的适宜性分布进行研究，表明利用遥感和GIS方法划分羌活资源的适宜性分布区域是可行的。

本研究通过野外实地调查与GIS技术相结合，对福建省柳叶白前分布的海拔、土壤类型、植被类型等生态因子进行叠加分析，得到福建省柳叶白前资源适宜性空间分布范围，并计算各县适宜区和次适宜区的分布面积。研究结果表明福建省柳叶白前资源分布的适宜区面积为752680Km2，占福建省土地总面积的620%，次适宜区面积为5832056Km2，占福建省土地总面积的4804%。且通过ArcGIS 101 空间分析得到的福建省柳叶白前资源适宜性空间分布图与野外样地调查结果基本相符，证明了ArcGIS 101分析结果的可靠性及准确性，说明了GIS技术对中药资源适宜性分析的方法具有可行性，可为在区域尺度上进行中药资源适宜性分布研究提供了新的思路和方法。

物种资源的分布受到气候、地形地貌、土壤、植被和水文等因素的影响，但本研究仅对海拔高度、土壤、植被等生态环境因子进行分析，在生态适宜性分布中未考虑到气候生态因子、水文因素等对柳叶白前资源适宜性分布的影响，有些不足之处。在今后研究中考虑将GIS技术与气候、地形地貌、土壤、水文等各方面因素相结合，深入研究柳叶白前资源的适宜性分布，掌握我国柳叶白前资源适宜的分布范围和产量，为保护与合理开发利用柳叶白前资源提供科学依据。

参考文献

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[10]谭尔，江道峰，苏永文，等.基于TCMGIS 的青藏高原沙棘生态适宜性研究[J].世界科学技术--中医药现代化，2014，16（ 1）：130-135.

[11] 尚雪，董丽君，文路军，等.基于遥感与GIS 技术的四川省羌活资源适宜性分布研究[J].中国中药杂志，2015，40（13）：2553-2558.

（编辑：程鹏飞）