張 婕，李西文，許翔翔，吳 杰，陳士林

（1. 北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院 北京 100102；2. 中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所 北京 100700；3. 蚌埠醫(yī)學(xué)院生物科學(xué)系 蚌埠 233000）

胖大海全球產(chǎn)地適宜性分析＊

張 婕1，2，李西文2，許翔翔1，3，吳 杰2，陳士林1＊＊

（1. 北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院 北京 100102；2. 中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所 北京 100700；3. 蚌埠醫(yī)學(xué)院生物科學(xué)系 蚌埠 233000）

目的：本研究分析了胖大海全球產(chǎn)地適宜性，為其科學(xué)區(qū)劃及種植提供依據(jù)。方法：以胖大海原產(chǎn)地、主產(chǎn)地及主要分布區(qū)的97個(gè)樣點(diǎn)為分析基點(diǎn)，選取氣溫、相對(duì)濕度、日照強(qiáng)度、年降水量、土壤等關(guān)鍵生態(tài)因子值，采用藥用植物全球產(chǎn)地適宜性區(qū)劃信息系統(tǒng)（GMPGIS）對(duì)胖大海在全球的生態(tài)適宜區(qū)域進(jìn)行分析。結(jié)果：胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域主要分布在熱帶地區(qū)，適宜區(qū)的分析結(jié)果覆蓋了文獻(xiàn)記載的全部胖大海分布區(qū)域；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了胖大海潛在生產(chǎn)適宜區(qū)。結(jié)論：本研究結(jié)果可為合理規(guī)劃胖大海種植生產(chǎn)布局，開展引種栽培工作提供科學(xué)依據(jù)。

GMPGIS 胖大海 產(chǎn)地適宜性 生態(tài)因子

道地藥材是公認(rèn)的，在特定生境下產(chǎn)生的療效好、質(zhì)量優(yōu)的一類中藥材。道地藥材的闡述首見于東漢藥物專著《神農(nóng)本草經(jīng)》中“土地所出，真?zhèn)涡玛?，并各有法”之說；《新修本草》曰：“離其本土，則質(zhì)同而效異”，《黃帝內(nèi)經(jīng)》言：“歲物者，天地之專精好。非同歲物則氣散，質(zhì)同而異等也”，這些都說明產(chǎn)地環(huán)境對(duì)中藥材的重要性。但隨著中藥資源需求的快速增長和環(huán)境惡化，大量道地野生藥材資源瀕臨滅絕，其野生分布區(qū)域越來越狹窄。為滿足臨床用藥和國內(nèi)外市場需求，藥材引種、擴(kuò)種成為彌補(bǔ)藥源不足的重要措施。但盲目引種、擴(kuò)種不僅造成資源、人力和物力的浪費(fèi)，還會(huì)嚴(yán)重影響中藥材生產(chǎn)的合理布局，極大削弱藥材的道地性，導(dǎo)致藥材品質(zhì)嚴(yán)重下降，影響臨床療效，制約了中藥材生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)地適宜性是中藥材引種栽培和區(qū)劃的基礎(chǔ)，也是研究道地藥材形成的重要途徑，對(duì)開展中藥材生態(tài)適宜性和區(qū)劃研究具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

胖大海Sterculiae lychnophorae Semen是梧桐科植物胖大海S. lychnophora Hance的干燥成熟種子[1]，又稱大海、大海子，是著名的進(jìn)口果實(shí)類中藥材，藥食兩用，市場普及率較高，是家喻戶曉的保健品種。胖大海具有清熱潤肺、利咽開音、潤腸通便的功效，用于肺熱音啞、干咳無痰、咽喉干痛、熱結(jié)便閉、頭痛目赤等證[1]?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)胖大海具有瀉下、降壓、抗病毒、抗炎和解痙等作用。胖大海原產(chǎn)于越南、印度、緬甸、柬埔寨、老撾、馬來西亞、泰國和印度尼西亞等東南亞和東亞國家的熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)[2]，海南、云南、廣東、廣西、福建等省區(qū)也有少量栽培。胖大海傳入中國的時(shí)間已不可考，可追溯的最早記載是清代趙學(xué)敏所著《本草綱目拾遺》（公元1765年）[3，4]。據(jù)南京藥學(xué)院編撰的《藥材學(xué)》（1960年）記載：進(jìn)口胖大海的商品有新州子（產(chǎn)自馬來半島）、暹邏子（泰國產(chǎn)）、安南子（越南產(chǎn)）3種規(guī)格。圓粒蘋婆與胖大海同屬，常用來充數(shù)；橄欖干燥成熟果實(shí)青果也易摻入[5-8]。近十幾年來，胖大海樹木的非可持續(xù)性砍伐和對(duì)胖大海果實(shí)的過度利用，造成了胖大海資源匱乏，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)不平衡[9,10]。雖然胖大海在云南、海南等省已經(jīng)有引種栽培的歷史[11,12]，但從生態(tài)地理角度判斷這些地區(qū)是否真正適合胖大海的生產(chǎn)，在其他地區(qū)是否還有新的適宜區(qū)可以發(fā)展胖大海種植，這些問題都需要用科學(xué)數(shù)據(jù)來回答。因此，進(jìn)行胖大海的全球產(chǎn)地適宜性研究對(duì)其科學(xué)引種、栽培和區(qū)劃，合理利用土地資源，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的胖大海具有十分重要的意義。

藥用植物全球產(chǎn)地生態(tài)適宜性分析信息系統(tǒng)（Global Geographic Information System for Medicinal Plant，GMPGIS）是由中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所基于WorldClim、Climond、HWSD等國際數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）研發(fā)的產(chǎn)地分析信息系統(tǒng)[13]。將GIS的空間聚類分析應(yīng)用于藥材數(shù)值區(qū)劃中，能快速、準(zhǔn)確、科學(xué)地分析出與藥材主產(chǎn)區(qū)生態(tài)環(huán)境（氣候、土壤等）最為相近的區(qū)域，從而擺脫對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)和單因素分析等方法的依賴，為全球藥用植物引種栽培，特別是擴(kuò)大海外種植區(qū)域和藥用植物產(chǎn)業(yè)的合理布局提供了科學(xué)、可靠、直觀而快捷的決策分析方法[14]。本研究采用GMPGIS獲得了胖大海在全球的適宜產(chǎn)地，為合理布局發(fā)展胖大海生產(chǎn)、確定胖大海區(qū)劃、避免盲目引種，從而保證胖大海品質(zhì)提供了技術(shù)支撐。

1 GMPGIS原理與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

1.1 GMPGIS的工作原理

GMPGIS是以GIS為平臺(tái)[15]，采用空間分析中的諸多方法，按照引種生態(tài)相似原理，實(shí)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)對(duì)中藥材產(chǎn)地的適宜性分析。該系統(tǒng)首先將與中藥材生長環(huán)境相關(guān)的各個(gè)環(huán)境因子分別量化成柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[16]，即將降水、溫度、濕度、土壤、日照等因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成每平方公里的單元網(wǎng)格，每一個(gè)網(wǎng)格相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，其屬性值存放在相應(yīng)網(wǎng)格屬性表中，然后對(duì)網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間聚類分析。空間聚類是指將數(shù)據(jù)對(duì)象集按照相似度組成不同的簇，這樣同一簇中的對(duì)象之間具有較高的相似度，而不同簇中的對(duì)象差別較大，即相異度較大。根據(jù)相似的程度劃分等級(jí)，從而確定藥材的適宜區(qū)。

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)是中藥材產(chǎn)地適宜性分析的基礎(chǔ)。構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、時(shí)效性強(qiáng)的中藥材數(shù)值分析空間數(shù)據(jù)庫是中藥材數(shù)值區(qū)劃的關(guān)鍵。基于GIS的中藥材產(chǎn)地適宜性分析數(shù)據(jù)庫也進(jìn)行了4個(gè)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)合，詳見圖1。

2 胖大海生物學(xué)特性和品質(zhì)生態(tài)學(xué)研究

2.1 胖大海的生物學(xué)特性

圖1 GMPGIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

胖大海為落葉喬木，原產(chǎn)于越南、印度、馬來西亞、泰國和印度尼西亞等國，適宜在熱帶地區(qū)種植，為喜陽植物；在陽光下，芽生長肥壯，葉片寬大濃綠。在中國的引種區(qū)，月平均溫度降至19℃以下時(shí)，胖大海停止抽梢長葉；極端低溫為5℃時(shí)，其葉尖干枯，黃葉增多，出現(xiàn)凍害。適宜胖大海生長的月降雨量為100-300 mm；其土壤要求不嚴(yán)。胖大海莖稈細(xì)高，木質(zhì)部松脆，根系不發(fā)達(dá)，抗風(fēng)能力極差，在沿海臺(tái)風(fēng)頻繁地區(qū)種植，極易造成斷干或倒株，宜選擇排水良好的避風(fēng)地種植。

2.2 品質(zhì)生態(tài)學(xué)研究

PHAM Van Huong等[17]在越南同奈天然文化自然保護(hù)區(qū)設(shè)置150個(gè)樣地，運(yùn)用生態(tài)學(xué)理論，采用Logitic模型和生態(tài)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，分析表層土壤濕度和pH值對(duì)胖大海幼樹幼苗更新出現(xiàn)頻率的影響。結(jié)果表明，胖大海幼樹幼苗在SL1、SL2和SL3三個(gè)階段的天然更新出現(xiàn)頻率均與各林分胖大海的優(yōu)勢度、表層土壤濕度和pH值有密切關(guān)系。表層土壤濕度和pH值受森林類型影響，胖大海高優(yōu)勢度林分或者高穩(wěn)定性林分具有更適合胖大海幼樹幼苗天然更新的環(huán)境。李榮英等[18]將20世紀(jì)70年代從柬埔賽引進(jìn)的一批長粒胖大海在云南省西雙版納州試種，發(fā)現(xiàn)長粒胖大海苗期需要適當(dāng)蔭蔽才能生長良好，而成年樹在有蔭環(huán)境下，雖然枝葉繁茂，但不開花或只零星開花，未見結(jié)果。在陽光充足的環(huán)境下，胖大海樹冠較稀疏，冬春落葉多，但花多、能結(jié)果。故長粒胖大海的生長發(fā)育，苗期需適當(dāng)蔭蔽，成年期則需陽光充足。巫金華等[19]對(duì)引種的胖大海試用各種方法繁殖的結(jié)果表明，種子繁殖、高空壓條繁殖和嫁接繁殖都獲得成功。

3 應(yīng)用GMPGIS對(duì)胖大海產(chǎn)地適宜性分析

3.1 胖大海樣點(diǎn)確定

根據(jù)胖大海的生物學(xué)特性，本研究在全球范圍內(nèi)胖大海分布區(qū)進(jìn)行了選點(diǎn)，最終選擇了柬埔寨金邊、泰國尖竹汶省、馬來西亞帕索森林保護(hù)區(qū)、老撾占巴塞省、越南同奈省吉仙國家公園、印度尼西亞Lore Lindu國家公園、巴布亞新幾內(nèi)亞Varirata國家公園、中國海南省萬寧市興隆鎮(zhèn)等全球10個(gè)國家97個(gè)樣點(diǎn)納入胖大海生態(tài)適宜產(chǎn)區(qū)分析。

3.2 胖大海生態(tài)因子值的確定

根據(jù)GIS空間分析法得到胖大海主要生長區(qū)域生態(tài)因子范圍：最冷季均溫13.6-26.7℃；最熱季均溫為22.3-29.5℃；年均溫為19.4-27.6℃；年均相對(duì)濕度為55.15%-80.47%；年均日照在134.34-168.49 W·m-2；年均降水量為1 107-3 997 mm；土壤類型以強(qiáng)淋溶土（Acrisols，AC）、紅砂土（Arenosol，AR）、始成土（Cambisol，CM）、鐵鋁土（Ferralsol，F(xiàn)R）、黏綈土（Nitisol，NT）等為主（表1）。

3.3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

3.4 柵格計(jì)算

柵格新值=A×0.17+B×0.17+C×0.17+D×0.1 6+E×0.16+F×0.17，矢量空間分析將柵格計(jì)算結(jié)果與行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到產(chǎn)地適宜區(qū)分布圖。

表1 胖大海主要生長區(qū)域生態(tài)因子值

4 胖大海全球產(chǎn)地適宜性分析結(jié)果

4.1 胖大海全球產(chǎn)地適宜性區(qū)域分布范圍

圖2 胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域全球分布圖

圖3 胖大海在亞洲、大洋洲最大生態(tài)相似度區(qū)域圖

圖4 胖大海在美洲最大生態(tài)相似度區(qū)域圖

圖5 胖大海在非洲最大生態(tài)相似度區(qū)域圖

采用GMPGIS系統(tǒng)分析后得出與胖大海道地產(chǎn)區(qū)最大生態(tài)相似度區(qū)域的全球產(chǎn)地分布圖（圖2），以及胖大海在各大州的最大生態(tài)相似度區(qū)域分布圖（圖3-圖5）。從分布圖可以看出，胖大海全球最大生態(tài)相似度區(qū)域主要分布于赤道附近，屬于熱帶雨林氣候和熱帶季風(fēng)氣候，包括越南、老撾、緬甸、馬來西亞、泰國及印度尼西亞等東南亞國家，剛果（民主共和國）等非洲國家，巴西、哥倫比亞等南美洲國家[21,22]。適宜區(qū)國家及其分布面積、所占國家總面積比例見表2，各個(gè)國家占適宜區(qū)總面積的比例見圖6。根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，全球胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)共有62個(gè)國家和地區(qū)，總面積約為9.3×106km2。其中面積最大的為巴西，約為2.9×106km2，其次為剛果（民主共和國）、印度尼西亞、緬甸等。從適宜產(chǎn)地所占比例來看，老撾相似度區(qū)域面積比例最大，約占到98%，幾乎覆蓋整個(gè)國家。其次為菲律賓、泰國、緬甸等，都占到其國家總面積的一半以上，而中國、印度等國家最大生態(tài)相似度區(qū)域比例較小。

4.2 中國胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域分布范圍

采用GMPGIS系統(tǒng)分析后得出與胖大海在中國適宜省區(qū)的最大生態(tài)相似度區(qū)域圖（圖7）。各適宜省區(qū)及其分布面積、所占比例見表3。由結(jié)果可知，國內(nèi)胖大海最大生態(tài)相似度的區(qū)域?yàn)閺V東、海南、廣西、云南、福建、臺(tái)灣等省，其中面積最大的區(qū)域?yàn)閺V東省和云南省。

5 討論

GMPGIS系統(tǒng)分析結(jié)果顯示胖大海主要分布在赤道附近的熱帶地區(qū)，最佳適宜區(qū)的分析結(jié)果與文獻(xiàn)記載及當(dāng)前的實(shí)際主產(chǎn)區(qū)相吻合，驗(yàn)證了GMPGIS系統(tǒng)的科學(xué)性。

圖6 胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域面積比例圖

表2 胖大海全球最大生態(tài)相似度區(qū)域分布統(tǒng)計(jì)

圖7 中國胖大海最大生態(tài)相似度局部區(qū)域分布圖

表3 中國胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域分布統(tǒng)計(jì)

5.1 胖大海生產(chǎn)潛在適宜區(qū)利于其產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整

文獻(xiàn)中記載的胖大海主要分布于東南亞地區(qū)，應(yīng)用GMPGIS系統(tǒng)還得出了一部分文獻(xiàn)記載中沒有指出的潛在適宜產(chǎn)地，包括南美洲的巴西（面積最大）、哥倫比亞、玻利維亞等，非洲的剛果（民主共和國）等，均位于赤道線附近，屬于熱帶雨林和熱帶季風(fēng)氣候，符合胖大海生長的生物學(xué)環(huán)境，上述區(qū)域?qū)⒖赡艹蔀榕执蠛ＲN栽培的新區(qū)域，對(duì)指導(dǎo)胖大海生產(chǎn)的合理布局調(diào)整具有重要意義。

5.2 GMPGIS系統(tǒng)分析結(jié)果對(duì)發(fā)展胖大海的生產(chǎn)區(qū)劃具有指導(dǎo)意義

中藥材的野生分布區(qū)是保證藥材質(zhì)量和生長的最適宜區(qū)域，但由于胖大海樹木在原產(chǎn)區(qū)遭到非可持續(xù)性砍伐，胖大海果實(shí)過度利用，造成胖大海野生資源匱乏及更新困難，急需對(duì)胖大海進(jìn)行野生撫育[23]及引種栽培，以緩解供需矛盾，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。本文應(yīng)用GMPGIS以胖大海生長所需的生態(tài)因子為依據(jù)，對(duì)全球胖大海適宜產(chǎn)地進(jìn)行分析，直觀地得到胖大海藥材適宜產(chǎn)區(qū)分布圖，為全球胖大海栽培、生產(chǎn)、保護(hù)及合理布局提供科學(xué)指導(dǎo)和決策依據(jù)。根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合胖大海生物學(xué)特性，并考慮自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、藥材主產(chǎn)地栽培和采收加工技術(shù)，建議選擇引種栽培研究區(qū)域主要以廣東、廣西、海南、云南、福建一帶為宜。

GMPGIS系統(tǒng)從理論上通過綜合生態(tài)因子針對(duì)胖大海藥材進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后得到最大生態(tài)相似度分布區(qū)域，為胖大海藥材的生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。建議進(jìn)行藥用植物種植基地選擇和規(guī)劃時(shí)，除考慮植物生長對(duì)土壤、降水、溫度、濕度等氣候和環(huán)境條件的特殊要求，還需要對(duì)生產(chǎn)成本、土地供給、耕作條件、灌溉條件、交通運(yùn)輸及當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)水平等其他非環(huán)境因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，確定可持續(xù)經(jīng)營管理的最佳種植，以獲得良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。這不僅對(duì)胖大海資源的綜合保護(hù)利用和可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)和中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展也具有積極作用。

1 國家藥典委員會(huì).中華人民共和國藥典(2015年版一部).北京:中國醫(yī)藥科技出版社, 2015: 261.

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Ecological Suitability Assessment ofSterculia LychnophoraHance

Zhang Jie1,2, Li Xiwen2, Xu Xiangxiang1,3, Wu Jie2, Chen Shilin1
(1. Institute of Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China;
2. School of Chinese Pharmacy, Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100102, China;
3. Department of Life Sciences, Bengbu Medical College, Bengbu 233000, China)

This study aimed to explore appropriate global appellations of Sterculia lychnophora Hance and providescientific evidence for its rigorous zoning and planting. 97 sites from the original appellations, main producing areas and distributions were selected to evaluate the desirable areas for yielding S. lychnophora Hance, taking temperature, relative humidity, illumination intensity, annual precipitation and soil type as key factors analyzed by Global gegoraphic information system for medicinal plant (GMPGIS) database. As a result, it was found that the appellations of S. lychnophora Hance was distributed in tropic regions based on the maximum ecological similarity. The suitable producing areas analyzed by GMPGIS covered all the areas registered in documents. It was also found some new and potential appellations for producing S. lychnophora Hance. In conclusion, it was demonstrated that the GMPGIS was much valuable to pinpoint the appropriate appellations for yielding S. lychnophora Hance, and to provide a prudent reference for its transplantation and cultivation.

Global gegoraphic information system for medicinal plant, Sterculia lychnophora Hance, suitability of producing areas, ecological factors

10.11842/wst.2016.08.009

R282

A

（責(zé)任編輯：朱黎婷，責(zé)任譯審：朱黎婷）

2016-07-28

修回日期：2016-08-15

＊ 科學(xué)技術(shù)部國家科技計(jì)劃港澳臺(tái)合作專項(xiàng)（2015DFM30030）：中國國際貿(mào)易中安全性關(guān)鍵環(huán)節(jié)研究，負(fù)責(zé)人：陳士林；科學(xué)技術(shù)部重大新藥創(chuàng)制國家科技重大專項(xiàng)子課題（2014ZX09301308-007）：苗藥芪膠升白膠囊技術(shù)改造及再評(píng)價(jià)研究，負(fù)責(zé)人：李西文。

＊＊ 通訊作者：陳士林，本刊編委，研究員，主要研究方向：中藥資源學(xué)。