鄭開顏，張 丹，侯芳潔，由會(huì)玲，鄭玉光，王 乾

(河北中醫(yī)學(xué)院，石家莊 050000)

0 引言

艾納香[Blumeabalsamifera(L.)DC.]為菊科艾納香屬植物，多年生木質(zhì)草本，別名大風(fēng)艾、家風(fēng)艾、大毛藥、冰片艾[1]。艾納香在我國少數(shù)民族地區(qū)有著廣泛的應(yīng)用，是苗族、土家族、壯族等傳統(tǒng)的民間中藥材。艾納香的藥用歷史首載于公元652年孫思邈的《備急千金要方》，其根、葉、嫩枝等均可入藥，性溫、味苦、無毒； 具有祛濕瀉痢、活血散瘀、治筋骨疼痛、跌打損傷等功效，根據(jù)現(xiàn)代藥理研究證明，艾納香提取的天然冰片(主要成分左旋龍腦)，具有較強(qiáng)的抗真菌活性，能夠抑制霍亂弧菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的生長[2]。其生境分布主要集中在亞熱帶和熱帶區(qū)域，耐旱不耐寒，在我國的主要分布區(qū)域包括海南、貴州、廣西、廣東、云南、臺(tái)灣等省份[2]，生長于海拔600～1 000m的林緣、林下、谷地、草地等地帶。國外如印度、巴基斯坦、緬甸、泰國、馬來西亞、印度尼西亞等東南亞國家亦有分布[3]。

艾納香在貴州省的分布較為廣泛，主要集中在羅甸、望謨、安龍、冊亨、興義、荔波、三都、平塘、榕江、叢江、紫云、鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺等南北盤江和紅水河沿岸縣區(qū)[4]。貴州人工種植艾納香歷史較長，早在乾隆年間，貴州羅甸縣已有種植艾納香的記載。20世紀(jì)50年代，栽培逐漸擴(kuò)大，羅甸、望謨兩縣先后建立了艾片加工廠。艾納香葉提取的天然冰片，無毒副作用，是多種成藥及民族藥的組成成分，近年來，市場需求逐步旺盛，貴州這一優(yōu)勢藥物資源逐步得到當(dāng)?shù)卣腿罕姷闹匾暋?/p>

目前，很多學(xué)者對(duì)艾納香已經(jīng)開展了大量的研究工作。牟珍等[5]通過對(duì)貴州省北盤江流域艾納香資源分布的調(diào)查，分析了該區(qū)域艾納香的生長環(huán)境，為艾納香的栽培提供了一定的依據(jù)。江維克等[6]對(duì)貴州紅水河地區(qū)艾納香植物資源進(jìn)行了實(shí)地走訪和調(diào)查，確定了艾納香的3種生態(tài)類型和3種生境特征。胡蕖等[7]依據(jù)主導(dǎo)因子原則，采用主分量分析方法，粗略地劃分出貴州省艾納香的適宜生長區(qū)域。以上學(xué)者富有成效的工作，對(duì)貴州省艾納香的種植具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。但是，大面積的、較精確的艾納香氣候種植區(qū)劃工作開展的較少，從目前公開發(fā)表的文章來看，只有劉朝英等[8]通過建立貴州省羅甸縣艾納香氣候區(qū)劃指標(biāo)，對(duì)羅甸縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的艾納香種植進(jìn)行了適宜性種植區(qū)域劃分。

黔西南地區(qū)種植艾納香具有一定的歷史經(jīng)驗(yàn)，是艾納香的傳統(tǒng)種植區(qū)域。文章擬以已有的研究為基礎(chǔ)，從影響艾納香生長最關(guān)鍵的氣候環(huán)境條件入手，深入分析黔西南艾納香種植的氣候影響因子，確定艾納香種植的氣候適宜性指標(biāo)。然后應(yīng)用GIS(地理信息技術(shù))、RS(衛(wèi)星遙感技術(shù))、GPS(全球定位技術(shù))技術(shù)(“3S技術(shù)”)，通過對(duì)黔西南地區(qū)進(jìn)行地理空間分析，將土地利用信息與艾納香氣候適宜性區(qū)劃疊加，最終得到既滿足氣候需求，又有耕地、草地等實(shí)際可種植及可開發(fā)的區(qū)域，對(duì)黔西南地區(qū)艾納香的種植具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

黔西南布依族苗族自治州位于貴州省西南部，簡稱黔西南州，屬于典型的巖溶地貌地區(qū)，河流切割深，溝谷發(fā)育較好，以海拔800m以下的中低山河谷為主，垂直氣候明顯，水熱資源豐富[9]。全州氣候宜人，雨熱同季，無霜期長，終年溫暖濕潤。南北盤江及紅水河的低熱河谷地帶終年無霜雪，被譽(yù)為貴州省的“天然溫室”，適宜于多種糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物和林木的生長。全州轄興義、興仁、安龍、貞豐、普安、晴隆、冊亨、望謨8個(gè)縣市和頂效開發(fā)區(qū)，共130個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(含8個(gè)街道辦事處)、2 122個(gè)村。東面與黔南布依族苗族自治州羅甸縣接壤； 南面與廣西隆林、田林、樂業(yè)3個(gè)縣隔江相望； 西面與云南省富源、羅平縣和六盤水市的盤縣特區(qū)毗鄰。

2 數(shù)據(jù)來源

2.1 地理信息資料

地理信息資料來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1： 25萬貴州省基礎(chǔ)地理信息背景數(shù)據(jù)，包含省、地市和縣、鄉(xiāng)四級(jí)行政邊界，行政點(diǎn)分為縣級(jí)以上、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)以下行政點(diǎn)，包括鐵路交通線路和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)以上級(jí)別公路線路，全省等高線(1： 5 000)，江河湖庫水系信息。土地利用類型分類采用人機(jī)互譯模式解讀生成，格式為shp格式，數(shù)據(jù)源基于2015年黔西南ETM遙感圖像(分辨率30m)。為保證結(jié)果的精準(zhǔn)性，以貴州省第二次土地調(diào)查的數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證補(bǔ)充數(shù)據(jù)。

2.2 氣候資料

該文采用1960～2014年黔西南地區(qū)各縣主要?dú)庀笳军c(diǎn)的地面觀測資料，相關(guān)氣象數(shù)據(jù)從氣象觀測記錄報(bào)表中讀取及計(jì)算。

3 研究方法

3.1 生態(tài)環(huán)境要求

艾納香性喜溫暖氣候，耐干旱，適宜于酸性土壤生長，耐瘠薄，對(duì)土壤條件要求不高，疏松、排水良好的土地都能種植。野生艾納香分布于我國長江流域以南熱帶、亞熱帶地區(qū)的各省區(qū)，常見生于山坡草地或灌木叢中。這些地區(qū)氣候特點(diǎn)多是熱量豐富、無霜、日照時(shí)數(shù)大，土壤質(zhì)地為紅壤和紅黃壤，偏酸性，非常適宜艾納香生長。相關(guān)研究表明，海拔800m以下的環(huán)境種植的艾納香，左旋龍腦含量最高。

3.2 氣候適宜性指標(biāo)的確定

生產(chǎn)實(shí)踐和研究表明，艾納香是熱帶和亞熱帶植物，制約艾納香種植的關(guān)鍵因素是當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境(熱量條件)。參考程宗堯等[10]、劉朝英等[8]對(duì)艾納香氣候區(qū)劃指標(biāo)的研究成果，選擇年平均氣溫、最冷月平均最低氣溫、最冷月月平均溫、日均氣溫≤0℃最長連續(xù)時(shí)數(shù)和≥10℃活動(dòng)積溫[11]共計(jì)5個(gè)影響艾納香種植布局的氣候因子作為劃分艾納香種植的氣候適宜性類型分布研究指標(biāo)。同時(shí)，在黔西南地區(qū)成功種植艾納香的基礎(chǔ)上，實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，通過專家經(jīng)驗(yàn)法最終得出黔西南地區(qū)艾納香種植的氣候適宜性類型分布等級(jí)指標(biāo)(表1)。由于黔西南地區(qū)光熱豐富，雨水充沛，各縣區(qū)降水量、日照等普遍滿足艾納香的生長要求，因此，沒有將降雨量因子考慮其中。

表1 黔西南地區(qū)艾納香種植氣侯適宜性類型分布等級(jí)指標(biāo)

適宜等級(jí)年均溫(℃)最冷月均溫(℃)年極端最低氣溫(℃)≥10℃積溫(℃)日均氣溫≤0℃連續(xù)時(shí)數(shù)(h) 最適宜區(qū)≥20 0≥10 0≥-0 5≥6500≤24 適宜區(qū)19 0～20 09 0～10 0-1 0～-0 56000～650024～48 次適宜區(qū)17 5～19 07 0～9 0-2 0～-1 05500～600048～96 不適宜區(qū)<17 5<7 0<-2 0<5500<48 注：除年極端最低氣溫和日均氣溫≤0℃連續(xù)時(shí)數(shù)指標(biāo)外，其余引用文獻(xiàn)[10]中的指標(biāo)

3.3 可種植開發(fā)區(qū)域的地形地類要求

該文為充分利用現(xiàn)有土地資源，響應(yīng)國家的退耕還林還草政策，將坡度25°以上的山地、森林、河湖水庫以及裸露的巖石定義為不可開發(fā)利用地?？衫玫仡愋椭饕ㄆ露?5°以下的農(nóng)田和灌草地。

3.4 氣象方程建立

黔西南地區(qū)地處東經(jīng)104°35″～106°32″，北緯24°38″～26°11″之間，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，山高坡陡，河谷切割較深。由于緯度較低，且跨越的緯度范圍較小，因此，緯度方向的熱量條件變化基本可以忽略不計(jì)。黔西南地區(qū)整個(gè)地形西高東低，北高南低，由于河谷深切，相對(duì)高差懸殊，熱量資源在不同高度上差異較大，“十里不同天”的氣候特點(diǎn)在不少地方較為明顯，構(gòu)成了不少典型的立體氣候區(qū)域，垂直方向氣溫變化差異明顯，立體氣候顯著[12]，溫度(T)變化與海拔高度(h)的變化密切相關(guān)。根據(jù)近55年來黔西南地區(qū)各主要?dú)庀笳军c(diǎn)的氣溫觀測資料，建立隨海拔高度分布的氣候指標(biāo)回歸方程。運(yùn)用SPSS軟件的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，進(jìn)行回歸分析，最終得到回歸方程。應(yīng)用的曲線模型主要有線性模型、倒數(shù)曲線模型、對(duì)數(shù)曲線模型、二次項(xiàng)曲線模型、冪函數(shù)曲線模型等12種模型，通過篩選，挑出顯著性最強(qiáng)，判定系數(shù)最高的氣象指標(biāo)與海拔高度相關(guān)的氣象方程，經(jīng)相關(guān)檢驗(yàn)各組方程均達(dá)到極顯著水平[11]。

年平均氣溫隨海拔高度變化的回歸方程為T=20.826-0.006h，R=0.962(極顯著相關(guān))； 最冷月平均溫度隨海拔高度變化的回歸方程為T=13.468-0.007h+1.18E-006h2，R=0.919(極顯著相關(guān))； 極端最低氣溫平均值隨海拔高度變化的回歸方程為T=8.856-0.005h+3.6E-007h2，R=0.936(極顯著相關(guān))； ≥10℃活動(dòng)積溫隨海拔高度變化的回歸方程為T=8058.831-3.869h+0.001h2-9.7E-008h3，R=0.973(極顯著相關(guān))； 日均氣溫≤0℃連續(xù)時(shí)數(shù)隨海拔高度變化的回歸方程為Y=-475.668+1.859h-0.003h2+8.21E-007h3，R=0.932(極顯著相關(guān))。

以艾納香種植氣候適宜性類型分布研究等級(jí)指標(biāo)為依據(jù)，通過指標(biāo)回歸方程可推算出艾納香種植相應(yīng)氣候指標(biāo)的海拔高度范圍，在綜合評(píng)價(jià)黔西南地區(qū)艾納香種植氣候生態(tài)適宜性時(shí)，采用集優(yōu)法，即5項(xiàng)氣候指標(biāo)都滿足的海拔高度范圍區(qū)域?yàn)榘{香的適宜種植區(qū)[13-15]。根據(jù)氣候適宜性類型分布等級(jí)指標(biāo)劃分為黔西南地區(qū)艾納香種植的氣候生態(tài)最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜域。通過GIS對(duì)黔東南地區(qū)的DEM高程模型進(jìn)行空間分析，得出黔西南地區(qū)冊亨、望謨等6個(gè)各縣區(qū)均有適合艾納香種植的區(qū)域。

3.5 專題圖制作

運(yùn)用ArcGIS三維分析工具，以黔西南地區(qū)DEM柵格數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取坡度變率和海拔變率兩個(gè)指標(biāo)，得到黔西南地區(qū)海拔圖(圖1)和坡度圖(圖2)。

對(duì)黔西南地區(qū)美國陸地資源衛(wèi)星的ETM遙感圖像(分辨率為30m)，進(jìn)行4、3、2波段標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成，運(yùn)用RS和GIS軟件，對(duì)遙感圖像進(jìn)行預(yù)處理和圖形增強(qiáng)[16]，得到黔西南地區(qū)ETM標(biāo)準(zhǔn)假彩色遙感圖(圖3)。并以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立遙感解譯標(biāo)志，開展土地利用類型的監(jiān)督分類，通過室內(nèi)人機(jī)交互的圖像辯讀、解譯、分析，提取耕地、灌草地、林地、裸巖地、建筑用地和水體等遙感信息，得到初步的土地利用類型圖。再進(jìn)一步進(jìn)行聚類分析和去除分析，最終得到黔西南土地利用現(xiàn)狀圖。通過野外隨機(jī)GPS布點(diǎn)調(diào)查、黔西南植被分布圖以及第二次土地資源調(diào)查數(shù)據(jù)的比對(duì)驗(yàn)證，分類精度達(dá)到93%以上。

以ArcGIS軟件中的ArcMAP模塊為數(shù)據(jù)運(yùn)算平臺(tái)，將黔西南地區(qū)艾納香氣候生態(tài)適宜性區(qū)域、坡度、土地利用類型等柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分類疊加，通過數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算，對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加、裁剪、提取和合并[17]，剔除不可種植艾納香的地形和土地利用類型，最終得到黔西南地區(qū)艾納香種植較為精準(zhǔn)的最適宜、適宜、次適宜和不適宜區(qū)域(圖5)。

圖1 海拔高度圖 圖2 坡度圖

圖3 ETM遙感圖 圖4 土地利用現(xiàn)狀圖

圖5 黔西南艾納香種植氣候生態(tài)適宜性類型分布圖

4 結(jié)果及分析

黔西南地區(qū)艾納香的可種植區(qū)域主要集中在南盤江和北盤江流域沿岸海拔較低的中低山河谷地區(qū)，通過ArcGIS的柵格數(shù)據(jù)查詢功能，可得到艾納香氣候生態(tài)適宜種植區(qū)域在各縣區(qū)的具體分布面積。具體結(jié)果如下。

4.1 最適宜種植區(qū)

最適宜種植區(qū)面積共計(jì)8 310hm2。主要分布在海拔521m以下的北盤江、南盤江和桑郎河流域的低熱河谷地帶，該區(qū)光照降水資源豐富，熱量充足，包括望謨縣、貞豐縣、冊亨縣和安龍縣。其中望謨縣的分布面積最大，集中在縣域西部沿北盤江一帶，東部沿桑朗河一帶，以及桑郎鎮(zhèn)、大觀鄉(xiāng)、蔗香鎮(zhèn)至望謨縣城一線區(qū)域； 貞豐縣艾納香最適宜種植區(qū)主要分布在縣域東部，沿北盤江沿線集中分布； 冊亨縣最適宜種植區(qū)分布相對(duì)零散，主要分布在紫膠場、八波鎮(zhèn)、百口鄉(xiāng)、壩賴鎮(zhèn)沿南盤江一帶分布，冗渡鎮(zhèn)附近有零星分布； 安龍縣分布在坡腳鄉(xiāng)沿南盤江的南部河谷地區(qū)。

4.2 適宜種植區(qū)

適宜種植區(qū)面積共計(jì)5 864hm2，分布在沿南盤江河谷、北盤江、紅水河河谷地帶海拔在521～583m的區(qū)域，分布區(qū)域包括了冊亨、晴隆、望謨、貞豐、安龍和興仁6個(gè)縣區(qū)，適宜種植區(qū)一般情況下都是緊鄰艾納香最適宜種植區(qū)分布。大面積的分布區(qū)域主要集中在望謨縣的大觀鄉(xiāng)、納夜鎮(zhèn)和昂武鄉(xiāng)； 貞豐縣的慶平鄉(xiāng)、連環(huán)鄉(xiāng)和魯貢鎮(zhèn)沿北盤江零星分布； 冊亨縣的弼佑鄉(xiāng)、達(dá)央鄉(xiāng)和丫他鎮(zhèn)坡地農(nóng)田地帶。

4.3 次適宜種植區(qū)

次適宜種植區(qū)面積共計(jì)3 738hm2，分布在海拔583～747m的區(qū)域。包括望謨縣的石屯鎮(zhèn)、打尖鄉(xiāng)、納夜鎮(zhèn)、大觀鄉(xiāng)附近區(qū)域； 貞豐縣的白層鎮(zhèn)、魯榮鄉(xiāng)、魯貢鎮(zhèn)附近區(qū)域； 冊亨縣主要分布在巧馬鎮(zhèn)和秧壩鎮(zhèn)附近； 晴隆、興仁、安龍縣北盤江、南盤江沿岸有零星分布。

4.4 不適宜種植區(qū)

除以上3類種植適宜區(qū)面積外，其他地區(qū)均屬于不適宜種植區(qū)。主要分為兩種情況：一是不適宜種植區(qū)的熱量條件沒有達(dá)到艾納香的氣候適宜性分布類型等級(jí)指標(biāo)； 二是在適宜種植區(qū)內(nèi)土地利用類型不符合要求，河湖水系、森林、建設(shè)用地、嚴(yán)重石漠化地區(qū)、坡度>25°的山地均被剔除在外。

5 結(jié) 論

根據(jù)艾納香種植氣候適宜性類型分布圖的結(jié)果，黔西南地區(qū)海拔747m以下區(qū)域是艾納香種植的氣候生態(tài)適宜區(qū)，該區(qū)域現(xiàn)實(shí)中也是黔西南地區(qū)人工種植艾納香的主要生產(chǎn)分布區(qū)，經(jīng)實(shí)地驗(yàn)證和文獻(xiàn)資料顯示，目前黔西南地區(qū)主要的人工種植栽培艾納香的區(qū)域均在氣候適宜性類型分布的區(qū)域內(nèi)。該文把熱量因子反演到海拔高度，把黔西南地區(qū)溫度隨海拔高度變化規(guī)律進(jìn)行了量化。將土地利用信息疊加到艾納香種植氣候生態(tài)適宜性類型分布區(qū)域后，可以客觀反映出黔西南地區(qū)艾納香可種植區(qū)域，對(duì)黔西南地區(qū)艾納香種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展和選址提供了較為科學(xué)和可實(shí)際操作的依據(jù)。

目前，關(guān)于貴州省相關(guān)地區(qū)艾納香種植適宜性的研究較少，而且劃分出的種植適宜區(qū)域地理范圍廣，沒有考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)的現(xiàn)實(shí)要求，劃分區(qū)域較為籠統(tǒng)。該文在充分應(yīng)用GIS的基礎(chǔ)上，把GIS(地理信息技術(shù))、RS(衛(wèi)星遙感技術(shù))、GPS(全球定位技術(shù))相結(jié)合，根據(jù)黔西南地區(qū)土地利用現(xiàn)狀，較為精準(zhǔn)地劃分出了黔西南地區(qū)艾納香種植的氣候適宜性類型的分布區(qū)域，并且適宜區(qū)具備可開發(fā)利用性，貼近實(shí)際，操作性強(qiáng)。地理信息數(shù)據(jù)精確到了鄉(xiāng)(鎮(zhèn))一級(jí)行政區(qū)域，運(yùn)用GIS的柵格數(shù)據(jù)計(jì)算功能，可精確統(tǒng)計(jì)出艾納香可種植區(qū)域面積，因此，該文成果較以往其他學(xué)者的艾納香種植適宜性研究更為精細(xì)，更具有科學(xué)的指導(dǎo)意義。

黔西南地區(qū)影響艾納香種植的所有因素中，氣候環(huán)境條件是最重要的因素，因此，該文主要考慮艾納香種植的生態(tài)氣候條件，選擇影響艾納香生長的重要?dú)夂蛞蜃幼鳛檫m宜性類型分布等級(jí)指標(biāo)。黔西南地區(qū)艾納香的種植還受品種、土壤類型、土壤肥力狀況、栽培技術(shù)措施等因素影響。關(guān)于這些方面的綜合研究，有待今后不斷補(bǔ)充、修正和完善。

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