余意　李靜　張小波

摘要 寧夏枸杞為中藥材枸杞子在《中國(guó)藥典》中收錄的唯一藥用基原植物，其主要分布于我國(guó)北部的寧夏、甘肅、青海、內(nèi)蒙、新疆等地，為常用大宗藥材之一。由于需求量大，枸杞子早已供不應(yīng)求，現(xiàn)大多數(shù)枸杞子為引種栽培品，但因各地生態(tài)環(huán)境、地理?xiàng)l件有諸多差異導(dǎo)致枸杞品質(zhì)參差不齊，市場(chǎng)流通商品品質(zhì)混亂。因此本文從文獻(xiàn)、第四次中藥資源普查與中藥資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的基礎(chǔ)上，確定出寧夏枸杞分布區(qū)域的海拔、年均溫、年降水、土壤類型、坡向、日照時(shí)數(shù)6個(gè)因子的范圍，并在遙感和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的協(xié)助下，結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，最終確定寧夏枸杞適宜分布區(qū)域。

關(guān)鍵詞 寧夏枸杞；枸杞子；適宜性分布；遙感；3S技術(shù)；GIS技術(shù)；生態(tài)環(huán)境；空間分布

Abstract Ningxia wolfberry plant， as the only raw medicinal herbs of Chinese wolfberry， is included in the Pharmacopoeia of People′s Republic of China， which is mainly distributed in the northern part of China， such as Ningxia， Gansu， Qinghai， Inner Mongolia， Xinjiang and other places.It is one of the commonly used medicinal materials.Due to the large demand， wild wolfberry has long been in short supply.Now most wolfberry is introduced and cultivated.However， due to many differences in ecological environment and geographical conditions， the quality of wolfberry is uneven， and the quality of market circulation is chaotic.On the basis of the literature research， the fourth survey of traditional Chinese medicine resources and dynamic monitoring data， this paper screened the range of six factors of the latitude and longitude， altitude， annual mean temperature， annual precipitation， soil type， slope and sunshine time of Ningxia wolfberry distribution area， and under the assistance of the remote sensing and GIS technology， with validation of data in the field investigation， ultimately determined the suitable distribution area of Ningxia wolfberry.

Key Words Ningxia wolfberry； Fructus Lycii； Suitability distribution； Remote sensing； 3S technology； GIS technology； Ecological environment； Spatial distribution

中圖分類號(hào)：R282文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2018.09.052

寧夏枸杞作為我國(guó)重要的藥食兩用植物資源，在治療體虛氣弱、勞累過(guò)度而導(dǎo)致的精血虧虛方面療效奇佳，是老年人以及亞健康人群的補(bǔ)益上品，其商品形式多樣除作為中藥材外，枸杞保健品、枸杞化妝品等其他形式的商品數(shù)不勝數(shù)。藥典規(guī)定寧夏枸杞（Lycium barbarum L.）為枸杞子的唯一基原植物?！吨袊?guó)植物志》記錄寧夏枸杞集中分布于寧夏、甘肅、青海、內(nèi)蒙、新疆等地。由于各地氣候、地理因素差異導(dǎo)致雖然同為寧夏枸杞但果實(shí)的外形、大小、色澤、藥用效果卻不盡相同。因此在此時(shí)開展利用遙感和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)對(duì)寧夏枸杞適宜性分布范圍的研究，實(shí)現(xiàn)寧夏枸杞種植栽培因地制宜，顯得尤為重要。

利用3S技術(shù)進(jìn)行中藥材適宜性分布范圍研究取得不錯(cuò)的成果，尚雪等[1]結(jié)合遙感（RS）和GIS技術(shù)，根據(jù)川牛膝的生長(zhǎng)環(huán)境，進(jìn)行因子權(quán)重分析，選取了氣候、土壤、地形、植被4個(gè)生態(tài)因子進(jìn)行分析，最終得出川牛膝的適宜性分布區(qū)域，為全面調(diào)查川牛膝資源的分布與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。程武學(xué)等[2]基于TM影像、數(shù)字高程模型（DEM）、氣象、土壤等數(shù)據(jù)，利用遙感和GIS技術(shù)提取影響因子，對(duì)川產(chǎn)道地藥材川紅花的適宜性空間分布進(jìn)行研究。

分析現(xiàn)有文獻(xiàn)可知，雖然3S技術(shù)在中藥材適宜性分布的大范圍內(nèi)應(yīng)用效果明顯，但還未有應(yīng)用于枸杞子的適宜性分布范圍研究，對(duì)于枸杞子的大多數(shù)研究仍然集中于對(duì)栽培技術(shù)、化學(xué)成分、質(zhì)量控制和藥理等方面。因而我們立題于遙感與GIS技術(shù)分析枸杞適宜性分布區(qū)域，確立海拔、年均溫、年降水、土壤類型、坡向、日照時(shí)數(shù)6個(gè)生態(tài)因子進(jìn)行空間疊加分析，結(jié)合全國(guó)范圍土地利用信息和主產(chǎn)區(qū)野外實(shí)地調(diào)查，得到寧夏枸杞的適宜分布區(qū)域，對(duì)寧夏枸杞資源分布以及科學(xué)栽培提供依據(jù)。

1 研究背景與方法

1.1 我國(guó)地理概況

我國(guó)國(guó)土遼闊總面積約960萬(wàn)km2，東西相距約5 000 km，大陸海岸線長(zhǎng)達(dá)18 000 km，在東西南北四點(diǎn)的經(jīng)緯度跨越更是巨大，最東端在黑龍江和烏蘇里江的主航道中心線的相交處（135°2′30″E），最西端在帕米爾高原附近（73°29′59.79″E），最南端在立地暗沙（3°31′00″N，東經(jīng)112°17′09″E），最北端在漠河以北黑龍江主航道的中心線上（53°33′N，124°20′E）。地勢(shì)整體上呈現(xiàn)出西高東低的走勢(shì)，山地、高原、邱陵約占67%，而盆地和平原約占33%，在我國(guó)西部擁有“世界屋脊”青藏高原，世界第一高峰珠穆朗瑪峰，從此往東至內(nèi)蒙古、新疆地區(qū)、黃土高原、四川盆地和云貴高原，共同組成我國(guó)的第2階梯，平均海拔多在1 000～2 000 m。而在越過(guò)大興安嶺-太行山-巫山-武陵山-雪峰山一線以東后，自北向南分布著東北平原、華北平原、長(zhǎng)江中下游平原是我國(guó)的第3階梯平均海拔500～1 000 m，再往東是我國(guó)大陸架淺海區(qū)，平均水深不足200 m，為我國(guó)的第4階梯[3-4]。由于我國(guó)地處世界最大的大陸歐亞大陸，緊鄰世界最大海洋太平洋，因而我國(guó)的氣候深受大陸、大洋影響，冬季會(huì)產(chǎn)生由大陸吹向海洋的偏北風(fēng)，夏季產(chǎn)生由海洋吹向陸地的偏南風(fēng)。冬季寒冷、干燥、大部地區(qū)降水減少、氣溫降低，北方更為突出。夏季時(shí)由太平洋和印度洋而來(lái)的季風(fēng)使得氣候溫暖、濕潤(rùn)、降水普遍增多。主體上我國(guó)的溫度帶分為6類。見表1[5]。由于各方面影響，我國(guó)年降雨量呈現(xiàn)從東南沿海向西北內(nèi)陸遞減，各地差異巨大，大致上分為4類。濕潤(rùn)地區(qū)年降水量達(dá)到800 mm以上，存在于秦嶺—淮河以南、青藏高原南部、內(nèi)蒙古東北部、東北三省東部。半濕潤(rùn)區(qū)年降水在800～400 mm，從東北平原、華北平原、黃土高原大部分直至青藏高原東南部。半干旱區(qū)分布于內(nèi)蒙古高原、黃土高原一部分地區(qū)、以及青藏高原大部，年降水量小于400 mm。而干旱區(qū)存在于新疆、內(nèi)蒙古高原西部、青藏高原西北部，年降水小于200 mm。某些特殊地區(qū)，如塔里木、吐魯番盆地年降水小于100 mm[6]。本文此次將以枸杞子的主要分布區(qū)寧夏、甘肅、青海、內(nèi)蒙、新疆等地為主要研究對(duì)象，基于這些區(qū)域的分布特征（如主要集中于我國(guó)的“第2階梯”，海拔在1 000～2 000 m，氣候條件偏于寒溫帶，年降水量多在200 mm等條件）類比全國(guó)范圍內(nèi)的相似地區(qū)，找出枸杞子的適宜性分布區(qū)域，為研究寧夏枸杞的適宜性分布區(qū)域與科學(xué)栽培打下基礎(chǔ)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

全國(guó)地區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)（包括中國(guó)土壤類型空間分布數(shù)據(jù)）以及來(lái)源于中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心；全國(guó)各省行政區(qū)矢量邊界數(shù)據(jù)，來(lái)源中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心；藥材生長(zhǎng)生態(tài)因子空間數(shù)據(jù)，包括高程數(shù)字模型（DEM），空間分辨力85.6 m，來(lái)源于USGS；氣象柵格數(shù)據(jù)，包括中國(guó)年平均氣溫?cái)?shù)據(jù)和中國(guó)年平均降水?dāng)?shù)據(jù)，來(lái)源于CERN生態(tài)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)及共享平臺(tái)；文獻(xiàn)資料來(lái)源于中國(guó)知網(wǎng)及部分枸杞相關(guān)專著。

1.3 研究方法

本研究首先查閱了第四次中藥資源普查與中藥動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)以及其他相關(guān)的文獻(xiàn)資料文獻(xiàn)，了解了寧夏枸杞適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，并對(duì)其的生態(tài)因子進(jìn)行了分析，然后利用遙感和GIS技術(shù)進(jìn)行綜合研究，并獲得最后的結(jié)果。本研究主要采用遙感與GIS技術(shù)相結(jié)合的研究方法，具體研究方法如下：

1）全國(guó)土地利用信息提?。?∶10萬(wàn)比例土地利用是以Landsat TM/ETM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，通過(guò)人工目視解譯生成；然后利用ArcGIS10.2軟件，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、裁剪等處理，得到全國(guó)土地利用信息，最后參考中國(guó)科學(xué)院土地資源分類系統(tǒng)并兼顧其他分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新歸并、分類，分類之后有耕地、林地、草地、建設(shè)用地（包括城鄉(xiāng)、工礦、居民用地）、水域、未利用土地6個(gè)土地利用類型。

2）生態(tài)因子提取：根據(jù)相關(guān)資料文獻(xiàn)，確定出寧夏枸杞的適宜生長(zhǎng)的生態(tài)因子，并提取包括海拔、年均溫、年降水、坡向、土壤類型、日照時(shí)數(shù)、年積溫等信息；

3）GIS的空間分析：利用GIS的空間分析技術(shù)，分別提取出這7個(gè)生態(tài)因子的適宜分布范圍，將其進(jìn)行空間疊加分析，得到寧夏枸杞適宜分布區(qū)域；

4）野外驗(yàn)證：在相關(guān)資料、數(shù)據(jù)以及野外實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證的支持下，得到寧夏枸杞在全國(guó)范圍內(nèi)的適宜分布區(qū)域和面積。

2 適宜生態(tài)因子提取和區(qū)劃結(jié)果

2.1 提取適宜的海拔 在分析文獻(xiàn)后，提取寧夏枸杞生長(zhǎng)區(qū)域海拔，如郝向峰等[7]對(duì)寧夏枸杞在寧夏自治區(qū)的海拔分布進(jìn)行分析時(shí)，認(rèn)為寧夏枸杞適宜生長(zhǎng)在海拔1 100～1 200 m的范圍內(nèi)。吳秀玲等[8]在研究水分調(diào)控對(duì)寧夏枸杞光合特性及產(chǎn)量的影響時(shí)介紹寧夏枸杞適宜生長(zhǎng)海拔為1 730 m。齊國(guó)亮等[9]在分析影響寧夏枸杞果實(shí)多糖含量的氣象因子時(shí)介紹了寧夏枸杞的海拔分布于1 110 m、1 806 m、2 988 m。曾凡琳等[10]在分析寧夏枸杞有效成分與氣候因子相關(guān)性時(shí)對(duì)寧夏、甘肅、河北、新疆所分布的寧夏枸杞進(jìn)行海拔的測(cè)量，結(jié)果范圍在400～1 600 m之間。文懷秀等[11]則專門研究了青海產(chǎn)野生寧夏枸杞的相關(guān)內(nèi)容，分析了青海省13個(gè)縣的分布海拔在1 800～3 200 m。綜合上述數(shù)據(jù)，將寧夏枸杞的海拔分布范圍定為400～3 200 m之間?；谌珖?guó)DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用ArcGis提取海拔在400～3 200 m的區(qū)域，結(jié)果見圖1。

2.2 提取適宜年均溫 分析全國(guó)范圍內(nèi)的寧夏枸杞生長(zhǎng)地區(qū)年均溫指標(biāo)結(jié)果如下，張俊華等[12]在對(duì)藥用植物寧夏枸杞的土壤細(xì)菌群落演替特征進(jìn)行研究時(shí)，對(duì)其年均溫指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定在9.5 ℃左右。曾凡琳等[10]在進(jìn)行寧夏枸杞有效成分與氣候因子相關(guān)性分析時(shí)，對(duì)寧夏、甘肅、河北、新疆4地8個(gè)市縣的年均溫進(jìn)行測(cè)量，得到15.8 ℃、15.7 ℃、16 ℃、15.3 ℃、15 ℃、14.8 ℃、15.4 ℃、14.6 ℃的一組數(shù)據(jù)。王有科等[13]對(duì)寧夏枸杞生態(tài)環(huán)境中的年均溫進(jìn)行測(cè)量得到4～10 ℃的溫度范圍。林楠等[18]對(duì)不同產(chǎn)地枸杞進(jìn)行分析時(shí)測(cè)量寧夏、甘肅、青海3個(gè)省份的年均溫，將其年均溫范圍定為4.5～11 ℃之間。綜合上述數(shù)據(jù)，將寧夏枸杞分布地區(qū)的年均溫范圍定在4.5～16 ℃。基于全國(guó)DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用ArcGis提取年均溫在4.5～16 ℃的區(qū)域見圖2。

2.3 提取適宜年降水量 寧夏枸杞的生長(zhǎng)能力強(qiáng)勁，在缺水的荒漠也可正常生長(zhǎng)，分布范圍廣泛，田間、路旁、山地、沙漠等都可生長(zhǎng)，依據(jù)其生長(zhǎng)特性，觀察篩選出其年降水量大多集中于200 mm以下的地區(qū)，這些地區(qū)多是我國(guó)干旱與半干旱的地區(qū)。如齊國(guó)亮等[14]對(duì)寧夏枸杞果實(shí)生長(zhǎng)情況的研究中，獲悉寧夏枸杞分布于年降水量為180～200 mm的區(qū)域。馬力文等[15]對(duì)寧夏當(dāng)?shù)赜绊戣坭阶由L(zhǎng)的氣候因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將年降水量確定在100～170 mm之間。曾凡琳等[10]則認(rèn)為枸杞子在160～550 mm的年降水范圍內(nèi)都可存活。錢金娥等對(duì)于河北壩上寧夏枸杞的研究中發(fā)現(xiàn)寧夏枸杞在雨水較為豐富的河北也可栽培，當(dāng)?shù)氐哪杲邓繛?50～400 mm[16]。青海省的某些年降水量不足50 mm的地方仍然有寧夏枸杞分布[17-18]。綜合上述數(shù)據(jù)，將寧夏枸杞分布地區(qū)的年降水量范圍定在50～550 mm。基于全國(guó)DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用ArcGis提取年降水量在50～550 mm的區(qū)域見圖3。

2.4 提取適宜含沙量土壤 枸杞適宜生長(zhǎng)在沙壤土的特性決定其治理荒漠化的功能，也就道出其可以分布在寧夏、青海等荒漠化地區(qū)的原因，另一方面由于寧夏枸杞是少有的耐鹽堿植物，只要鹽堿度不超過(guò)其耐受范圍，寧夏枸杞都可以正常生長(zhǎng)，這對(duì)于國(guó)家治理鹽堿地大有益處，鹽堿化地區(qū)農(nóng)作物及一般綠色植物無(wú)法生長(zhǎng)，土地貧瘠度更高長(zhǎng)期如此，在該區(qū)域寸草不生，還會(huì)引發(fā)更嚴(yán)重的荒漠化，而這一惡性循環(huán)的過(guò)程有望被枸杞這一類耐鹽堿植物解決，使鹽堿地乃至沙地得到重新利用。在分析相關(guān)文獻(xiàn)與數(shù)據(jù)后得出在栽培區(qū)域中沙壤土是最為適宜寧夏枸杞生長(zhǎng)的土壤，其含沙量在80%左右[19-20]。以此為依據(jù)基于全國(guó)DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用ArcGis提取含沙量在75%～85%的土壤。見圖4。

2.5 提取適宜坡向 枸杞雖喜冷涼氣候，耐寒力很強(qiáng)，但對(duì)于光照的需求很強(qiáng)。光照不足時(shí)枸杞植株發(fā)育不良，結(jié)果也會(huì)變少，因此枸杞生長(zhǎng)地區(qū)坡向的選擇與此息息相關(guān)，如枸杞生長(zhǎng)于西高東低的坡上，太陽(yáng)光照射時(shí)間長(zhǎng)，光合作用充足，長(zhǎng)勢(shì)更佳。通過(guò)郝向峰和張興文[21]的研究中提取枸杞子生長(zhǎng)坡向信息為從西南向東北傾斜。而高業(yè)新等[22]、錢金娥等[16]對(duì)于坡度得出相同的結(jié)論則充分地證明了這一觀點(diǎn)。因此我們將枸杞子的適生坡向定為由西南向東北傾斜。基于全國(guó)DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用ArcGis提取坡向?yàn)橛晌髂舷驏|北傾斜的地區(qū)。見圖5。

2.6 提取適宜日照時(shí)數(shù) 對(duì)于植物來(lái)說(shuō)光合作用是生長(zhǎng)發(fā)育不可或缺的步驟，而日照時(shí)數(shù)是判斷植物光合作用情況的一大因素，因此分析不同地區(qū)寧夏枸杞的日照時(shí)數(shù)，對(duì)寧夏枸杞的栽培應(yīng)用至關(guān)重要。馬力文等[15]獲取寧夏地區(qū)日照時(shí)數(shù)值為1 640 h。曾凡琳等[10]對(duì)寧夏、甘肅、河北、新疆四地的日照時(shí)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果分布在2 500～3 000 h。王振宇[20]分析不同地域?qū)幭蔫坭綍r(shí)，記錄寧夏與遼寧日照時(shí)數(shù)分別為3 000 h與2 000 h。王有科等[23]，林楠等[24]對(duì)寧夏枸杞日照時(shí)數(shù)進(jìn)行提取分布范圍在2 700～3 300 h。綜合上述數(shù)據(jù)，將寧夏枸杞的日照時(shí)數(shù)范圍定為400～3 200 m之間?；谌珖?guó)DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用ArcGis提取日照時(shí)數(shù)在1 640～3 300 h的區(qū)域，結(jié)果見圖6。

2.5 寧夏枸杞適宜性分布范圍提取

依據(jù)ArcGIS10.2軟件進(jìn)行空間分析，分別提取出適宜的海拔、適宜年均溫、適宜年降水量、適宜土壤類型、適宜坡向、適宜日照時(shí)數(shù)6個(gè)生態(tài)因子，將這6個(gè)生態(tài)因子制作為單獨(dú)圖層，再將6個(gè)圖層進(jìn)行疊加，得出枸杞子在全國(guó)范圍內(nèi)分布區(qū)域預(yù)測(cè)結(jié)果。見圖7。

2.6 野外調(diào)查驗(yàn)證

在中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心提供的全國(guó)范圍內(nèi)寧夏枸杞分布數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合寧夏枸杞主要栽培區(qū)域的野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證分布信息的合理性與科學(xué)性。本次調(diào)查區(qū)域主要分布在寧夏、甘肅、青海、新疆、內(nèi)蒙古地區(qū)見圖7，平均每省選擇2個(gè)以上縣，每縣選3個(gè)以上樣地進(jìn)行觀測(cè)，收集經(jīng)緯度、土壤、年均溫、年積溫、日照時(shí)數(shù)等相關(guān)指標(biāo)，并利用Arcgis10.2軟件，分析利用實(shí)測(cè)指標(biāo)與通過(guò)提取生態(tài)因子建立的寧夏枸杞適宜分布區(qū)的重合程度，驗(yàn)證由遙感與GIS進(jìn)行中藥材資源適宜性分布研究的準(zhǔn)確性與可行性。得出適宜枸杞子分布區(qū)域與實(shí)際采樣點(diǎn)比較圖。見圖8。

2 討論

通過(guò)上述生態(tài)因子的提取與疊加計(jì)算最終推出枸杞子適宜分布區(qū)域，從圖8可以看出枸杞子的分布區(qū)域主要在我國(guó)西北部。作為枸杞子道地產(chǎn)區(qū)的寧夏其適宜分布區(qū)域集中在中衛(wèi)、吳忠、銀川地區(qū)。內(nèi)蒙古適宜分布的區(qū)域?yàn)槎鯛柖嗨?、阿拉善盟等地。同時(shí)在新疆的大部分地區(qū)都較為適合生長(zhǎng)枸杞，尤其是塔城及烏魯木齊等地。青海海西蒙古族藏族自治州與德令哈有適宜性分布的區(qū)域。但從圖上顯示的結(jié)果來(lái)看，具有悠久枸杞種植歷史的甘肅反而適宜性不高。圖中對(duì)于河北的生態(tài)適宜性反應(yīng)結(jié)果不明顯，此外發(fā)現(xiàn)在陜西的榆林枸杞子的適宜性較高。

本文利用3S技術(shù)進(jìn)行中藥材適宜性分布范圍預(yù)測(cè)的研究，為枸杞的科學(xué)種植與區(qū)劃栽培給出指導(dǎo)性意見，通過(guò)將枸杞子的適宜性分布結(jié)果與野外調(diào)查的結(jié)果的進(jìn)行比較，可以看出在利用生態(tài)因子計(jì)算得出的適宜性分布結(jié)果圖中所有分布地區(qū)在野外調(diào)查中都采集到了對(duì)應(yīng)的枸杞子樣本，由此可見利用遙感與GIS技術(shù)得出的適宜性分布結(jié)果較為可信并且認(rèn)為陜西榆林的枸杞子適宜性分布率較高，對(duì)枸杞子的分布區(qū)域有指導(dǎo)與規(guī)劃的作用。但對(duì)于適宜性高低的驗(yàn)證還需進(jìn)一步考察，例如在甘肅所顯示的適宜性分布概率較低，這與歷史上記載的甘肅當(dāng)?shù)赜杏凭玫蔫坭椒N植歷史相沖突。想要深入探索適宜性分布概率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性還需對(duì)各地采收樣品的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)得出較為科學(xué)的結(jié)果。

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（2018-03-28收稿 責(zé)任編輯：楊覺雄）