《2008-广西青蒿生产适宜性的区域差异分析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2008-广西青蒿生产适宜性的区域差异分析.pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第30卷第5期2008年5月资 源 科 学RESOURCES SCIENCEVol.30,No.5May,2008文章编号:1007-7588(2008)05-0759-06收稿日期:2007-12-10;修订日期:2008-01-29基金项目:国家重点基础研究发展计划(编号:2006CB504700);国家自然科学基金项目(编号:30672616、30672617);国家科技支撑计划(编号:2006BAI09B02、2006BAI09B03);广西科技厅科技攻关与新产品试制项目(桂科攻:0663003)。作者简介:张小波(满族),男,内蒙古赤峰人,人文地理学专业。E2mail:jack110
2、007 1631com通讯作者:郭兰萍,E2mail:glp01 1261com。广西青蒿生产适宜性的区域差异分析张小波1,2,郭兰萍2,黄璐琦2,韦 霄3,梁留科1,孙宇章2,王利红1(1.河南大学 环境与规划学院,开封 475004;2.中国中医科学院 中药研究所,北京 100700;3.中国科学院 广西植物研究所,桂林 541006)摘 要:我国是青蒿素的主产国之一,全国范围内有青蒿分布的地区均在大力发展青蒿产业,但是在青蒿规范化种植过程中,青蒿人工种植基地的选取,依然是有待于进一步研究的科学问题。针对青蒿规范化种植过程中,种植基地选择的困惑,本课题组用统计分析方法对青蒿素含量、青蒿的生
3、物量与生态因子之间的关系进行了研究,并构建逐步回归模型。用G is地理空间分析功能,根据青蒿素含量、生物量、产量和土地利用情况对青蒿种植基地的生产适宜性进行了分析,结果发现:生长在冲积土上和石灰土上的青蒿比生长在红壤土上的青蒿的生物量要高,青蒿素含量与土壤类型无关,采收期的气象因子是影响青蒿素含量的主导因子,桂东北到西南一带青蒿中青蒿素含量较高,桂东北部、东南部和西北部的青蒿生物量最高,北部的青蒿素产量较高,南部青蒿素产量较低,自然生态条件下,桂林和柳州的北部、河池东部以及百色的西部地区为青蒿人工种植的最适宜区;如果考虑通过人工种植、改良区域内的土壤条件提高青蒿生物量,南宁、柳州到桂林一线地势
4、较高,青蒿中青蒿素含量较高,是青蒿人工种植的理想区域,而东南沿海、平原地区为青蒿人工种植的不适宜区域。关键词:青蒿素含量;生态因子;种植青蒿;区划 近年来,炎热高温使疟疾在热带地区大面积流行1。虽然气候学家已经可以通过数学模型来预测由于炎热高温引起疟疾流行的可能区域,但是由于抗疟药物的短缺每年仍有近百万人死于疟疾。中药青蒿中所含的青蒿素对治疗疟疾有很好的疗效,但是由于野生青蒿资源量有限,目前青蒿素产量远远满足不了市场需求。人们试图用生物技术通过组织、细胞培养来生产青蒿素,但由于人工合成成本太高,尚未能进行批量生产2。我国是青蒿素的主产国之一,全国范围内有青蒿分布的地区均在大力发展青蒿产业,试图
5、通过青蒿的人工种植来获取青蒿素。但是在青蒿规范化种植过程中,青蒿人工种植基地的选取,依然是有待于进一步研究的科学问题。本课题组曾从地形和气候条件对青蒿素含量的影响进行了研究,实现了广西地区青蒿人工种植的气候适宜性和地形适宜性区划。为广西青蒿的生产适宜性区划打下了基础。本研究在以往研究的基础上,同时考虑了诸多环境因子对青蒿产量、质量及青蒿素产量的影响,并结合广西地区土地利用状况,进行青蒿的生产适宜性区划研究,为广西地区青蒿人工种植基地的选取,以及用于工业提取青蒿素原料来源地的确定提供科学依据。1 材料选取与研究方法111 材料选取青蒿样品、地理环境数据和气候数据的获得参见“广西地形对青蒿中青蒿素
6、含量的影响分析”和“广西青蒿种植气候适宜性等级区划研究”。广西地区31个野生样地和3个人工栽培样地内青蒿中青蒿素的含量和青蒿地上部分生物量见表1。广西地区的土地利用信息,利用2000年全国土地利用遥感图获得,遥感图的空间分辨率为1km1km。112 研究方法11211 青蒿素含量的生态适宜性区划 根据前期研究结果选取与青蒿素含量相关性较大的生态因子,用SPSS1310统计软件的多元逐步回归分析功能,构建青蒿素含量与生态因子之间的关系模型。模型构建时选取的气象因子包括2到8月份的温表1 广西地区青蒿中青蒿素含量和生物量Table 1Artemisinin content and biomasso
7、f sweet wormwood herb in Guangxi样方号地点生物量(kg 株)青蒿素含量(%)样方号地点生物量(kg 株)青蒿素含量(%)1都安县城010300177418融安01124015292都安地苏010100191119永福01085016433大化县城010250186120永福01620110254崇左市010400193421贺州01018015485大新县010240172122梧州01064014046平果县010510186823岑溪01058014007田林隆林011500159424玉林01074015768凤山010100177525北海0114401
8、4079河池010040158726钦州010470138410天峨010320174727兴安010860167111天峨011450164228临林016100192912柳州010960171129来宾010640132513阳朔010240187330宾阳010710146014全州010340180231南宁01132019415全州012440166532扶绥010420148816全州010200162533宜州010740151217龙胜011800161934桂林雁山0159011033度、降雨量、日照时数和湿度(由于在青蒿的人工种植过程中,9月份青蒿已经采收完毕);土壤因子
9、包括土壤中无机元素N、P、K、Mg和Ca的含量;地形因子包括坡度和海拔高度。根据模型确定影响青蒿素含量的生态主导因子。用ArcGis软件的地理空间分析功能,进行青蒿素含量的生态适宜性区划:根据经纬度值确定31个采样地在广西省区图上的地理位置;根据采样点所在地的地理位置,对逐步回归筛选到的生态因子进行空间插值,插值结果得到各生态因子在广西境内的空间分布图;用软件的数据转换功能把插值得到的矢量数据图转换成栅格数据图,再通过栅格计算功能,根据逐步回归方程对插值的结果进行空间计算,得到广西地区青蒿素含量的空间分布模型;根据青蒿素含量的空间分布模型以及工业提取对青蒿素含量的要求,对青蒿素含量进行聚类分析
10、;根据青蒿素含量的高低,对广西地区青蒿素含量进行生态适宜性区划,并以图形的形式输出区划结果。11212 青蒿生物量与生态因子之间的关系及地理分布 用SPSS1310统计软件的方差分析和相关分析方法,研究青蒿生物量与生态因子之间的关系。用ArcGis软件的空间插值功能,根据采样点所在地的地理位置,对野生青蒿的生物量进行空间插值,来研究广西地区青蒿生物量的地理分布情况。11213 青蒿素产量的生态适宜性区划 青蒿生物量 青蒿素含量即为青蒿素产量,因此用ArcGis软件根据青蒿生物量和青蒿素含量的空间分布模型进行相乘,获得广西地区青蒿素产量的地理分布模型。根据青蒿素产量的高低,对青蒿素产量进行生态适
11、宜性区划,并以图形的形式输出区划结果。11214 青蒿人工种植基地生产适宜性区划 根据工农业生产对青蒿生物量和青蒿素含量的不同要求,以及广西地区土地利用情况。用ArcGis软件的空间叠加方法进行青蒿素生产适宜性区划:以青蒿素产量的空间模型为底图,叠加青蒿素含量空间分布模型,从中扣除青蒿素含量低于工业提取最低要求015%的区域;叠加广西地区土地利用图,从中扣除河流、湖泊、城市、道路、农田等不适宜青蒿种植的区域;综合考虑区域内青蒿素含量、青蒿生物量和青蒿素产量的高低,根据上述结果对广西地区青蒿人工种植基地进行生产适宜性区划,并以图形的形式输出区划结果。digxil量与生态因子之间的关系模型,的结果
12、进行空间计算。2 区划结果211 青蒿素含量的生态适宜性区划结果逐步回归分析得到青蒿素含量与生态因子之间的关系模型为:Y=-01523-01000409X1-01000482X2+013344X3+0106X4-01206X5-01071X6+010133X7+010274X8对回归模型进行01标准化处理后,得到青蒿素含量与生态因子之间的关系模型为:Y=1104-01637X1-6138X2+11170X3+01306X4-01598X5-01825X6+61278X7+01143X8式中:Y为青蒿素含量;X1为2月份温降系数;X2为8月份温降系数;X3为8月份最低均温;X4为土壤中氮的含量;
13、X5为7月份均温;X6为3月份最低均温;X7为8月份降雨量;X8为6月份降日系数。由模型知,8月份的气象因子,为影响青蒿素含量变化的生态主导因子。根据青蒿素含量空间分布模型,利用聚类分析结果,按如下分类原则进行区划:区域内青蒿中青蒿067资 源 科 学第30卷第5期素含量低于015%的为不适宜区域;介于(015%,0164%)之间的为适宜区域;介于(0164%,018%)之间的为较适宜区域;高于018%的为最适宜区域。区划结果见图1。从图上可以看出:桂东北到西南一带红色区域内(主要包括全州、柳城、都安、大化、苹果、马山、武鸣和隆安等县区)青蒿中青蒿素含量较高,青蒿素含量 018%。从人工种植获
14、得青蒿素含量最大化的角度出发,该区域为青蒿人工种植基地的最适宜区域。橙色区域青蒿中青蒿素含量在(0164%018%)之间,为青蒿人工种植基地的较适宜区域。黄色区域青蒿中青蒿素含量在(015%0164%)之间,为青蒿人工种植的适宜区域。以桂东南地区为主的绿色区域内(主要包括北海市、钦州市、贵港市、贺州市、梧州市和岑溪市的部分地区,灵山县、湘北县、博白县、陆川、来宾、上林、宾阳、苍梧、昭平和藤县的部分地区)青蒿中青蒿素含量青蒿素含量最低,小于工业提取要求的015%,该区域内不适宜青蒿的人工种植。从青蒿素含量等级分布上可以看出,广西大部分地区均适宜青蒿的人工种植。212 青蒿生物量与生态因子之间的关
15、系及地理分布用SPSS1310统计软件对广西西南、西北、东北和东南4个区域内青蒿的生物量进行方差分析,结果显示:西南地区内青蒿的生物量与东北地区内青蒿的生 物 量 差 异 性 显 著(P0105)。4个区内青蒿生物量的均 值 为 西 南01037kg、西 北010692kg、东北010996kg和东南010774kg。对不同地形、气候条件下青蒿的生物量进行一元方差分析结果显示:不同地形、气候条件下青蒿生物量的差异性不显著,说明地形、气候的差异对青蒿生物量的影响较小。对不同土壤类型下青蒿的生物量进行一元方差分析结果显示:受土壤类型的影响,生长在红壤土上的青蒿,青蒿的生物量与生长在石灰土和冲积土上
16、的差异性最显著(P 0105),生长在红壤土上的青蒿的生物量均值为01034kg,石灰土01086kg,冲积土0111kg。说明土壤类型的差异对青蒿生物量的影响较大。根据采样点所在地的地理位置,对野生青蒿的生物量进行空间插值结果见图2。从图上167第30卷第5期张小波等:广西青蒿生产适宜性的区域差异分析可以看出广西东北部青蒿的生物量最高、东南部次之、西北部再次、西南部最低。从人工种植获得青蒿生物量最大化的角度出发,桂东北部、东南部和西北部的红区域内为青蒿人工种植的最适宜区(主要位于灌阳、全州、资源、龙胜、兴安、灵川、临桂、永福、融安、三江、融水、鹿寨、田林、隆林、西林、乐业、灵山、湘北、博白、
17、陆川县的部分地区,以及北海、钦州和桂林市的部分地区),该区域可以获得较高产量的青蒿草。橙色区域为较适宜区域(主要位于百色、河池、柳州、桂林、来宾、贵港、玉林、钦州、防城港市的部分地区)。西南部和东部黄色区域为适宜区域(主要位于百色东部、南宁西部、崇左市、梧州、贺州以及玉林的部分地区)。西南部绿色区域为不适宜区域(主要位于马山、大化和大新县的部分地区)。213 青蒿素产量的生态适宜性区划将野生青蒿生物量和青蒿中青蒿素含量的空间分布模型进行相乘,并以图形输出得到广西地区单株青蒿的青蒿素产量分布情况如图3所示。从图上可以看出广西北部红色、橙色和黄色区域内(主要位于:全州、资源、兴安、灌阳、龙胜、三江
18、、融安、融水、永福、柳县、西林、隆林和西林等县)的青蒿素产量较高,南部绿色区域内(主要位于:岑溪市、梧州市、贺州市、崇左市、河池市西南部,以及来宾市、贵港市、百色市的部分地区)青蒿素产量较低。其他区域介于中间状态。214 青蒿种植基地生产适宜性区划桂东北地区(永福、林临和雁山)的20、28和34号样地的青蒿为人工栽培的。通过对青蒿的人工管理,区域内青蒿中青蒿素含量均在0193%以上,高出野生的25%左右,青蒿生物量均值为0161kg(鲜重),高出野生的500%左右。青蒿人工种植对青蒿生物量的提高程度远远高于对青蒿素含量的提高程度。综合考虑青蒿素含量、生物量、青蒿素产量空间分布情况以及广西土地利
19、用情况。将不利于青蒿分布及严重影响青蒿产量及质量的区域划为不适宜区域;自然条件或者通过人工种植后可以得到较高青蒿素含量和生物量的区域为最适宜区域;青蒿素含量介于015%(工业提取最低要求)和0164%的区域267资 源 科 学第30卷第5期为适宜区域,其他为较适宜区域。据上述划分原则得到广西青蒿种植基地生态适宜性区划结果图4。红色区域为最适宜区域,主要包括:都安、大化、苹果、马山、武鸣、隆安、灌阳、全州、资源、龙胜、兴安、永福、融安、三江、融水、鹿寨、柳城、罗城、田林、隆林、西林等县的部分地区。橙色区域为较适宜区域。黄色区域为适宜区域。绿色区域为不适宜区域,主要包括:北海市、钦州市、贵港市、贺
20、州市、梧州市和岑溪市的部分地区,灵山县、湘北县、博白县、陆川、来宾、宾阳、横县、苍梧、昭平和藤县的部分地区,以及河流、湖泊、城市等不适宜建立种植基地区域。3 结论与讨论(1)广西青蒿中青蒿素含量积累的适宜性区划。桂东北到西南一带红色区域内(主要包括全州、柳江、都安、大化、苹果等县区)青蒿中青蒿素含量较高。从获得高含量的青蒿素的角度出发该区域是青蒿人工种植的最适宜区,来自该区域内的青蒿原料青蒿中青蒿素含量最高,可以得到优质的工业原料。桂中、桂西北和桂西南橙色区域为青蒿人工种植基地的较适宜区域。以桂东南为主的黄色区域为青蒿人工种植的适宜区域。以桂东南地区为主的绿色区域内(主要包括北海市、钦州市、梧
21、州市、贺州市、来宾市和贵港市的部分地区)不适宜青蒿的人工种植。(2)广西青蒿生物量的适宜性区划。广西东北部地区内青蒿生物量最高,东部和西南部的青蒿生物量较低。从人工种植获得青蒿生物量最大化的角度出发,桂东北部、东南部和西北部的红区域内为青蒿人工种植的最适宜区,该区域可以获得高产量的青蒿草;中西部橙色区域为较适宜区域(主要位于来宾市、贵港市、玉林市、钦州市、防城港市以及百色和河池市的部分地区);西南部和东部黄色区域为适宜区域(主要位于百色东部、南宁西部、崇左市、梧州和贺州等地)。西南部绿色区域为不适宜区域。(3)广西青蒿素产量的适宜性区划。影响广西地区青蒿素含量的主要生态因素为气候和地形条件,影
22、响青蒿生物量的主要生态因素为土壤条件。生态环境对青蒿的生物量和青蒿素含量的影响规律是不同的,有利于青蒿素含量积累的生态因子不一定有利于生物量的积累,有利于生物量积累的生态因子却不一定有利于青蒿素含量的积累。因此,通过人工种植获得高产优质的青蒿原料和人工种植基地的选取,要综合考虑生态环境对青蒿素含量和青蒿生物量的影响。本研究表明,自然条件下从获得青蒿素产量最大化的角度出发,桂林和柳州的北部、河池东部以及百色的西部为青蒿人工种植的最适宜区,生产基地选在该区域内可以获得较高的青蒿素产量。(4)广西青蒿种植基地生产适宜性区划。广西地区通过人工种植青蒿,可以提高青蒿素的含量和青蒿的生物量,从而获得比野生
23、条件下更优质高产的青蒿原料。自然生态条件下青蒿的人工种植基地选在广西的北部比南部更适宜,桂林和柳州的北部、河池东部以及百色的西部地区为青蒿人工种植的最适宜区;如果可以通过人工种植、改良区域内的土壤条件来提高青蒿生物量,南宁、柳州到桂林一线地势较高青蒿中青蒿素含量较高的区域,均是青蒿人工种植的理想区域。桂东南沿海、平原地区为青蒿人工种植的不适宜区域。其他地区为较适宜和适宜区域。参考文献(References):1 世界卫生组织专著.青蒿种植和采收质量管理规范G ACPC.20051World Health Organization.Guidelineson G ood Agriculture a
24、ndCollection Practices(G ACP)C.200512 吴静,丁伟,张永强,周宇杰.提高青蒿素产量的生物技术研究进展J.中草药,2007:021WU Jing,DING Wei,ZHANG Y ong2qiang,ZHOU Yu2jie.Advances in studies on biotechnology of gettinghigh2yield artemisinin J.Chinese Traditional and Herbal Drugs.2007:0213 党安荣,等.ArcGIS 8 Desktop地理信息系统应用指南M.北京:清华大学出版社,20031DA
25、NG An2rong,et al.Geographicalinformation System GuidesM.Beijing:Qinghua University Press,200314 党安荣,等.ERDAS IMAGINE遥感图像处理方法M.北京:清华大学出版社,20031DANG An2rong,et al.ERDAS IMAGINEGuidesM.Beijing:Qinghua University Press,2003.367第30卷第5期张小波等:广西青蒿生产适宜性的区域差异分析Study on Planting Suitability Regionalization ofAr
26、temisia Annua L.in GuangxiZHANG Xiao2bo1,2,G UO Lan2ping2,HUANGLu2qi2,WEI Xiao3,LIANGLiu2ke1,SUN Yu2zhang2,WANGLi2hong1(1.College of Environment and Planning,Henan University,Kaifeng475004,China;2.Institute of Chinese Material Medica,China Academy of Chinese Medical Sciences,Beijing100700,China;3.Gu
27、angxi Institute of Botany,Chinese Academy of Sciences,Guilin541006,China)Abstract:China is one of the mainly countries forartemisininproduction.Most of areas in China arevigorously to develop theartemisininindustry,but in the planting process,the suitable region for theArtemisia annua L.planting sti
28、ll as a scientific question has not set.For the chose of the best suitableregion for artificial planting ofArtemisia annua L.under the ecological condition of Guangxi AutonomousRegion in Southwest China.This paper studied the relationships betweenArtemisia annua L.and theecological factors,in order
29、to provide the suitable locations for artificial planting ofArtemisia annua L.This paper studied relationships between ecological factors and theArtemisinincontent,the biomassand the output ofartemisinincontent in Guangxi.Certain ecological factors that mainly effectArtemisinincontent were chosen as
30、 major ecological factors and stepwise regression analysis was used to get theregression model between ecological factors and theArtemisinincontent.Geographic Information Systemwas used in this paper to get the spatial distribution characteristicsofArtemisinincontent,the biomass andthe output of art
31、emisinin content.According to the regression model andartemisinincontent get thesuitability regionalization ofartemisinincontent under the ecological of Guangxi Autonomous Region.Thesuitability regionalization was analyzed for artificial planting ofArtemisia annua L.,according to theartemisininconte
32、nt,the biomass,the output and land use of Guangxi Autonomous Region.The result indicated that the meteorological and topographical factors are principal ecological factorsthat influence theartemisinincontent.The meteorological factors in the harvest time are the leadingfactorsfor the artemisinin con
33、tent,and the soil type has little to do with theartemisinincontent.TheArtemisinincontent is higher in the part areas of northeast and the southwest areas of Guangxi AutonomousRegion,which is lower in the part areas of southeast and other areas betwixt.The biomassofArtemisia annuaL.is higher that gro
34、wing in the capping mass and the calcareous soil thanthat growing in the red loam.The biomass is higher in the part areas of northwest,southeast and northeast ofGuangxi Autonomous Region,and that is lower in the southwest and center.The output theartemisinincontentis higher in the part areas of nort
35、h than that is in the south of Guangxi Autonomous Region.Under the natural ecological condition,according to the spatial distribution characteristics of theartemisinincontent,the biomass,the output and land use,we got the most suitable areasfor the artificialplanting ofArtemisia annua L.are the part
36、 of counties in north of Guilin City,eastern counties of HechiCity and western counties of Baise City.If the soil condition could be improved,the areas from Nanning,Liuzhou to Guilin City are also the ideal region for the artificial planting ofArtemisia annua L.Thesoutheast coast and center plain areas of Guangxi Autonomous Region are not the suitable areas for theartificial planting ofArtemisia annua L.Key words:Artemisinincontent;Ecological factors;Artificial planting;Regionalization467资 源 科 学第30卷第5期