论文部分内容阅读
摘要 目的：我国阳春砂资源紧缺，开展阳春砂全球产地生态适宜性分析，为阳春砂的人工引种提供科学依据，以保障阳春砂资源的可持续利用。方法：全球范围搜集阳春砂分布样点108个，应用药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统（GMPGIS）系统对其进行分析，得到阳春砂在全球范围的潜在种植区。结果：阳春砂在世界范围的生态适宜产区总面积为440多万平方千米，除中国外，还有巴西、刚果等56个国家（或地区）也具备阳春砂生长的生态条件；阳春砂在国内主要产区为广东、广西、云南和福建。结论：GMPGIS为阳春砂的全球人工种植提供科学指导，以保护阳春砂的药用资源。
关键词 阳春砂；生态适宜性；GMPGIS；全球区划
Abstract Objective：In order to ensure the sustainable utilization of the natural resources of Amomum villosum Lour.，the global ecological suitability analysis was carried out by Global geographic information system for medicinal plant（GMPGIS）.Methods：A total of 108 distribution sites were collected and put into the system.Seven ecological factors were made cluster analysis to predict the suitable ecological region and potential artificial cultivation area.Results：A total area of about 4 400 000 square kilometers was found suitable for planting Amomum villosum globally.In addition to China，Brazil，Congo and other 56 countries or regions also had ecological conditions for Amomum villosum growth.Guangdong，Guangxi，Yunnan and Fujian were the main producing areas in china.Conclusion：GMPGIS provides scientific guidance for the global artificial cultivation of Amomum villosum.
Key Words Amomum villosum；Ecological suitability；GMPGIS；Global regionalization
中圖分类号：[R282.2]文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2017.05.007
砂仁是常用中药，《中华人民共和国药典》（2015年版一部）记载砂仁来源于姜科植物阳春砂Amomum villosum Lour.、绿壳砂Amomum villosum Lour.var.xanthioides T.L.Wu et Senjen、海南砂Amomum longiligulare T.L.Wu的干燥成熟果实。性辛、温，具化湿开胃，温脾止泻，理气安胎之功效；用于湿油中阻，脘痞不饥，脾胃虚寒，呕吐泄泻，妊娠恶阻，胎动不安[1]。除药用外，砂仁又可作为食品、调味剂、保健品、药膳、制茶、造纸原料、兽药等使用。砂仁以广东省阳春县为道地产区，所产阳春砂质量好、产量大，成为砂仁中的主流品种[2]。阳春砂野生资源稀少，药材主要来自于人工栽培品，因阳春砂自身的生物学特性所限，主产区局限于广东、广西、云南、福建等少数几个省份。受阳春砂授粉困难、产量过低等影响，除道地产区外，其他地区阳春砂种植规模及产量均面临下降趋势[3]。而近些年来道地产区广东阳春也因城市经济发展，山地资源不断遭到人为开发与破坏，导致阳春砂的生长环境严峻，药材资源受到严重威胁[2]。因此，在全球范围发掘阳春砂的适宜种植区对于阳春砂资源的可持续利用意义重大。
生态环境是影响药材种植的最重要因素。由中国中医科学院中药研究所自主研发的GMPGIS系统是全球首个中药材产地生态适宜性分析系统。该系统将与中药材生长环境相关的生态因子（降水、温度、湿度、土壤、日照）量化成栅格数据结构，然后对网格数据进行空间聚类分析，并根据中药材产地生态相似度大小确定药材引种区。本研究应用GMPGIS系统对阳春砂进行全球产地区划，为阳春砂在全球范围寻找适宜的人工种植区域提供科学依据。
1 数据与方法
1.1 数据来源 通过文献查阅[2-6]、标本查询[7]和数据库[8]查询等多种方式，在全球范围选择阳春砂分布点共108个进行分析（表1）。其中中国分布点94个，包括道地产区广东省阳春市蟠龙镇、春湾镇，阳春砂主产区广东高州、信宜、云浮，云南勐腊、勐海、景洪，广西防城、隆安、百色、扶绥、钦州，福建长泰、同安等，及阳春砂的相应省份野生分布点。老挝分布点14个，越南分布点2个，泰国分布点2个。
1.2 研究方法 GMPGIS系统对中药材生态因子的栅格数据进行空间聚类分析，然后对药材适宜产区进行预测。在进行相似性聚类分析前，采用线性标准化方法进行数据标准化处理，以消除不同量纲的影响：x1=x-minmax-min×100。以每个空间栅格作为一个聚类对象，n个生态因子数值作为该栅格的聚类条件，每个栅格都可以看成n维空间中的一个点，因此，根据栅格间距离大小，将不同栅格进行空间最小距离聚类：dij=（x11-x12）2+（x12-x22）2+L+（xp1-xp2）2=[pk=1（xki-xkj）2]12根据距离计算结果[Mindij，Maxdij]，对栅格进行重分类，找出与药材道地产区具有最大生态相似度的区域。 2 结果与分析
2.1 阳春砂生态因子分析 阳春砂生长适宜温度22～28 ℃，能忍受0 ℃的短暂低温，但较长时间的0 ℃低温或严重霜冻，直立茎将受冻死亡；阳春砂喜湿、怕涝、忌旱，一般要求空气相对湿度75%～90%，孕蕾期至开花结果期空气相对湿度90%以上，土壤最适含水量为25%～27%；阳春砂为半阴生植物，喜欢漫射光，忌阳光直射；对土壤要求不甚严格，一般的砂质壤土或多种类型的壤土均可种植[3]。阳春砂在我国主要分布于热带亚热带季风气候地区，气候温暖，年平均气温19～22 ℃；低温期及霜冻期短，光照充足，雨量充沛，年降水量在1 000 mm以上，空气相对湿度在90%以上[3]。其道地产区阳春市属亚热带季风气候区，地处云雾山脉、天露山脉的中段与河尾山的八甲大山之间，光照时间长、热量丰富、雨量充沛、季风活动明显，土壤为红黄壤土，年平均气温22.3 ℃、年降水量2 385 mm[4]。
经GMPGIS系统分析得到阳春砂在全球范围主要生长区域的生态因子值如表2所示，由表可知，生态因子各项数值符合阳春砂的生长条件，表明该系统预测结果具有可信性。
2.2 阳春砂全球产地区划 经GMPGIS系统分析得到阳春砂的全球最大生态相似度区域分布图（图1），由图可以看出，亚洲、美洲、非洲均有部分区域适宜阳春砂生长。统计后发现，阳春砂的全球最大生态相似度区域位于57个国家（或地区），总面积为4 417.2×103 km2，主要国家包括巴西、刚果、中国、缅甸、美国、老挝等（图2）。其中排名前3位的巴西、刚果和中国阳春砂最大生态相似度区域面积分别为1 325.0×103 km2、662.5×103 km2和536.0×103 km2，占全球全部阳春砂最大生态相似度区域面积的57.13%。
根据分析结果，结合阳春砂生物学特性，并考虑自然、社会经济、药材主产地栽培和采收加工技术等条件，建议国际阳春砂栽培区域主要为中国，引种栽培研究区域主要以巴西、刚果、缅甸、美国、老挝等国为宜。
2.3 阳春砂国内产地区划 阳春砂在国内的最大生态相似度区域主要位于广西、广东、云南、福建等省份（表3），与目前阳春砂主产区情况基本一致。阳春砂自古均以广东阳春为道地产区，后逐渐引种到阳春周围；20世纪60年代引种至云南、福建、广西等地。云南因原始森林的种植环境具有得天独厚的昆虫授粉条件，无需人工授粉，使得种植成本大大降低，因此在20世纪90年代至21世纪初取代广东阳春成为阳春砂的主产区，种植面积远大于广东，药材总产量也处于全国领先地位[6]。然而近些年云南地区阳春砂经济效益下滑，影响药农种植积极性，与此同时广东阳春地区在政府的大力扶持下，面积及规模逐渐扩大，重新成为阳春砂的最大主产区[5]。除此之外，江西、海南、台湾、浙江等地区也有阳春砂的适宜生长区分布。
根据分析结果，结合阳春砂生物学特性，并考虑自然、社会经济、药材主产地栽培和采收加工技術等条件，建议国内阳春砂引种栽培研究区域主要以广东、广西、云南、福建为宜。
3 讨论
作为“四大南药”“十大广药”之一的阳春砂，因资源稀缺，在2016年成为广东省立法保护的8大南药品种之一。阳春砂在我国道地产区及引种区目前处于种植规模降低及资源濒危的局面，严重威胁阳春砂资源的开发和利用。本研究应用GMPGIS系统进行阳春砂全球生态适宜性预测，发现除中国外，世界上还有其他国家和地区具备种植阳春砂的生态条件，其中南美的巴西和非洲的刚果阳春砂适宜种植区面积甚至超过中国。该研究结果为阳春砂的人工种植和资源可持续利用提供了科学指导。
产自道地产区广东阳春的阳春砂被认为质量较其他区域更好，赵红宁等[4]采用气相色谱法测定广东、广西、云南、福建等不同产地阳春砂样品中樟脑、龙脑、乙酸龙脑酯有效成分的质量分数，研究结果显示，这3种成分的质量分数有明显差异，产自于广东阳春的样品中质量分数均较高。张丹雁[3]等在对广东、云南等阳春砂主产区的生产栽培现状调查研究中发现，由于栽培的气候、土壤、水分等生态条件的不同以及栽培技术上的差异，致使阳春砂在株型、成品性状、农艺学性状等方面存在着差别。药材的质量一方面受环境因素的影响，另一方面受到药材自身的遗传因素影响。阳春砂的栽培品种尽管没有明确的定义，但在道地产区广东阳春的实际种植过程中分为长果砂仁和圆果砂仁2种类型，另外，还有人工选育的“春选”品种[9]。何瑞等[10]通过对3个品种的果实与花进行形态调查后发现，不同栽培品种具有各自可区别的显著特征；黄琼林[11-12]等应用ISSR分子标记和26S rDNA和matK基因序列对该3个品种进行鉴别和亲缘关系分析研究，发现长果阳春砂和圆果阳春砂亲缘关系较近，与春选相区别，通过碱基位点的差异可将其进行区分。在以后的阳春砂品质生态学研究中，应加强对阳春砂不同栽培品种的比较研究，在品种鉴定的基础上进行不同产地阳春砂的实验研究，以排除遗传因素对阳春砂品质差异的影响，更为客观地发掘影响阳春砂品质的关键生态因子，为提高阳春砂的人工栽培质量奠定基础。
参考文献
[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典（一部）[M].北京：中国医药科技出版社，2015：253.
[2]欧阳霄妮.阳春砂资源调查与品质评价研究[D].广州：广州中医药大学，2010.
[3]张丹雁.阳春砂种质资源研究[D].广州：广州中医药大学，2008.
[4]赵红宁，黄柳芳，刘喜乐，等.不同产地阳春砂仁药材的质量差异研究[J].广东药学院学报，2016，31（2）：176-180.
[5]张丹雁，刘军民，熊清平，等.阳春砂资源调查与分析[J].广州中医药大学学报，2008，25（1）：77-80.
[6]陈彩英，詹若挺，王小平.砂仁品种、种质资源的考证溯源[J].山东中医药大学学报，2011，35（4）：354-357，376.
[7]中国数字植物标本馆[EB/OL].http：//www.cvh.ac.cn/search.
[8]Global Biodiversity Information Facility[EB/OL].http：//www.gbif.org/occurrence/search？.
[9]张丹雁，刘军民，徐鸿华.阳春砂不同栽培品种的比较鉴别[J].广州中医药大学学报，2005，22（1）：1-3.
[10]何瑞，杨锦芬，詹若挺，等.道地产区不同栽培品种阳春砂果实与花形态特征调查与分析[J].广州中医药大学学报，2010，27（1）：57-61.
[11]黄琼林，杨锦芬，詹若挺，等.基于ISSR分析的阳春砂分子鉴别[J].中药新药与临床药理，2010，21（5）：518-521.
[12]黄琼林，杨锦芬，段中岗，等.基于26S rDNA D1-D3区和mat K基因序列分析的阳春砂分子鉴别[J].广州中医药大学学报，2010，27（2）：151-155.
（2017-04-10收稿 责任编辑：徐颖）
关键词 阳春砂；生态适宜性；GMPGIS；全球区划
Abstract Objective：In order to ensure the sustainable utilization of the natural resources of Amomum villosum Lour.，the global ecological suitability analysis was carried out by Global geographic information system for medicinal plant（GMPGIS）.Methods：A total of 108 distribution sites were collected and put into the system.Seven ecological factors were made cluster analysis to predict the suitable ecological region and potential artificial cultivation area.Results：A total area of about 4 400 000 square kilometers was found suitable for planting Amomum villosum globally.In addition to China，Brazil，Congo and other 56 countries or regions also had ecological conditions for Amomum villosum growth.Guangdong，Guangxi，Yunnan and Fujian were the main producing areas in china.Conclusion：GMPGIS provides scientific guidance for the global artificial cultivation of Amomum villosum.
Key Words Amomum villosum；Ecological suitability；GMPGIS；Global regionalization
中圖分类号：[R282.2]文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2017.05.007
砂仁是常用中药，《中华人民共和国药典》（2015年版一部）记载砂仁来源于姜科植物阳春砂Amomum villosum Lour.、绿壳砂Amomum villosum Lour.var.xanthioides T.L.Wu et Senjen、海南砂Amomum longiligulare T.L.Wu的干燥成熟果实。性辛、温，具化湿开胃，温脾止泻，理气安胎之功效；用于湿油中阻，脘痞不饥，脾胃虚寒，呕吐泄泻，妊娠恶阻，胎动不安[1]。除药用外，砂仁又可作为食品、调味剂、保健品、药膳、制茶、造纸原料、兽药等使用。砂仁以广东省阳春县为道地产区，所产阳春砂质量好、产量大，成为砂仁中的主流品种[2]。阳春砂野生资源稀少，药材主要来自于人工栽培品，因阳春砂自身的生物学特性所限，主产区局限于广东、广西、云南、福建等少数几个省份。受阳春砂授粉困难、产量过低等影响，除道地产区外，其他地区阳春砂种植规模及产量均面临下降趋势[3]。而近些年来道地产区广东阳春也因城市经济发展，山地资源不断遭到人为开发与破坏，导致阳春砂的生长环境严峻，药材资源受到严重威胁[2]。因此，在全球范围发掘阳春砂的适宜种植区对于阳春砂资源的可持续利用意义重大。
生态环境是影响药材种植的最重要因素。由中国中医科学院中药研究所自主研发的GMPGIS系统是全球首个中药材产地生态适宜性分析系统。该系统将与中药材生长环境相关的生态因子（降水、温度、湿度、土壤、日照）量化成栅格数据结构，然后对网格数据进行空间聚类分析，并根据中药材产地生态相似度大小确定药材引种区。本研究应用GMPGIS系统对阳春砂进行全球产地区划，为阳春砂在全球范围寻找适宜的人工种植区域提供科学依据。
1 数据与方法
1.1 数据来源 通过文献查阅[2-6]、标本查询[7]和数据库[8]查询等多种方式，在全球范围选择阳春砂分布点共108个进行分析（表1）。其中中国分布点94个，包括道地产区广东省阳春市蟠龙镇、春湾镇，阳春砂主产区广东高州、信宜、云浮，云南勐腊、勐海、景洪，广西防城、隆安、百色、扶绥、钦州，福建长泰、同安等，及阳春砂的相应省份野生分布点。老挝分布点14个，越南分布点2个，泰国分布点2个。
1.2 研究方法 GMPGIS系统对中药材生态因子的栅格数据进行空间聚类分析，然后对药材适宜产区进行预测。在进行相似性聚类分析前，采用线性标准化方法进行数据标准化处理，以消除不同量纲的影响：x1=x-minmax-min×100。以每个空间栅格作为一个聚类对象，n个生态因子数值作为该栅格的聚类条件，每个栅格都可以看成n维空间中的一个点，因此，根据栅格间距离大小，将不同栅格进行空间最小距离聚类：dij=（x11-x12）2+（x12-x22）2+L+（xp1-xp2）2=[pk=1（xki-xkj）2]12根据距离计算结果[Mindij，Maxdij]，对栅格进行重分类，找出与药材道地产区具有最大生态相似度的区域。 2 结果与分析
2.1 阳春砂生态因子分析 阳春砂生长适宜温度22～28 ℃，能忍受0 ℃的短暂低温，但较长时间的0 ℃低温或严重霜冻，直立茎将受冻死亡；阳春砂喜湿、怕涝、忌旱，一般要求空气相对湿度75%～90%，孕蕾期至开花结果期空气相对湿度90%以上，土壤最适含水量为25%～27%；阳春砂为半阴生植物，喜欢漫射光，忌阳光直射；对土壤要求不甚严格，一般的砂质壤土或多种类型的壤土均可种植[3]。阳春砂在我国主要分布于热带亚热带季风气候地区，气候温暖，年平均气温19～22 ℃；低温期及霜冻期短，光照充足，雨量充沛，年降水量在1 000 mm以上，空气相对湿度在90%以上[3]。其道地产区阳春市属亚热带季风气候区，地处云雾山脉、天露山脉的中段与河尾山的八甲大山之间，光照时间长、热量丰富、雨量充沛、季风活动明显，土壤为红黄壤土，年平均气温22.3 ℃、年降水量2 385 mm[4]。
经GMPGIS系统分析得到阳春砂在全球范围主要生长区域的生态因子值如表2所示，由表可知，生态因子各项数值符合阳春砂的生长条件，表明该系统预测结果具有可信性。
2.2 阳春砂全球产地区划 经GMPGIS系统分析得到阳春砂的全球最大生态相似度区域分布图（图1），由图可以看出，亚洲、美洲、非洲均有部分区域适宜阳春砂生长。统计后发现，阳春砂的全球最大生态相似度区域位于57个国家（或地区），总面积为4 417.2×103 km2，主要国家包括巴西、刚果、中国、缅甸、美国、老挝等（图2）。其中排名前3位的巴西、刚果和中国阳春砂最大生态相似度区域面积分别为1 325.0×103 km2、662.5×103 km2和536.0×103 km2，占全球全部阳春砂最大生态相似度区域面积的57.13%。
根据分析结果，结合阳春砂生物学特性，并考虑自然、社会经济、药材主产地栽培和采收加工技术等条件，建议国际阳春砂栽培区域主要为中国，引种栽培研究区域主要以巴西、刚果、缅甸、美国、老挝等国为宜。
2.3 阳春砂国内产地区划 阳春砂在国内的最大生态相似度区域主要位于广西、广东、云南、福建等省份（表3），与目前阳春砂主产区情况基本一致。阳春砂自古均以广东阳春为道地产区，后逐渐引种到阳春周围；20世纪60年代引种至云南、福建、广西等地。云南因原始森林的种植环境具有得天独厚的昆虫授粉条件，无需人工授粉，使得种植成本大大降低，因此在20世纪90年代至21世纪初取代广东阳春成为阳春砂的主产区，种植面积远大于广东，药材总产量也处于全国领先地位[6]。然而近些年云南地区阳春砂经济效益下滑，影响药农种植积极性，与此同时广东阳春地区在政府的大力扶持下，面积及规模逐渐扩大，重新成为阳春砂的最大主产区[5]。除此之外，江西、海南、台湾、浙江等地区也有阳春砂的适宜生长区分布。
根据分析结果，结合阳春砂生物学特性，并考虑自然、社会经济、药材主产地栽培和采收加工技術等条件，建议国内阳春砂引种栽培研究区域主要以广东、广西、云南、福建为宜。
3 讨论
作为“四大南药”“十大广药”之一的阳春砂，因资源稀缺，在2016年成为广东省立法保护的8大南药品种之一。阳春砂在我国道地产区及引种区目前处于种植规模降低及资源濒危的局面，严重威胁阳春砂资源的开发和利用。本研究应用GMPGIS系统进行阳春砂全球生态适宜性预测，发现除中国外，世界上还有其他国家和地区具备种植阳春砂的生态条件，其中南美的巴西和非洲的刚果阳春砂适宜种植区面积甚至超过中国。该研究结果为阳春砂的人工种植和资源可持续利用提供了科学指导。
产自道地产区广东阳春的阳春砂被认为质量较其他区域更好，赵红宁等[4]采用气相色谱法测定广东、广西、云南、福建等不同产地阳春砂样品中樟脑、龙脑、乙酸龙脑酯有效成分的质量分数，研究结果显示，这3种成分的质量分数有明显差异，产自于广东阳春的样品中质量分数均较高。张丹雁[3]等在对广东、云南等阳春砂主产区的生产栽培现状调查研究中发现，由于栽培的气候、土壤、水分等生态条件的不同以及栽培技术上的差异，致使阳春砂在株型、成品性状、农艺学性状等方面存在着差别。药材的质量一方面受环境因素的影响，另一方面受到药材自身的遗传因素影响。阳春砂的栽培品种尽管没有明确的定义，但在道地产区广东阳春的实际种植过程中分为长果砂仁和圆果砂仁2种类型，另外，还有人工选育的“春选”品种[9]。何瑞等[10]通过对3个品种的果实与花进行形态调查后发现，不同栽培品种具有各自可区别的显著特征；黄琼林[11-12]等应用ISSR分子标记和26S rDNA和matK基因序列对该3个品种进行鉴别和亲缘关系分析研究，发现长果阳春砂和圆果阳春砂亲缘关系较近，与春选相区别，通过碱基位点的差异可将其进行区分。在以后的阳春砂品质生态学研究中，应加强对阳春砂不同栽培品种的比较研究，在品种鉴定的基础上进行不同产地阳春砂的实验研究，以排除遗传因素对阳春砂品质差异的影响，更为客观地发掘影响阳春砂品质的关键生态因子，为提高阳春砂的人工栽培质量奠定基础。
参考文献
[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典（一部）[M].北京：中国医药科技出版社，2015：253.
[2]欧阳霄妮.阳春砂资源调查与品质评价研究[D].广州：广州中医药大学，2010.
[3]张丹雁.阳春砂种质资源研究[D].广州：广州中医药大学，2008.
[4]赵红宁，黄柳芳，刘喜乐，等.不同产地阳春砂仁药材的质量差异研究[J].广东药学院学报，2016，31（2）：176-180.
[5]张丹雁，刘军民，熊清平，等.阳春砂资源调查与分析[J].广州中医药大学学报，2008，25（1）：77-80.
[6]陈彩英，詹若挺，王小平.砂仁品种、种质资源的考证溯源[J].山东中医药大学学报，2011，35（4）：354-357，376.
[7]中国数字植物标本馆[EB/OL].http：//www.cvh.ac.cn/search.
[8]Global Biodiversity Information Facility[EB/OL].http：//www.gbif.org/occurrence/search？.
[9]张丹雁，刘军民，徐鸿华.阳春砂不同栽培品种的比较鉴别[J].广州中医药大学学报，2005，22（1）：1-3.
[10]何瑞，杨锦芬，詹若挺，等.道地产区不同栽培品种阳春砂果实与花形态特征调查与分析[J].广州中医药大学学报，2010，27（1）：57-61.
[11]黄琼林，杨锦芬，詹若挺，等.基于ISSR分析的阳春砂分子鉴别[J].中药新药与临床药理，2010，21（5）：518-521.
[12]黄琼林，杨锦芬，段中岗，等.基于26S rDNA D1-D3区和mat K基因序列分析的阳春砂分子鉴别[J].广州中医药大学学报，2010，27（2）：151-155.
（2017-04-10收稿 责任编辑：徐颖）