・研究论文・广西青蒿种植气候适宜性等级区划研究张小波1,2,郭兰萍23,韦　霄3,黄璐琦2,梁留科1,孙宇章2,王利红1,吕金嵘1,2(1.河南大学环境与规划学院,河南开封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,广西桂林541006)[摘要]　目的:分析广西气候条件下青蒿中青蒿素含量变化的主要影响因子,以确定青蒿最佳种植区域。

方法:测定广西各地青蒿中青蒿素含量和各地环境信息,并进行相关和逐步回归分析,用GI S 进行地理空间分析和区划。

结果和结论:温度和日照对青蒿素含量的影响最大,降雨量次之,湿度对青蒿素含量的影响较小,风速对青蒿素含量的影响不明显。

此外,苗期和花期的气候因子对青蒿素含量的影响最大,其中花期时,日照时相对较短、温度相对较低、降雨量较小的区域内青蒿中青蒿素含量较高。

桂东北和桂西南丘陵、山地海拔较高的区域最适宜种植青蒿;而桂中和桂东南平原地区则不适宜种植青蒿;平原向山地的过渡地带亦是青蒿人工种植的适宜区域。

[关键词]　青蒿素;气候因子;等级区划;空间变异[中图分类号]S 567　[文献标识码]A [文章编号]100125302(2008)1521794205[收稿日期]　2007210212[基金项目]　国家重点基础研究发展计划(2006CB504700);国家自然科学基金项目(30672616,30672617);国家科技支撑计划(2006BA I 09B02,2006BA I 09B03);广西科技厅科技攻关与新产品试制项目(桂科攻0663003)[通讯作者]　3郭兰萍,Tel :(010)64011944,E 2mail :gl p01@126.co m 青蒿为菊科黄花蒿A rte m isia annua L.的地上部分[1],为一年生草本植物,广泛分布于温带、寒温带和亚热带地区,青蒿主产于中国、坦桑尼亚、肯尼亚和越南[2],青蒿中所含的青蒿素对治疗疟疾具有很好的疗效。

由于2005年世界卫生组织增加在中国采购青蒿素药品的订单,全国各地均在大力发展青蒿的种植,拟建立生产基地。

由于青蒿的生长有其适宜的气候条件,而以往的研究只考虑单个气候因子对青蒿素含量的影响,所以现有的研究成果很难指导青蒿人工种植基地的选取。

如何选取适宜的区域进行青蒿的人工种植,为工业提取青蒿素提供有价值的工业原料,成为有待于研究的课题。

本实验综合考虑气象因子中温度、光照、降雨量、湿度和风速5个方面的因素对青蒿素含量的影响,通过对广西地区的青蒿素含量与气候因子之间的相关分析,明确广西气候条件下影响青蒿素含量变化的主要气候因子,并以此进行相应的空间分析,明确广西地区气候条件下青蒿素含量的地理分布,进行气候适宜性区划,为广西地区优质青蒿种植区域的选取提供科学依据。

本研究采用的空间分析方法,还可以为空间分析技术在中药资源的定量区划方面提供范例。

1　材料1.1　研究区概况研究区为广西全境(106～1116°E,2115～2519°N,海拔19～614m ),年均温在16～23℃、年降雨量在1000～2800mm 、太阳年总辐射量达37614～41218kJ ・c m -2。

广西地处低纬度地区,南濒热带海洋,北为南岭山地,西延云贵高原东南边缘,地貌特征是山地丘陵性盆地地貌。

中部和南部多为平地,地势较平缓,受地形和海陆位置的影响广西南部和东南部具有温暖湿润的海洋性气候特征。

1.2　材料和数据的获得于2006年9月初,分别在广西的西南、西北和东北山地及东南平原地区,共选取31个有代表性的野生青蒿样区,每个样区采集5株青蒿全草,共155株个体。

晒干青蒿全草后,采用柱前衍生2RP 2HP LC测定青蒿中青蒿素的含量。

采样过程中用GPS测定采样点的经纬度值。

气候数据从离采样地最近的气象站获得,包括2006年青蒿生长周期内2到9月份的月平均最高温度、月平均最低温度、月平均温度、月平均降雨量、月平均相对湿度、月平均风速和月平均日照时数共56项。

2　方法2.1　青蒿素含量的差异性分析用Excel对各样地青蒿素含量和气候数据进行整理,并以二维表的格式存储。

以每1株青蒿个体为1条记录作为行,共155个行向量;以采样地的编号、地理坐标、名称、青蒿素含量和气候指标作为列,共61个列向量。

用SPSS1310统计软件对31个样地的青蒿素含量进行正态性检验,对155个个体中的青蒿素含量进行单因素方差分析,分析各样地间青蒿素含量的差异性。

2.2　青蒿素含量与气候因子的相关和回归分析选取青蒿生命周期内2到9月份的月平均最高温度、月平均最低温度、月平均温度、月平均降雨量、月平均相对湿度、月平均风速和月平均日照时数作为气象因子与青蒿素含量进行相关分析和回归分析。

考虑到气象因子之间的相互作用,计算了各月温度与降雨量的交互作用:降水系数(降雨量/温度)和温降系数(温度×降雨量);各月温度与日照时数的交互作用:温日系数(温度×照时数);共72个气象因子指标。

用SPSS1310统计软件对31个样地内155株青蒿个体内的青蒿素含量与气候因子之间的相关性进行分析。

对与青蒿素含量相关性较大的气象因子进行多元逐步回归分析,构建青蒿素含量与气象因子之间的关系模型。

2.3　回归方程在GI S软件上的计算用A rcGis软件中的地理空间分析模块下的空间插值功能,即A rc Map功能模块下Geostatistical Analyst,Geostatistical W izard命令,根据Excel表中的数据进行空间插值。

GI S软件的空间插值功能(kriging method)是将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面。

空间插值理论的假设依据是空间位置越靠近的点,越可能具有相似的特征值。

用A rc Map功能模块中的空间分析功能,根据回归方程对气候因子的插值结果进行空间计算,并以图形的形式输出,得到广西地区气候因素影响下的青蒿素含量等级分布图。

根据各区域内青蒿素的含量对广西地区青蒿人工种植气候适宜性进行等级区划。

3　结果3.1　青蒿素含量的地理变异对31个样地的青蒿素含量排序后,青蒿素含量差异显著,最低的为0132%,最高的为0194%,最小值和最大值相差0162%。

对31个样地的青蒿素含量进行正态性检验,Shap ir o2W ilk统计量等于01966,P>0105,青蒿素含量服从正态分布,青蒿素含量连续变化,可以用统计学的方法对其进行分析。

对31个样地155株青蒿个体中的青蒿素含量进行方差分析,P<0105,青蒿素含量之间差异性显著。

3.2　青蒿素含量与气候因子之间的关系对31个样地中155株青蒿个体内的青蒿素含量与72个气象因子之间的相关性分析,P值见表1。

表1　相关分析结果中的P值因子2月3月4月5月6月7月8月9月降雨量　010******* 相对湿度010100100901003 01000　月最高温01000010010100701000　010000100001002月最低温　010000100001000 01009　平均温度 010010101201016　日照时 01001　010*******降水系数 01000　温降系数010******* 01000　温日系数 010*******　01000　01005 对25个与青蒿素含量相关性较大的气象因子进行多元逐步回归分析,设定进入变量的概率值为0105,剔除变量的概率值为011。

得到青蒿素含量与气象因子之间的逐步回归模型为:Y=-11885+ 0104X1-0100189X2+0100065X3+010001578 X4-01032X5-010000759X6-010000517X7+01072X8+0100184X9-010000548X10(X12月份湿度,X22月份降雨,X32月份温日系数,X43月份温降系数,X54月份湿度,X64月份温日系数,X75月份温日系数,X88月份最低温度,X98月份日照时数,X108月份温降系数)。

对回归方程中的气象因子数据进行021标准化处理后,对回归方程进行修正,得到:Y1=01353+ 01835X1-01268X2+0163X3+01415X4-01569X5-01278X6-01154X7+01253X8+01145X9-01725X10。

对模型进行显著性检验,P<0105,说明方程效果显著,可以投入使用。

从模型Y1可以看出:温度、湿度、降雨量和日照时数及温度、降雨量、日照时数之间的交互作用对青蒿素的含量有一定影响,没有找到青蒿素含量与风速的关系。

其中2月份的气象因子有3个、3月份的气象因子有1个、4月份的气象因子有2个、5月份的气象因子有1个、8月份的气象因子有3个对青蒿素含量有一定的影响,2,8月份的气象条件对青蒿素含量影响最大。

广西地区的青蒿在2月末、3月初正处于萌发出芽期,8月份为花期(采收期)青蒿素含量达到最高。

说明幼苗期和花期的气象因子对青蒿素含量的影响最大。

3.3　气象因子对青蒿素含量的影响逐步回归得到的模型中,共筛选到影响青蒿素含量的气象指标:温度5个、日照时数4个、降雨量3个、湿度2个,包括2月份的温度、湿度、降雨量和日照时数;3月份的温度、降雨量;4月份的湿度、日照时数和温度;5月份的温度和日照时数;8月份的温度、湿度、降雨量。

可见温度、日照时数和降雨量及其交互作用(包括湿度)是影响青蒿中青蒿素含量的主要气象因子,没有的到与风速有关的气象因子。

从模型Y1可以看出2,8月份的气象因子对青蒿素的含量影响较大。

3.3.1　温度对青蒿素含量的影响　有文献记载花蕾前期和花期(7,8月)是青蒿中青蒿素合成最快、积累最多,含量最高的时期[324],本研究中发现广西地区青蒿素含量与采样地7,8月份最高温度平均值和月平均温度都显著负相关,说明温度过高不利于青蒿素的合成和积累;青蒿素含量与7,8月份的最低平均温度显著正相关,通过模型可知,提高8月份最低温度的平均值可以提高青蒿中青蒿素的含量。

3.3.2　日照时数对青蒿素含量的影响　由于北回归线横贯广西全境,热月太阳高度角较大,区域内温度与日照时数显著正相关,随着日照时数的增加,地面和大气的温度均随之升高[3]。

本研究中发现青蒿素的含量与6,8和9月份的日照时数显著负相关,说明日照时间较长影响青蒿素的合成和积累。

是否由于温度和日照的共同影响,使广西日照时数较小、温度相对较低区域内的青蒿中青蒿素含量较高,还有待于进一步研究。

3.3.3　降雨量对青蒿素含量的影响　对文献进行研究中没有找到青蒿素含量与降雨量和湿度之间关系的相关的直接报道,本研究中发现青蒿素含量与采样地2,3,8月份的降雨量和3,4月份的相对湿度显著负相关(P=0101)。