基于gis的冬蟲(chóng)夏草資源空間分布區(qū)域分析

基于gis的冬蟲(chóng)夏草資源空間分布區(qū)域分析

“甘草”簡(jiǎn)稱甘草。是科耳科蠶科的一種幼蟲(chóng)。通過(guò)真菌感染。感染的幼蟲(chóng)在土壤中越冬。蘑菇的織物以幼蟲(chóng)的身體為食。如果絲被細(xì)菌充滿體內(nèi)，昆蟲(chóng)就會(huì)僵硬和死亡。夏天會(huì)有長(zhǎng)長(zhǎng)的細(xì)菌樹(shù)。因此，甘草這個(gè)名字也可以。目前世界已報(bào)道種類達(dá)500多種,我國(guó)已記載120余種。然而,中國(guó)傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學(xué)和我國(guó)大多數(shù)學(xué)者所指的冬蟲(chóng)夏草,是特指僅分布于我國(guó)青藏高原及邊緣地區(qū)的中華蟲(chóng)草菌(Cordycepssinesis(Berk.)Saccardo)寄生于蝙蝠蛾屬(Hepialus)、蟲(chóng)草蝙蝠蛾(Hepialusarmoricamussoberthur)等的幼蟲(chóng)感病后形成的蟲(chóng)菌結(jié)合體。冬蟲(chóng)夏草生長(zhǎng)條件要求嚴(yán)格,在我國(guó)主要分布于青藏高原及邊緣地區(qū),包括西藏、青海、四川、甘肅、云南等省份。一般生于海拔3600—4500m的山地高山灌叢草甸和高山草甸中,適宜土壤為肥沃、疏松的高山草甸土,土層深厚,水分適中。冬蟲(chóng)夏草的分布具有一定的地域分布規(guī)律。楊大榮等在云南對(duì)蟲(chóng)草蝠蛾的生態(tài)地理分布研究指出,蟲(chóng)草蝠蛾的分布具有區(qū)域性、地帶性和垂直性分布規(guī)律,其總分布趨勢(shì)與地勢(shì)相吻合。雖然在不同的山系之間,冬蟲(chóng)夏草分布的海拔高度有一些差異,但云南冬蟲(chóng)夏草總的分布幅度在海拔3850—5080m之間。陳仕江等在西藏那曲地區(qū)針對(duì)冬蟲(chóng)夏草的生態(tài)地理分布進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn)冬蟲(chóng)夏草的垂直分布也具有一定的范圍,那曲地區(qū)冬蟲(chóng)夏草垂直分布在海拔4100—5000m之間的地帶,海拔4300—4800m是冬蟲(chóng)夏草分布最適區(qū)域,5000m以上、4100m以下未發(fā)現(xiàn)冬蟲(chóng)夏草分布。但不同產(chǎn)區(qū)、不同山系分布上下限有一定的差異。冬蟲(chóng)夏草的分布與植被、土壤狀況密切相關(guān)。冬蟲(chóng)夏草的形成需要寄主昆蟲(chóng)與真菌的結(jié)合,因此冬蟲(chóng)夏草的分布與寄主昆蟲(chóng)蝙蝠蛾的分布關(guān)系十分密切。楊大榮等在云南的研究結(jié)果,寄主蝙蝠蛾屬昆蟲(chóng)主要分布于高山草甸土中,該幼蟲(chóng)常喜食珠芽蓼(Polygonumviviparum)、頭花蓼(P.capitatum)、小大黃(Rheumpumilum)、黃芪(Astragalussp.)等蓼屬(Polygonum)、黃芪屬(Astragalus)植物。李玉玲等在青海的研究結(jié)果表明,冬蟲(chóng)夏草主要分布在高山草甸植被的矮嵩草草甸、圓穗蓼-矮嵩草草甸、高山嵩草草甸、高山嵩草-圓穗蓼及高寒灌叢草甸植被的亞高山草甸等中。蝙蝠蛾幼蟲(chóng)喜食珠芽蓼、頭花蓼、小大黃和灌木(Dasipherafuticosa)的根等。陳仕江等在西藏那曲地區(qū)調(diào)查冬蟲(chóng)夏草生長(zhǎng)植被狀況指出,它們主要分布在高山草甸、亞高山草甸和高山灌叢草甸中,主要植物物種為高山蒿草(Kobrasiapygmaea)、矮嵩草(K.humilis)、珠芽蓼、圓穗蓼(P.macrophytum)、墊狀柳(Salixsouliei)等。綜上所述,冬蟲(chóng)夏草是生長(zhǎng)在特殊海拔高度、植被類型和土壤類型環(huán)境下的物種資源。在深入分析冬蟲(chóng)夏草與海拔高度、植被類型、土壤類型關(guān)系的基礎(chǔ)上,以生境特征為依據(jù),進(jìn)行空間分析,可以間接地探明冬蟲(chóng)夏草資源的空間分布特征。本文就是基于上述思想運(yùn)用GIS的空間分析功能,探索冬蟲(chóng)夏草的空間分布情況,結(jié)果表明,該種方法具有可行性,這將為冬蟲(chóng)夏草等生物資源調(diào)查提供有效的途徑和可借鑒的方法。1材料和方法1.1曲地區(qū)主要植被類型在混合過(guò)程中的分布那曲地區(qū)位于西藏自治區(qū)的北部,地處83°55′—95°05′E,29°55′—36°30′N之間。平均海拔4500m左右,多高山、雪峰,其地勢(shì)由西北向東南傾斜,東部為高山峽谷,中西部為高原湖盆。那曲地區(qū)屬青藏高寒氣候區(qū),氣候寒冷干燥,年平均氣溫在-2.9—3.4℃之間,最冷月為1月份,月平均氣溫為-14.9—-7.4℃;最熱月為7月份,月平均氣溫為8.7—12.2℃,年平均降水量在298.6—708.4mm之間,年內(nèi)降水量的80%以上都集中在5—9月份。那曲地區(qū)植被類型分布與生物氣候帶相適應(yīng),從東南向西北依次出現(xiàn)亞高山疏林灌叢草甸、高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠草原四大基帶及相鄰的過(guò)度亞帶。該地區(qū)土壤類型眾多,主要草地土壤類型有亞高山草甸土、高山草甸土、高山草原土、高山荒漠草原土等類型。1.2藏草地資源分布集群和土壤數(shù)據(jù)本研究數(shù)據(jù)資料主要包括:1∶25萬(wàn)的數(shù)字高程模型(DEM),植被、土壤資料為1∶100萬(wàn)西藏草地資源分布圖集和1∶100萬(wàn)西藏土壤數(shù)據(jù)圖集,上述數(shù)據(jù)主要來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。中國(guó)行政界限數(shù)據(jù)采用國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心發(fā)布的1∶400萬(wàn)中國(guó)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。利用Arcgis9.2軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整理、投影轉(zhuǎn)換、指標(biāo)劃分、空間分析等功能。1.3學(xué)習(xí)方法1.3.1利用調(diào)查問(wèn)卷的方式,進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷的設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的野外樣地樣方調(diào)查法,選取冬蟲(chóng)夏草分布集中地區(qū),記錄樣地特征及周邊環(huán)境信息,包括經(jīng)緯度、海拔高度、坡度坡向、土壤質(zhì)地、草地類型、主要植被等。利用所掌握的現(xiàn)有資料,結(jié)合以往野生資源調(diào)查的經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷,從當(dāng)?shù)孬@取冬蟲(chóng)夏草的生態(tài)環(huán)境(海拔、坡度坡向、植被類型等)信息。綜合野外調(diào)查各種信息及文獻(xiàn)資料,制定冬蟲(chóng)夏草分布的劃分指標(biāo)。1.3.2林分?jǐn)?shù)據(jù)分析物種資源的分布受到地形、氣候、植被、土壤等因素的影響。本文在眾多影響因素中,根據(jù)影響程度及數(shù)據(jù)的來(lái)源,選擇海拔高度、植被、土壤作為冬蟲(chóng)夏草空間分布等級(jí)的指標(biāo),分析得到海拔高度、植被、土壤等單因素確定的冬蟲(chóng)夏草分布等級(jí)圖。在單因素確定冬蟲(chóng)夏草空間分布區(qū)域的基礎(chǔ)上,利用Arcgis9.2軟件的空間分析功能(Spatialanalysis),將各冬蟲(chóng)夏草空間分布圖層疊加運(yùn)算,綜合得出冬蟲(chóng)夏草在那曲地區(qū)的空間分布區(qū)域。用行政界線疊加到分布圖上,并進(jìn)一步提取縣域單元的冬蟲(chóng)夏草面積和行政單元名稱。2結(jié)果與分析2.1單一因素的牧草空間分布分析2.1.1論證所見(jiàn)驗(yàn)證的充放電網(wǎng)中雜草分布區(qū)域參考大量文獻(xiàn)的研究結(jié)果,冬蟲(chóng)夏草分布具有一定區(qū)域性和地帶性,一般分布在3000—5000m之間,高山峽谷和高原寬谷區(qū)是冬蟲(chóng)夏草的主產(chǎn)區(qū)。我們野外實(shí)地調(diào)查選擇了那曲東部地區(qū)的那曲縣、巴青縣、比如縣、嘉黎縣等4個(gè)縣域,并對(duì)冬蟲(chóng)夏草的地理分布調(diào)查采取了問(wèn)卷調(diào)查和樣地樣方調(diào)查兩種形式。結(jié)合調(diào)查問(wèn)卷走訪了常年在當(dāng)?shù)夭杉x(chóng)夏草的農(nóng)牧民及技術(shù)人員,他們對(duì)冬蟲(chóng)夏草的分布區(qū)域相對(duì)熟悉。通過(guò)匯總、綜合分析得出,在那曲地區(qū)冬蟲(chóng)夏草主要分布在3700—5000m海拔范圍內(nèi)。冬蟲(chóng)夏草分布的適宜海拔高度為4300—4700m,在這一區(qū)域冬蟲(chóng)夏草分布最多,也是農(nóng)牧民采集冬蟲(chóng)夏草的主要區(qū)域。在這一海拔高度向上300m和向下600m也有冬蟲(chóng)夏草分布,但分布明顯少于海拔4300—4700m的區(qū)域,農(nóng)牧民較少在此區(qū)域采集冬蟲(chóng)夏草,這一區(qū)域?yàn)槎x(chóng)夏草分布的次適宜區(qū)。次適宜區(qū)向上或向下海拔高度區(qū)域,基本無(wú)冬蟲(chóng)夏草分布。因此,將冬蟲(chóng)夏草空間分布區(qū)域依海拔高度劃分為3個(gè)等級(jí),結(jié)果如圖1。2.1.2群落主要物種和群落通過(guò)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),適宜冬蟲(chóng)夏草分布的主要植被類型有高山草甸、高山灌叢草甸和亞高山草甸等,其中高山草甸的矮蒿草草甸植被類型冬蟲(chóng)夏草分布最廣。測(cè)定的樣方位置海拔高度多為4500—4800m,6月上旬植物群落高度一般為1—4cm,群落總蓋度為60%—90%,主要物種有矮蒿草、圓穗蓼、珠芽蓼、高原唐松草(Thalictrumcultratum),火絨草(Leontopodiumleontopodioides),委陵菜(Potentillaanserine)等。根據(jù)文獻(xiàn)資料及實(shí)地調(diào)查結(jié)果綜合分析表明,高山草甸、亞高山草甸和高山灌叢草甸類型植被是冬蟲(chóng)夏草適宜生長(zhǎng)的植被類型區(qū);高山草原類區(qū)域有少量冬蟲(chóng)夏草分布,是冬蟲(chóng)夏草次適宜生長(zhǎng)的植被類型區(qū);高山荒漠草原、溫性草原等其他植被類型區(qū)域不適宜冬蟲(chóng)夏草生長(zhǎng),基本無(wú)冬蟲(chóng)夏草分布,是冬蟲(chóng)夏草不適宜生長(zhǎng)的植被類型區(qū)。根據(jù)植被類型將冬蟲(chóng)夏草適宜分布區(qū)域劃分為3個(gè)等級(jí),結(jié)果如圖2。2.1.3冬春子對(duì)土壤類型的要求在那曲地區(qū)的野外調(diào)查研究表明,冬蟲(chóng)夏草分布地區(qū)的土壤環(huán)境較為濕潤(rùn),土壤粒徑集中在0.25—0.05mm之間,土壤質(zhì)地屬于壤質(zhì)砂土,有少量的石礫,土壤有機(jī)質(zhì)含量在3%—16%之間,土表土層為根系密集盤結(jié)而呈暗灰棕至棕黑色的氈狀草皮層,厚約4—20cm,冬蟲(chóng)夏草分布區(qū)的土壤基本是高山草甸土和亞高山草甸土。根據(jù)文獻(xiàn)資料也表明,冬蟲(chóng)夏草主要分布在高山草甸土和亞高山草甸土類型中。高山草甸土即草氈土,是發(fā)育于4700—5300m處高寒草甸植被下具強(qiáng)度生草腐殖質(zhì)累積與弱度氧化還原特征的高山土壤。亞高山草甸土即黑氈土,分布于海拔約3900—4500m,在垂直土帶上接草氈土,下接森林土壤(暗棕壤或灰褐土)。暗棕壤、灰褐土等土壤類型區(qū)域中冬蟲(chóng)夏草有少量的分布,而永久冰川、裸地巖石、寒鈣土等是不適宜冬蟲(chóng)夏草生長(zhǎng)的土壤類型,無(wú)冬蟲(chóng)夏草分布。通過(guò)對(duì)冬蟲(chóng)夏草分布區(qū)土壤類型的綜合分析,草甸土、草氈土、黑氈土為冬蟲(chóng)夏草適宜生長(zhǎng)的土壤類型區(qū);暗棕壤、灰褐土等為冬蟲(chóng)夏草次適宜生長(zhǎng)的土壤類型區(qū);巖石、冰川、寒鈣土等為冬蟲(chóng)夏草不適宜生長(zhǎng)的土壤類型區(qū)。根據(jù)土壤類型將冬蟲(chóng)夏草適宜分布區(qū)域劃分為3個(gè)等級(jí),結(jié)果如圖3。2.2夏草空間分布根據(jù)分析討論所得到的冬蟲(chóng)夏草適宜分布的海拔高度區(qū)域、植被類型區(qū)域和土壤類型區(qū)域,形成了冬蟲(chóng)夏草空間分布等級(jí)指標(biāo)及冬蟲(chóng)夏草分布情況如表1。利用GIS的空間分析功能,將海拔高度、植被類型、土壤類型單一指標(biāo)形成的冬蟲(chóng)夏草分布區(qū)圖層疊加分析,得出冬蟲(chóng)夏草在那曲地區(qū)的空間適宜分布區(qū)域。本文依據(jù)海拔高度確定冬蟲(chóng)夏草空間分布區(qū)域,產(chǎn)生第一圖層。在此圖層的基礎(chǔ)上,疊加植被類型確定的冬蟲(chóng)夏草空間分布圖,若兩圖層均為適宜分布區(qū)域,疊加的部分即為適宜區(qū);若第一圖層為適宜分布區(qū)域,第二圖層為次適宜分布區(qū)域,疊加的結(jié)果為次適宜區(qū),兩圖層疊加采用冬蟲(chóng)夏草分布等級(jí)低的圖層類型決定新圖層類型的原則進(jìn)行。通過(guò)疊加運(yùn)算,形成新的冬蟲(chóng)夏草空間分布等級(jí)圖。在此基礎(chǔ)上以與上述疊加處理相同的原則疊加土壤類型確定的冬蟲(chóng)夏草空間分布圖,最終得出冬蟲(chóng)夏草在那曲地區(qū)的空間分布等級(jí)圖,結(jié)果如圖4:適宜區(qū);次適宜區(qū);非適宜區(qū)?？臻g分析結(jié)果表明,那曲地區(qū)冬蟲(chóng)夏草主要分布在東部地區(qū),包括巴青、索縣、比如、嘉黎、那曲等縣,分布面積約為49302km2,占那曲地區(qū)總面積的12.54%,適宜分布面積約為16418km2,占冬蟲(chóng)夏草分布面積的33.30%;次適宜分布面積約為32884km2,占冬蟲(chóng)夏草分布面積的66.70%。用行政界線疊加到冬蟲(chóng)夏草分布區(qū)圖上,進(jìn)一步提取各個(gè)縣冬蟲(chóng)夏草分布的面積及比例如表2所示。那曲縣冬蟲(chóng)夏草分布面積最大,約為9928km2,尼瑪縣和申扎縣冬蟲(chóng)夏草分布面積最少,其余各縣冬蟲(chóng)夏草分布面積在5000km2左右。從冬蟲(chóng)夏草適宜分布區(qū)域來(lái)看,那曲縣和索縣冬蟲(chóng)夏草集中分布面積占到了該縣30%以上的面積,巴青縣和比如縣也占到了該縣的24%左右,判斷這4個(gè)縣是冬蟲(chóng)夏草分布較為集中的縣域,是冬蟲(chóng)夏草主產(chǎn)縣。2.3gps定位與分布由于研究區(qū)的特殊地理環(huán)境,空氣稀薄,調(diào)查路線道路行進(jìn)困難,對(duì)野外調(diào)查帶來(lái)了一定的困難。因此本次野外調(diào)查,共采集了9個(gè)樣地信息,用GPS記錄了各地點(diǎn)的經(jīng)緯度,并做了樣地樣方調(diào)查,調(diào)查區(qū)域海拔高度在4300—4800m之間,其植被類型以高山草甸、高山灌叢草甸為主,主要植物種包括矮嵩草、珠芽蓼、圓穗蓼等。9個(gè)樣地均有冬蟲(chóng)夏草分布,而且是冬蟲(chóng)夏草分布較為集中的地區(qū)。將GPS定位點(diǎn)導(dǎo)入Arcgis9.2軟件中,與冬蟲(chóng)夏草空間分布區(qū)數(shù)據(jù)層疊合,如圖5。9個(gè)樣地點(diǎn)分別位于巴青縣、比如縣和嘉黎縣,樣地點(diǎn)中有8個(gè)樣地點(diǎn)位于冬蟲(chóng)夏草空間分布區(qū)域內(nèi),其中6個(gè)樣地點(diǎn)在冬蟲(chóng)夏草適宜分布區(qū)內(nèi),2個(gè)樣地點(diǎn)在冬蟲(chóng)夏草次適宜分布區(qū)內(nèi),樣地點(diǎn)分布區(qū)的植被類型均為高寒草甸類,土壤類型有草氈土和黑氈土,屬于高山草甸土和亞高山草甸土類型,與文獻(xiàn)資料和實(shí)地調(diào)查冬蟲(chóng)夏草分布的生境條件一致。3數(shù)據(jù)分析和結(jié)果物種資源分布調(diào)查的傳統(tǒng)方法是根據(jù)實(shí)地調(diào)查獲取物種的分布范圍和數(shù)量,該方法的優(yōu)點(diǎn)是在局部區(qū)域比較準(zhǔn)確可靠,缺點(diǎn)是耗費(fèi)的時(shí)間、財(cái)力較大,特別是在環(huán)境險(xiǎn)峻的地區(qū)調(diào)查,花費(fèi)更大,甚至有些調(diào)查無(wú)法完成。地理信息系統(tǒng)(GIS)具有空間分析的功能優(yōu)勢(shì),這為物種資源調(diào)查提供了新的技術(shù)手段。目前,國(guó)內(nèi)多項(xiàng)物種資源分布調(diào)查采用GIS技術(shù),如采用GIS技術(shù)從生境條件及人類生產(chǎn)活動(dòng)等方面系統(tǒng)分析大熊貓棲息地質(zhì)量狀況;采用GIS技術(shù)對(duì)滇金絲猴適宜棲息地進(jìn)行分析等。本文結(jié)合GIS技術(shù)和野外調(diào)查方法,分析得出西藏那曲地區(qū)冬蟲(chóng)夏草空間適宜分布區(qū)域,通過(guò)野外樣地調(diào)查,較好地驗(yàn)證了GIS技術(shù)對(duì)冬蟲(chóng)夏草資源分布研究的可行性。這無(wú)疑在大區(qū)域上對(duì)冬蟲(chóng)夏草資源進(jìn)行調(diào)查研究提供了新的方法。應(yīng)用GIS技術(shù)研究冬蟲(chóng)夏草資源分布在國(guó)內(nèi)尚無(wú)報(bào)道,方法尚處于探索當(dāng)中。本文通過(guò)冬蟲(chóng)夏草的生境適應(yīng)條件來(lái)推測(cè)資源分布情況,而不能直接監(jiān)測(cè)冬蟲(chóng)夏草資源的分布,此方法可以作為一種新的嘗試進(jìn)