1、中国黄花蒿中青蒿素含量空间分布特征分析 张小波 郭兰萍 邱智东 曲晓波 王慧 景志贤 黄璐琦 中国中医科学院中药资源中心道地药材国家重点实验室培育基地 长春中医药大学药学院 摘 要： 道地药材指经过中医临床长期应用优选出来的, 产在特定地域, 受到特定生产加工方式影响, 较其他地区所产同种药材品质佳、疗效好且质量稳定, 具有较高的知名度的药材。道地药材是我国几千年悠久文明史、中医中药发展史形成的特有概念, 根据道地药材的定义, 可以看出不同地域之间的同种药材在质量和疗效等方面存在一定的差异性, 在特定区域还存在一定的相似性。该文应用空间统计分析方法, 对中国各地黄花蒿中青蒿素含量空间分布特征进
2、行分析。 (1) 采用“I 系数”对各地青蒿素含量的空间自相关性进行分析, 结果显示, 各省青蒿素含量存在着显著的、正的空间自相关;各省青蒿素含量高低并非随机分布, 而是具有明显的空间聚集特征。 (2) 采用“G 统计量”对各地青蒿素含量的空间差异性进行分析, 结果显示, 总体上青蒿素含量高的区域分布在西南地区, 在空间上呈现连片分布, 青蒿素含量趋于高值空间聚集;天津市和辽宁省青蒿素含量较低, 青蒿素含量趋于低值空间聚集;其他省份青蒿素含量属于高值和低值过渡区域。 (3) 基于各省青蒿素含量一个指标, 采用“Moran 散点图”对各区域青蒿素含量空间关联关系进行分析, 结果显示:广西、重庆等
3、 9 个省市的青蒿素含量属于高值聚集区。 (4) 采用“地理探测器”, 基于采样点的青蒿素含量和生态环境因子指标, 同时对连续型的定量数据、非连续型的定性数据进行分析, 结果显示:日照、气温、降水量是影响青蒿素含量的主要因素。关键词： 空间统计分析; 黄花蒿; 青蒿素; 空间分布特征; 作者简介：黄璐琦, Tel: (010) 84044340;E-mail:;作者简介：曲晓波, E-mail:作者简介：张小波, Tel: (010) 64081790, E-mail:收稿日期：2017-03-13基金：中央本级重大增减支项目 (2060302) Analysis of spatial dis
4、tribution of artemisinin in Artemisia annua in ChinaZHANG Xiao-bo GUO Lan-ping QIU Zhi-dong QU Xiao-bo WANG Hui JING Zhi-xian HUANG Lu-qi State Key Laboratory Breeding Base of Dao-di Herbs, National Resource Center for Chinese Materia Medical, China Academy of Chinese Medical Sciences; College of Ph
5、armacy, Changchun University of Chinese Medicine; Abstract： Geo-herbals are preferred by long-term clinical application of Chinese medicine, they are produced in a specific area and affected by the specific production and processing methods. Geo-herbals have a high reputation, compared with other re
6、gions produced by the same kind of herbs with good quality, efficacy and stable quality characteristics. Geo-herbal is a unique concept that has been formed by the history of Chinese civilization for thousands of years and the history of Chinese medicine. According to the definition of geo-herbal, i
7、t can be seen that there are some differences in the quality and efficacy of the same kind of medicinal herbs in different regions, and there is some similarity in the specific area. In this study, the spatial distribution characteristics of artemisinin in Artemisia annua were analyzed by spatial st
8、atistical analysis. (1) The spatial autocorrelation of artemisinin content was analyzed by “ I coefficient“.The results showed that the content of artemisinin in each province was significant and positive spatial autocorrelation. The content of artemisinin in each province was not randomly distribut
9、ed, but with a clear spatial aggregation characteristics. (2) The spatial variability of artemisinin content was analyzed by “ G statistic“. The results showed that the area with high content of artemisinin was distributed in the southwest region, and the content of artemisinin was concentrated in t
10、he space, which tends to accumulate at high value. The content of artemisinin in Tianjin and Liaoning province is low, and it tends to accumulate at low value, while the content of artemisinin in other provinces is the transition zone of high and low value. (3) Based on the index of artemisinin in e
11、ach province, the spatial correlation of artemisinin content in each region was analyzed by “ moran scatter plot“. The results showed that the content of artemisinin in nine provinces such as Guangxi and Chongqing belonged to high value gathering area. (4) Based on the artemisinin content and ecolog
12、ical environment factor of sampling point, the “ geophysical detector“ was used to analyze the continuous quantitative data and discontinuous qualitative data. The results showed that the sunshine, temperature and precipitation were the main factors affecting the content of artemisinin.Keyword： spat
13、ial statistical analysis; Artemisia annua; artemisinin; spatial distribution characteristics; Received： 2017-03-13空间分异是地理现象的基本特点之一, 随着全球定位系统等空间信息技术的发展, 无论是精细或者大范围的调查研究, 还是大数据分析结果, 中药资源在空间分布和质量等方面均具有较大的空间差异性。中药青蒿为菊科蒿属植物黄花蒿 Artemisia annua L.的干燥地上部分1, 具有悠久的使用历史。黄花蒿在我国广泛分布, 我国各地所产青蒿中青蒿素含量差异较大, 北部高纬度地区青
14、蒿中青蒿素含量较低, 南部青蒿中青蒿素含量较高2。植物生长既受区域内的气候、地形等因素影响, 同时也受区域内土地利用类型、植被类型的影响, 由于经典统计学分析方法, 只对空间连续的定量化变量进行分析研究, 对于定性数据无法进行统计分析。目前针对气候、地形等方面对青蒿素含量的影响因子进行分析2-3, 这些研究多偏重于经典统计学的方法, 主要使用定量化数据。黄花蒿为广布种分布区域范围大, 一般调查工作难以获取所有区域的实际数据, 存在基础数据不完整或数据缺失的问题, 研究所需数据和实际获取的数据在空间粒度不一致等问题。因此, 目前关于非连续型数值变量方面的指标对青蒿素含量影响研究成果较少。地理空间
15、信息与一般信息从数据结构来讲是不同的, 前者是时空坐标数据;从数据分析与处理来看, 空间数据是相互关联的, 时间序列空间数据具有不可重复性, 空间信息维的加入使数据量大大丰富, 能够揭示数据表面背后的空间格局机制, 在优化运筹领域加入空间维能大大优化结果。空间统计分析是通过空间位置建立数据间的统计关系, 进而明确与地理位置相关数据的空间依赖、空间关联、空间系相关性。对于那些与空间数据的结构性和随机性, 或空间相关性和依赖性, 或空间格局与变异有关的空间现象, 均可应用空间分析方法进行研究。空间统计学与经典统计学的共同之处在于它们都是在大量采样的基础上, 通过对样本属性值的频率分布或均值、方差关
16、系及其相应规则的分析, 确定其空间分布格局与相关关系。但空间统计学区别于经典统计学的最大特点是空间统计学研究的变量在采样前是经典随机变量, 而采样后是特定的空间三维函数值, 且表现出空间结构性, 具有某种程度的空间自相关性。空间统计学既考虑到样本值的大小, 又重视样本空间位置及样本间的距离, 弥补了经典统计学无法对空间方位进行分析的缺陷, 空间统计能够较精确地反映变量的空间的分布与变化情况。本研究, 基于文献和实地调查结果, 运用探索性空间数据分析、趋势面分析、空间变异函数等空间统计分析技术4, 对中国各省黄花蒿中青蒿素含量进行研究, 分析中国各地黄花蒿中青蒿素含量的空间差异特性, 为我国黄花
17、蒿种植及与青蒿产业发展相关的政策规划制定提供参考依据。1 材料1.1 文献数据遵循“数据已在核心级期刊公开发表, 野生青蒿采集时间在 79 月, 青蒿素含量测定部位为叶, 具有经纬度或县域等位置信息”的原则, 通过查阅文献共获得 13 个省 202 个采样点青蒿中青蒿素含量数据。1.2 实测数据在全国 19 个省份选择 250 个采样点, 采样过程中用 GPS 测定采样点的经度、纬度等位置信息。2 方法2.1 我国黄花蒿中青蒿素含量空间自相关性分析通过 Arc GIS, 根据采样点的经纬度, 生成采样点分布图。通过 Arc GIS 根据采样点的经纬度, 基于矢量的行政区划数据, 对采样点所在的
18、省和县进行分类汇总。使用 R 语言, 分别计算各省和县域内采样点青蒿素含量的均值。根据地理学第一定律:“任何东西与别的东西之间都是相关的, 但近处的东西比远处的东西相关性更强”, 即距离越近的空间单元越相似, 距离越远的空间单元越不相似5。青蒿素含量空间分布总体特征, 采用全局空间自相关分析方法。全局空间自相关主要是对属性在整个区域空间上特征的描述, 反映了观测变量在整个研究区域内空间相关性的整体趋势。主要用 Morans I 系数表示, 其取值范围在-11。当 Morans I0, 代表空间事物在空间分布上呈正相关性, 空间上呈聚集分布。当 Morans I气温 (0.49) 降水量 (0.
19、43) 相对湿度 (0.40) 酸碱度 (0.24) 海拔 (0.12) 坡度 (0.06) 。这一结果显示日照、气温、降水量是青蒿素含量的主要因素。对因子之间交互作用的分析显示, 日照、气温的交互作用解释了青蒿素含量的59%, 酸碱度、海拔与气温的交互作用都解释了 58%。日照与大部分变量的解释力也为 58%。需要特别指出的是, 这一发现表明, 这些风险因子的交互作用均大于单一因子的单独作用, 由此可见不同环境因子之间交互作用的重要性。4 结论和讨论道地药材指经过中医临床长期应用优选出来的, 产在特定地域, 受到特定生产加工方式影响, 较其他地区所产同种药材品质佳、疗效好且质量稳定, 具有较
20、高的知名度的药材7。道地药材是我国几千年悠久文明史、中医中药发展史形成的特有概念, 根据道地药材的定义, 可以看出不同地域之间的同种药材在质量和疗效等方面存在一定的差异性, 在特定区域还存在一定的相似性。我国各地青蒿中青蒿素含量差异较大, 通过对各地青蒿素含量的空间自相关分析研究发现, 各省青蒿素含量存在着显著的、正的空间自相关;各省青蒿素含量高低并非随机分布, 而是具有明显的空间聚集特征。总体上青蒿素含量高的区域分布在西南地区, 在空间上呈现连片分布, 青蒿素含量趋于高值空间聚集;天津市和辽宁省青蒿素含量较低, 青蒿素含量趋于低值空间聚集;其他省份青蒿素含量属于高值和低值过渡区域。参考文献1
21、中国药典.一部S.2015:198. 2张小波, 郭兰萍, 黄璐琦.我国黄花蒿中青蒿素含量的气候适宜性等级划分J.药学学报, 2011, 46 (4) :472. 3张小波, 王利红, 郭兰萍, 等.广西地形对青蒿中青蒿素含量的影响分析J.生态学报, 2009, 29 (2) :688. 4王劲峰, 李连发, 葛咏, 等.地理信息空间分析的理论体系探讨J.地理学报, 2000 (1) :92. 5王劲峰.空间分析M.北京:科学出版社, 2006. 6王劲峰, 徐成东.地理探测器:原理与展望J.地理学报, 2017 (1) :116. 7张小波, 赵宇平, 黄晓巍, 等.青蒿道地药材研究综述J.中国中药杂志, 2016, 41 (11) :2015.
