自 然 资 源 学 报 卷 支数之间的关系建立统计模型 主要采用多元线性模型 广义 线性模型 和广义可加模型 种方法进行建模 选取剩余标准差 平均相对误差 决定系数 剩余标准差 平均相对误差 以及预估精度 等量化指标值 对模型进行检验与评价 以北京植物群落分布图为基础 在 平台支持下 根据生境特点整

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1 期江 源等 基于 与群落调查的北京市野生北柴胡资源量测算 量及其分配特征方面具有优势 因此 本研究以北京地区为研究区域 选择常见大宗中 药材北柴胡 作为研究对象 尝试以 和植物群落学相结合的研究方 法 测算北京地区野生北柴胡资源量 探索可用于野生中草药资源量估算的有效方法 为我国中药现代化和中草药资源的科学有效管理提供科技支持 材料与方法 北柴胡以根入药 根生物量是反映其资源数量的关键参数 北柴胡在北京地区的多种生境中均有分布 但基本上不构成群落的优势种 多以伴生成分生长于不同类型的 植物群落中 因此 呈单丛 星散分布以及根系为药用有效部位是该药用植物资源的典 型特点 也是进行其资源量研究的难点 基于此 本文通过综合运用生态建模 地理信息 系统以及植物群落学等研究方法 通过模型模拟建立根生物量和地上植株形态参数之间 的定量关系模型 通过 技术以及群落调查相结合的方法实现区域野生北柴胡资源量的测算 同时探讨北柴胡在不同植物群落中的数量分配特征 揭示北柴胡资源在北京地 区的分布特征 调查时间为 年 月 调查内容包括各类不同群落中北柴胡分布密度调查和形 态参数测定 北柴胡分布密度调查 先后分别在北京门头沟 延庆 怀柔 密云和平谷山区进行调查 样地面积为 取样涉及多种类型的森林 灌丛和草甸群落类型 海拔高度范围在 样地 数量总计为 个 表 取样信息包括北柴胡的株数 每株株高 叶片数 分枝数 所在群 落的优势种组成 群落盖度 生境特征等 调查区域样方数量 个北柴胡植株地上形态抽样测量数 株 西南部山区 西北部山区 北部山区 东部山区 总计 根系产量调查 野外调查中 分别在林地 灌丛 草甸 种生境类型中采集北柴胡植株样本 其中每种生境类型选取 个采样区 每个采样区采集北柴胡全株约 个 每种生境下采样约 株 总 计采样 株 在采样的同时测量并记录植株的形态特征参数 主要包括株高 叶片数以及分 枝数等 之后 将采集的北柴胡植株带回实验室测定根系生物量 并以此值代表根系产量 用 表格处理软件和 统计软件对根产量调查数据和植株地上形态参数 株高 叶片数 分枝数 进行统计分析 首先对来自于不同生境类型中北柴胡植株的地上形态特 征参数进行方差分析 确认林地 灌丛 草甸生境中北柴胡植株地上形态存在显著差异 在此基 础上分别以采自森林 灌丛和草甸群落中的北柴胡数据为基础 对根产量与株高 叶片数和分

2 自 然 资 源 学 报 卷 支数之间的关系建立统计模型 主要采用多元线性模型 广义 线性模型 和广义可加模型 种方法进行建模 选取剩余标准差 平均相对误差 决定系数 剩余标准差 平均相对误差 以及预估精度 等量化指标值 对模型进行检验与评价 以北京植物群落分布图为基础 在 平台支持下 根据生境特点整合植物群落类型 统计各类主要植物群落面积 根据野外样地调查结果确定各类植物群落中的北柴胡资 源密度 在此基础上测算每个主要群落类型中单位面积的北柴胡资源量 进而计算各类型群 落中的资源量总和 得出北京地区北柴胡资源总量 同时 根据北京地区各类植物群落的生境特征 面积和分布 分析北京市北柴胡资源量的空间变化特征 研究结果 北柴胡在北京地区自然生境中分布较为广泛 除海拔 以上的生境和盖度很高 的森林与灌丛群落外 各类植物群落中几乎都有分布 本文根据北京地区植物群落的建群 种组成及其生境条件的相似性 将北京地区植物群落归并为 个主要类型 分别对其中的北柴胡资源开展调查 以每一群落类型中调查数据的平均值作为该群落类型的柴胡密度值 在 技术支持下 计算各类植物群落的面积 得出如下结论 海拔 左右的山顶草甸植物群落类型具有最高的北柴胡种群密度 其平均密度 大于 株 其次为林间草甸 山杏 和山桃 灌 丛 绣线菊 灌丛和胡枝子 灌丛 种群密度介于 株 之间 在以侧柏 林 蒙古栎 林及其 萌生灌丛 杨 桦 林 油松 林和荆条 灌丛中 种群密度介于 株 之间 北柴胡种群密 度最低的植物群落为华北落叶松 林 沟谷杂木林 刺槐 林 榛 灌丛和灌草丛 通常低于 株 表 通过对采自森林 灌丛和草甸 种群落的 株北柴胡植株地上形态指标进行方差分析 结果表明 在林地 灌丛 草甸三大类植物群落中 北柴胡各形态指标平均值之间存在着 显著差异 表 据此 以北柴胡根系生物量值 为因变量 以植株形态参数株高 叶片数 和分枝数 为自变量 分别对三大类植物群落中北柴胡根系生物量与地上植 株形态参数之间的关系进行模拟研究 由于该关系模拟本质上为多元拟合问题 且不同植 物群落下野生北柴胡根系生物量和植株形态参数之间响应关系比较复杂 研究通过运用以下 种模型进行模拟 多元线性模型 在研究中侧重于拟合自变量和因变量之间为简单线性响应 关系的问题 优势在于处理软件比较成熟 处理过程比较简单 广义线性模型 在研究中侧重于解决自变量发生线性变化时 因变量发生 非线性响应的关系模拟 广义可加模型 发生非线性响应的复杂关系拟合问题 在研究中侧重解决自变量发生非线性变化时 因变量同时

3 期江 源等 基于 与群落调查的北京市野生北柴胡资源量测算 群落类型群落面积 密度 百株 胡枝子 灌丛 荆条 灌丛 绣线菊 灌丛 蒙古栎 林 蒙古栎 萌生丛 山杏 山桃 灌丛 侧柏 林 油松 林 落叶松 林 槲树 林 沟谷杂木林 桦树 林 山杨 林 山杨 桦树 混交林 椴树 林 刺槐 树 榛 灌丛 荆条 酸枣 蒿 类灌草丛 海拔 左右的山顶杂草类草草甸 林间与林缘杂草草甸 指标 形态因子平均值 方差分析 林地灌丛草甸 株高 叶片数 个 分枝条数 个 通过这 种模型全面地反映自变量和因变量之间的各种线性与非线性响应关系 最后 依据相关系数 最大的原则 对比分析 种模型的模拟结果 筛选出北柴胡根生物量与地上形态关系的最优回归模型 结果如表 所示 生境类型关系方程 林地 灌丛 草甸 注 表示根生物量 为株高 为叶片数 为分枝数

4 自 然 资 源 学 报 卷 以每类生境 个野外实测数据对模型进行检验与评价 研究选取了剩余标准差 平均相对误差 决定系数 剩余标准差 平均相对误差 以及预估精度 等 量化指标值 来评价模型以及模型的预测效果 结果显示 模型对 种生境类型下根产量的估计值均达到了较高的精度 以 的可靠性估计 北柴胡根产量的预估精度均在 以上 野生北柴胡资源总量北柴胡以根入药 因此研究测算的野生北柴胡资源量即北柴胡根系干物质总量 以上 研究结果表明 通过地上形态因子反演根系生物量具有可行性 同时对 个调查区域的野外 实测数据对比分析表明 北京地区北柴胡的种群密度 在不同植物群落下差异较大 同种群 落不同调查区域密度有波动 但是规律不明确 因此 研究中为了减少误差 取全区同种植物群落下北柴胡的密度平均值 作为该植物群落下的种群密度值 基于此 以野外群落调查 的北柴胡地上形态参数为基础 反演根资源量 依据植物群落类型 选择表 中相应的统计 模型 以下式计算各类植物群落中的北柴胡资源量 式中 为某植物群落类型中的北柴胡产量 以根系干重表示 为样方的面积 为该植物群落类型的总面积 为群落中的调查样地数量 为群落每个样地中北柴 胡植株的数量 为从表 中选出的 被用于第 样地中第 株柴胡的根生物量计算模型式 和 分别是该群落类型中第 个样地内 第 株北柴胡的株高 叶片数和分枝数 北 京地区北柴胡资源总量的测算为各类植物群落中北柴胡资源量的加和 测算结果表明 北 京地区北柴胡资源分布面积为 资源总量约为 野生北柴胡资源在各类植物群落中的数量分配 北柴胡资源在各类植物群落中的数量分配主要取决于两个因素 其一是北柴胡在某个群落类型中的分布密度 其二是该群落类型的分布面积 依据各个群落类型中的北柴胡资 源数量 可将北京地区植物群落分为三个等级 第一级为胡枝子灌丛 荆条灌丛和绣线菊灌 丛 他们是北柴胡资源量最多的 个植物群落类型 每个类型的北柴胡资源数量占总资 源量的比例均超过 该三种植物群落类型不仅分布面积大 而且具有较高的北柴胡 种群密度 这三类植物群落中的北柴胡总量约为 占北京地区总量的 属于第二等级的植物群落包括蒙古栎林 蒙古栎萌生灌丛 山杏和山桃灌丛 山顶杂类草草甸 每个类型的北柴胡资源数量占总资源量的比例在 之间 个类型中的北柴胡资 源量占北京地区总量的 京地区资源量的 表 其他各类植物群落类型属于第三等级 其资源量仅约占北 大部分群落类型中北柴胡资源量占北京地区总量的比例不足 野生北柴胡资源密度空间分布特点 本研究中将单位面积内北柴胡的资源数量定义为资源密度 该指标是资源量测算主要 依据的参数之一 从图 中北柴胡资源密度的分布可以看出 东部怀柔 密云和平谷等地 除较高海拔地区以外 北柴胡资源密度很少超过 高于 的产地主要的 分布在西部区域 在区西部和中部地区 北柴胡资源密度较高 大多数生境中其资源密度值 都高于 密度最高可达

5 期江 源等 基于 与群落调查的北京市野生北柴胡资源量测算 等级 生境类型 生境面积 柴胡产量 面积比例 产量比例 胡枝子 灌丛 一级 二级 荆条 灌丛 绣线菊 灌丛 蒙古栎 林 蒙古栎 萌生丛 山杏 山桃 灌丛 山顶杂草类草草甸 侧柏 林 油松 林 沟谷杂木林 林间杂草草甸 桦树 林 山杨 林 椴树 林 三级 山杨 桦树 混交林 槲树 林 洋槐 树 荆条 酸枣 蒿 类灌草丛 榛 灌丛 落叶松 林 总计 从垂直变化规律看 北柴胡分布的主要区域集中在海拔 的范围内 其中 以山地 丘陵为主的广大区域为野生北柴胡资源密度较高的地区 以平原 河谷和山前低丘 为主的地段为资源密度较低的地区 在整个海拔高度梯度上 海拔 的生境中 北柴胡资源密度最低 大多数生境中单位面积北柴胡资源量低于 的范围内 单位面积的北柴胡资源量有所提高 多介于 的地区为单位面积产量较高的区域 其数值可增加到 海拔 海拔 在海拔 的地区 以林草交界地段和山地草甸的单位面积资源量最高 大都超过 结论与讨论 北京地区海拔 以上的生境 已很少有北柴胡分布 本论文利用 与群落调查相结合的方法 以 年野外采样数据为基础 对北京市野 生北柴胡资源量进行了研究 对野生资源的空间分布规律进行了分析 得出了以下主要结论 野外调查和研究分析的结果显示 北柴胡在北京市分布广泛 在海拔

6 自 然 资 源 学 报 卷 图 北京地区北柴胡资源密度分布 的区域均可生长 在该区域野生资源的主要适宜生长生境可划分为 种主要类型 不同生 境类型中北柴胡资源数量产量密度各不相同 数量密度介于 株 之间 产量密 度介于 之间 密度最大的生境为海拔 左右的山顶杂草草甸 不同生境下野生北柴胡根产量和植株地上形态特征株高 叶片数 分枝数模拟关系 研究的结果表明 生境类型对于野生北柴胡植株形态特征的建成有着重要的影响 根产量与 植株地上形态特征有显著的正相关关系 根系生物量和植株地上形态特征关系 模型模拟与检验的结果显示 北柴胡根系生物量与植株地上形态特征关系的广义可加模型 整体预测效果良好 以 的可靠性估计 北柴胡根生物量的预估精度均在 以上 测算结果表明 北京市全区北柴胡蕴藏产量约为 适宜生长生境面积为 左右 约占市区总面积的 这些地区为北京地区北柴胡资源产量的主要蕴 藏库 研究根据不同生境野生北柴胡资源量特征 将野生北柴胡适宜生长生境类型进行 了 个等级的划分 其中一级生境类型 个 以占全区 的面积贡献了 的产量 二级生境类型 个 面积上比例约为 产量比例约为 三级生境类型 个 面积比例为 然而产量比例不足 基于 的野生北柴胡资源空间分布特点研究结果表明 北柴胡种群根产量在北 京市有着明显的空间分布规律 从垂直变化规律来看 北柴胡分布的主要区域集中在海拔 的范围内 从水平方向上来看 总体表现出西边略高于东边 南边高于北边的 总体趋势

7 期江 源等 基于 与群落调查的北京市野生北柴胡资源量测算 测算技术的可用性与精度影响因素 本论文实现了北京地区北柴胡资源量测算 研究结果不仅给出了区域资源数量 而且揭示了该类资源在北京地区的分布特征 对于中药资源数量评估而言 本文所运用的方法适合用于对那些与北柴胡在生物学 生态学和药用 部位等具有相似特征的植物性药用资源数量的评估 评估中需要的最重要的基础数据是为 评价对象提供生存环境的植物群落的空间分布基础数据和各类植物群落中的资源密度值 而两类基础数据的获得 均需要植物群落调查和 技术支持 以此为基础的资源量测算精度 也取决于这两类基础数据的质量 调查范围的大小 采样路线和样方数量等 都会直接 影响测算精度 北京地区北柴胡资源的主产生境与优质生境 根据北柴胡资源在北京地区的空间 分布及其所选择的植物群落类型 胡枝子灌丛 荆条灌丛和绣线菊灌丛所提供的生境是北柴胡资源的主产生境 这类生境面积大 并具有较高的资源密度 然而 从资源密度分布特征 看 分布在海拔 的山地草甸属于资源密度最高的生境 山顶草甸生境不仅 适合于北柴胡生长与分布 也有利于北柴胡的收获 因此可以认为 该生境类型虽然不是北 柴胡资源的主产生境 但却是优质生境 该生境的生态因子组合特征 一方面可以为北柴胡种植中的生态因子优化调控提供参考和范例 另一方面 在不造成负面生态影响的前提下 也可为实现中药材现代化提供种植基地 保护北柴胡资源的生境管理 现有资源数量及其分布是资源保护与管理依据的重 要指标 可作为相关管理部门对野生北柴胡资源的采挖 收购 野生抚育和栽培条件优化等管理工作提供参考 北柴胡资源的分布特征表明 其主产生境均为灌丛植物群落类型 是植 被自然演替过程中的非顶极群落 这一结果对制定北京及其临近地区的北柴胡以及与之相 类似的中药资源的生境管理策略具有重要意义 由于北柴胡的主产生境数量随着自然演替 过程和土地利用变化而变化 必将导致其资源数量也发生变化 因此 从维持中药资源量的 目标出发 既要对其资源的优质生境加以保护 为中药资源的人工优化种植提供可借鉴的科学基础数据 同时也要适当干预区域植被的自然演替过程 做好土地利用规划 从而维持一 定数量的主产生境 保障资源储备 周应群 陈士林 张本刚 等 中药资源调查方法研究 世界科学技术 中医药现代化 陈士林 张本刚 杨智 等 全国中药资源普查方案设计 中国中药杂志 郭兰萍 黄璐琦 蒋有绪 技术在中药资源可持续利用中的应用 中国中药杂志 陈士林 张本刚 张金胜 等 人参资源储藏量调查中的遥感技术方法研究 世界科学技术 中医药现代化 谢彩香 陈士林 林宗坚 等 无人机遥感技术应用于药用植物资源调查研究 中国现代中药

8 自 然 资 源 学 报 卷 谢彩香 陈士林 王瑀 等 药用植物多级遥感监测体系中定量估计的若干关键问题 中国中药杂志 江源 刘硕 城市土地利用下的植物物种资源特征分析 自然资源学报 黄晓霞 江源 小五台山亚高山草甸生物多样性的空间格局 地理学报 于英 王秀全 包玉晓 等 北柴胡生长发育规律的研究 吉林农业大学学报 刘秋锋 康慕谊 刘全儒 混沟森林植被物种多样性梯度分析与环境解释 西北植物学报 朱源 康慕谊 排序和广义线性模型与广义可加模型在植物种与环境关系研究中的应用 生态学杂志 李峰 周广胜 曹铭昌 兴安落叶松地理分布对气候变化响应的模拟 应用生态学报 程堂仁 冯菁 马钦彦等 基于森林资源清查资料的林分生物量相容性线性模型 北京林业大学学报 北京市农业区划委员会办公室 北京市农业资源与区划图集 北京 测绘出版社 张峰 武玉珍 张桂萍 生态学研究中常见的统计学问题分析 植物生态学报

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