基于gis的冬蟲夏草資源空間分布區(qū)域分析

基于gis的冬蟲夏草資源空間分布區(qū)域分析

“甘草”簡稱甘草。是科耳科蠶科的一種幼蟲。通過真菌感染。感染的幼蟲在土壤中越冬。蘑菇的織物以幼蟲的身體為食。如果絲被細(xì)菌充滿體內(nèi)，昆蟲就會(huì)僵硬和死亡。夏天會(huì)有長長的細(xì)菌樹。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,我國已記載120余種。然而,中國傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學(xué)和我國大多數(shù)學(xué)者所指的冬蟲夏草,是特指僅分布于我國青藏高原及邊緣地區(qū)的中華蟲草菌(Cordycepssinesis(Berk.)Saccardo)寄生于蝙蝠蛾屬(Hepialus)、蟲草蝙蝠蛾(Hepialusarmoricamussoberthur)等的幼蟲感病后形成的蟲菌結(jié)合體。冬蟲夏草生長條件要求嚴(yán)格,在我國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。楊大榮等在云南對蟲草蝠蛾的生態(tài)地理分布研究指出,蟲草蝠蛾的分布具有區(qū)域性、地帶性和垂直性分布規(guī)律,其總分布趨勢與地勢相吻合。雖然在不同的山系之間,冬蟲夏草分布的海拔高度有一些差異,但云南冬蟲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)針對冬蟲夏草的生態(tài)地理分布進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn)冬蟲夏草的垂直分布也具有一定的范圍,那曲地區(qū)冬蟲夏草垂直分布在海拔4100—5000m之間的地帶,海拔4300—4800m是冬蟲夏草分布最適區(qū)域,5000m以上、4100m以下未發(fā)現(xiàn)冬蟲夏草分布。但不同產(chǎn)區(qū)、不同山系分布上下限有一定的差異。冬蟲夏草的分布與植被、土壤狀況密切相關(guān)。冬蟲夏草的形成需要寄主昆蟲與真菌的結(jié)合,因此冬蟲夏草的分布與寄主昆蟲蝙蝠蛾的分布關(guān)系十分密切。楊大榮等在云南的研究結(jié)果,寄主蝙蝠蛾屬昆蟲主要分布于高山草甸土中,該幼蟲常喜食珠芽蓼(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)查冬蟲夏草生長植被狀況指出,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,冬蟲夏草是生長在特殊海拔高度、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∶25萬的數(shù)字高程模型(DEM),植被、土壤資料為1∶100萬西藏草地資源分布圖集和1∶100萬西藏土壤數(shù)據(jù)圖集,上述數(shù)據(jù)主要來自中國農(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)庫系統(tǒng)。中國行政界限數(shù)據(jù)采用國家基礎(chǔ)地理信息中心發(fā)布的1∶400萬中國行政區(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)查問卷的方式,進(jìn)行調(diào)查問卷的設(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)查問卷,從當(dāng)?shù)孬@取冬蟲夏草的生態(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)的來源,選擇海拔高度、植被、土壤作為冬蟲夏草空間分布等級的指標(biāo),分析得到海拔高度、植被、土壤等單因素確定的冬蟲夏草分布等級圖。在單因素確定冬蟲夏草空間分布區(qū)域的基礎(chǔ)上,利用Arcgis9.2軟件的空間分析功能(Spatialanalysis),將各冬蟲夏草空間分布圖層疊加運(yùn)算,綜合得出冬蟲夏草在那曲地區(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,并對冬蟲夏草的地理分布調(diào)查采取了問卷調(diào)查和樣地樣方調(diào)查兩種形式。結(jié)合調(diào)查問卷走訪了常年在當(dāng)?shù)夭杉x夏草的農(nóng)牧民及技術(shù)人員,他們對冬蟲夏草的分布區(qū)域相對熟悉。通過匯總、綜合分析得出,在那曲地區(qū)冬蟲夏草主要分布在3700—5000m海拔范圍內(nèi)。冬蟲夏草分布的適宜海拔高度為4300—4700m,在這一區(qū)域冬蟲夏草分布最多,也是農(nóng)牧民采集冬蟲夏草的主要區(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)域采集冬蟲夏草,這一區(qū)域?yàn)槎x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,基本無冬蟲夏草分布。因此,將冬蟲夏草空間分布區(qū)域依海拔高度劃分為3個(gè)等級,結(jié)果如圖1。2.1.2群落主要物種和群落通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),適宜冬蟲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夏草分布最廣。測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夏草適宜生長的植被類型區(qū);高山草原類區(qū)域有少量冬蟲夏草分布,是冬蟲夏草次適宜生長的植被類型區(qū);高山荒漠草原、溫性草原等其他植被類型區(qū)域不適宜冬蟲夏草生長,基本無冬蟲夏草分布,是冬蟲夏草不適宜生長的植被類型區(qū)。根據(jù)植被類型將冬蟲夏草適宜分布區(qū)域劃分為3個(gè)等級,結(jié)果如圖2。2.1.3冬春子對土壤類型的要求在那曲地區(qū)的野外調(diào)查研究表明,冬蟲夏草分布地區(qū)的土壤環(huán)境較為濕潤,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夏草生長的土壤類型,無冬蟲夏草分布。通過對冬蟲夏草分布區(qū)土壤類型的綜合分析,草甸土、草氈土、黑氈土為冬蟲夏草適宜生長的土壤類型區(qū);暗棕壤、灰褐土等為冬蟲夏草次適宜生長的土壤類型區(qū);巖石、冰川、寒鈣土等為冬蟲夏草不適宜生長的土壤類型區(qū)。根據(jù)土壤類型將冬蟲夏草適宜分布區(qū)域劃分為3個(gè)等級,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,形成了冬蟲夏草空間分布等級指標(biāo)及冬蟲夏草分布情況如表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)形成的冬蟲夏草分布區(qū)圖層疊加分析,得出冬蟲夏草在那曲地區(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夏草分布等級低的圖層類型決定新圖層類型的原則進(jìn)行。通過疊加運(yùn)算,形成新的冬蟲夏草空間分布等級圖。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夏草空間分布圖,最終得出冬蟲夏草在那曲地區(qū)的空間分布等級圖,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,占冬蟲夏草分布面積的33.30%;次適宜分布面積約為32884km2,占冬蟲夏草分布面積的66.70%。用行政界線疊加到冬蟲夏草分布區(qū)圖上,進(jìn)一步提取各個(gè)縣冬蟲夏草分布的面積及比例如表2所示。那曲縣冬蟲夏草分布面積最大,約為9928km2,尼瑪縣和申扎縣冬蟲夏草分布面積最少,其余各縣冬蟲夏草分布面積在5000km2左右。從冬蟲夏草適宜分布區(qū)域來看,那曲縣和索縣冬蟲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)縣是冬蟲夏草分布較為集中的縣域,是冬蟲夏草主產(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,對野外調(diào)查帶來了一定的困難。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)樣地均有冬蟲夏草分布,而且是冬蟲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)位于冬蟲夏草空間分布區(qū)域內(nèi),其中6個(gè)樣地點(diǎn)在冬蟲夏草適宜分布區(qū)內(nèi),2個(gè)樣地點(diǎn)在冬蟲夏草次適宜分布區(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)查無法完成。地理信息系統(tǒng)(GIS)具有空間分析的功能優(yōu)勢,這為物種資源調(diào)查提供了新的技術(shù)手段。目前,國內(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)冬蟲夏草空間適宜分布區(qū)域,通過野外樣地調(diào)查,較好地驗(yàn)證了GIS技術(shù)對冬蟲夏草資源分布研究的可行性。這無疑在大區(qū)域上對冬蟲夏草資源進(jìn)行調(diào)查研究提供了新的方法。應(yīng)用GIS技術(shù)研究冬蟲夏草資源分布在國內(nèi)尚無報(bào)道,方法尚處于探索當(dāng)中。本文通過冬蟲夏草的生境適應(yīng)條件來推測資源分布情況,而不能直接監(jiān)測冬蟲夏草資源的分布,此方法可以作為一種新的嘗試進(jìn)