基于氣候條件的四川川芎生產(chǎn)分區(qū)研究

川芎是波形科的一種植物。根莖含阿魏酸、川芎嗪、4-羧基-3-丁基酜內(nèi)酯、大黃酚、瑟丹酸、川芎內(nèi)酯等成分,味辛、性溫,具有活血行氣、祛風(fēng)止痛等功效,用途十分廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,川芎在治療心血管、抗癌、化妝、保健等方面的用途得到進(jìn)一步的拓展,川芎的國(guó)內(nèi)外需求逐年增加,經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。四川省是川芎主要栽培地,有一千多年的栽培歷史。川西平原的都江堰市、崇州等地是川芎的主產(chǎn)區(qū),常年種植面積在2000hm2左右,在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。其它省市如陜西、江西、云南、湖北等地也有種植,但川產(chǎn)川芎占全國(guó)總產(chǎn)量的90%以上,都江堰市占全國(guó)的65%以上,且個(gè)大、飽滿、堅(jiān)實(shí)、斷面色黃白、油性足、香氣濃郁,質(zhì)量最佳。近年來(lái),四川省委、省政府將中藥材產(chǎn)業(yè)作為四川的一項(xiàng)支柱產(chǎn)業(yè)著力發(fā)展,川芎被列入《中藥現(xiàn)代化科技產(chǎn)業(yè)基地》開發(fā)項(xiàng)目,都江堰、彭州、郫縣列為川芎產(chǎn)業(yè)基地,促進(jìn)了川芎生產(chǎn)的發(fā)展。但川芎是較為特殊的中藥材,其生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣候、土壤等環(huán)境因素有其特殊的要求,即使在目前的主產(chǎn)區(qū),不同地方生產(chǎn)的川芎質(zhì)量、產(chǎn)量都有一定的差異。其次,川芎是藥材,其總量需求仍然有限,如果擴(kuò)展面積過(guò)大,既造成川芎質(zhì)量的不穩(wěn)定,也對(duì)市場(chǎng)價(jià)格產(chǎn)生消極影響。如何調(diào)整川芎生產(chǎn)布局,促進(jìn)川芎生產(chǎn)的健康、穩(wěn)定發(fā)展,是值得研究的問(wèn)題。本文擬從川芎的氣候生態(tài)規(guī)律出發(fā),在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上,利用GIS技術(shù),對(duì)川芎氣候生態(tài)適應(yīng)性進(jìn)行區(qū)劃,為川芎的生產(chǎn)布局提供科學(xué)依據(jù)。1氣象資料來(lái)源川芎面積和產(chǎn)量資料取自都江堰市農(nóng)業(yè)局經(jīng)作站,發(fā)育期資料來(lái)自都江堰市氣象局以及課題組的調(diào)查,氣象資料來(lái)自四川省氣象局氣候資料數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)對(duì)川芎產(chǎn)量進(jìn)行趨勢(shì)產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量的分離,運(yùn)用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)氣象產(chǎn)量與川芎各發(fā)育階段的氣象因子作相關(guān)分析,研究影響川芎產(chǎn)量的主要因子和關(guān)鍵時(shí)期。2四川生物特性和環(huán)境條件的影響2.1越界期400d川芎是多年生草本植物,根狀莖黃褐色,以干燥根狀莖入藥;地上莖叢生,莖直立中空,株高50～80cm,是水分和養(yǎng)分的運(yùn)輸通道;川芎的葉互生,1個(gè)莖一般有10余個(gè)葉片,每個(gè)葉片有2～3回奇數(shù)羽狀復(fù)葉,葉片綠色或黃綠色,是光合作用的主要器官;川芎的花為復(fù)傘形花序,雖開花結(jié)實(shí),但種子難于成熟。因此川芎只能采取異地?zé)o性繁殖——于1月初將低海拔地區(qū)種植的川芎根莖挖出搬運(yùn)到高海拔的山區(qū)種植,繁育苓種,8月初采收莖桿作為下一季商品川芎栽培的種源,這一時(shí)期需200d左右,叫做川芎的育苓期。商品川芎于頭年立秋前后播種,次年5月中旬左右采收,約280～290d。根據(jù)川芎各階段的基本特征,可分為苗期、莖發(fā)生、倒苗期、二次莖葉發(fā)生期、抽莖期、根莖膨大期-成熟期6個(gè)典型發(fā)育期。據(jù)對(duì)近10a川芎發(fā)育期觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì),川芎道地產(chǎn)區(qū)都江堰市大田栽培的各發(fā)育日期如圖1。苗期(8月上旬-9月下旬),8月上旬立秋前后將苓種從山上運(yùn)到壩區(qū)栽種。栽后2～3d出苗,出苗后以長(zhǎng)葉為主,到9月底株高可達(dá)12cm左右,有8～9片葉子,但沒(méi)有莖的發(fā)生。莖發(fā)生-生長(zhǎng)期(10月初-12月中旬),是川芎莖葉生長(zhǎng)最快的時(shí)期之一,也是川芎產(chǎn)量形成的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。在該時(shí)期內(nèi),前段時(shí)間主要是地上部分莖的發(fā)生,后一段時(shí)間主要是莖的生長(zhǎng)、地下部分根莖干物質(zhì)的增加。倒苗期(12月中旬-2月初),隨著溫度逐漸降低,川芎莖葉開始枯黃、凋落,生長(zhǎng)處于停止?fàn)顟B(tài)。地上部分沒(méi)有了光合生產(chǎn),而地下部分需要維持生命,還要消耗一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),根莖重量在倒苗期不僅不增加,反而比前一階段減少10%左右。二次莖葉發(fā)生期(2月中旬-3月上旬),2月中旬,隨著氣溫回升,川芎逐漸恢復(fù)生長(zhǎng)。這個(gè)時(shí)期,川芎莖葉的發(fā)生與年前不同,莖葉同時(shí)長(zhǎng)出。而年前是先長(zhǎng)葉,后長(zhǎng)莖;另一特點(diǎn)是莖葉增長(zhǎng)速度比較快,平均1d長(zhǎng)1片以上新葉,莖的數(shù)量也迅速增加,但株高增長(zhǎng)緩慢。到3月初,株高僅10cm左右,而莖數(shù)一般可達(dá)到15～20個(gè),葉10～15片。這是川芎莖數(shù)形成的關(guān)鍵時(shí)期。抽莖期(3月中旬-4月中旬),川芎莖稈快速增長(zhǎng),大部分光合產(chǎn)物供莖稈生長(zhǎng),只有少部分供給地下根莖,因此地下根莖增長(zhǎng)比較緩慢,但為下一階段的生長(zhǎng)積累了物質(zhì)基礎(chǔ)。根莖膨大成熟期(4月中旬-5月下旬),該時(shí)段是川芎根莖干物質(zhì)積累最快、最多的關(guān)鍵時(shí)期。川芎莖稈不再增高,老葉逐漸枯黃凋落,新葉緩慢發(fā)生,維持光合面積為動(dòng)態(tài)平衡,后期葉片數(shù)逐漸減少,地上部分干物質(zhì)積累達(dá)到頂峰。地下根莖增粗、增重,通過(guò)抽樣調(diào)查,根莖干重平均每天增加0.65g左右,這是川芎根莖產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期。2.2u3000單段降雨帶都江堰市東西地貌差異大,平原與山地間過(guò)渡地貌范圍窄,西部地勢(shì)上升急驟,東部沖積平原上河渠縱橫,下墊面土壤潮濕,水汽來(lái)源豐富,空氣濕度大,當(dāng)氣流西移抬升遇冷空氣后,水汽凝聚降落,形成一個(gè)多雨帶,使都江堰市具有氣溫、土溫、水溫低,雨水多,日照少的特點(diǎn)。年平均氣溫15.2～15.7℃,比同區(qū)鄰近縣低0.5℃以上,最熱月(7月)平均溫度為24.7℃,最冷月(1月)平均氣溫為4.6℃,全年≥12℃的積溫3333.1℃·d,無(wú)霜期269d,表現(xiàn)為春遲、夏短、秋早、冬長(zhǎng);年降雨量1000～1257mm,較鄰近縣多近300mm,最多達(dá)1605mm;年平均日照時(shí)數(shù)為1034.6h。各發(fā)育階段的氣象條件統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。2.3氣象條件對(duì)東南角東南角區(qū)域產(chǎn)量的影響圖2是1994-2004年川芎面積和總產(chǎn)。1994年都江堰市川芎種植面積800hm2,總產(chǎn)1800t,1995-1998年種植面積都在670hm2以下,總產(chǎn)在1200t左右,2001年以后種植面積突破1330hm2,總產(chǎn)突破3000t,單產(chǎn)也呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)(圖3)。從1994-2001年,單產(chǎn)在2025～2370kg/hm2,2002-2003年突破2400kg/hm2,尤其是2002年達(dá)到2850kg/hm2。這雖與生產(chǎn)上實(shí)施規(guī)范化栽培有關(guān),但氣候條件也起到重要作用。為分析氣象條件對(duì)川芎產(chǎn)量的影響,首先將產(chǎn)量分解成趨勢(shì)產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量?jī)刹糠?即Y=Yt+Yw+δ(1)式中,Y為川芎的單產(chǎn),Yt為趨勢(shì)產(chǎn)量,它包含了栽培技術(shù)、肥料、管理等因素影響的總和,Yw為氣象產(chǎn)量,主要受氣象條件影響,δ為隨機(jī)因素影響的產(chǎn)量,具有不確定性,常忽略不計(jì)。由圖3可見,趨勢(shì)產(chǎn)量(圖中實(shí)線)可表示為Yt=0.0466a-90.799(2)式中,a為年份。則氣象產(chǎn)量Yw=Y-Yt(3)利用(3)計(jì)算結(jié)果,按川芎成苗期、莖發(fā)生-生長(zhǎng)期、倒苗期、二次莖葉發(fā)生期、抽莖期、根莖膨大期-成熟期6個(gè)階段,分別統(tǒng)計(jì)逐年各階段的平均溫度(t)、降水量(r)、日照時(shí)數(shù)(s)和溫度日較差(dt),進(jìn)行相關(guān)分析,其結(jié)果如圖4。相關(guān)系數(shù)通過(guò)1%顯著性檢驗(yàn)(n=11,r>0.7348)的有苗期的溫度t1和降水r1,相關(guān)系數(shù)分別為-0.7497和0.8732;溫度的相關(guān)系數(shù)為負(fù),而降水為正,說(shuō)明苗期溫度適當(dāng)偏低、降水適當(dāng)偏多對(duì)川芎產(chǎn)量的增加有利。在調(diào)查中了解到四川盆地中部和東部的一些地區(qū)川芎產(chǎn)量低就是由于苗期的高溫和干旱所致,統(tǒng)計(jì)結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。通過(guò)5%顯著性檢驗(yàn)(n=11,r>0.6021)的因子有二次莖發(fā)生期的溫度t4(r=-0.6727)和抽莖期的降水r5(r=-0.7312)。二次莖葉發(fā)生期是莖形成的關(guān)鍵時(shí)期,溫度適當(dāng)偏低,減緩發(fā)育速度,發(fā)育期延長(zhǎng),有利于莖數(shù)的增加,促進(jìn)川芎產(chǎn)量的提高。抽莖期主要是長(zhǎng)莖,雖然根莖生長(zhǎng)量很少,但為下一階段根莖生長(zhǎng)積累物質(zhì)基礎(chǔ),要求土壤有良好的透氣性,降水不宜多,因此產(chǎn)量和降水存在較顯著的負(fù)相關(guān)。其它因子的相關(guān)性都不顯著。3四川省氣候生態(tài)適應(yīng)性分類3.1對(duì)美、日氣象條件的分析據(jù)資料介紹,川芎生長(zhǎng)發(fā)育期的溫度要求在8～30℃,最適溫度為14～20℃。氣溫9℃以上時(shí),川芎開始發(fā)芽。氣溫低于4.5℃時(shí),川芎進(jìn)入休眠狀態(tài),氣溫低于-3℃,川芎易受凍害,氣溫高于35℃川芎停止生長(zhǎng)。也就是說(shuō),在川芎生長(zhǎng)季內(nèi),9～30℃的時(shí)間要長(zhǎng),低于4.5℃的時(shí)間要短,-3℃以下的天數(shù)要少,才適合川芎的生長(zhǎng),這些條件是川芎生產(chǎn)的必要條件;其次,根據(jù)產(chǎn)量與氣象條件的關(guān)系分析,苗期的降水和溫度、抽莖期的降水等因子對(duì)川芎產(chǎn)量有顯著的影響;第三,總體上,川芎生長(zhǎng)需要充足的日照,因此全生育期的日照時(shí)數(shù)也是影響川芎生產(chǎn)的重要因素。為此,根據(jù)前面的研合川芎生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣象條件的要求,在多次究結(jié)果,結(jié)進(jìn)行實(shí)地考察調(diào)研的基礎(chǔ)上,選取頭年8月-次年5月期間(即全生育期間)日平均氣溫為9～30℃的天數(shù),14～20℃的天數(shù)、總?cè)照諘r(shí)數(shù)以及頭年8-9月(苗期)的降水量(苗期的溫度和降水具有顯著的相關(guān)性,因此僅取降水)、次年3月中旬-4月中旬(抽莖期)的降水量作為川芎區(qū)劃的氣候指標(biāo),詳見表2。雖然日最低氣溫≤-3℃的天數(shù)也是影響川芎生產(chǎn)的一個(gè)較為重要的氣候指標(biāo),但對(duì)四川區(qū)而言,出現(xiàn)這種狀況不多,沒(méi)有選為區(qū)劃的指標(biāo)因子。但如果在海拔較高的地方種植川芎,該因子需要單獨(dú)考慮。3.2構(gòu)建氣候生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃立體區(qū)劃全面收集四川盆地100多個(gè)氣象站的氣象資料,通過(guò)比較分析進(jìn)行篩選,剔除代表性較差的站點(diǎn),設(shè)計(jì)出各指標(biāo)要素的空間分布模型y=f(φ、L、h),其中φ、L、h分別表示地理緯度、經(jīng)度、海拔高度(分別以o、o和m為單位)。采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分別獲得其模型的計(jì)算參數(shù)如表3,每一模式F值都通過(guò)1%的顯著性檢驗(yàn)。以1∶25萬(wàn)地理信息資料為基礎(chǔ)進(jìn)行各指標(biāo)要素的展開,再利用GIS分析技術(shù),采用集合交({A}={Fi}∩{Xi}∩{Yi})的方法將四川盆區(qū)川芎氣候生態(tài)適應(yīng)性劃分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)四種類型,制作了川芎氣候生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃立體和區(qū)劃平面圖(圖5)。最適宜區(qū)主要位于都江堰市的中心、聚源、徐渡、崇州的道明、梓潼、溫江的和盛、郫縣的唐昌、新都的新繁、新民等鄉(xiāng)鎮(zhèn),這實(shí)際上是大家公認(rèn)的川芎的道地產(chǎn)區(qū)。該區(qū)域氣候條件適宜,土壤微量元素和宏量元素的含量有利于川芎優(yōu)良品質(zhì)的形成,因而是最佳產(chǎn)地。適宜區(qū)范圍較大,包含了成都平原的大部分以及德陽(yáng)、綿陽(yáng)和資陽(yáng)的部分地區(qū)。從總體上來(lái)看,其氣候條件能夠滿足川芎生長(zhǎng)發(fā)育的要求,種植川芎也能夠獲得較高的產(chǎn)量,但在各指標(biāo)要素的配合方面比最適宜區(qū)略差一些,對(duì)川芎的品質(zhì)有一定的影響,需要在栽培管理方面增加更多的投入。次適宜區(qū)包括資陽(yáng)、遂寧、南充、眉山、巴中等市的部分地區(qū),一般海拔都在400-700m,面積與適宜區(qū)相當(dāng)。該區(qū)域的氣候條件仍然能夠基本滿足川芎生長(zhǎng)發(fā)育的要求,川芎品質(zhì)明顯不如前兩區(qū)。過(guò)去在這些地區(qū)的一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)斷斷續(xù)續(xù)地種過(guò)川芎,也能獲得一定的產(chǎn)量,但經(jīng)濟(jì)效益不很理想,基本上都沒(méi)有再繼續(xù)種植。4探索和推廣“最適宜區(qū)”和“茯苓種繁殖地”的條件1)利用都江堰市川芎產(chǎn)量資料,通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,得出影響產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子分別為苗期的溫度、降水,以及二次莖發(fā)生期的溫度、抽莖期的降水,這些關(guān)鍵氣象因子影響著川芎在四川盆地的區(qū)域分布,也是生產(chǎn)上需要特別關(guān)注的條件,具有重要的生產(chǎn)意義。2)區(qū)劃結(jié)果表明,川芎的最適宜區(qū)和目前主要生產(chǎn)區(qū)域相近,但適宜區(qū)域范