中药资源的生态研究

郭兰萍，黄璐琦(1．中药资源生态专业委员会，北京100700； 2．中国中医研究院中药研究所，北京100700) 中国中药杂志 中药资源绝大多数来源于植物、动物和矿物。它们的生长发育或形成积累与周围的自然环境有着极为密切的关系。同时，作为中医治病防病的载体，中药在应用实践中充分体现出中医“天人合一”的宇宙观。当今社会中医学又被称之为生态医学。中药是指在中医理论指导下所使用的天然药物及其加工品。因此，中药的发展必然烙上了生态学的理念和思想。中药资源的生态学思想自古就有，例如，作为与生境密不可分的优质中药的代表，道地药材这一概念的形成就是古代朴素生态学思想在中医药理论中的充分体现。 1995年由科学出版社出版的《中国中药区划》和《中国药材资源地图集》等6本巨著是解放后中药资源的生态学研究的重要成果之一。书中总结了许多与中药资源的生态学有关的宝贵经验，其中《中国中药区划》和《中国药材资源地图集》中，选择在药材生产中占有重要地位又具有地区特色的大宗药材103种，进行了生态适宜性分析和区划，充分阐明了药材的地域性特征及其生境的重要性。 近年来，随着中药资源濒危状况的不断加剧，和中药材引种栽培的进一步扩大以及由此引发的中药材质量的下降，生态环境对中药资源的生长发育及其质量的影响受到人们空前的重视。加之国家在这一研究领域的投入进一步加大，使得涉及中药资源生态的研究成果不断涌现。这些研究逐步摆脱了以往在中药资源生态研究中惯用的单纯观察记述的惯例，开展了不同层次的科学调查与科学实验，其研究的深度和广度及所采用的技术及方法都是前所未有的。为此，作者分析了中药资源的生态学研究所涉及的主要领域及现状，并以此为基础展望了中药资源的生态学研究和发展的方向及趋势。 1中药资源生态研究的主要领域及现状 1．1濒危中药资源合理利用的生态学保护我国现有药用植物11 146种，药用动物1 581种，其中野生药用动、植物约占80％。由于药用动植物(尤其是地道药材)有很高的经济价值，受破坏极为严重。1992年公布的《中国植物红皮书》收载濒危植物398种，其中药用植物168种。国务院颁布的《野生药材资源保护条例》规定了国家重点保护的药材物种的名录，收载种类76种，其中有植物药材29种，包括药用植物58种，分属22科28属。 不少学者对中药资源的濒危机制及保护策略展开了研究。结果表明，造成野生中药资源减少或珍稀濒危的原因是多方面的，但最主要是人为影响和生态环境的退化。对此国家制定了一系列的政策法规对野生中药资源进行综合合理保护和开发利用。除了用行政法规手段禁止滥砍滥伐、滥捕滥猎等治理外，对由于环境恶化和生境退化造成的中药资源减少甚至濒危，实施了有针对性的环境保护和治理策略，例如：针对珍稀濒危物种具有的特殊的生境，包括自然、地理、环境、群落结构等因素，建立各类自然保护区，使更多的珍稀濒危物种得到有效的保护。自然保护区对保护中药资源、防止药用物种绝灭起到了重大作用。就全国建立的333个不同类型的自然保护区来说，90％以上都有中药资源分布，许多珍贵的药用动、植物种得到了很好的保护，保护区内的一些药用动、植物资源濒危状况已有所缓解。 1．2中药材质量的生态环境影响不同区域的中药材的种类、数量、质量都有很大差别，换言之，居群间的种内变异是影响中药材产量和质量的根本原因。由于这种变异通常是同种生物长期适应不同生境的结果，它充分地体现了生态环境对中药材产量和质量的巨大影响。地道药材作为古人衡量中药材质量的一个综合指标，反映了古人对生态环境影响中药材质量早有认识。当今，地道药材在现代生物学上被认为是同种异质，不同产地的药材质量变异充分体现了环境对药材质量的影响，因此许多学者如郭兰萍、范俊安、张重义[7]等通过对比道地产区与非道地产区的生态环境的差异，来筛选影响药材质量的生态因子。其中研究最多的为土壤的性质，还有不少学者如黄璐琦、肖小河等就生态环境对地道药材的影响进行了理论探讨。 生态环境对中药材质量影响的研究是中药资源的生态研究中所特有的。由于不少中药材药效成分不明确，或药效的强弱通常取决于许多组分的共同作用，使得中药材质量评价指标体系的建立很困难，也为生态环境对药材质量影响的研究带来了复杂性。这是中药资源的生态研究的重点和热点，关系到中药栽培种植的质量保证。目前，这一领域的研究方兴未艾。 1．3中药材GAP种植的生态环境影响我国目前上市的药物中，来源于栽培和饲养动、植物的药材产量约占40％。目前200多种常用地道药材中，25％完全靠栽培，60％是栽培与野生资源共存。但是由于对我国地理气候特征、中药材的生物学特性及生境与中药材间的相互影响缺少深刻认识，加之缺少经验，忽视生态环境的可持续发展问题，中药材栽培种植中环境问题一直很突出。主要表现为一是随中药材种植面积的扩大，产地宏观及微观生态环境破坏严重，生态失衡、病虫害严重；二是引种移栽中药材成活率低，质量不稳定。 为此，1998年国家提出中药材规范化种植(GAP)，并在 2002年6月国家正式启动。GAP对中药材产地生态环境提出明确要求，这是历史上首次通过法规形式规范中药材引种栽培产地的生态环境，表明生态环境对中药材质量的影响受到前所未有的重视。不少基地都根据自己的栽培种植情况建立了基地生产的SOP，使得GAP生产基地生态环境的维护和建设有章可循，并有望逐步走向规范。 目前，针对GAP就生态环境建设和维护的研究既涉及到自然生态学，也涉及到社会生态学，主要集中在以下几个方面：①区域性选择区域间的差异性，决定了药用植物分布强烈的地域性，药用动植物在地球上的空间分布，表现出与气候、土壤的密切关联。药用动植物的分布有其生态最适宜区、适宜区及不适宜区等不同范围。生态适宜区的选择是中药材GAP生产必要条件和和GAP生产取得成果的关键。②安全性考察GAP管理要求基地的选择应远离工农业污染区、自然灾害连年发生区或生物疫区。同时在生产过程中应严格执行一系列的制度来规范生态环境的维护和建设，其中最关键的是科学实施化肥和农药。要控制化肥和农药对环境的不良影响。③可操作性考察GAP基地是个综合了自然、经济、人文的景观生态，药材生产基地除了要求优越的自然环境，也需要良好的社会环境，它包括当地人文状况、经济状况、投资环境及交通、供水、动力、通讯、治安等。当地政府、支持、群众积极性高通常是基地获得良好经济效益和社会效益的重要保证。 2中药资源生态研究中存在的问题 当前中药资源的生态发展中存在的问题最突出表现在理论研究和生产实践两个方面。 2．1基础理论研究薄弱几十年来，对中药资源的生态研究集中在产地生境的定性或定量描述上，而且研究指标通常是各气象因子的年值，如年均温、年均降水、年均风速、年均日照、年均相对湿度等。忽视了生态主导因子、限制因子在年内的分配和动态变化规律，以及小生境及其对中药材产量和质量的影响。而这恰恰是影响药材生长发育和品质形成的重要原因。如广藿香苗期喜阴，成株则可在全光照条件下生长，这足以说明不同生育期要求不同的生境条件，用一些笼统的概念和指标是不能解决类似实际问题的。它掩盖了许多重要事实，这会造成误导，造成引种扩种的失败等，带来巨大的经济的和时间上的损失。即使在《中国中药区划》这样大型的对中药资源进行生态区划的专著中，关于“药用植物适宜区分析图“的地域表达是较为笼统的，基本是用等值线划定的平面区域。但在等值线内的生态条件却可以千差万别。对产地描述大多数是说在某些省或某区域内，其实在一个省内或某区域内的时空非可控因素状态和变化也是千差万别的，特别是没有下垫面和拔海高度影响的三维表达。这些差别又是影响中药材产量和品质的重要原因，忽略这些差异，将给中药采栽培种植实践活动带来盲目性和误区。 只有充分地揭示生态环境对中药材质量的影响，才能为提高中药材质量提供科学的指导。过去，在研究影响药材质量的生态环境时，对中药材品种、栽培等可以控制的因素研究较多，而对气候等非可控环境因素对中药材质量影响的及其时、空变化规律研究却远远不够。现在人们已经认识到，非可控因素的影响往往大于可控因素的影响。这使得人们在评价某种生态环境对中药材质量影响时存在“盲区”。因此，非可控因素在药材质量形成中的作用及其规律研究引起人们极大的重视，例如吴庆生、张康见等学者都开展了这方面的研究，但即使到了今天，生态环境影响中药材质量的规律、表现、机理等问题却一直是个悬而未决的难题。 特别值得一提的是，药用动植物的环境最适宜性概念与普通生物对环境的最适宜概念并不完全相同。因为药用动植物的活性成分有些是正常发育条件下产生的，有些也可能是在胁迫(逆境)条件下产生和积累的，如银杏最适宜的生长发育环境并非黄酮类化合物积累的最适环境，而在次适宜环境下生长的银杏，黄酮积累较多。换言之，有些植物生长发育的适宜条件与次生代谢产物的积累并不一定是平行的。所以在选择生态适宜区时，除应考虑生长发育的适宜性外，还应分析研究药材产地与活性成分积累的关系。传统道地产区中药材的药效作用，从中医药理论角度看是其全部活性组分的综合效应。由于地道药材充分体现了中药资源生长发育及药效成分二者与环境的高度适宜性，因此，以地道药材为研究对象，开展生境与对中药质量影响研究，是中药资源生态学研究的一个重点而极富特色的研究领域。 当前中药资源的生态学理论研究中热点和难点问题有： ①中药资源自身的生态学理论方法研究；②中药资源生态适宜性评价方法和指标的建立；③中药材质量与生态环境的相关性分析方法；④影响中药材质量的生态主导因子、限制因子筛选的方法；⑤中药资源生态研究的尺度问题；⑥微生态、小气候问题；⑦影响中药材质量的生态主导因子的综合作用及动态变化规律研究；⑧取样的科学性、代表性问题等。 2．2应用实践亟待加强 中药资源的生态研究成果在实际生产中的应用实践情况很令人担忧。由于对中药材进行栽培种植的大都是农户，他们栽培种植中药材全凭经验和摸索，由于缺少理论指导而走了弯路，造成很大的浪费。突出表现在中药材引种栽培时对影响其质量和生长发育的生态限制因子、主导因子缺少认识，对中药材生态适宜性的考察不够，造成一些引种移栽中药材成活率低，质量不稳定。最典型的例子如20世纪70年代大规模的砂仁、益智等南药的北移，由于对低温这一限制因子不了解，造成移栽后药材成活率低；而茯苓、地黄、山药、党参、黄芪等北药的南移虽能成活但都因生境改变，生态主导因子不利于中药材药效成分的积累，造成移栽后的质量下降，以至最终被市场淘汰。 总之，较之几千年的发展历程，中药资源生态的全面系统的科学研究在近几十年，尤其是近几年来所取得的成就是惊人的。但与生态学在其他领域的发展速度相比，这个成绩却是微小的。中药资源生态研究不论在理论上还是实践上都还不能满足其资源保护、开发利用及栽培种植的需要。 3中药资源生态研究的展望 以保持中药资源的可持续发展利用为目的，充分利用现代科学技术理论来阐述中药资源的生态问题是中药资源的生态学研究的根本任务。在未来几十年中中药资源生态的生态研究将呈现以下发展趋势。 3．1基础理论研究将得到加强 中药资源的生态研究所取得的成就是非常重要和宝贵的，但这仅仅是第一步。许多生态问题有待进一步进行系统地科学研究和探讨。对濒危中药资源进行合理保护，定量地揭示中药材质量与气候因素的关系，中药材的栽培种植及中药资源的生态研究都迫切的需要更多正确有效的理论指导。 中药资源的生态研究存在的诸多问题，有些可通过借鉴普通生态学的理论和方法加以克服，如可以借鉴普通生态学的方法和原理解决中药资源的生态研究中样本代表性、统计分析方法等问题，借鉴农业生态学中对作物微生态、气候动态变化规律的研究方法解决中药材生态学研究中类似问题，但更多的与中药质量相关的环境问题，却无法生搬硬套。 种类多、基源复杂、分布范围广等特点为中药资源的生态研究增加了难度，但研究目的的不同造成研究方法和思路上的不同却是制约中药资源的生态研究和发展的最根本原因。例如，普通生态学主要关注的是生物的生存、发育及繁育等问题，研究中常用的指标有存活率、发芽率、分蘖数、生物量等等，通常，该指标越高表示生物的生存力越强，既与环境的适合度越高；而中药资源的生态研究除关注上述指标外，更关注植物体内所含次生代谢产物组成及含量与环境的关系，即其既关注药材产量与环境的关系，更关系药材质量与环境的关系。 因此，中药资源的生态研究不能完全套用普通生态学的研究方法，中药资源的生态研究急需新理论新方法新思路的出现，使之充分体现出生态学与中药学、药用植物学、天然药物化学、药用植物栽培学等学科的紧密结合的特点，有的放矢地展开药材质量与环境的关系的研究。通过对各生态因子及其综合作用进行研究，明确影响中药材产量、质量(包括商品质量和药效质量，商品质量包括药材的性状、生长发育情况等，药效质量指有效成分的组成及含量)的限制因子和主导因子及其作用特征和规律，揭示生态主导因子影响药材质量的作用机理，并根据主导因子和限制因子对中药资源进行科学的生态适宜性区划，找出生态适宜区、最适宜区，进而提出中药资源的生态环境保护的理论与对策。 3．2新技术新方法的引入将加快把中药资源的生态研究与中药材质量的研究结合起来，突出中药材的特点，运用现代高新技术，采用空间分析、数学模型、计算机模拟等方法研究影响中药材质量的生态环境，将成为为中药资源的研究的发展趋势。 近年来，3S技术(GIS既地理信息系统、GPS全球定位系统、RS遥感)与地学、生态学、农学、土壤学、植物生理学等相结合，实现在农业生产全过程中对农作物、土地、土壤从宏观到微观的实时监测，取得重要突破。与农作物生产相比，中药材生产具有高产值、高附加值、高技术含量的特点，因此与普通作物相比，中药材生产更应体现精耕细作的特点。将中药资源研究及中药GAP生产与3s技术相结合，利用3S技术实现气候自动监测，数据自动采集，结合各种数学模型、信息网络化等进行数据处理，从而对环境因子进行系统地、定量地的研究，找出相关规律，建立中药资源产量、质量与环境因子相关模型，从而更好地完成中药资源生态适生地分析并指导生态环境的日常管理。 例如，利用GIS建立“中药资源空间分析数据库”，“中药资源适生地分析系统”，并采用分布滑移等过程相似的理论和计算方法，有效地解决中药资源的产地生态环境选择的研究已经展开。由于在分析中使用了“相似距”的概念，有效地表达了两地之间气候条件的相似程度，而且是全年整个过程的相似(当然也可以是某一时段的过程相似)，极大地提高了中药资源的生态适宜性分析的科学性和准确性，大大优越于各种指标孤立进行的相似比较。目前中国中医研究院中药研究所主持的“基于3S技术的道地药材生态评价体系的构建”已获得国家资助(项目编号2003DIB3J110)。构建这类复杂而庞大的系统，涉及的内容广、信息量大，必将会带动新技术新方法在中药资源的生态学研究中的应用．具有深远意义。 3．3 GAP推广将促进研究的深入及应用普及作为整个中药产业标准化的源头，中药材GAP生产的意义不只是缓解了中药野生资源缺乏和濒危的问题，更重要的是全过程规范化的生产为中药材质量的标准化和均一化提供了保证。产地生态环境的建设和维护是GAP规范化要求最重要的内容之一．而且，由于生态环境问题的非线形特点和生态因子的不可控性，也使得生态环境建设和维护成为GAP生产中最复杂、最难达标的薄弱环节。为此，GAP生产中只有通过严格的SOP制度，明确规范施肥、喷药及灌溉制度，包括用量、用法、最佳期、间隔期等日常操作规程，有针对性地实施一系列法定的一般预防性措施和农业技术措施，消灭不合理地使用化肥和农药，控制其在环境中的积累，才能使GAP生产基地生态环境建设进入良性循环，从根本上确保中药材质量及GAP生产基地的可持续发展。 而SOP对生态环境建设及维护的相关制度的制定，都要以科学的中药资源的生态研究结果为依据，为此，我们有理由相信，GAP的推广应用，将极大地促进中药资源的生态研究成果在生产实践中的应用，并在一定程度带动中药资源的生态学常识的普及。 综上所述，基础理论的建立和完善，以及新技术新方法的引入，必将为中药资源的生态研究带来新的突破。而应用实践的需要又对中药资源生态研究提出了更高的要求。二者的交互作用，使得建立系统、科学、独特的中药资源的生态学研究的理论和方法不但势在必行，也成为可能。以该理论指导，通过不断积累中药资源的生态、生物学研究规律和资料，不但能更好的指导中药资源的研究开发和生产实践，同时最终会促成生态学的一个新的分支学科—中药资源生态学的产生。它将是中药资源学和现代生态学的交叉学科，这一学科的成立不仅会进一步促进中药资源的生态学研究，也会丰富和发展生态学理论，成为现代生态学一个崭新而富有朝气的新领域。 [致谢] 中国林业科学院蒋有绪院士对文章进行指导。

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