模型化评估气候变化对道地药材适宜区划的影响—以山药为例

Geo-herbalism is the core characteristic of traditional Chinese medicine which is shaped by the geographical features and local climate conditions of the genuine producing areas. However, the accelerating growth of demand for traditional Chinese medicine has led to the rapid expansion of cultivation areas for traditional Chinese medicine, often beyond the areas suitable for growing medicinal materials. This expansion is regarded as one of important reasons for the rising of poor quality medicinal materials on the markets. Therefore, there is an urgent need to assess regional suitability for genuine medicinal materials under current and future environmental conditions. This study focuses on Dioscoreae Rhizoma, a popular traditional Chinese medicine. We will develop an integrated modeling system to identify suitable producing areas for Dioscoreae Rhizoma and to estimate the potential productivity and quality of Dioscoreae Rhizoma in these identified regions. Major tasks of this study include: (1) Collect detailed cultivar information of Dioscoreae Rhizoma across producing areas in China during the past 30 years. (2) Establish genetic parameters for Dioscoreae Rhizoma in China and add the accumulation mechanism of active component polysaccharide into the existing crop growth model which focus on biomass quantity. (3) Assess the regional suitability of Dioscoreae Rhizoma in China in terms of both quality and quantity under future scenarios of climate change.

道地性是中药材品质的核心标志，道地药材空间分布具有明显的地理分布特性，与其特殊的气候、土壤等生态条件息息相关。然而，中药资源需求的快速增长，导致盲目的引种栽培和扩大生产规模，无法保障药材品质。因此，确定中药材的生态适宜区域已成为当前的重要任务之一。本项目以我国常用中药材山药为研究对象，通过实地调研、化学分析、模型模拟等方法，拟开展以下方面的研究：（1）调查近30年我国药用山药种植区域品种信息；（2）建立能够表达山药活性成分多糖积累机理的遗传参数；（3）以山药品质和产量双重指标，准确评价气候变化影响下我国药用山药的适宜种植区域。预期目标：在技术上将表达山药活性成分多糖机理遗传参数引入药用植物模型；在方法上耦合地理信息系统和作物模型建立系统的我国道地药材产地适宜性评估体系；在应用上评价历史和未来气候条件下的我国药用山药适宜区域，以期为提高山药品质，保障山药产业的可持续发展提供科学依据。

道地性是中药材品质的核心标志，道地药材空间分布具有明显的地理分布特性，与其生长的生态环境密切相关。因此，客观准确地评价气候变化对我国中药材种植的适宜区域的影响，提出科学有效措施以充分利用气候资源，对保障药材品质及其可持续发展具有重要意义。本项目以我国常用中药材山药为研究对象，开展了气候变化对药用山药生产潜力和适宜区域的影响研究，耦合了气候模式、农业生态区模型和地理信息系统进行药用山药适宜区划评估，更新了农业生态区模型中的山药品种数据库，从而建立了较完整的药用山药区域适宜性评估和生产潜力评估模型。主要结果如下：（1）调研了全国药用山药品种参数信息和空间种植分布，目前道地山药的主产区分布于河南焦作温县和武陟县，河北邢台、保定清苑、蠡县和高阳县，山东荷泽和济宁以及山西永济地区，据此建立了我国药用山药空间属性数据库。（2）基于GIS的数学分析法评估了历史气候条件和未来气候情景下药用山药空间适宜性区划，发现历史气候条件下山东、河北和河南三省有大约6000万亩的耕地适合种植药用山药，而未来21世纪50年代的气候条件下，山东和河北省的药用山药适宜性将降低，而甘肃和陕西的适宜性将显著提高。（3）基于调研数据，将我国药用山药品种参数信息首次引入AEZ模型，并模拟了未来气候情景下我国药用山药生产潜力和适宜区划，研究表明，药用山药的适宜区变化趋势为整体北移，药用山药主产区高适宜种植区的面积增加，尤其是河南和山东适宜面积明显增加，而山西药用山药适宜面积将会降低。项目研究结果将为今后我国各地区药用山药生产的合理布局、科学引种以及规范化种植提供科学依据。依托项目共完成了14篇学术论文，其中包括9篇SCI论文和2篇EI论文。