“3S”技术在中药资源可持续利用中的应用

“3S”技术在中药资源可持续利用中的应用中药资源的分布、产量及质量变异都与地理环境变异有着直接的关系；中药资源的分布、产量及质量信息都具有空间信息的特征。对空间信息的研究和利用是中药资源保护和利用的关键问题。空间信息分析的关键技术:——“3S”技术遥感(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)遥感（remotesensing，RS）指不直接接触被研究的目标，感测目标的特征信息(一般是电磁波的反射、辐射和发射辐射)，经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息。例如：美国用卫星分析前苏联小麦产量的准确率可达97％。RSRS是指从高空或外层空间接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并通过对这些信息进行扫描、摄影、传输和处理，从而对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别的现代综合技术（见图1-6）。遥感技术可用于植被资源调查、气候气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。例如，在大比例尺的遥感图像上，可以直接统计烟囱的数量、直径、分布以及机动车辆的数量、类型，找出其与燃煤、烧油量的关系，求出相关系数，并结合城市实测资料以及城市气象、风向频率、风速变化等因数，估算城市大气状况。同样，遥感图像能反映水体的色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别，根据这些影像显示，一般可以识别水体的污染源、污染范围、面积和浓度。另外，利用热红外遥感图像能够对的热岛效应进行有效的调查。全球定位系统（GlobalPositioningSystemGPS）是当今最具优势的空间定位系统，具有全天候、自动化、功能多、抗干扰的特点，它可以解决传统定位方法精度低、工作量大、复位难的问题。GPS是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。谁能确定去向何方？^_^GPS地理信息系统(GeographicalInformationSystemGIS)用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。GIS就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息；而且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统还有一个特殊的“可视化”功能，就是通过计算机屏幕把所有的信息逼真地再现到地图上，成为信息可视化工具，清晰直观地表现出信息的规律和分析结果，同时还能在屏幕上动态地监测“信息”的变化。总之，地理信息系统具有数据输入、预处理功能、数据编辑功能、数据存储与管理功能、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据显示与结果输出功能、数据更新功能等。通俗地讲，地理信息系统是信息的“大管家”。地理信息系统一般由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型图形用户界面及系统人员组成。地理信息系统技术现已在资源调查、数据库建设与管理、土地利用及其适宜性评价、区域规划、生态规划、作物估产、灾害监测与预报、精确农业等方面得到广泛应用。3S技术发展随着3S技术的不断发展，将遥感、全球卫星定位系统和地理信息系统紧密结合起来的“3S'’一体化技术已显示出更为广阔的应用前景。以RS、GIS、GPS为基础，将RS、GIS、GPS三种独立技术中的有关部分有机集成起来，构成一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。1“3S”技术在中药资源监测中的应用1.1中药资源的实时监测20世纪80年代我国在全国范围内进行了历时5年的中药资源普查。1995由科学出版社出版6本著作：《中国中药资源》、《中国中药资源志要》、《中国常用中药材》、《中国中药区划》、《中国中药资源地图集》、《中国民间单验方》。而近20年来，国内和国际天然药物市场及资源都发生了惊人的巨变。同时，中药资源的蕴藏量在随时改变，传统方法进行资源调查，即使成本极高（人力、物力和财力）的新普查结果也会很快就失去了可靠性。中药资源的实时监测实例贵州省森林资源清查及评价工作中引进了“3S”技术。红树林资源调查：“3S”技术与地面调查相结合有效地解决了传统方法调查中存在的红树林空间位置和分布境界线定位准确性差、面积精度低等问题。新疆阜康县草地农业资源动态变化的准确监测：利用“3S”技术和生态系统分析方法。红树林深圳海滨生态公园红树林与香港米埔红树林自然保护区一水相隔，成为深港边界上最具特色的风景线。“3S”技术在中药资源实时监控中有待于解决问题目前，“3S”技术用于在群落中占绝对优势的成片存在的乔木、灌木类中药资源动态监测技术成熟，如杜仲、麻黄、甘草、苦豆草、松树、三尖杉等。而对于林下资源或稀有资源的监测，如黄连、贝母、冬虫夏草、苍术等，则需要结合实地调查摸索新的思路和方法。1.2中药资源的长势产量的估测使用“3S”集成系统进行多重相关分析和遥感估产技术的深入研究，建立了遥感估产模型，并在实际估产中加以应用。2“3S”技术在中药资源的生态研究中的应用2.1植物信息提取及植被分类植物信息提取和植被分类是中药资源生态研究的基础。借鉴植被及农作物研究的经验，运用RS和GPS提取中药材遥感信息，可以研究中药材的长势、生物量等，对于野生中药材，还可以研究其所处群落的植被类型甚至伴生植物。刁淑娟等利用图像的空间信息、光谱信息以及地形数据对植被进行分类，其精度达到90%，与最大似然分类方法所得结果相比较，其分类精度提高了10%。2“3S”技术在中药资源的生态研究中的应用2.2中药资源的土壤水分监测利用遥感技术对作物土壤水分含量进行监测，结果证明遥感对大面积农田土壤水分宏观动态监测方便、快捷、精度高。利用RS和GIS，初步建立了典型试验区遥感信息与土壤含水量之间的遥感光谱相关监测模型，并同地面实测土壤水分进行了精度校正。其结果可有效指导干旱半干旱农业区春耕时间和动态监测大面积土壤墒情。2“3S”技术在中药资源的生态研究中的应用2.3中药资源的土壤养分监测养分缺乏是影响作物生长的最主要限制因子之一，及时准确监测或诊断出作物养分状况，对提高作物水肥管理水平和水肥利用效率，减少过度施肥带来的环境污染和指导节水农业生产具有重要意义。程一松等研究了不同氮素养分胁迫下冬小麦的不同生育期光谱的特征，结果表明孕穗期是利用高光谱遥感进行作物长势和养分诊断研究的最佳时期。土壤数据采集仪器价格昂贵，性能较差，不能分析一些缓效态营养元素的含量。2“3S”技术在中药资源的生态研究中的应用2.4中药资源病虫害监测不同类型的中药资源往往感染不同的病虫害，而不同的病虫害所引起中药资源受损症状不同，有的病虫害导致中药资源反射光谱的显著变化，有的则导致中药资源大量失叶、减产。利用遥感技术可及早预测诸如小麦黑锈病、马铃薯晚疫病、玉米大斑病、水稻白叶枯病及各种虫害。3“3S”技术在中药资源区划及道地药材研究中的应用源区划3.1中药资源区划区划是对有空间特性的事物的最直观的分类和管理过程，“3S”技术作为空间分析的核心技术，与区划分不开。尤其是GIS，以其强大的空间信息分析和管理能力，在资源区划、气候区划、农业区划、灾害区划等诸多方面显示出巨大的优势。例如黄淑娥等根据气候、地形和土地利用等因素，采用“3S”技术和气候区划方法，对江西省安县脐橙适宜种植区进行综合气候区划。3“3S”技术在中药资源区划及道地药材研究中的应用源区划3.2道地药材研究王璐琦等利用GIS对苍术道地产区生境特征进行筛选，提取出苍术道地药材原产地生境特征：年均温高于15℃，冷月平均最低温度为(-2~-1)℃，热月平均最高温度平均在32℃左右，极端低温(-17~-15)℃，旱季约为1~2个月，年降水量1000~1160mm。发现苍术道地产区气候具有高温、旱季短、雨量充足的特点。小结中药资源是其中极具特色的一个分支。以“3S”集成技术系统和国家中药资源及环境数据库为基础，在RS，GPS技术支持下，对中药资源及环境数据库进行定期的准同步更新，并在GIS技术的支持下，建立反馈和综合协调机制，可以充分提高对资源与环境的宏观调控能力，为社会提供全方位的中药资源及环境信息，为中药资源的合理开发和利用提供科学依据。