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石柱参(简称柱参)是我国东北林区的名贵特产之一，来源于五加科植物人参(Panax ginaeng C.A. Mey)干燥的根，为人参从野生变家种并独具特色的一个优良品种，迄今已有400余年的栽培历史。我国的人参资源包括野生人参(野山参)和栽培人参园参)，栽培人参变异类型较多，依据不同的标准，在生产上分为不同的品种类型。依据根的形态分为大马牙、二马牙、圆膀圆芦、长脖类；依据果实颜色分为红果、黄果、橙黄果3种；依其生态条件、植株形态、栽培方式和商品价值可分为普通参(种苗多为大马牙类型)、边条参(也称集安参区，种苗多为二马牙类型人参)以及石柱参(多为长脖类)，或称人参的三大品系。在人参的诸类品系中，石柱参独产于我国，主要分布于辽宁省宽甸满族自治县振江镇石柱子村，并由此而得名，是源于野山参的珍稀人参品种。石柱参的栽培历史可以上溯至16世纪中叶，相传明朝万历年间，山东七翁来到鸭绿江畔大山深处挖采野山参，收获山参珍品颇丰。他们把大批山货带走，将幼参和参籽就地栽培，并立石柱、种榆树，作为日后寻找此地的标志。虽经数百年风雨洗礼，现今在石柱村小山角下仍伫立着约2.2m高的石柱，成为400多年来保存的我国人参历史见证。据宽甸县志记载：“自前清同治十三年奏准开垦”，为石柱参历史渊源的又一考证。石柱参产区毗邻鸭绿江畔，其独特的生态条件，特有的品种类型，不同于普通圆参的栽培方式以及长达12-15年以上的缓慢生长，使之具有野生人参的形态特征和高于普通圆参的人参总皂甙含量，成为园参中的极品，在国际中药市场上享有较高的声誉。
人参是我国的传统名贵药材和滋补佳品，被称为“百草之王”，具有防止细胞老化，抑止癌细胞生长，提升体力，增强免疫力的作用。由于过度采挖，近年野生人参资源已近枯竭，被列为国家一级重点保护植物和国家珍稀濒危植物。目前，栽培人参产业面临种源混杂、农药超标、出口受阻的困境，我国人参产业的长远发展受到严重威胁。人参产业的可持续发展，需要及时抢救和发展野生人参的替代品，优化人参品种，保护优良种源，科学规划人参种植区域，把人参产区严格界定在国家标准的原产地保护区域内。本文应用中药材产地适宜性分析地理信息系统(TCMGIS)，首次对石柱参的资源分布、生境适宜性进行分析，以期为我国人参种植基地的选择及生产区划合理布局提供科学依据和实践指导。
一、石柱参的生态环境
石柱参分布在辽宁省东部鸭绿江北岸的沿江山区，大致位于东经125°2l′-125°25′，北纬40°45′-40°48′一带，生长于柞树、椴树、楸子等杂木林地，多为东西沟的南北坡向。其生长地带属于温带湿润季风气候，特点是温和湿润，四季分明，受季风影响夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，年平均气温6.5℃，年最高气温35℃，最低为-30℃，夏季平均气温21℃，1月份平均气温－10℃，8月份平均气温为23℃。年降水量1100mm，夏季650mm。生长季(5-8月)平均相对湿度75％，年日照时数2400小时，阴雾天气长达150多天，无霜期135天。
石柱参生长土壤为发育幼年的粗骨土，多为酸性岩棕壤土，层次不明显，仅有A、C层或A、D层；母岩为酸性岩类的花岗岩和片麻岩等；土壤表层下即为松散的风化母质，为直径约0.5cm的石砾(俗称“马牙沙”)，物理性沙粒70％以上。土壤肥力较低，表层有机质含量30-35g/kg，而多数森林棕壤土腐殖质含量在50-130g/kg。森林植被与东北其他参区略有不同，为长白植物区系辽东半岛低山丘陵赤松栎林区，主要树种有赤松、油松、蒙古栎、辽东栎、花曲柳、枫杨、柞树、椴树等，灌木有胡枝子、毛榛子、鼠李等，藤本植物有五味子等。
二、石柱参产地适宜性的研究方法
1.野外调查
选择石柱参主要典型分布区进行野外调查，地点位于辽宁宽甸满族自治县东南100km处的腹地，即振江镇石柱子村进行野外取样和生态学调查。调查内容包括分布范围、气候特征、地形地貌、植被种类、土壤类型和生活环境的一般特点，并采集1-15年生标本和土壤样品用于后期分析，用GPS全球定位仪对生长地点精确定位。
表1 石柱参产地适宜性分析的主要因子及权重
生态因 年降雨量 日照时数 海拔高度 温度 七月均温 一月均温 土壤类型
(mm) (h/a) (m) (%) (℃) (℃)
范围 870-900 2200-2300 400-600 68-70 20-23 -14- -13 棕壤土
权重系数 0.1 0.2 0.1 0.2 0.2 0.1 0.1
2.石柱参生态环境因子提取及权重设置
我国人参产于东北地区的东南部至东北部的山区和半山区，而石柱参主要分布于东经125°21′-125°25′，北纬40°45′-40°48′一带，即辽宁省东部宽甸县石柱村及其周边地区。石柱参道地产区靠近鸭绿江北岸，邻江降水充沛，湿度较大，光照时数较少，无霜期较长，土质瘠薄，含砂量70％以上，表层有腐殖土层，透水性好。本研究根据石柱参的生态学特性，以其道地产区宽甸县振江乡石柱村的生长环境因子为依据，选取年降水量、日照时数、海拔、湿度、土壤、1月和7月均温作为生态适宜性分析元素，并依其影响大小设置权重系数(表1)，用于栅格计算，进行产地适宜性评价和生产区划分析。
3.中药材产地适宜性分析地理信息系统(TCMGIS)的原理与分析流程
产地适宜性分析的基本原则是气候相似，即引种地与原产地气候相似。但中药材在正常生长获得产量的基础上，还要求引种地生产的药材与道地产区的药材具有相同或相似的品质，环境因子中土壤条件与中药材品质形成有密切关系。中药材产地适宜性分析地理信息系统(TCMGIS)是我国首次开发的以基础地理信息、气候、土壤数据库及第3次全国中药资源普查数据库为后台支撑的快速分析系统，该系统把与中药材生长环境相关的各个环境因子分别量化成栅格数据结构，即将海拔、降水、温度、湿度、土壤、光照等因子数据转换成1平方公里的单元网格，然后对生成的网格数据进行空间聚类分析。以待分析药材的道地产地作为分析基点，确定影响药材分布的关键性生态地理因子，最终获得中药材适宜产地的信息。该系统已经在肉苁蓉、西洋参、三七、浙贝母、川芎等大宗重要中药材的产地适宜性评价和栽培区域筛选等方面取得了有意义的成果。
本研究中依据石柱参道地产区生态因子确定最适宜环境因子，然后对原始数据标准化并进行距离
计算，计算各个因子对目标值的距离(相似系数，SI)，将进行过距离计算的各子因子图层叠加分析，进行栅格计算，将各个因子进行综合计算后得出一个综合相似系数(SI)，根据相似系数的大小将适宜区划分为SI≥95％适宜区和95％>SI≥90％较适宜区。
三、结果与分析
1.井目似系数95％-100％石柱参适宜产地分布区
石柱参(相似系数95％-100％)适宜产地共有15943.93km2(见表2)。其中，主要分布在辽宁省，有15376.61km2，占适宜产地分布区的96.44％，吉林省有567.32km2，占3.56％。辽宁省适宜区面积最大的是宽甸县，占该县总面积的77.35％，很好地吻合了石柱参现代实际分布区。辽宁省北部的清源县、新宾县，东部的桓仁县，中部的本溪县亦为适宜分布区，适宜区比例占各县面积的60.42％-43.29％。吉林省在与辽东半岛相邻的东丰县、梅河口市和集安市有部分适宜区。
表2相似系数95％-100％石柱参适宜产地分布情况
市/县名称 市/县面积(km2) 适宜区面积(km2) 适宜区比例(％) 所在省
宽甸满族自治县 6546.03 5063.08 77.35 辽宁省
清原满族自治县 4275.64 2583.31 60.42 辽宁省
新宾满族自治县 4779.01 2788.74 58.35 辽宁省
桓仁满族自治县 3832.76 1942.91 50.69 辽宁省
本溪满族自治县 3593.36 1555.74 43.29 辽宁省
抚顺县 2435.59 386.06 15.85 辽宁省
凤城满族自治县 6125.41 921.36 15.04 辽宁省
东丰县 2790.88 316.39 11.34 吉林省
梅河口市 2395.07 181.12 7.56 吉林省
丹东市 542.227 38.26 7.06 辽宁省
集安市 3522.42 69.81 1.98 吉林省
西丰县 2951.89 2531.18 85.75 辽宁省
本溪市 1649.42 1164.91 70.63 辽宁省
抚顺县 2435.59 1375.55 56.48 辽宁省
开原市 3610.61 2028.01 56.17 辽宁省
栾川县 2411.18 1287.76 53.41 河南省
庄河县 3957.14 1923.73 48.6l 辽宁省
铁岭县 2497.40 1146.63 45.9l 辽宁省
东沟县 2381.73 1075.00 45.14 辽宁省
丹东市 542.227 243.38 44.89 辽宁省
卢氏县 3554.60 1490.04 41.92 河南省
本溪满族自治县 3593.36 1478.04 41.13 辽宁省
2.相似系数90％-95％石柱参适宜产地分布区
石柱参较适宜产地(相似系数90％-95％)集中在东北长白山林区和西北秦岭中、东部地区，较适宜产地面积为20070.83 km2(见表3)。其中，辽宁省面积最大，有14828.2 km2，占较适宜产地的73.88％。辽宁省较适宜区市/县数最多。
四、讨论
1.中药材产地适宜性分析地理信息系统(TCMGIS)的应用
产地适宜性以科学理论和方法指导中药材种植地的选择，是中药材引种栽培和区划的基础，对于保证中药材生产质量以及实现集约化和规模化具有十分重要的意义。石柱参适宜产地的分析结果显示，相似系数95％-100％适宜产地集中在辽宁省宽甸县及其周边地区，主要分布于长白山西侧地区，如辽宁省北部新宾县、清源县、东部桓仁县和西部本溪县，结果准确覆盖了石柱参现代生产区，还揭示了潜在的适宜种植区。例如，在石柱村以北的步达远乡、以南的大西岔乡等地沿江山地上试种已获得成功；桓仁县近些年也有石柱参的栽培，并且发展较快，实践表明只要满足基本的生态条件，就可以扩大栽培面积。在鸭绿江和浑江下游沿岸山地有类似的土壤条件，提供了石柱参在周边区域发展的空间。相似系数90％-95％较适宜产地的分析，除了显示东北长白山林区有大面积较适宜种植区外，还揭示西北地区秦岭中、东部亦有相当面积的较适宜种植区，占较适宜分布区的25.80％。例如，地处河南省西部、毗邻秦岭东端的河南省栾川县有较大面积的较适宜分布区，占该县面积的一半以上，并且分布较为集中。王踽等以吉林抚松为道地基点县得出了人参在全国的适宜产地，与石柱参的适宜产地有显著不同的分布特点，表明了石柱参区别于其它园参品种对生态环境要求的特殊性。中药材产地适宜性分析地理信息系统(TCMGIS)的结果与历史记载和生产实践高度吻合，在一定程度上验证了它的科学性和准确性，提供了中药材引种栽培的理论依据。
2.石柱参生产区域选择中的其它因素
石柱参历经400余年筛选，是所有人参种源中最具野生人参特性的品种，保留了以长脖类为主的四个品系。长脖类AFLP指纹有相对较高的多态性，说明其内部有更多的“杂合态”个体，遗传性状可能更接近山参。石柱参对土壤的选择十分苛刻，要求母质为花岗岩，表土为酸性岩类棕壤土，其他土质生长不出柱参的优美的外形和较高的药用品质。生长地坡度在30度以上，乔灌丛生，植被郁闭度很大，为土壤发育和形成小气候创造了条件。传统栽培中，依靠经验和措施控制病害，不施用肥料和农药，对病虫害采用生物防治等综合措施，例如间种细辛，定期更新表土、人工香饵诱捕害虫等。同时生长缓慢，6年以上根年均增重0.39-0.95g，培育时间一般在15年以上。它的显著形态特征是芦头细长、个小体灵、皮老纹深、须少清晰、并有珍珠疙瘩。由此表明，石柱参是在特有的生态环境条件下，采用特有的品种类型，有别于普通园参的栽培方式，经12-15年以上培育的具有野生人参基本形体特征和相应价值的高档次商品人参。实践表明影响石柱参产地适宜性的因素不是单一的，适宜产区的确立要综合考虑生态因素、品种的选择、土壤和小环境的适合、病虫害的生物防治和栽培技术的标准化，同时要考虑非环境因素如交通运输、劳动力和政策环境的连续性，从而在产地适宜性分析的理论指导下，选择最适宜生产区，实现长期的可持续发展。
3.石柱资源保护的紧迫性
目前，我国人参产业步人困境，受农残超标的影响出口严重受阻；产业链脱节，竞争力不强；市场不规范，品种混杂，缺乏品牌意识。人参产业的发展亟待解决多方面的问题。要保护传统栽培人参的优良品种，挖掘野生人参的替代种。推行和实施行业标准，实行GAP标准的认证，严格控制农药残留。培育国家级重点龙头企业，以此带动和规范农户的生产，向产业化园区集中，进行标准化种植，规划人参种植区域，把人参产区严格界定在国家标准的原产地保护区域内。石柱参是我国人参种源中的珍品，历经四百余年的选育，形态特征和药用价值与山参相似，受生态环境恶化和市场的影响，品种资源现已呈现濒危状态，迫切需要加以保护和发展。在国家有关部门的支持和帮助下，1995年“中国石柱山参植物保护发展基地”由辽宁省计划委员会批准立项建设，2003年国家发改委将“中国石柱山参植物保护发展基地”列为“石柱山参种苗繁育及种植高技术产业化示范工程”，该基地位于宽甸县石柱村，拥有天然山林地2500余亩，其中天然树龄在60-100年以上，在育商品石柱参7000多帘，计有参株200余万株。该基地的建设有助于扩大石柱参种源，带动和规范周边广大农户生产，实现生产基地的建设，从而对保护和发展石柱参这一宝贵的品种资源起到积极的推动作用。