中药资源学讲义(第一章)

第一章中药资源与自然和社会环境概述有关定义：1、环境：指生物（含人类）生存的外在条件的总和。包括自然环境和社会环境。2、自然环境：生物周围所有自然形成的物质和能量，统称为自然环境。它所含的物质很多，如太阳辐射、空气、水、岩石、土壤、生物等，是生物生成的基础物质。各种环境物质之间相互联系、相互作用相互影响，共同作用而维系着生物的生存与发展。3、社会环境：人类在历史发展过程中所形成的人口、政治、经济、文化体系等，统称为社会环境。中药资源的形成和发展，均受到自然环境和社会环境的影响。本章主要介绍气候条件、土壤条件和社会因素三方面对中药资源与环境的关系。第一节中药资源与气候我国幅员辽阔，南北横跨约50个纬度，东西横跨约62个经度，地形有平原、盆地、丘陵、高山、高原，十分复杂，导致了我国气候的多样性。而这种多样的气候条件，为生物的多样性奠定了基础。一、气候的形成（一）气候的定义气候是一个地方多年天气状况的综合反映。包括多年的平均天气状况、极端或特殊天气状况。（二）气候的形成气候的形成主要是在太阳辐射、宇宙地球物理因子、环流（大气环流和海洋环流）、下垫面性质（海陆分布、地形与地面特性、冰雪覆盖等）和人类活动等因素的长期相互作用下而形成的。季节交替和气候带的形成太阳辐射是形成气候及气候变化的主要因素。地球与太阳的相对运动，形成了太阳辐射在地球表面不均匀的时空分布，形成了季节交替和各地气候条件的差异。因为太阳与赤道的距离最近，故太阳辐射量在赤道及其附近地区最高，从赤道向南北两极呈逐渐降低的分布规律，即形成了从热带——亚热带——温带——寒温带——寒带逐步过渡的气候带。北半球地区，全年以夏至和夏至前后太阳辐射最多，冬至及其前后太阳辐射最少，这样就形成了夏季炎热，冬季寒冷的季节变化。二、气候要素及其指标（一）气候要素的定义从各方面反映气候特征的统计量称为气候要素。主要气候要素有：光照、温度、降水、湿度、蒸发、风、云等。气候要素是随时间、空间而变化的。一个地方的气候要素需要30余年的观测记录，才有代表性和指导意义。（二）对生物起重要作用的主要气候因素1、光照强度和时间（1）太阳辐射的类型a.直接辐射：太阳直接投射到地面b.散射辐射：太阳被大气散射而投射到地面太阳的散射是地球上最主要的能源，其强度的强弱直接影响着药用植物的生长发育，以及药材的质量，如阳生植物需要较强的光照（如樟树等），而阴生植物则需要较弱的光照（如半夏等）。否则，这些植物则生长发育不良。（2）太阳辐射光谱太阳辐射能随波长的分布形成光谱，称为太阳辐射光谱。太阳辐射光谱区：红外光谱区：波长大于0.77um可见光谱区：波长0.39~0.77um紫外光谱区：波长0.05~0.39um红外光谱区：具有热效应，可促进茎延长生长。可见光谱区：具有热效应和光效应，主要对植物的光合作用、生长发育和动物的视觉起作用。紫外光谱区：能杀菌，使植物灼伤，停止生长和蛋白质凝固。（3）光照时间的指标指标：以年日照时数、月日照时数、生长季的日照时数作为指标。特点：我国日照特点：南方少于北方，东部少于西部。全年年日照时数在1200~3400h之间。2、气温、地温和无霜期温度是植物生长的必要条件之一，植物的生命过程均需要在一定的温度下完成，如冬天多数植物不开花，春天暖和时才开花（春暖花开）；有的植物在秋冬季温度发生变化而升高时还可开花，如梨、橘等。（1）衡量温度的指标：年平均温度、最热月和最冷月温度、极端最高和最低温度、积温、无霜期等。（2）气温及其日较差和年较差A气温：是反映一个地区空气温度状况的指标，常以天、旬、月、季、年等周期统计。统计指标：平均温度、最低温度、最高温度每天气温的变化：最高气温在14~15时，最低气温在日出前。B日较差：一天中最高气温与最低气温之差。日较差的最大值在春季，不在夏季。特点：高纬度地区日较差10~12℃；中纬度地区日较差8~9℃；低纬度地区日较差3~4℃。C年较差：一年中最冷月和最热月平均气温之差。特点：气温的年较差随纬度增高而增大，陆地大于海洋，内地大于沿海，干燥地区大于湿润地区，海拔低处大于海拔高处，裸地大于有植被的地区。（3）地温及其变化地温：大地表面及地土层中的温度。变化规律：与气温变化规律基本一致。我国地温与气温的关系：北方寒冷地区（北纬37~38°以北）气温高与地温；南方地区（北纬37~38°以南）地温高于气温。7月地温高于气温，全国极端最高地温60~70℃。1月份地温从表面向深层增加，7月份则相反。（4）积温、活动积温和有效积温A积温：一个地区高于和等于某一界限温度（多取日平均气温10℃）的累积值，称为积温。T=∑ti（ti≥10）T为积温，ti为年周期内大于和等于10℃的日平均气温。为什么要了解和掌握积温呢？因为植物的生长和发育，除了要求一定的温度范围和温度持续期外，还需要持续期内温度的累积值在达到一定标准时，才能完成正常的生长发育，故需要了解和掌握各地区的积温情况。B活动积温与有效积温在农林生产中，常用活动积温和有效积温来表示某一地区的热量条件。植物有效生长的下限温度称为生物学最低温度（生物学零度）。温带植物日平均温度5℃,亚热带10℃,热带18℃活动温度：高于生物学下限温度的温度称活动温度。有效温度：活动温度与生物学最低温度之差称有效温度。活动积温：植物生长周期内全部活动温度的总和，称为活动积温。T活动=∑ti（ti＞B）有效积温：全部有效温度的总和，称为有效积温。T有效=∑（ti－B）B为该植物的生物学零度，ti为该植物生长发育期内大于其生物学零度的日平均温度。（5）无霜期：终霜冻与初霜冻之间的日数为无霜期。当地面温度为0℃或0℃以下时即为霜冻。秋季出现的第一次霜冻称为初霜冻；春季最后一次霜冻为终霜冻。例如：某地区的初霜冻为10月5日，终霜冻为4月6日，则无霜期为4月7日至10月4日之间的天数。特点：无霜期由北到南逐渐增加。如漠河93天，长沙275天，南至海南则全年无霜。无霜期是一个比较抽象的概念，是很多年的累积才确定下来的，每年不会一致，但差异不会太大。3、降水和干燥度（1）降水量和降水强度A降水——地面从大气中获得的水蒸汽凝结物，总称为降水。水平降水——大气中水汽直接在地面、地表物面或低空形成的凝结物，如露、霜、雾、雾凇等。垂直降水——由空中降落到地面上的水汽凝结物，如雨、雪、雹、雨凇等。通常在计算降水量时，只计算垂直降水，而水平降水不作为降水量。B降水量：未经蒸发、渗透和流失的垂直降水，在水平面聚集的水层厚度，称为降水量。计算单位为mm，精确到一位小数。C降水强度：单位时间内的降水量称为降水强度。其单位为mm/d，或mm/h。（常用）（2）干燥度（干燥指数或干燥系数）A定义：将某一地区的可能蒸发量与同期降水量之比作为衡量该地区水分状况的指标，称为干燥度。在实际情况下，多用温度和降水量来计算干燥度。B公式如下：K=0.16∑t/rK：干燥度；∑t是日均气温稳定通过10℃持续期的积温；r是同期降水量；0.16为系数。C我国气候区的划分湿润气候条件区：干燥度＜1，植被为森林；半湿润气候条件区：1≤干燥度＜1.5，植被为森林、草原；半干旱气候条件区：1.5≤干燥度＜4，植被为草原、荒漠草原；干旱气候条件区：干燥度＞4，植被为荒漠。二、我国的气候资源气候既是一种环境因素，又是一种自然资源。我国的气候资源十分丰富，但气候灾害也多（台风、洪水、冰雹等）。了解与掌握气候资源及其变化特点，对研究中药资源和开发利用气候资源有十分重要的意义。（一）我国气候的特点我国地处欧亚大陆中南部，西北地区位于欧亚大陆腹地，东部临近太平洋，西南地区有青藏高原。这种地理位置，使我国形成的气候特点是：大陆性气候、季风性气候。主要特点是：1、东部地区季风性显著该地区滨临太平洋，受东亚季风影响强烈，具有明显的季风性气候特色，具体表现为：（1）冬季盛行西北、北、东北季风，夏季盛行西南、南、东南季风；（2）雨热同季；（3）夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。2、西北地区大陆性强烈西北深入内陆，因太平洋暖湿气流不易到达，其气候特征是：（1）干旱少雨，日照充足。（2）冬、夏昼夜温差大。（3）降水量小于蒸发量。（4）夏季炎热，冬季寒冷。（1月份最冷，7月份最热）3、温度和降水变化大（1）温度变化：华南地区气温年较差10~20℃长江流域20~30℃华北、东北南部30~40℃东北北部40℃以上（2）降水变化：最大与最小降水量之差可达数倍，一般年变率在15~25%。台湾降水量3000mm/年，西北400mm/年，新疆16.4mm/年。由于气候变化大，我国旱、涝、低温冻害、台风等经常发生，影响农业生产。（二）我国的农业气候资源从农业角度看，气候也是重要的资源，被称为农业气候资源。包括：光能资源、热量资源、降水资源。1、光能资源作用：为植物进行光合作用的能量源泉；也是热量的主要来源。植物体中90~95%的干物质均是光合作用的产物。全年辐射总量：大部分地区200Kcal/cm2，总的趋势是西部多于东部，高原多于平原。日照时数：全国在1200~3400h，四川、贵州最少，1200~1400h；内蒙、新疆、青海、甘肃最多，3200~3400h。2、热量资源（1）我国最热月平均温度情况：大部分地区为20℃以上（青藏高原、黑龙江、内蒙北部为20℃以下）华北平原：26~28℃；平原、丘陵地区28℃以上；青藏高原：10℃以下；新疆吐鲁番盆地32.7℃。（2）我国最冷月平均温度情况：A南北差异大西沙群岛22.9℃，漠河－30.9℃B极端最低温度差异大漠河－52.3℃，西沙群岛15.3℃（3）我国无霜期各地差异大。东北、大兴安岭、新疆东北部小于100天，大部分地区在150~220天，云贵高原在300~350天，最南部全年无霜。3、降水资源全国降水量特点：A自东南沿海向西北内陆逐渐减少；南方大于北方，山地多于平地，沿海大于内陆。B夏季大于冬季（夏季占53.3%，冬季占8.6%）C北方降水集中在夏季，雨季短；南方全年分布较均匀，雨季长。（三）我国气候区划中科院在20世纪50年代、60年代根据上述指标和600多个气象站的资料，经过若干次修改后，完成了三级气候区划，把我国从北到南分为9个气候带、22个气候大区和45个气候区。1、一级区划——气候带（按热量状况划分）指标：日平均气温稳定通过10℃的积温值，最冷月平均气温和年极限最低温。分界线指标：积温在4250~4500为温带和亚热带分界线指标；以8000℃为亚热带和热带的分界线指标。气候带数：在每一带中再分出北、中、南三带，故把全国分为9个气候带，青藏高原另列为高原气候区。2、二级区划——气候大区（按水分状况划分）指标：干燥度大小级数：共4级干燥度小于1.00（湿润），1.00~1.49（半湿润），1.50~3.49（半干旱），3.50以上（干旱）。气候大区数：22个。（其中9个气候带共划分出18个气候大区，高原气候区又分为4个气候大区）3、三级区划——气候区（按热量状况划分）每个气候大区再划分气候区，全国共45个气候区。三、气候条件与中药资源（一）药用植物的生长发育与气候条件1、光照条件光照是绿色植物生存必不可少的重要条件之一，是植物进行光合作用的能量来源。植物体中90~95%的干物质来源于光合作用，5~10%来源于根部吸收的土壤养分。因此，光照条件对药用植物的生长发育和药材的产量及质量具有很大关系。（1）植物的光合作用与光饱和点和补偿点A光饱和现象：当光强达到一定程度时，光合作用速率不再随光照强度增加而升高，这种现象称为光饱和现象。植物在进行光合作用时，一般情况下，光照强度增加时，光合作用速率也增加，但这是相对而言的。如果光照强度超过光饱和现象，植物易受灼伤。B光饱和点：当植物发生光饱和现象时的光照强度的临界点，称为光饱和点。各种植物的光饱和点是不同的。植物叶片只有处于光饱和点时，才能发挥其最大制造和积累干物质的能力。C光补偿点：光合作用的同时，植物要进行呼吸作用。当光合作用制造的有机物质和呼吸作用所消耗的有机物相等时的光照强度叫做光补偿点。当光照强度达到光补偿点时，植物体内就不能积累