Анализ пространственного размещения лекарственных растений с применением ГИС-технологий на примере Лисинского УОЛХ

Никифоров Александр Александрович; Никифорова Антонина Ивановна

DOI: 12737/25198 УДК 630*8

АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ НА ПРИМЕРЕ ЛИСИНСКОГО УОЛХ

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент А. А. Никифоров1 кандидат технических наук, доцент А. И. Никифорова1 1 - ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова»,

г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Заготовка лекарственно-растительного сырья является одним из перспективных направлений для российских производителей, рынок которого характеризуется как развивающийся. Исследования по пространственному анализу и определению биологическогозапаса лекарственно-растительного сырья выполнены на примере Лисинского учебно-опытного лесхоза. На территории лесхоза распространены и имеют потенциальное промысловое значение следующие лекарственные растения: ландыш (Convallaria majalis L.), зверобой (Hypericum perforatum L.), валериана (Valeriana officinalis L.), кислица (Oxalis acetosella L.), багульник (Ledum palustre L.), крапива двудомная (Urtica dioica L.). Сведения о запасах и территориальном размещении лекарственных растений были получены с применением геоинформационных технологий. Биологический запас лекарственного сырья определен по региональным таблицам для средней многолетней урожайности с учетом типов условий произрастания, типов леса и таксационной характеристики насаждений. Если учитывать максимальную урожайность одного конкретного типа леса можно сказать, что наибольшую массу имеет багульник и крапива. В результате определено, что заготовка лекарственных растений на территории лесхоза возможна по всем рассматриваемым видам лекарственных растений, что позволит расширить объемы заготавливаемого ценного сырья. Информация о запасах и размещению лекарственных растений позволит оптимизировать работы по выбору маршрутов заготовки приоритетных видов сырья. С помощью ГИС-технологий был определен суммарный биологический запас рассматриваемых видов лекарственных растений для Лисинского УОЛХ. Пространственный анализ позволил определить районы с максимальной урожайностью лекарственных растений. Географические информационные системы могут применяться в качестве инструмента для мониторинга, инвентаризации, охраны и организации промышленной заготовки лекарственного сырья. Разработанные технологии могут быть использованы для определения урожайности грибов и дикорастущих ягод.

Ключевые слова:геоинформационные системы, лесные ресурсы, лекарственное сырье, лекарственные растения, пространственный анализ.

ANALYSIS OF SPATIAL DISTRIBUTION OF MEDICINAL PLANTS USING GIS-TECHNOLOGIES ON THE EXAMPLE OF LISINSKY SCIENTIFIC-EXPERIMENTAL FORESTRY

PhD in Agriculture, Associate Professor A. A. Nikiforov1 PhD in Engineering, Associate Professor A. I. Nikiforova1 1 - Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Saint-Petersburg State Forest Technical University

under name of S.M Kirov», Saint-Petersburg, Russian Federation

Abstract

Harvesting of medicinal-plant raw materials is one of the most promising areas for Russian producers, the market of which is characterized as developing one. Research on spatial analysis and definition of biological stock of medicinal-plant raw materials is made on the example of Lisinsky scientific-experimental forestry. The following medicinal plants: lily of the valley (Convallaria majalis L.), St. John's wort (Hypericum perforatum L.), valerian (Valeriana officinalis L.), wood sorrel (Oxalis acetosella L.), Labrador tea (Ledum palustre L.), stinging nettle (Urtica dioica L.) are widespread on the territory of the forestry and have potential commercial value. Data on stocks and territorial location of the medicinal plants were obtained with the use of geoinformation technologies. Biological stocks of medicinal raw materials is defined by the regional table for average long-term

yield based on the types of growing conditions, forest types and taxonomic characteristics of plants. If we consider the maximum yield of one specific type of forest, we can say that Labrador tea and stinging nettle has the greatest mass. In the result, it was determined that harvesting of medicinal plants in the territory of forestry is possible for all the considered types of medicinal plants, which will increase the volumes of harvesting and storage of valuable raw materials. Inventory information and location of medicinal plants will enable to optimize the choice of the routes for the priority procurement of raw materials. Using GIS technology the total biological stock of the types of medicinal plants in Lisinsky scientific-experimental forestry was determined. Spatial analysis allowed determining the areas with the highest yield of medicinal plants. Geographic information systems can be used as a tool for monitoring, inventory, protection and organization of the industrial harvesting of medicinal raw materials. The developed technology can be used to determine the yield of mushrooms and wild berries.

Keywords: geographic information systems, forest resources, medicinal raw materials, medicinal plants, spatial analysis.

Благодаря тому, что геоинформационные технологии позволяют эффективно решать вопросы по анализу и моделированию географических объектов, наблюдается увеличение интереса к ним в сфере планирования заготовки лекарственно-растительного сырья. Для комплексной оценки популяций дикорастущих лекарственных растений, имеющих приуроченность к определенным ландшафтам используетсягео-пространственный анализ, позволяющий обобщить такие сведения как флористический состав лекарственных растений и определить места, подходящие для заготовки лекарственных растений, имеющих наибольшее распространение и значения с точки зрения фармакологических предприятий.

Заготовка лекарственно-растительного сырья является одним из перспективных направлений для российских производителей, рынок которого характеризуется как развивающийся. Это связано с положительной динамикой потребления лекарственных трав и сборов, так как препараты, изготавливаемые из лекарственного растительного сырья обладают относительной безопасностью действия (в отличии от медицинских препаратов, имеющих большое количество противопоказаний), возможностью рационального сочетания лекарственных растений между собой и синтетическими лекарственными препаратами, а также имеют ценовую доступность.

Заготовка лекарственного сырья во многом зависит от четкой организации заготовительного процесса. То есть с точки зрения практиков, которые и занимаются в дальнейшем сбытом получаемого сырья, за основной показатель принимают распределение лекарственного сырья по территории. Основной единицей учета площади распространения лекарственных расте-

ний при этом выступают территории с одинаковыми лесотаксационными показателями. Учету подлежат участки с наличием лекарственных видов, подлежащих промысловой заготовке.

Объекты и методика исследований.

Исследования по пространственному анализу и определению биологической урожайности лекарственно-растительного сырья выполнены на примере Ли-синского учебно-опытного лесхоза (Лисинского УОЛХ). Учебно-опытный лесхоз располагается в Ленинградской области в центральной части Тосненского административного района. Территория лесхоза представляет собой компактный лесной массив, протяженность с севера на юг составляет 34 км, с запада на восток - 18 км. По материалам лесоустройства, которое проводилось в 2005 г., общая площадь составляет 28384 га. На территории лесхоза распространены и имеют потенциальное промысловое значение следующие лекарственные растения: ландыш (Convallária majalis L.), зверобой (Hypéricum perforátum L.), валериана (Valeriána officinális L.), кислица (Óxalis acetosella L.), багульник (Ledum palustre L.), крапива двудомная (Urtíca dióica L.).

Пространственный анализ лекарственных растений выполнялся с применением геоинформационной системы Лисинского учебно-опытного лесхоза [10]. Разработанная система зарегистрирована в Федеральном институте промышленной собственности, получено свидетельство о регистрации программы для ЭВМ номер 2012614272 от 14.05.2012 г. «Геоинформационная система Лисинского учебно-опытного лесхоза -филиала федерального бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехниче-

ский университет имени С.М. Кирова"», авторами программы являются: Никифоров А.А., Алексеев А.С. Программа реализована в среде MapInfo. При создании ГИС в качестве картографической основы использовались планы лесонасаждений, а в качестве тематической БД - таксационные описания [1, 2, 11, 12].

В ГИС были подготовлены таблицы по группам лесотаксационных показателей, для этого применялся структурированный язык запросов SQL [3, 4, 5, 13]. С помощью языка SQL реализованы запросы как к тематической, так и к пространственной информации.

Результаты и их обсуждение.

Биологический запас лекарственного сырья определен по региональным таблицам для средней многолетней урожайности с учетом типов условий произрастания, типов леса и таксационной характеристики насаждений [7, 8, 9]. На основе средних показателей урожайности лекарственных растений были получены тематические карты [6] с распределением территории лесхоза на участки, пригодные для заготовки лекарственного сырья. В первом случае карты показывают общее размещение лекарственных растений в зависимости от преобладающей породы и типа леса (рис. 1). Здесь можно увидеть, что за исключением багульника, лекарственные растения произрастают равномерно по всей территории лесничества, отличие заключается в количественном показателе урожая растений. Поэтому было принято решение показать размещение лекарственных растений с максимальной урожайностью на единице площади (рис. 2). Это наглядно показывает участки территории лесничества, наиболее характерные для произрастания определенного вида растений и позволяет сориентироваться по местности в связи с организацией работ по заготовке необходимого вида лекарственного сырья.

Зная урожайность лекарственных растений в различных типах лесорастительных условий и типах леса на единице площади (кг/га) и площадь участка (выдела), для которого ведутся расчеты, была получена величина биологического запаса лекарственных растений на этой территории (табл.).

По результатам таблицы были построены диаграммы. Биологический запас ландыша в смешанных насаждениях кисличного типа леса (С2-С3) составляет 65508 кг, или 95,6 % (рис. 3, б). Участки с данным типом леса расположены равномерно по

всей территории лесхоза (рис. 2, д).

Зверобой произрастает в низкополнотных (полнота 0,4 и ниже) смешанных насаждениях и его биологический запас составляет 37530 кг, или 60,8 % (рис. 3, б). На нелесных площадях отведенных под сенокос запас зверобоя составляет 23104 кг (37,4 %). Сенокосы обладают максимальной урожайностью сырьевой фитомассы на единицу площади. Пространственное размещение сенокосов преимущественно сконцентрировано в центральной части учебно-опытного лесхоза (рис. 2, б).

Валериана произрастает на переувлажненных землях долгомошного типа леса, ее биологический запас составляет 37311 кг (72 %) и приходится на смешанные насаждения. Участки, где произрастает валериана, расположены равномерно по всей территории лесхоза (рис. 2, в).

Багульник встречается на верховых болотах, а также в сосняке долгомошном и елово-лиственных насаждениях (рис. 1, г). Общий урожай багульника составляет 355469 кг. На верховых болотах багульник обладает максимальной урожайностью и с данных участков можно получить 203725 кг багульника. Местоположение участков преимущественно в южной части Лисинского УОЛХ (рис. 2, г).

Крапива двудомная произрастает в смешанных насаждениях, максимальная урожайность наблюдается в травяно-таволговом типе леса.

Кислица на территории Лисинского УОЛХ встречается преимущественно в смешанных насаждениях кисличного, брусничного, и черничного типов лесов (С2-С3) и незначительно в сосняках и ельниках кисличниках. Урожай кислицы в смешанных насаждениях составляет 243969 кг (85,7 %) (рис. 3, б), расположены в центральной и северной части лесхоза (рис. 2, д).

Если учитывать максимальный биологический запас одного конкретного вида растений (рис. 4) можно сказать, что наибольшую массу имеет багульник, а затем крапива и ландыш.

Заключение

По материалам тематической и пространственной баз данных в Лисинском учебно-опытном лесхозе определены площади для основных видов лекарственных растений и выполнен анализ пространственного

■ш

ш

й|1ар

д)

Рис. 1. Пространственное размещение лекарственных растений а) - кислица, б) - зверобой, в) - валериана, г) - багульник, д) - ландыш,

е) - крапива

Г)

е)

Рис. 2. Пространственное размещение лекарственных растений с максимальной урожайностью а) - кислица, б) - зверобой, в) - валериана, г) - багульник, д) - ландыш,

е) - крапива

Таблица

Биологический запас лекарственных растений в различных типах леса

Пло-щадь, га Биологический запас, кг

Насаждения Тип леса ТУМ Ландыш Зверобой Вале-риана Багульник Кислица Крапива двудомная

КС В2 119,4 0 0 0 0 15044,4 1194

Сосновые ЧВ, ЧВО А3 276,2 0 0 0 0 4143 0

ДЛ А4 330,1 0 0 4951,5 46214 0 0

БГ,СФ А5 444,6 0 0 0 88920 0 0

Сосново-лиственные КС В2 74,9 449,4 0 0 0 0 0

Еловые КС С2 239,9 0 0 0 0 16793 0

Елово-лиственные ЧВДЛО В3 357,8 2504,6 0 6082,6 0 0 28624

ДЛ В4 151 0 0 3322 16610 4228 0

Елово-лиственные

с полнотой 0,4 и ЧВ,ДЛО В3 44,6 0 490,6 0 0 0 0

ниже

Смешанные КС,БР, ЧВ С2-С3 8132,3 65058,4 0 0 0 243969 813230

ДЛ,ТТ С4 1243,7 0 0 37311 0 0 174118

Смешанные с КС,БР, ЧВ

полнотой 0,4 и С2-С3 834 0 37530 0 0 0 0

ниже

ТАВ,КС В2-В3 7,2 50,4 0 0 0 417,6 864

Березовые ТРСФ, ОСФ В5 0,4 0 0 0 0 0 34

Березовые с полнотой 0,4 и ТАВ,КС В2-В3 6,2 0 310 0 0 0 0

ниже

Вырубка 7,9 0 316 0 0 0 0

Сенокос 144,4 0 23104 0 0 0 0

Верховое болото 814,9 0 0 0 203725 0 0