基于GIS与指数和法的百色市烤烟种植区气候适宜性评价*

2014-06-04石媛媛丁晓东高华军林北森刘春萍邓明军姚文艺

中国农业资源与区划 2014年2期

石媛媛，丁晓东，高华军，林北森，刘春萍，邓明军，姚文艺

(1.广西壮族自治区烟草公司百色市公司，百色533000;2.杭州师范大学理学院遥感与地球科学研究院，杭州 311121;3.浙江省城市湿地与区域变化研究重点实验室，杭州 311121;4.广西壮族自治区烟草公司，南宁 530022)

烟草是我国重要的经济作物，烟草区域化生产是稳定烟叶种植规模，发挥地区烟叶生产优势，实现烟草生产区域化、专业化的前提，是提高烟叶品质的重要途径。烟草种植区划研究是有目的、有依据、有步骤地调整烟草种植布局，实现烟草生产区域化、专业化的一个重要手段。百色市是广西最大的优质烤烟生产区，合理进行种植区调整，使烤烟种植向适宜区和最适宜区转移，稳步扩大种植规模是百色烟区急待解决的实际问题。

百色市年均烤烟产量约1.8万t，烟区气候温和，降水充沛，光照丰富，多项气候指标达到优质烤烟生长发育所要求的条件。2009年的中国烟草种植区划，百色市被划分为二级烟草种植区中的滇南桂西山区丘陵烤烟区，由于当时区划为全国层面的研究，尺度较大，区划结果对百色烤烟种植实际指导意义不大，而基于市级范围的烤烟种植适宜性评价还未见有报道。

气候条件是烤烟生长最重要的生态条件之一［1］，其对烟叶品质的影响尤为显著。气候条件虽然不能人为进行调控，但其具有相对的稳定性，掌握气候条件变化规律，能更合理地安排烤烟种植，趋利避害。近年来，随着GIS技术的发展及其在农业上的广泛应用［2-3］，已有大量利用GIS空间分析进行烟草种植气候适宜性评价［4-6］，评价结果可以为烤烟种植的总体布局提供决策支持，对于因地制宜开发利用区域气候资源、实现增产增效、农民增收具有重要的理论与现实意义。现有研究大多利用隶属度函数和聚类分析方法进行，分析结果中人为主观因素介入较强，该研究利用主成分分析与指数和法相结合的方法，来确定气候因子权重和评价指数，采用这种方法能够充分考虑各气候因子重要性，并将因子的影响程度进行量化，使评价结果更客观、真实。

该研究在分析百色各植烟县区1994～2011年累计18年的气象资料和烤烟品质资料的基础上，采用空间分析与指数和法相结合的方法，对百色烤烟种植气候适宜性进行分析评价，揭示影响百色烤烟品质的主导气候因子，旨在从气候角度探讨百色烤烟种植区扩展潜力，为优化烤烟种植布局，使烤烟种植向适宜区和最适宜区转移，稳步扩大种植规模提供科学依据;同时，充分考虑到各影响因子的重要性，并将各参评因子的影响程度予以量化，以期使评价结果更准确。

1 研究区概况

百色市地处广西西部，云贵高原与南岭丘陵的过渡地带，珠江流域西江水系的右江上游，位于东经106°07＇～106°56＇，北纬23°33＇～24°18＇之间。地形主要为低山、丘陵、海拔较低盆地交错分布的山原地貌，南北高中间低，地势走向由西北向东南倾斜，属于典型的山区。百色市土地总面积362万hm2，可利用土地面积269万hm2。在土地总面积中，山地占90.98%，台地和平原占5.8%，耕地占12.5%。百色气候属亚热带季风气候，光热充沛，雨热同季，夏长冬短，作物生长期长，越冬条件好。据多年气象资料统计，年平均气温19.0 ～22.1℃，＞10℃，积温6 230 ～7 855℃，全年无霜期330～363天，太阳辐射总量达到96.9～114.1kcal/cm2，年平均日照1 405～1 889小时，年平均降雨量1 113～1 713mm。

2 材料与方法

2.1 气候资料

百色市各县1994～2011年气象数据，由百色市气象局提供。基础气象数据包括隆林、西林、乐业、田林、凌云、百色、田阳、田东、平果、德保、那坡、靖西12个县1994～2011年逐侯气温、降雨量、日照时数、相对湿度等气候指标。根据基础气候资料并结合当地烤烟生产节令，计算相应生育期的烤烟气候因子，通过咨询参考专家意见以及相关研究［4-5］，用于分析的指标有伸根期均温、旺长期均温、成熟期均温、伸根期降雨量、旺长期降雨量、成熟期降雨量、≥10℃积温、大田期日照时数。

图1 研究区域高程

2.2 地理数据

地理信息数据采用国家基础地理信息中心提供的1:25万广西基础地理信息数据，应用GIS技术提取出县级以上行政边界、数字高程模型 (DEM)等数据。

2.3 烤烟品质资料

烤烟品质资料采用上海中烟、广东中烟、河南中烟、广西中烟、湖北中烟、山东中烟、湖南中烟等各地中烟工业公司2007～2010年百色烟区烟叶品质检测数据，该研究主要利用总糖、还原糖、烟碱、总氮、氯、钾、两糖比、糖氮比、糖碱比、氮碱比、钾氯比11个烟叶化学成分指标。

2.4 分析方法

该研究采用主成分分析法与指数和法。主成分分析法用于气候评价因子的权重分析，指数和法用于计算气候适宜性评价指数。

3 结果与分析

3.1 评价因子筛选

将烤烟各生育期均温、降雨量、≥10℃积温、大田期日照时数8个气候因子与烤后烟叶总糖、还原糖、烟碱、总氮、氯钾含量等11个烟叶化学成分指标进行相关分析，根据相关性筛选出对百色烤烟品质较敏感的气候因子作为评价因子。

根据相关性分析结果 (表1)，筛选出对百色烤烟品质影响较大的气候因子为伸根期均温、旺长期均温、成熟期均温、旺长期降雨量、≥10℃积温、大田期日照时数共6个气候因子作为气候适宜性评价因子。

表1 气候因子与烟叶化学成分相关性分析

3.2 评价因子权重计算

筛选出的气候因子对烤烟生态适宜性的影响程度不同，故应根据各因子的重要程度分别赋予不同的权重。该文采用主成分分析法计算各气候因子的权重，根据特征根＞1.0的原则，提取了前两个主成分作为公因子，累计贡献率92.236%，满足主成分分析的要求。计算两个主成分中各指标对应的系数，根据两个主成分的贡献率，求出各指标对气候适宜性评价中的贡献率，亦成权重，为便于评价分区，将各权重进行归一化处理，结果见表2。

表2 百色烤烟气候因子权重

3.3 适宜性评价及分区

3.3.1 单因子空间分析和等级划分

参考气候要素空间插值方法的相关研究［7-8］，该研究采用克里金 (Kriging)插值法，对6个筛选出的气候因子进行空间分析，伸根期均温、旺长期均温、成熟期均温、旺长期降雨量、≥10℃积温、大田期日照时数的空间分布情况如图2所示。

由图2参评因子空间分布特征可以看出，成熟期、旺长期均温空间分布相似，温度随着海拔升高，有降低趋势，高温区主要集中在平果、田东、田阳、百色市;伸根期均温、旺长期降雨量、≥10℃积温、大田期日照时数的空间分布大致呈现东南低、西北高的趋势。

利用Arcgis9.2分别对伸根期均温、旺长期均温、成熟期均温、旺长期降雨量、≥10℃积温、大田期日照时数共6个气候因子进行空间分析，根据百色优质烤烟生长对气候条件的要求以及气候情况，将单个因子划分不同的等级，评价因子等级量化值见表3。

表3 烤烟气候适宜性评价因子等级量化

图2 百色烤烟气候评价因子空间分布

3.3.2 评价方法

利用指数和法［9，10］计算气候适宜性评价指数，将各气候评价因子按其对烤烟生长适宜性影响进行分级，根据各评价因子等级的高低，分别赋以相应的等级分。各评价因子划分为3个等级，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，等级分对应为3、2、1(表3)。用等级分乘以评价因子相应的权重值，即为各评价因子的指数。再计算6个评价因素的指标指数之和，即指数和，根据指数和的大小确定气候适宜性等级。指数和法的运算公式如下:

式中P为指数和;a1，a2，……，an为各评价因素权重;x1，x2，…，xn为各评价因素质量等级分值。

3.3.3 适宜性分区

首先，根据指数和评价法计算出所有气象因子的指数和，用最高指数和减去最低指数和，除以等级个数，所得平均差为划分等级的梯度分段值 (表4)，然后根据梯度分段值划分气候适宜性等级指数和范围。

依据以上对百色市气候资源的时空分布规律及其与烟叶品质关系的分析，将百色市划分为3个烤烟气候类型区:适宜区、较适宜区、不适宜区 (图3)。适宜区包括隆林、西林、靖西3县大部分面积，零散分布于德保、那坡、田林等县;较适宜区分布在田林、乐业、凌云、百色、田阳、德保、那坡大部分地区;不适宜区主要为田林和百色、凌云交接部分地区，以及田东县和平果县。

表4 等级质量分值和指数和量化表

4 结论

图3 百色市烤烟种植气候适宜性区划

(1)该研究在获得百色气候烤烟种植区气候适宜性评价结果的同时，得到了烤烟种植敏感气候因子的分布特征图，与全国范围烟草种植区划相比，烤烟种植适宜地区更加细化，对百色烤烟生产更具实际意义。

(2)对照研究区高程图，可以发现，不适宜种植区多集中在海拔700m以下平原、丘陵地带，而适宜区和较适宜区多集中在海拔较高地区，这也与海拔升高有利于烤烟的质量这一结论［11-12］相符。该研究主要是针对各县气候因子进行烤烟种植气候适宜性分析，但有研究表明［13-15］，地形等因子对烤烟品质及种植区划也有明显影响，百色多山地，低山、丘陵、盆地交错分布，鉴于百色烟区主要分布在山区，地形复杂，海拔高度、坡度、坡向等地形因子的烤烟种植适宜性有待进一步研究。

(3)烟草是百色市主要经济作物之一，种植区域较集中，近年来，种植规模和烤烟品质未有明显提高，合理利用生态资源，进行种植区域调整，使烤烟种植向适宜区和最适宜区转移，稳步扩大种植规模是百色烟区急待解决的实际问题。该研究以百色的优势气候资源作为出发点，为百色烤烟种植区规划，扩大种植规模，提升烤烟品质提供了理论依据。

(4)该研究进行烤烟种植气候适宜性区划时，主要考虑气候的影响，土壤、社会等因素对烤烟生产的影响考虑较少，这也是今后的研究方向，有待不断的补充和完善。同时，由于资源所限，未能获取百色市土地利用现状图，因此，最终的气候适宜性区划图不能将不适宜耕种区域屏蔽，所以还不能估算适宜性种植面积，但能为改善烤烟种植布局提供科学依据。

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