基于全球定位系统（GIS）的云南省铁皮石斛种植适宜性区划

刘德锋+彭琳+郜鲁涛+刘建阳+盛立冲

摘要：云南省是我国石斛的主产区，其中铁皮石斛是在云南全省乃至全国范围种植面积最大的品种。而有关云南省铁皮石斛种植适宜性区划的研究还不多。为了研究铁皮石斛在云南省的适宜生长区域，根据云南省的气候资源特点及铁皮石斛对生长环境的要求，分析确定影响铁皮石斛生长分布的适宜性区划指标，选取年平均温度、年极端最低温度、年极端最高温度、全年≥10 ℃活动积温、年降水量、海拔、年平均相对湿度7个气象因子作为种植区划指标，利用云南省109个气象台站1981—2010年的气候资料及云南省地理信息数据，采用全球定位系统（GIS）空间分析技术对区划指标进行细网格推算。结果得到云南省1 km×1 km网格化气候资源的空间分布情况，并按照最适宜生长区、次适宜生长区、不适宜生长区对云南省铁皮石斛进行了种植区域划分，并给出了区划专题图，为云南省铁皮石斛的合理种植提供了一定的科学依据。

关键词：铁皮石斛；适宜生长区域；全球定位系统（GIS）；气候资源；区域划分

中图分类号： S127文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）04-0227-04

铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）别称黑节草、云南铁皮，主要分布于安徽西南部、浙江东部、福建西部、广西西北部，以及四川、云南东南部[1]。云南省是目前全国种植铁皮石斛面积最大的地区。铁皮石斛茎可以入药，具有养胃出津、益气补血、抗肿瘤、防治癌症等功效，是中草药种类中极其珍稀的中药材[2]。

光照、湿度、气候等条件稍有不适便会对铁皮石斛的生长发育造成影响。由于铁皮石斛对生长环境要求苛刻，导致在自然条件下只有极少的环境适宜铁皮石斛生长，加上森林砍伐、土地开发等导致的生态环境破坏，以及长期无节制的掠夺式采挖，铁皮石斛野生资源已经濒临枯竭[3]。目前，市场上的铁皮石斛产品主要来源于人工栽培。由于铁皮石斛生长环境的特殊性，人工栽培往往投入大、产量低，加上铁皮石斛极高的药用价值，市场供不应求，其价格也在不断攀升。在经济利益的驱使下，铁皮石斛的种植面积也在不断地扩大，这往往又造成了一种盲目引进的现象，使云南省铁皮石斛产业呈现一种“大面积小产业”的现状[4]。在这种背景下，开展云南省铁皮石斛种植区划研究，并为云南省铁皮石斛的合理种植布局提供建议，就显得十分必要。对铁皮石斛进行气候生态适宜性区划，可以充分利用当地的气候资源，选择适宜的生态种植环境[5-10]，优化铁皮石斛的种植结构，避免盲目引种，减少种植成本，从而提高药材产量和品质，同时可以为种植基地的选取及资源的可持续利用提供一定的科学依据。

根据铁皮石斛的现有种植区域进行其生长适宜性的研究，前人已经做了大量工作，也取得了一定的研究成果，[JP+1]但已有区划研究多为调查与考察结果，加上云南省地形复杂，铁皮石斛分布区域广泛，地域跨度大，现有区划研究不能完全反映其地理分布和生产发展现状，因此评价结果多是局部的、经验性的，缺乏一定的科学性。为了科学合理地进行云南铁皮石斛的适宜种植区划和评价，本研究根据云南省的气候资源特点和铁皮石斛生长发育对环境的要求，在总结和分析前人调查、研究成果[11-12]的基础上，建立了云南省铁皮石斛区划指标，利用GIS空间分析技术和云南省气象资料及地理信息数据，对云南省铁皮石斛进行精细化适宜度分区，以期充分利用当地的农业气候资源，为铁皮石斛的合理种植提供依据。[JP]

1研究区概况

云南省地处中国西南边陲，位于21°8′32″～29°15′8″N、97°31′39″～106°11′47″E之间，北回归线横贯云南省南部。全省东西最大横距864.9 km，南北最大纵距900 km，总面积 39.4万km2。全省地形地貌中，山地约占84%，高原、丘陵约占10%，盆地、河谷约占6%；平均海拔2 000 m左右，最高海拔6 740 m，最低海拔76.4 m[13]。

低纬度、高海拔的特殊地理位置，使得该地区年平均温度16～20 ℃，日照充足，昼夜温差大，能够满足铁皮石斛对气候条件的要求，得天独厚的自然资源使云南省成为我国铁皮石斛的主要产地之一。但是由于云南省各类地貌之间条件差异很大，类型繁杂，地势北高南低，因而形成了云南省复杂多样的气候类型。由北向南，年平均气温从5 ℃升至24 ℃，≥10 ℃ 活动积温从900 ℃升至8 220 ℃，年降水量从 500 mm 升至2 250 mm，最热月平均气温为20～28 ℃，最冷月平均气温为8～10 ℃。云南省南北纵距900 km，几乎涵盖我国从海南省到东北的所有气候类型[13]。气候类型的复杂性使得云南省铁皮石斛的分布也具有复杂性。

2研究方法

2.1数据收集与整理

气候数据：来源于云南省气象局，数据内容为云南省境内109个气象站的经、纬度坐標，海拔，以及各站点记录的温度、降水量、相对湿度、活动积温等，时段为1981—2010年。

地形数据：为1 ∶[KG-*3]25万云南省基础地理信息数据，包括云南省县以上行政边界，云南市（县）政府所在地图层，云南省主要河流、公路等图层，云南省高程模型（DEM）栅格数据。

2.2区划指标分析

调查研究表明，铁皮石斛的生长海拔多在800～1 600 m，适宜种植在凉爽、湿润、空气畅通的环境中；生长适温15～30 ℃，生长期温度以16～21 ℃为宜，休眠期16～18 ℃，夜间温度10～13 ℃，昼夜温差保持10～15 ℃[4]；幼苗在10 ℃以下容易受冻，在5 ℃以下开始落叶[14]；全年≥10 ℃的有效积温在5 000 ℃以上；年降水量1 000 mm以上；种植环境中空气相对湿度在80%左右较适宜，忌干燥、积水[15]；最高温度最好不要超过37 ℃，最低温度最好不要低于-5 ℃。

为了进一步了解铁皮石斛在云南省的适宜生长条件，表1列出了云南省铁皮石斛主要分布区的环境因子概况，这些环境条件为云南省铁皮石斛的生态适宜性区划提供了重要参考依据。

根据铁皮石斛的生长特性及其他相关调查、研究资料[12，16]，选取与铁皮石斛生长发育密切相关的以下几个因子作为云南省铁皮石斛自然立地的适宜性区划指标：（1）年平均温度（℃）；（2）年极端最低温度（℃）；（3）年极端最高温度（℃）；（4）全年≥10 ℃的活动积温（℃·d）；（5）年降水量（mm）；（6）年平均相对湿度（%）；（7）海拔（m）。各指标的具体情况见表2。表2中的区划指标，次适宜区、最适宜区为包含、被包含的关系，即最适宜区比次适宜区要求的条件高。

2.3数据的分析与处理

2.3.1构建区划因子栅格图对均匀分布在云南省各地区的109个气象站收集到的连续完整的1981—2010年的气象资料，利用ArcGIS插值法[17-20]，经反距离权重法进行空间数

据内插等处理后，得到云南省全年≥10 ℃活动积温、年平均温度、年降水量、年平均相對湿度等数据，并建立1 km×1 km区划因子栅格图。7个区划因子共得到7个栅格图层。

2.3.2分区及专题图制作对于不同的作物和农业气候指标，应使用不同的分区方法，这样才能使区划更具有准确性[21]。集优法、逐步分区法、数理统计分析法、模糊数学法等是农业气候区划中常用的分区方法。在对已有分区方法[22-23]进行分析的基础上，本研究采用集优法对铁皮石斛进行适宜性区划。

根据表2所列出的区划指标、区划等级，设Bi1、Bi2、Bi3分别为对应的第i个因子所求得的最适宜区、次适宜区、不适宜区（i为区划因子，且1≤i≤5）。由此可以得到相应的区划结果：最适宜区，S1=B11∩B21∩…∩B51；次适宜区，S2=B12∩B22∩…∩B52；不适宜区，S3=B13∪B23∪…∪B53。

将得到的分区分别赋予不同的灰度，并叠加县边界、图例、指北针、经纬网等，最终得到云南省铁皮石斛的生态适宜性区划专题。

3结果与分析

由云南省铁皮石斛的生态适宜性区划结果可以看出，25°N 以南的滇西南、滇南以及滇东南的绝大部分地区，即云南省南部9个地市（州）中涉及瑞丽、陇川、潞西、盈江、耿马、澜沧、勐海、景洪、思茅、勐腊、金平、河口、马关、文山、西畴、广南、富宁等40多个县（市、区）都比较适合铁皮石斛的生长。绥江、永善、大关等滇东北地区，环境条件适宜，也比较适合铁皮石斛的种植。在100°E以西、25°N以北的滇西地区也有少量地区适宜种植，但是由于湿度、海拔、温度等气候环境的限制，分布面积较小。

3.1最适宜区

从区划结果上看，铁皮石斛的最适宜生长区主要集中在滇西南的瑞丽、陇川、盈江、潞西、梁河、沧源地区，滇东南的文山、西畴、金平、河口、屏边、马关、麻栗坡地区，以及滇南的勐海、勐腊等少量地区。这些地区的年平均温度在16.1～19.0 ℃ 之间，≥10 ℃年活动积温在5 000 ℃·d以上，年降水量1 000 mm以上，年平均相对湿度在78%以上。温度适宜、光照和降水量充足、空气湿润，各项生态条件均处于铁皮石斛生长的最佳位置。因此可以将这些地区作为铁皮石斛的重点种植地区，以充分利用当地优异的气候资源，减少种植成本，提高经济效益。

3.2次适宜区

25°N以南的大部分地区、滇东北的部分地区以及滇西的极少数地区，是铁皮石斛的次适宜生长区。这些地区的气候条件也比较适合铁皮石斛的生长，但条件没有最适宜区好。年平均温度在14.5～16.1 ℃或16.1～22.4 ℃之间，≥10 ℃年活动积温在4 500～5 000 ℃·d之间，年降水量在850～1 000 mm 之间，年平均相对湿度在73%～78%之间。各项条件基本满足铁皮石斛生长的需求，亦适合大面积种植，但产量、质量可能会有所降低。

3.3不适宜区

云南省的其他地区为不适宜区。这些地区由于地势的原因，温湿度、光照等条件达不到铁皮石斛生长的要求，因而不适合种植铁皮石斛。

4结论

本研究根据云南省的气候资源特点及铁皮石斛对生长环境的要求，选取了与铁皮石斛生长密切相关的7个因子作为云南省铁皮石斛生态适宜性的区划指标，并利用GIS空间分析技术，按最适宜区、次适宜区、不适宜区，对云南全省进行了铁皮石斛的生态适宜性区划。

本研究区划所选取的气象站点数量众多，且基本覆盖了云南省全境，各区划因子对于铁皮石斛的生长也都有着至关重要的作用。因此本区划结果有着一定的科学性、准确性，能够大体反映铁皮石斛在云南省不同地区的适宜性差异。

在众多影响铁皮石斛生长发育的环境条件中，气候因素占主导地位，但在实际种植过程中，还要考虑到土壤、地质、交通等因素的影响。为提高结果的准确性，这些因素在以后的研究中还须进一步补充和分析。

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