广西靖西烟区烤烟种植生态适宜性分析

邓明军，石媛媛，高华军，林北森

(1.广西壮族自治区烟草公司，广西 南宁 530022；2.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530003； 3.广西壮族自治区烟草公司 百色市公司，广西 百色 533000)

广西靖西烟区烤烟种植生态适宜性分析

邓明军1，石媛媛2*，高华军3，林北森3

(1.广西壮族自治区烟草公司，广西 南宁 530022；2.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530003； 3.广西壮族自治区烟草公司 百色市公司，广西 百色 533000)

以广西靖西烟区作为研究区，基于2012年多站点气象数据、200个土壤样点的养分数据和DEM高程数据，结合当地生产条件，选取气象、土壤养分和地形三大类生态条件下的11个生态因子，利用主成分分析法、层次分析法、指数和法等进行权重计算和指数运算，对三类生态条件进行适宜性分析，在GIS环境下进行3个图层叠加和重分类，将靖西烟区划分为适宜、较适宜和不适宜3个级别。结果表明：有6个乡镇集中在适宜区，其中，大甲、胡润、武平3个乡镇的适宜区面积比例均在90%以上，新圩、新靖、同德3个乡镇的适宜区面积占比50%以上。壬庄、岳圩、化峒、地州、渠洋等5个乡镇集中在较适宜区，龙邦和禄峒2个乡镇大部分面积划分为不适宜区，各分区之间呈明显的带状过渡趋势。因此，在实际生产中建议龙邦和禄峒部分烟区向适宜区和较适宜区转移。

烟草；GIS；生态适应性

生态环境决定烟草质量特色，除遗传因素外，烟草的产量和质量潜力是烟草所生长的环境与所实施的栽培措施相互作用的结果(Bertinuson[1]、Court[2]等)。“在哪种烟”是烟区生产特色优质烟叶，增强卷烟原料供应能力，实现可持续发展首先要解决的问题。靖西县作为广西第一大烟区，近年来面临生产规模萎缩、烟叶质量不稳定等不利局面，迫切需要对烟区进行生态种植适宜性分区，巩固优质老烟区，开发适宜新烟区，保持生产规模基本稳定。研究发现，120 d无霜期(最佳140 d)、充足的水分供应、足够高的温度和光照是满足烟草基本生理生化活动的基础条件[1-2]。土壤中氮素营养是烟草叶片最大程度扩展的关键因素之一[3]。土壤有机质含量高，所产烟叶的香气质好、香气量足、杂气轻，土壤速效钾含量高，烟叶香气质好[4]。海拔高度800～1000 m区域的烟叶化学成分最好[5-6]。近几年，随着信息技术的发展，使得利用GIS对气候、土壤、地形多源数据进行分析成为可能，很多学者利用GIS技术进行烟草生态种植区区划[7-9]、开发烟草种植网络专家系统[10]、施肥推荐系统等[11-17]。目前未见对靖西县烤烟生态适宜性区划的研究报道，本研究利用统计学方法，对靖西烟区的气候、土壤、地形等生态特征进行分析，并综合考虑生态特征间的相互作用及影响，对靖西烟区进行生态适宜性划分。对靖西烟区进行烤烟生态适宜性评价，将靖西烟区划分为适宜、较适宜和不适宜3个分区，旨在为靖西烟区优化烤烟种植布局，合理利用生态资源提供依据，实现巩固优质老烟区，开发适宜新烟区的可持续发展。

1 研究区概况

靖西县地处广西西南部，东经105°57′～106°48′，北纬22°51′～23°34′，南与越南高平省交界，北与德保县，西与那坡县相连，是广西烤烟生产第一大县。靖西县1991年开始种植烤烟，2004年被列入全国烤烟生产标准化示范县，烤烟生产逐渐成为当地的支柱产业，2009年全县实现烟叶特产税0.3亿元，农民总收入1.5亿元，2010年被列入全国现代烟草农业整县推进单位。全县适宜种植烤烟面积约26666.67 hm2，约占耕地面积的70%，烟区土壤多为棕色石灰土，pH值5.5～7.0，属亚热带季风气候，年平均气温19.1 ℃，年降雨量1400～1700 mm，年平均日照时数1521.8 h，无霜期331 d，光照充足，雨量充沛。在第三次全国烟草种植区划中，靖西县在烤烟气候适宜性分区和生态适宜性分区中被列为滇南桂西山地丘陵烤烟最适宜区。

图1 靖西县的位置图

2 材料与方法

2.1 气候因子分析方法

采用2008～2013年靖西县各气象观测站温度和降雨量数据，以及1974～2003年累计30年的县历史气象数据，用欧式距离公式分析气候相似性，用克里金插值法分析气候因子的空间分布特征，用主成分分析法计算气候因子权重，用指数和法进行气候适宜性评价。

2.2 土壤因子分析方法

针对2012年靖西烟区的200个土壤样点养分检测数据(含pH值、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷、有效钾、阳离子交换量、有机质、氯含量等10项指标)，采集对应田块烤后烟叶样品，对6项烟叶品质指标(还原糖、总糖、总植物碱、总氮、K2O、Cl)进行相关性分析，用克里金插值法分析土壤因子的空间分布特征，用主成分分析法计算土壤因子权重，用指数和法进行土壤适宜性评价。

2.3 地形因子分析方法

由20 m的DEM高程数据中提取地形资料，采用空间表面分析模块中的Slope工具计算烟区的坡度值，采用Reclassify工具将DEM和坡度数据进行分级,分级后的DEM和坡度数据通过格式转换工具转换为矢量数据，矢量数据与行政区划进行空间叠加分析后，利用Access软件的交叉表分析功能获取乡镇各类适宜区的统计面积。

2.4 综合生态因子分析方法

综合考虑气候、土壤、地形因子间的相互作用和影响，采用层次分析法，建立层次结构模型，构造判断矩阵，执行CR检验。为了更合理地判断各因子对烤烟生长的影响程度，请当地长期从事烤烟种植的专家、技术人员，根据各因素的相对重要程度进行经验性打分，本研究邀请了30个专家对本次烤烟种植生态三因素的重要性进行打分，根据最后的结果进行层次排序，并通过一致性检验，确定评价体系的权重。

首先建立层次结构模型，按其对适宜性的影响程度不同，确定第一层为目标层即烤烟种植气候区划层，第二层为因子层即气候、土壤和地形区划指标层。然后构造判断矩阵，将同一层中各因素相对于上一层两两比较，对每一层中各因素相对重要性给出一定的判断，采用1～9比率标度进行定量化，并进行两两因素之间的比较。该判断矩阵满足3个特征：(1)Rii=1；(2)Rij=1/Rji(i,j=1，2，3,…,n)；(3)Rij≥0(i,j=1，2，3,…,n)，i,j表示在判断矩阵中的因子所处的行列数。只有满足上述3个特征的判断才具有完全一致性。为了判别权重是否合理，需要对判断矩阵进行一致性检验，检验公式为：

CR=CI/RI

(1)

(2)

公式(1)中，CR为判断矩阵的一次性比率，CI为判断矩阵的一致性指标，由公式(2)给出。其中，λmax为矩阵的最大特征根。RI为判断矩阵的平均随机一致性指标。当CR<0.1时，即认为判断矩阵具有满意的一致性，说明权数的分配是合理，否则就需要对判断矩阵进行调整。

2.5 生态适宜性评价方法

利用指数和法[9-10]计算生态适宜性评价指数，指数和法的运算公式如下：

P=a1xl+a2x2+…+anxn

(3)

公式(3)中P为指数和；a1,a2,…,an为各评价因素权重；xl,x2,…,xn为各评价因素质量等级分值。

本研究将各生态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分。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生态适宜性等级。

3 结果与分析

3.1 烤烟种植生态因子的选取

根据靖西县30年的气候资料，计算烤烟各生育期的主要气候指标，并与美国、巴西、津巴布韦等国外优质烟区气候条件进行对比分析(表1)。

由表1可以看出，靖西烟区大田期均温、相对湿度、日照时数等气候数据与国外优质烟区整体上处于同一水平(美国日照时数明显偏高)，伸根期、旺长期、成熟期3个生育期温度逐步抬升，津巴布韦、美国的温度走势则比较平稳，巴西抬升幅度略小。然后，用多维空间相似距离来度量各地间的相似程度，相似距离越小，相似程度越高；反之，则越低。相似距离根据欧式距离公式进行计算，结果见表2。

表1 烤烟大田生育期的主要气候指标

由表2可以看出，靖西烟区与巴西烟区的相似程度最高，与美国和津巴布韦烟区的相似程度较高。本文烤烟种植气候适宜性分析选取与烤烟生长关系最密切的伸根期、旺长期、成熟期3个生育期的均温和降雨6个气候指标作为本文的评价指标，实际分析中发现研究区旺长期和成熟期均温都在烤烟最适生长范围内，因此，在气候适宜性分析过程中不再考量。

表2 靖西烟区与国外优质烟区间气候的相似距离

土壤养分因子主要包括表征土壤养分状况的大量元素和有机质含量，因此，为明确对烟叶品质影响较大的土壤养分因子，对研究区土壤大量元素、pH和有机质含量与烟叶品质数据进行分析，结果见表3。

由表3可以看出，土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮含量与烟叶品质相关指标相关性较强，与烟叶K2O含量的相关系数达到极显著水平，因此，在对烟区进行土壤适宜性评价中，选取土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮含量5个指标进行。地形因子主要选取海拔和坡度2个地形特征作为适宜性评价指标。

表3 烟叶品质与土壤养分相关分析

注:*、**分别表示显著、极显著相关。

3.2 靖西烤烟种植生态区划指标量化

选定了生态因子，各因子的权重是评价的关键，对烤烟生态适宜性进行评价，主要是反映研究区生态资源对烤烟种植的适宜程度。参考相关研究和当地种植专家意见，给定各生态因子适应性种植范围。本文利用主成分分析法确定土壤养分因子的权重，利用层次分析法确定气候和地形因子的权重(表4)。

表4 烤烟综合区划指标量化表

3.3 生态分区判断矩阵

对气候、土壤养分、地形各层次分别进行适宜性分析，获取不同层次的适宜性分区，根据层次分析法对3个层次进行打分，确定各层次权重，结果见表5。

表5 靖西烟区生态分区判断矩阵

3.4 生态适宜性分析

在获取各层次适宜性分区和各自权重之后，本文利用指数和法计算研究区生态综合指数，根据综合指数进行生态适宜性分区，结果见图2。

图2 靖西烤烟种植生态适宜性分区

由图2可以看出，按照烤烟种植生态适宜性将靖西烟区分为适宜区、较适宜区和不适宜区3个分区，适宜区主要集中在大甲、新圩、新靖、武平、同德、胡润等乡镇，其中，大甲、胡润、武平3个乡镇的适宜区面积比例均在90%以上，新圩、新靖、同德3个乡镇的适宜区面积占比50%以上；较适宜区分布在壬庄、岳圩、化峒、地州、渠洋等乡镇；不适宜区主要集中在龙邦和禄峒的部分区域。适宜性分区汇总表见表6。

4 结论

在影响烟叶内在化学成分和烟叶香气风格的诸多因素中，生态环境起着主导作用。适宜的生态条件有利于烟叶香气物质的形成，本文通过层次分析法、主成分分析法、指数和法等技术手段对广西最大的烟区靖西烟区进行生态适宜性评价。得出以下结论：

(1)在气候因子中，与美国、巴西、津巴布韦三大优质烟区相比：靖西烟区光温资源比较丰富，适合优质烟生长。伸根期降雨远低于国外优质烟区，而成熟期降雨又远高于国外优质烟区，旺长期降雨偏低，表明靖西烟叶生长可能在前期会受到干旱影响，但有利根系下扎发育，旺长期雨量偏少则可能会影响烟叶干物质积累，造成烟叶的产质量下降，成熟期雨水偏多容易导致烟叶贪青晚熟，品质下降。气候整体相似性而言，靖西烟区可能更适合采用类似巴西烟叶的生产栽培技术，但旺长期和成熟期降雨有可能成为限制因子。

(2)在土壤因子中，土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮含量等养分指标与烟叶品质指标相关性较强，与烟叶K2O含量的相关系数达到极显著水平。靖西烟区土壤养分指标多数处于烤烟种植适宜区，少数处于较适宜区，无不适宜区，这表明靖西烟区的土壤养分中不存在限制烤烟生长的因子。

表6 靖西生态适宜性分区汇总表

(3)在地形因子中，靖西烟区海拔都处于150～1400 m的烤烟种植适宜区和较适宜区，无海拔限制，坡度分区中烟区各乡镇都存在坡度大于25°的不适宜区，比例普遍在24%～34%区间，对烤烟生长有一定的坡度限制。

(4)靖西烟区按生态适宜性分区，有6个乡镇集中在适宜区，其中，大甲、胡润、武平3个乡镇的适宜区面积比例均在90%以上，新圩、新靖、同德3个乡镇的适宜区面积占比50%以上。5个乡镇集中在较适宜区，龙邦和禄峒2个乡镇大部分面积划分为不适宜区，各分区之间呈明显的带状过渡趋势。建议龙邦和禄峒部分烟区向适宜区和较适宜区转移。

本文基于GIS的空间分析方法将生态因素与烤烟种植构成一个整体评价研究区烤烟种植生态适宜性，对靖西烟区的烤烟种植规划及烤烟品质的提升具有重要意义。在实际生产中可以适当将种植区向适宜区转移，以最大限度地发挥当地生态条件的优势，形成广西独特风格的烤烟品牌。

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(责任编辑：曾小军)

Analysis of Ecological Suitability of Planting Flue-cured Tobacco in Jingxi Area of Guangxi

DENG Ming-jun1, SHI Yuan-yuan2*, GAO Hua-jun3, LIN Bei-sen3

(1. Guangxi Tobacco Company, Nanning 530022, China; 2. Guangxi Research Institute of Forestry Science, Nanning 530003, China; 3. Baise Tobacco Company of Guangxi, Baise 533000, China)

According to the meteorological data from many stations, the nutrient data of 200 soil samples, and the DEM altitude data of Jingxi tobacco-growing area of Guangxi in the year 2012, combined with the local production conditions, we selected 11 factors from the aspects of meteorology, soil nutrition and landform to analyze the ecological suitability of planting flue-cured tobacco in Jingxi area by using principal component analysis, analytic hierarchy process, index sum method and geostatistics with GIS. The results showed that: six villages and towns were concentrated in the most suitable region, the suitable planting area of Dajia, Hurun and Wuping towns all accounted for over 90%, and that of Xinxu, Xinjing and Tongde towns accounted for more than 50%; five villages and towns were concentrated in the more suitable region, including Renzhuang, Yuexu, Huadong, Dizhou and Quyang; the most part of Longbang and Ludong villages and towns was divided into the unsuitable region; there was an obvious banded transition among three regions. We recommended that some areas of Longbang and Ludong could be transferred to the most suitable region or the more suitable region.

Tobacco; GIS; Ecological suitability

2017-03-16

广西自然科学基金(2015GXNSFAA139100)。

邓明军(1980─)，男，农艺师，硕士，主要从事烟草生理生态相关工作。*通讯作者：石媛媛。

S572

A

1001-8581(2017)08-0086-05