基于GIS的云南省木薯种植适宜性区划

齐伟恒　彭琳　郜鲁涛

摘要：通过进行木薯种植适宜性区划研究，为云南省木薯产业的规划布局提供科学依据。根据云南省气候资源特点和木薯对生长环境的要求，分析确定了影响木薯生长分布的适宜性区划指标。结合云南省1 ∶25万地理信息数据、云南省109个气象站1981—2010年气候资料，选取年极端最低温度、年极端最高温度、年降水量、年平均温度、全年≥10 ℃活动积温5个气候因子，采用层次分析法求取因子权重，借助地理信息系统（GIS）空间分析技术对区划指标进行细网格推算，推算出无测站地区区划指标的空间分布情况，得出云南省1 km×1 km网格化气候资源空间分布结果，按照最适宜生长区、适宜生长区、次适宜生长区和不适宜生长区对云南省木薯种植进行区域划分，并制作云南省木薯种植区划专题图。区划结果表明：云南省种植木薯潜力很大，可以进一步发展木薯种植产业。

关键词：木薯；GIS；云南省；空间推算模型；区划

中图分类号： S1622；S127文献标志码：

文章编号：1002-1302（2017）16-0195-03

[HJ14mm]

收稿日期：2016-08-24

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划（编号：2014BAD10B03）。

作者简介：齐伟恒（1992—），男，黑龙江佳木斯人，硕士研究生，研究方向为地理信息系统。E-mail：2546048153@qqcom。

通信作者：杨林楠，博士，教授，主要从事农业信息技术研究。E-mail：lny5400@sinacom。[HJ]

木薯别称南洋薯、木番薯等，为世界七大作物之一，既是重要的粮食资源，又是重要的工业原料。发展非粮木薯能源产业已成为解决我国能源问题的现实需求[1-2]。近年来，随着乙醇等工业发展对木薯的需求量日益增大，云南省以其得天独厚的气候资源优势已成为我国木薯的主要种植区域，开展云南省木薯种植气候区划研究，并为云南省木薯种植提供合理的布局建议，解决盲目种植、增产不增收等问题，对于促进云南省木薯产业的发展具有重要意义。

目前，云南省木薯区划研究以调查和考察方法为主，对气候资源丰富、地形地貌复杂的云南省，无法科学全面地反映木薯的地理分布和生产状况。利用地理信息系统（GIS）的空间分析技术对区划指标进行细网格推算是区划研究的主要手段，例如文勇军等开展云南辣木种植生态适宜性区划研究[3]，主要采用气候因子栅格图进行叠加得到生态适宜性专题图；金志凤等进行浙江省茶树栽培适宜性评价研究，对气候因子进行了细网格推算[4]；苏永秀等对广西木薯种植细网格气候区划研究采用统计学方法建立区划指标和数学模型得到区划图[5]。

本研究针对云南省的气候资源特点和木薯生长发育的实际情况，在总结和分析前人调查、研究的基础上，利用GIS空间分析技术，结合细网格推算、反距离权重插值法等技术，对云南省木薯进行精细化适宜度分区研究，以期对云南省木薯的合理种植提供科学依据，促进云南省木薯产业的发展。

[BT1#][STHZ]1材料与方法

11云南省自然地理状况

云南省简称云或滇，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，全省东西横距最大为8649 km，南北纵距最大为900 km，总面积394万km2，占全国陆地总面积的41%，居全国第8位。在云南省全省地形地貌中，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764 m。从整个位置看，云南省北依广袤的亚洲大陆，南连毗邻辽阔的太平洋、印度洋的东南亚半岛，处在东南季风、西南季风控制之下，又受西藏高原区的影响，从而形成了复杂多样的自然地理环境。

低纬度、高海拔的特殊地理位置导致云南省年平均温度在15～20 ℃之间，能够满足木薯对气候条件的要求，得天独厚的自然资源使云南省成为我国木薯的主要产地之一。

但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5～24 ℃，≥10 ℃活动积温900～8 220 ℃·d，年降水量500～2 250 mm，最热月平均气温20～28 ℃，最冷月平均气温8～10 ℃；南北纵距900 km，涵盖了我国从海南到东北的大部分气候类型。气候类型的复杂性使得云南省木薯的分布也具有复杂性。

12数据来源

气象资料来源于云南省109个气象站，包括云南省逐日基本气象要素数据，资料年限为1981—2010年，此外还有观测站的海拔、经度、纬度等地理属性数据，以及各站点记录的温度、降水量、相对湿度、活动积温等。采用1 ∶25万云南省基础地理信息数据进行研究，气象站点分布如图1所示。

13研究方法

利用云南省气候因子数据，能够基本反映云南省气候资源的分布情况。针对云南省地形复杂、观测点数量有限并且分布不均匀等问题，采用逐步回归分析法构建空间推算模型[8-10]，能够完全地反映资源的空间分布特征，解决数据量不足的问题，得到较准确的空间分布结果，达到客观准确地反映气候资源分布的目的。

131建立空间推算模型本研究以经度、纬度、海拔等地理因素作为自变量因子，将气象数据中对木薯生长有主要影响的气候因子作为因变量。模型表达式为M=f（λ，φ，h）+ε。其中：M表示对木薯生长有主要影响的气候因子的实测值；f为推算值；λ、φ、h分别为经度、纬度、海拔因子；ε为残差，即实测值与推算值的差值。

以年平均温度為例构建区划指标空间分析模型：年平均温度Tave=-0192λ-0542φ-0004h+55025，R2=0706，F=84019。各推算模型R2处于0706～0816之间，选择的气候因子与地理因素之间有极高的相关性，且各个方程均通过了α=001的显著性检验，线性回归效果十分良好。

132筛选木薯区划指标

相关科学研究资料表明，木薯是热带和亚热带作物，喜高温，不耐霜雪，耐贫瘠，对土壤要求不高，适宜海拔在2 000 m以下，在生长发育期间要求热量丰富，适宜在年平均气温18 ℃以上、无霜期在8个月以上、600～6 000 mm 的年降水量地区生长，在年平均气温≥21 ℃、日均温差6～7 ℃、年降水量1 000～2 000 mm且分布均匀的地区最适宜生产栽培。发芽的最低温度为14～15 ℃，18～20 ℃ 可正常生长，最适宜生长的温度为25～29 ℃，14 ℃ 以下停止生长，10 ℃以下出现冻害，温度超过48 ℃停止光合作用[5，9]。

利用层次分析法确定气候适宜性区划因子权重是常用方法[11-12]。本研究采用层次分析法来确定木薯适宜性区划因子权重，如图2所示进行分层。

本研究参照层次分析法的判断矩阵标度和专家打分的方法，以定量的方式给出了各区划因子的相对重要性，最终得到了各个区划因子权重，详见表1。

计算结果表明，一致性比率CR=0043<01，证明判断矩阵中各因子之间的关系具有满意的一致性，通过了检验。

根据区化因子的权重，再结合云南省木薯生长发育对生态环境的要求，对影响木薯种植的区划因子进行等级划分，可分为最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区[5]，具体等级指标见表2。

2结果与分析

对均匀分布在云南省各地区的109个气象站收集1981—2010年的气象资料，利用反距离权重插值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、降水量等区划因子栅格图（图略）。针对不同的作物和农业气候指标，使用不同的分区方法，这样才能使区划更具准确性。在对已有的分区方法进行分析的基础上，采用集优法对木薯进行适宜性区划[14]。

根据表2所列出的区划指标、区划等级，设Ai1、Ai2、Ai3、Ai4分别为对应的第i个因子所求得的最适宜区、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=A11∩A21∩…∩A51；适宜区，S2=A12∩A22∩…∩A52；次适宜区，S3=A13∩A23∩…∩A53；不适宜区，S4=B14∪B24∪…∪B54。

将得到的分区分别赋予不同的颜色，并叠加县边界、图例、指北针、经纬网等，最终得到了云南省木薯的生态适宜性区划专题图，如图3所示。

21最适宜区和适宜区

由图3可看出，云南省木薯种植最适宜区和适宜区主要集中在滇南地区，包括瑞丽、陇川、潞西、盈江、耿马、澜沧、勐海[CM（25]、景洪、思茅、勐腊、金平、河口、马关、元阳等多个县（区），

适宜木薯生长。保山、文山、红河等地区，环境条件适宜，也比较适合木薯生长，在滇北少部分地区也有比较适合木薯生长的地方，但由于海拔、温度等因素的影响，分布面积较小。

从区划图可以看出，木薯最适宜生长区范围很小，主要在勐腊地区，这里年平均温度≥21 ℃，≥10 ℃的年活动积温 >7 500 ℃·d，年降水量为1 200～2 000 mm。光照充足，热量丰富，温度和降水量适宜，各项条件均满足木薯生长的最适宜条件，是木薯种植重点的发展区。

适宜区包括瑞丽、陇川、潞西、盈江、耿马、澜沧、勐海、景洪、思茅、金平、河口、马关、元阳等多个县（区），适宜木薯生长。该区域年平均温度20～21 ℃，≥10 ℃的年活动积温在 6 500～7 500 ℃·d 之间，年降水量在1 000～1 200 mm之间或 >2 000 mm。该区气候条件和最适宜区比较相对较弱，但光照充足，雨量充沛，仍然可以满足木薯生长需要，也可以在该区大面积种植木薯。

22次适宜区

由图3可以看出，在适宜区以北的地区，包括丘北、广南、富宁、砚山、石屏、云县、凤庆、易门、昌宁、景东等县（区）为次适宜区。该区年平均温度在18～20 ℃之间，≥10 ℃的年活动积温5 500～6 500 ℃·d，降水量在600～1 000 mm。该区降水较充足，光照较丰富，但不及最适宜区、适宜区，可以进行木薯种植，但产量、质量与最适宜区、适宜区相比会有所降低。

23不适宜区

云南省其他地区则为不适宜区，由于热量、光照等难以满足木薯生长发育要求，故在不适宜区不要盲目发展木薯种植产业。

3结论

根据云南省的气候资源特点及木薯生长发育对环境的要求，确定了5个气候因子作为区划指标，建立空间推算模型；借助GIS空间分析技术，采用反距离权重插值法进行内插，得到各因子的栅格图，再将每个因子栅格图进行叠加操作，最终得出云南省木薯的生态适宜性区划专题图；对云南省木薯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木薯的合理种植提供依据；对云南省木薯生长区域进行划分，分为最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区。

本次区划选取的数据量大，气象站点基本覆盖了全云南省，而且选取区划因子有一定的科学依据，能够大体反映木薯在云南省不同地区种植的适宜性，可为云南省木薯种植布局提供科学建议。

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