基于GIS的乐山市茶叶种植气候区划

尹娟++王可耀

摘要 乐山市处于四川盆地向西南山地的过渡带，作为四川省优质茶产区，茶业已成为乐山市优势最明显、市场最稳定、效益最好、农民收益最稳定的产业和全市农村经济第一产业。本文基于GIS技术，构建气候适宜性评价指标体系，通过空间插值分析，建立小网格推算模型，选用层次分析法和专家打分法确定各评价指标的权重，将乐山市茶叶气候适宜性划分为适宜、较适宜和不适宜3类。通过对乐山市茶叶气候区划进行研究，为乐山市政府进行农业产业结构调整提供决策依据，对优化茶叶种植的总体布局具有科学的指导意义。

关键词 气候区划；茶叶种植；气候适宜性；小网格模型；GIS；四川乐山

中图分类号 S162.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）19-0179-03

Abstract Leshan City is in the transition zone of Sichuan Basin to southwest mountainous area.As the high-quality tea producing area in Sichuan Province，tea industry has already become the industry with the most obvious advantage，the most stable market，the best benefit and the most stable income of farmer in Leshan City.In this paper，the climate suitability evaluation index system was constructed based on GIS technology.Fuzzy comprehensive evaluation model was set up through the analysis of the spatial interpolation. The analytic hierarchy process and expert scoring method were used to determine the weight of each evaluation index，the tea suitability in Leshan City was divided into 3 categories，including suitable，more suitable and not suitable. The study on tea climatic regionalization in Leshan City can provide decision basis for Leshan government to conduct agricultural industrial structure adjustment.It has scientific guiding significance for general layout of tea plantation structure optimization.

Key words climate zoning；tea plantation；climate suitability；small grid reckoning model；GIS；Leshan Sichuan

乐山市位于28°25′～29°55′N，102°55′～104°00′E之間，地处四川省中南部、四川盆地西南部、成都平原至川西南山地过渡地带。乐山市面积为12 827 km2，约占四川省幅员面积的2.64%，地形趋势为西南高、东北低，全市最高海拔为4 235 m，最低海拔为296 m，高差显著。全市拥有山地、丘陵、平坝等多种地形地貌，山地面积占乐山市总面积66.5%，丘陵占总面积的21.0%，河谷平原占总面积的12.5%。乐山市内部自然地形条件复杂、大气环境多变，形成了多种气候类型。乐山市位于东南季风和西南季风影响区域（除高山外），年平均气温在16.5～18.0 ℃之间，全年≥10 ℃积温为5 200～5 600 ℃，年平均无霜期为300 d以上，年平均霜日在4.2～9.4 d之间，年平均降雪日数只有1.0～2.7 d，年平均日照时数816.8～1 018.1 h。总体特点是气候温和、四季分明、热量丰富、雨量充沛、水热同季、日照偏少、无霜期长，山区气候带垂直分布特征明显，平原、丘陵地区热带季风湿润气候特征显著。目前，四川省茶叶气候区划的研究尚未深入开展，系统的茶叶研究也主要集中在蒙顶山片区（以雅安市为代表），却鲜有学者对峨眉山片区茶叶（以乐山市为代表）的农业气候区划进行系统的研究分析。气候是影响农作物的重要指标，虽然雅安市与乐山市毗邻，但是乐山地区和雅安地区在气候条件上显著不同，所生产的茶叶品种亦有所不同。因此，对乐山茶叶进行气候区划对优化茶叶种植的总体布局有指导意义。

1 茶叶生长发育的农业气象条件

从种植茶叶的气候条件上来看，乐山地区主要生产以中、小叶茶种为主的绿茶，乐山市茶叶因热量条件差异分为两大部分上市，即坝丘茶区和高山茶区。上市茶叶可分为春茶、夏茶和秋茶3季。由于茶叶品种过多过杂，以大概情况来看，春茶一般采茶上市期为2月下旬至5月（其中以4月初清明前茶叶最为优良），夏茶上市期为4月下旬至7月下旬，秋茶一般为8月下旬至10月。春茶、夏茶制茶、上市时间接近或有交叉重叠，春茶和初夏茶占全年茶叶生产、销售的80%，秋茶则只占20%。本文主要以春茶生长发育周期进行气候区划。茶树为多年生常绿灌木，气候环境适应力强。从相关文献来看，茶树喜欢生长在温暖湿润的地区，不耐严寒、不耐酷暑，以亚热带及热带地区的气候为宜。温度在20～25 ℃时生长最旺，年降雨量在1 500～2 500 mm均适合。茶树喜湿忌涝，满足其正常生长的年降雨量在1 200 mm以上，最适宜的年降雨量在300～1 500 mm以内，相对湿度接近80%或以上。冬季茶树能耐受的极端低温在-18～-5 ℃之间，不同品种间差异明显。大叶种茶在-5 ℃时，叶片明显受冻；中、小叶种茶树可耐较低的极端气温，但极端低温低于-10 ℃茶树不可生长。茶树的分布主要受降雨量、温度、海拔、风力与日光等自然环境的影响。

2 气候适宜性评价等级划分方法

2.1 乐山市茶叶种植区划评价指标体系

气候适宜等级反映了气候对作物生长的适宜程度。本文运用ArcGIS中的重分类将茶叶气候适宜性等级划分为适宜、较适宜、不适宜3类。①适宜：气候没有限制性，茶树在生长过程中不受限制或者受到限制较小，不会降低茶叶的产量或效益，不需要增加超出可承担水平的费用。②较适宜：气候有限制性，茶树的生长受到气候条件一定的限制，茶叶的产量或效益受到一定的影响，在一定程度上降低了生产力或效益，但是增加投资和费用，仍然能够获取利益。③不适宜：气候条件对茶树的生长有限制，对茶树生长条件或品质有影响。

参考相关研究分析成果，结合乐山市的实际状况以及野外调查，咨询当地科技人员和茶农，确定并选取气候、地形2个影响茶树生长的关键因子作为茶叶气候适宜性评价指标（表1、2）。

2.2 空间插值

由于气象站点比较稀疏，无法精确地反映出高空间分辨率的气象要素特征，因而需要对气象数据进行小网格推算[1-5]。通过内插、数学计算等方法来建立山地气候的空间分析模型，能比较科学地推算气候区划指标在无监测站区域的空间分布情况。为获得评价指标与地理因子（经度、纬度、海拔）的关系模型，以乐山市8个监测气象观测站地理信息资料（经度、纬度、海拔）为基础，采用多元回归分析方法，结合全省各站50年气候观测资料，将240个区域自动站近3年气温、降雨气象要素作为气象补充资料。依据乐山国家大监站资料对区域站资料进行订正、查补延长。订正方法：温度采用多元线性回归，降雨量采用随山体高度变化规律内插分析。通过数理统计分析方法建立各评价指标的小网格推算模型（表3）：

式（1）中，X表示评价指标（如2月平均气温、3月平均气温等），i、 j、h分别表示经度、纬度和海拔，ε为残差项，即实际观测值和模型推算值的差。本文主要用回归算法，其中，复相关系数（R）和方差分析确定回归方程是否有意义。

2.3 确定权重

在本文气候适宜性评价中，采用主客观相结合的赋权方法，利用层次分析法、专家打分法主客观赋权法，确定各评价因子的权重，请专家比较同一层次各因子对上一层次的相对重要性，给出数量化的评估。专家评估的初步结果经合适的数学处理后反馈给专家，请专家重新修改或确认。经多轮反复形成最终的判断矩阵。从定性到定量的层次构造思路建立层次分析模型[6-8]，提高乐山市茶叶种植的气候适宜性评价指标权重的科学性和准确性。根据公式（2）进行计算，通过层次分析法和专家打分确定各因子权重。

式（2）中，Wi为评价因子权重，xi为评价因子i对茶叶种植适宜地的相对重要性，n为参加打分的专家人数。

一是建立评判对象的因素集，对茶树生态环境适宜性作出评判，影响其评价的因素很多，根据气象指标体系各因子建立一个因素集。二是建立评判集，茶树生态环境适宜性，可取V=（优，一般，差）。通过层次分析法和专家评分的方法确定各评价指标的权重。设≥10 ℃积温为A1，极端最低温度为A2，2月平均气温为A3，3月平均气温为A4，2—10月空气湿度为A5，2—4月总降水量为A6，2—3月日照时数为A7，海拔为A8，坡度为A9，坡向为A10，得到表4所示的矩阵表。

根据和积法计算权重，得到各指标权重（表5）。最大特征根13.455 27；一致性指标0.383 918 4；一致性比率0.257 663 3。

3 气候适宜性评价结果

通过ArcGIS的空间分析后，根据气象指标，得出海拔、坡度、坡向、年均≥10 ℃积温分布、气温分布、相对湿度分布、日照分布等乐山市茶叶种植的气候适宜性评价区划图，并根据权重重分类得到乐山市茶叶种植适应性分布（图1）。

3.1 适宜区

乐山市茶叶种植适宜区面积较大，约占全市总面积的1/2，主要分布于沿乐山市西北—东南一线，北起夹江西北部，向南、西南延伸，经峨嵋、沙湾等地，至五通、犍为、沐川的界接处，再往南是沿马边河流域以及沐川五指山，西部有峨边大渡河流域的小部分区域，山区海拔高度在河谷100 m以上海拔1 000 m以下，茶叶种植气候条件最优。一是从水资源来看，此区域是全市降雨量最多的区域，年降雨量为1 400 mm以上，2—4月降雨量在150 mm以上，春季有足够的降水保证，自然降雨能基本满足优质茶叶形成的水分需求；从地理环境来看，普遍具有丰富的地表水资源，茂盛的植被也具有优良储水功能，使茶叶种植区域年平均相对湿度各个季节常年维持在70%以上，土壤储水量也能维持较高水平。二是热量条件较好，产量较高，是乐山市规模种植茶场最集中的区域。三是春茶开采日期早，一般2月下旬或3月上旬有茶可采。本区域茶叶生产兼具优质、高产、高效益等多重优势，是种茶最为适宜的区域。

3.2 较适宜区

乐山市茶叶种植较适宜区主要分布于西部、南部小丘陵区。该区域主要气候特征为热量资源丰富、春季回暖早，茶叶产量高。但由于区域降雨量偏少，特别是春季，春季比较干燥，茶叶的质量比适宜区差。较适宜区可分为2个亚区：一是大约海拔750 m以下，稳定通过10 ℃初日日期在3月21日以前；二是大约海拔750 m以上，稳定通过10 ℃初日日期在3月21日以后。前者早春茶产量产值高于后者，经济效益有比较明显的差异。海拔750 m以下区域在乐山市西部的中山区，气候特征是降雨量丰富（干燥度<0.4茶葉质量高），可产高品质的茶叶；但热量条件较差，茶叶产量比海拔750 m以上的区域低，规模种植效益不高，局地小气候环境条件好的地方可零星种植。海拔750 m以上的茶场由于温度、水汽配合较差，应进行人工设施栽培，例如喷灌、滴灌、增加地表覆盖等，改善茶场水分和空气湿度条件，新建茶场适宜选择在较大水体附近，例如水库、成片的冬水田等。应该适当种植树木以减少直接光照，同时间种秋粮、牧草，饲养牛羊，发展畜牧，以畜养茶等以提高利用率。

3.3 不适宜区

乐山市茶叶种植不适宜区主要位于西部的高山区域，分布于峨边彝族自治县、马边彝族自治县、金口河区、沙湾区部分地方以及岷江东部土壤偏碱的地方。由于气候主导因子不能满足茶叶种植的基本需求，光、温、水等匹配不适宜，故不宜茶树栽培[9-10]。

4 茶叶种植与气候区划对比分析

由图2、3可知，目前乐山市茶叶种植呈北部、南部种植面积多而中间区域低的形势（数据来源于乐山市农业局）。这与气候区划结果有比较大的出入，主要表现在气候适宜性区划中，适宜区的井研县、市中区等大部分区域目前种植面积为全市最小，沙湾区、五通桥区等适宜区种植面积小；与区划结果比较一致的是峨边、马边及金口河区为种植的不适宜区，生产状况与区划情况较为类似。

4.1 市中区、井研县（茶叶种植面积最小）

市中区周围的农地曾经是种植茶叶的主要区域，由于市中区经济产业结构调整，曾经的农田被高、新、尖科技技术园区崛起占领，使得近15年市中区茶叶种植面积大幅度萎缩。井研县发展柑橘、经济林木种植，而没有向茶叶种植方向发展。但就本文区划来看，气候适应性及气候变迁与相邻的夹江县类似，有利于种植茶叶，不利因素是井研县年干燥度条件相对较差[11-12]。茶区干燥度一般要求在1.0以下，主产区要求在0.7以下，名茶区多在0.5以下，年干燥度介于0.4～0.7之间，峨嵋山市几乎从低海拔到高海拔全部适宜，夹江县、沐川县和市中区大约在海拔400 m以上符合干燥度条件，犍为县大概在海拔600 m以上比较满足，而井研、马边干燥度适宜区则上升到海拔800 m以上，峨边干燥度适宜区则上升到海拔1 200 m。如果种植品质较好的茶叶，井研县的种植适宜性要求海拔高度高一些。根据走访调查，井研县部分区域出产茶叶，如胜泉乡、高凤乡、天云乡、镇阳乡等地，而且茶叶质量也不错，能够供应峨眉竹叶青厂家，但是由于茶园管理不善，近年来种植面积萎缩。对于井研县来说，未来可以将茶叶种植作为农业产业结构调整的备选方案。

4.2 峨边县、金口河区（茶叶种植面积小）

峨边县、金口河区由于气候适应性条件限制，大部分区域不适宜种植绿茶、春茶，这也与气候区划结果一致。但是在高山部分地区，可因地制宜选种适合生长的红茶，或者在局地小气候环境条件好的地方可零星种植高山绿茶。

4.3 五通桥区及沙湾区（茶叶种植面积小）

五通桥区及沙湾区主要以发展工业为主，种植区域也正好介于适宜与较适宜交叉段，茶叶质量不够优良，规模种植效益不高，建议继续维持目前小范围种植态势。

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