海南岛橡胶树栽培适宜性评价初探*

刘少军，戴丽琼，王 斌，李伟光，蔡大鑫，张国峰

(1.海南省气象科学研究所/海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海口 570203； 2.海口市气象局，海南海口 570203)

0 引言

橡胶树原产巴西，是典型的热带雨林树种，喜高温高湿。受世界天然橡胶需求量增长的影响，橡胶树开始向边缘区域扩展。海南是我国橡胶种植的主要生产基地之一，属于非传统植胶区，低温寒害和台风灾害严重影响橡胶产量及橡胶树的经济寿命[1]。由于橡胶树盲目扩张种植，导致部分新种植区产量低、抗风险能力不强。因此，合理种植橡胶，不但可以实现农民增收、农业增效，而且对有限的耕地资源的可持续利用具有重要的意义。在橡胶树适宜性评价方面，前人已经做了大量的研究。吴炳孙等[2]利用GIS与模糊数学模型，开展了儋州市橡胶种植用地适宜性评价； 俞花美等[3]探讨了橡胶种植生态适宜性评价的发展方向； 张莉莉[4]基于GIS技术开展了海南岛橡胶种植适宜性区划研究； 苏文地等[5]基于主成分分析方法开展了海南儋州橡胶种植的适宜性评价； 齐福佳等[6]开展了临高县橡胶种植土地适宜性评价； 唐群锋等[7]采用耕地地力评价方法对花岗岩类多雨区橡胶园的地力进行了评价； 曹阳等[8]建立了区域橡胶种植适宜度评估模型； 欧滨等[9]运用特尔斐和层次分析熵法确定了白沙县龙江农场的橡胶园等级； 刘少军等[10-12]基于农业气候资源与农业气象灾害的综合影响，并结合模糊综合评价模型，开展中国橡胶树种植气候区划，并预测了未来气候变化对中国橡胶气候适宜性区的影响，同时开展了海南岛天然橡胶气候适宜性及变化趋势分析； Adzemi等[13]采用日平均最高温度、平均日最低气温、年平均降雨量、日照、最大风速、年平均相对湿度和旱季的长度开展马来西亚橡胶树气候适宜区划。中国橡胶种植的适宜面积有限，仅依靠植胶面积的增加来提高我国天然橡胶总产量不是长远之计，实现橡胶树高产稳产才是发展天然橡胶的生产的必由之路[14]。由于橡胶树栽培与气候、土壤、地形等要素密切相关，温度、水分、光、风、土壤条件、海拔和地形条件是影响橡胶树高产高效的因素[15]，但目前橡胶适宜性评价的选择大多仅考虑了气候因素，导致评价结果较为粗放。因此，该研究尝试从气候、地形、土壤等因子出发，开展海南岛橡胶树栽培适宜性评价，阐明海南岛不同的橡胶栽培适宜区域分布，以期为政府和相关部门开展橡胶种植和规划提供参考依据。

图1 橡胶栽培适宜性评价流程

1 数据和方法

1.1 数据

1981～2010年气候标准年的海南岛地面气象逐日数据来源于海南省气象局，包括温度、降水、风速、辐射等要素。土壤数据来源于世界土壤数据库(Harmonized World Soil Database v1.2，http：//www.fao.org/soils-portal/soil-survey/soil-maps-and-databases/harmonized-world-soil-database-v12/en/)。海南岛县界行政区数据来源于国家基础地理信息网站提供的1： 400万基础地理信息数据，DEM数据来源于http：//srtm.csi.cgiar.org/。

1.2 评价指标及方法

橡胶树栽培适宜性评价主要根据气候数据、DEM数据、土壤数据，分别提取相应的气候适宜性因子、坡度影响因子、土壤质地、pH影响因子，通过归一化处理后，经过 GIS 技术完成了基于气候—地形—土壤的海南岛橡胶树栽培适宜性评价图。具体流程见图1。

1.3 评价因子

(1)橡胶树气候适宜性因子。采用最大熵MaxEnt模型3.3.3k版实现(http：//www.cs.princeton.edu/～schapire/maxent/)。具体步骤：基于已有的天然橡胶种植区划范围和106个中国橡胶林地理分布点数据，结合天然橡胶生产区域的气候特征，参考他人的研究方法[10-11]，确定的影响橡胶树种植的5个主导气候因子(最冷月平均温度、极端最低温度平均值、月平均温度≥18℃月份、年平均气温、年平均降水量)。将5个主导气候因子作为环境因子，输入MaxEnt模型，最大熵模型预测结果即是橡胶树在待预测地区的存在概率，将该存在概率作为橡胶树种植的气候适宜性评价指数[10-11]。

(2)坡度影响因子。坡度和坡向对橡胶树栽培均有一定的影响[16]，但由于坡位对橡胶树的影响不太清晰，该研究仅考虑坡度对橡胶树的影响[6]。坡度的提取主要通过ArcGIS10.1软件的Spatial Analyst模块实现。

(3)土壤评价指标。橡胶树生产和产胶所需要的大量养分主要来自于土壤，土壤的质地、土壤pH、土壤TN、TP、TK含量均对橡胶生产有影响。橡胶树的正常生长依赖于良好的土壤环境。橡胶树喜欢酸性土壤，适宜生长的土壤酸碱度在pH 4.5～5.5之间，当土壤中pH<4.0或>7.0时，橡胶树会出现根部腐烂甚至坏死的现象。不同胶园土壤类型、肥力相差很大，通过改善胶园土壤肥力，提高橡胶产量的幅度也不同[17]。由于橡胶种植土壤肥力主要通过人工施肥来完成，质地对土壤保肥能力和肥料的有效性具有重大影响[18]，因此在土壤评价指标中仅选土壤质地和土壤pH作为评价指标，通过ArcGIS10.1软件从世界土壤数据库中提取相关的图层。

1.4 橡胶树栽培适宜性评价指标体系

为了消除各指标的量纲和数量级的差异，采用式(1)对每种指标进行归一化处理。

(1)

式(1)中，G是指标的规范化值；Ji是第i个指标值；maxi、minj分别是指标值中的最大值和最小值。

在参考相关文献的基础上[6-12]，确定了橡胶树栽培与适宜性评价指标体系(表1)。

表1 橡胶栽培适宜性评价指标体系

适宜等级气候适宜分级指数影响指数土壤质地分级指数影响指数土壤pH分级指数影响指数坡度分级指数(゜)影响指数一等地>0 601壤土14 5～5 510～51二等地0 32～0 600 8粉砂壤土、沙壤土0 85 5～6 00 85～100 8三等地0 03～0 320 6砂质粘壤土0 66 0～6 5或4 0～4 50 610～150 6四等地0 01～0 030 4壤沙土、砾质壤土0 46 5～7 00 415～200 4五等地<0 010 2砂土、粘土0 2>7 0或<4 00 2>200 2

1.5 橡胶栽培适宜性评价

采用ArcGIS10.1中条件函数“con”函数对各评价单元的栅格数据进行评价，得到海南岛橡胶栽培适宜性评价值。

(2)

式(2)中，P为综合评价值;ui(x)为第i个指标图层的隶属度;ai为第i个指标图层的权重。采用层次分析法确定各评价因子对橡胶树栽培的影响大小即权重值，采用专家打分并结合实际情况确定气候适宜性、土壤质地、土壤pH、坡度指数的权重分别为0.3、0.15、0.15和0.4。将模型运算的结果划分为4类，分别为：高适宜区(0.8～1.0)、中适宜区(0.6～0.8)、低适宜区(0.4～0.6)、低适宜区(<0.4)。

2 结果分析

2.1 气候适宜性因子

根据MaxEnt模型计算的结果，对海南岛天然橡胶种植的气候适宜性指数进行归一化处理，取值范围[0， 1]，气候适宜性指数越大，表明该处适宜种植橡胶树的概率就越高。从图2可以看出，气候适宜性指数越大，表明该处适宜种植橡胶树的概率就越高。气候适宜性指数高值区主要分布在海南岛的儋州、乐东、白沙、保亭、万宁等； 低值区分布在文昌东北部、琼中、乐东的西部、三亚的南部的沿海区域。

2.2 土壤指标

海南岛上土壤类型有壤土、粉砂壤土、沙壤土、砂质粘壤土、壤沙土、砾质壤土。根据其对橡胶适宜性的影响程度(表1)，从图3可以看出，海南岛的土壤质地好的地段主要分布在海南岛的北部及西部沿海； 低影响区域分布在白沙、乐东、五指山的局部区域。

根据海南岛土壤pH对橡胶适宜的影响程度，从图4可以看出，海南岛大部分区域土壤pH适宜种植橡胶； 仅西部沿海、海南岛北部及东部沿海的部分区域不适宜种植橡胶。

2.3 坡度因子

从图5中可以看出，海南岛中部的坡度指数较低，对橡胶种植不利； 其他区域对坡度的影响较大。

图2 海南岛橡胶气候适宜性指数 图3 海南岛土壤质地影响指数

图4 海南岛土壤pH影响指数 图5 海南岛坡度影响指数

图6 海南岛橡胶栽培适宜区 图7 2006～2010年海南岛农垦平均橡胶产量分布

2.4 胶树栽培适宜性评价

根据橡胶树栽培适宜性评价因子，分别将气候适宜性、土壤质地、土壤pH、坡度指数代入模型，计算综合指数代入式(1)，按照等级标准划分为高适宜区、中适宜区、低适宜区不适宜区。从图6中可以看出，橡胶树栽培种植的高适宜区分布在儋州、昌江、文昌的西北部、琼海、万宁陵水等地； 中适宜区分布在临高、澄迈、定安、文昌、屯昌等地； 低适宜区分布在东方、乐东、五指山等地； 少量不适宜区分布在琼中中部地区。

2.5 结果的验证与分析

根据海南省植胶现状图(49万hm2)[19]，对比分析海南岛橡胶树栽培适宜性评价等级划分，可以发现评价获取的结果基本符合当前天然橡胶的种植现状，能客观反映目前橡胶种植的实际情况，从一定程度上说明该方法是可行的。研究结果与海南岛农垦近5年平均橡胶产量分布(图7)对比分析可以看出，海南岛橡胶栽培适宜区的高低程度，与橡胶实际产量高低分布大体一致。从总体上看，该研究的适宜性评价结果能准确反映海南岛橡胶种植的空间差异，最适宜区均表现为气候适宜性程度高、土壤良好、坡度适宜等特点。可见，气候—土壤—地形条件是保障橡胶栽培稳产高产的前提因素。

3 结论与讨论

海南岛植胶区具有台风、寒害和土壤贫瘠等环境特点[14]，橡胶树要获得高产高效应首先做好宜林地规划[20]。该研究综合考虑了橡胶树栽培中气象要素、土壤和地形的影响，确定了气候适宜性因子、地形因子、土壤因子作为海南岛橡胶栽培适宜性评价指标，并在前人研究的基础上[6-12]，建立了橡胶树栽培与适宜性评价指标体系，开展了海南岛橡胶栽培适宜性评价，确定了海南岛不同区域种植橡胶是否适宜以及适宜的程度，从宏观上反映了海南岛橡胶树栽培适宜性的空间差异。该文研究结果可为橡胶种植提供参考，有利于减少盲目种植带来的风险，提高橡胶种植的经济效益。

橡胶树栽培与气候、土壤、地形等要素密切相关。温度、降雨和太阳辐射是影响产胶量的主要气象因子，其相互影响并以累加效应作用于橡胶产胶； 主要土壤营养元素氮、钾、磷和镁通过影响光合作用等影响胶乳合成，并因影响胶乳的稳定性而影响排胶[21-22]。土壤、地貌在一定条件下对热作生产起到限制作用，也是橡胶栽培适宜性评价的重要因子[23]。由于地形、土壤中很多因子很难定量化表达其对橡胶产量的影响，如土壤营养元素、高度等，因此该文在评价因子选择中，仅考虑了其中的土壤类型、土壤pH、坡度等因子，存在一定的不足。从综合评价的结果来看，基本与实际情况一致，但仍存在少部分区域的评价结果与实际不符。因此，在指标的选择和分级方面需要不断的完善和改进。

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