基于GIS的通海县烟草种植适应性分析

黄 旭

（1.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059）

目前， GIS技术在我国烟草生产行业得到了广泛应用。Liu、Wang 等利用 GIS 技术中的克里金插值法对烟区土壤空间变异进行了系统研究[1-3]；叶协锋等综合利用GIS技术分别对河南省许昌市、南阳市、洛阳市烟区的种植适宜性进行综合评价[4]；何轶等利用GIS技术、模糊数学等对施甸烟区土壤养分状况进行了空间分析和综合评价[5]；陈海生等分别利用GIS技术、德尔菲法、Fuzzy数学隶属函数和AHP，根据各环境生态因子对烟草生长和品质的影响确立评价指标，对河南省、山东省、福建省烟区的生态适宜性进行了综合评价[6]；陆魁东等利用GIS技术和等级划分法，对湖南省烟草气候生态适宜性进行区划分析研究[7]等。从以上研究可以看出，以往对烟草用地生态适宜性的评价主要以省级、市级行政单元为单位，而忽视了县级行政单元内各乡、镇生态环境的差异，研究结果无法满足各乡、镇烟草种植生态环境综合分析的精度要求[8]。基于此，本文以通海县为研究区，将遥感图像与实地考察相结合，研究结果符合乡镇烟草生态环境综合分析的精度要求。

1 研究区概况及研究目的

通海县位于云南省中部，介于102°30′25″E～102°52′53″E、23°65′11″N～24°14′49″N之间，是云南烤烟高产县之一。2012年通海县共种植烤烟6万余亩（如图1），其中，田烟3万余亩，地烟2万余亩。烟叶收购875万kg，收购均价上涨10%；上等烟比例68%；中上等烟比例达93%，烟叶收购总量同比增长11万kg，完成年初计划的103%；烟农总收入超过2亿元，烟农种烟收益同比增长3 000多万元，种烟户均收入14 554元，烟草收入占通海县农业总收入的20%左右。烤烟产业是通海的优势产业、特色产业和支柱产业，是通海县财政增长和农民增收最可靠、最稳定、最长期的来源，对“三农”发展有着举足轻重的地位和作用[9]，是通海县经济重要的组成部分及通海乃至云南不可缺少的重要烟草种植基地。大面积种植烟草带来了诸多问题，如土地利用上规划上的不合理导致土壤的浪费、化肥使用超标导致土壤肥力下降、需水量不断增大等问题。

图1 通海县种植烟草用地分布图

2 研究方法

2.1 研究方法

GIS适应性分析是指针对某种特定开发活动的土地分析活动，包括城市化选址、道路选线、作物类型布局、农业应用、选择重新造林的最适宜的土地等[1]。其过程基本包括：首先，确定具体的活动、分析目的、任务、初始条件、搜集相关资料等；其次，就是选择影响目的的众多因子；然后把所有影响因子的地理数据输入计算机进行逐一类、筛选、分析、输出；再次，得到某一因子在某地域适宜分析目的的活动区域；最后，将所用的适宜区域加以综合，得出适合某种活动的最终区域，为土地使用者决策提供可行的建议与依据。

GIS分析法与重叠法综合应用：用GIS软件将输入的数据A进行分析，把符合一定条件的数据B提取出来；在B的基础上进行数据分析，再给一定的条件，提取出符合条件的数据C。依次叠放A、B、C数据，C放在最上面，就可以观察全区域内符合条件的区域。如首先对通海烟草用地数据a进行分析，提取出土壤酸碱度数据b，再对b进行分析，提取出土壤酸碱值在5.5～8的数据c。依次叠放a、b、c数据，c放最上面，就可得出通海县烟草用地酸碱度值在5.5～8的区域。同理类推，便可得到通海县最适合烟草种植的区域及次一级的区域。之后根据各个因素在烟草种植中的重要性，确定每个因素的权重，最后得出适合种植烟草的最优区域。

2.2 数据来源与处理

本文采用通海县2010年土地利用数据，再结合遥感图像观测与实地考察通海县烟草种植区域，在确定通海烟草土地利用数据正确的基础上，应用ArcGIS10.2对土地利用数据进行处理，分析每个影响烟草种植的因子，并按照相关学者确定的评价指标对通海县烟草种植适应性进行分析。

3 通海县烟草种植适应性分析的结果与讨论

对影响通海县烟草种植的相关因子进行适应性分析，得出适合种植烟草的种植区域。影响因子主要包括土壤因子、土壤PH、土壤有机物、氮、磷、钾等以及气候因子温度、降水、日照等。

3.1 土壤因子分析

3.1.1 土壤PH因子分析

根系吸收活性直接与土壤酸碱度（PH）的高低有关。中国农业科学院烟草研究所通过砂培实验指出，PH值在7～8范围内有利于烤烟生长中后期的物质生产[10]；同时，有效氮在此范围内有效性最高；有效磷在PH值为6.5～7.5范围内最佳；钾、钙、镁等的有效性在PH值6～8时最好[11]。李念胜、强继业等研究发现，云南省种烟土壤的PH值范围以5.5～8为最佳；PH值小于5.5或者大于8时，不宜种植烟草[12,13]。

图2 酸碱性分布图

图3 有机质分布图

3.1.2 土壤有机质分析

土壤肥沃情况是影响烟叶质量的主要因素之一。其中，土壤有机质对烟草的生长发育和品质生成起着非常紧要的作用[14]。有机质多少是表示土壤供氮能力强弱的重要指标。李明等认为，烤烟有机物质含量以10～20g/kg为宜，我国南方烟区以15～30 g/kg为宜[15]；土壤有机质在5 g/kg以下不宜种植烟草[14]。通海县属于南方烟区，所以土壤有机质以15～30 g/kg为宜。杨宇宏等认为，土壤有机质在45 g/kg以上不宜种植烟草[16]。

3.1.3 土壤有效氮分析

氮（N）是决定烟草产量及品质最重要的营养元素。烟叶生长速度、植株大小、产量高低、尼古丁含量等都取决于土壤的含氮量。刘玉等认为，土壤有效氮含量在76～168 g/kg之间最有利于烟草对氮元素的吸收[17]。

图4 有效氮分布图

图5 有效磷分布图

3.1.4 土壤有效磷分析

磷是烟草必需的重要营养元素之一。研究表明，磷含量与烟叶品质有明显关系。邹加明等研究指出，有效磷＞40 mg/kg为过高水平；有效磷＜10 mg/kg为缺乏水平[18]；10～40 mg/kg为优质烟适宜的有效磷含量。

3.1.5 土壤有效钾分析

钾对烟叶优良品质的形成有重要关系，钾能够决定植株中碳水化合物和蛋白质的数量及分布，提升植株的抵抗力等。胡国松等研究表明，要施肥以提高土壤有效钾含量，使收获后土壤有效钾含量维持在150 mg/kg以上[19]。田间试验也证实，土壤含钾量在200 mg/kg以上，再施钾肥仍然能收到显著的增产效果[20]。黄成江等研究认为，适合种植烟草的土壤速效钾含量为120～200 mg/kg[21]。

图6 有效钾分布图

3.1.6 确定评价因子权重

采用层次分析法（AHP）确定评价因子权重， 借助农业部耕地地力管理信息系统软件的层次分析法模块进行运算，获得通海县烟草用地适宜性各评价因子的权重值，一致性检验结果0≤CR≤0.05，均小于0.1，如表1。

表1 适宜性评价因子权重

3.2 气候要素分析

3.2.1 温度

烟草是一种耐热作物，其生长的最适宜温度为25～28℃；35℃以上或16℃以下时，新陈代谢趋于停止，抗力减弱；-2℃时，植物死亡。试验表明，大于等于8℃的有效积温为1 200～2 000℃；采、烤期大于等于8℃的有效积温为600～1 200 ℃，是生产优质烟的基本条件[22]。烟草原产于亚热带，气候温暖湿润，烤烟生长的最适合温度为24～28℃。有研究认为，在20～28℃的范围内，烟叶的内在质量有随着成熟期平均温度升高而提高的趋势[23]。因此，日平均气温20℃以上的天数可以作为区分一地区是否适合烟草生长的标志，如表2。

表2 2011～2013年4～10月日均气温≥20℃天数统计表

3.2.2 温度日较差

昼夜温差对烟草质量有很明显的影响，但昼夜温差在5.5～16℃范围内，温差大小与烟草质量的生成没有直接关系，如表3。

表3 2011～2013年4～10月通海县日温差范围统计表／℃

3.2.3 降水要素分析

高质量的烟草生产一般要求月降水量为80～100 mm；生长旺期一般要求月降水量为150～200 mm；而成熟期则以月降水量100～120 mm为好，降雨的多少与烟草生产质量有着紧密联系[24]。烤烟抗旱性比较强，为生产出高产量及高质量的烟草，仍然需要将烟草在降水量较多的地区种植，如表4。

表4 1971～2000年4～10月通海县平均降水量统计表／mm

3.3 日照要素分析

烟叶属于喜光植物，在良好的光照条件下它才能正常生长，光照太强或柔和都会影响烟叶质量的形成。烟草生长一般要求日照数500～700 h，日照率40%以上[25]。光照条件对烤烟的发育和体内代谢都有影响。在成熟期，适当光照的重要性更为突出。不仅光照的强弱有影响，光照时长也同样有影响。大多数烟草要求光照时间以8～10 h/d为宜。在适宜的水热条件下，年日照时数大于2 000 h，日照率大于50%的区域十分利于烤烟生长[26]。此外，风沙、露水等外界环境对烟草的生长也存在影响。

3.4 改善措施

3.4.1 土壤改善

通海县土壤大部分比较肥沃，比较适宜种植烟草。但是，部分地区土壤所含因子不在烟草种植的最佳状态，有些区域需要适当地施氮肥，有的需要适当地施磷肥等等，才能满足烟草种植的需要。具体情况如下：

通过GIS对区域进行适应性分析，得出不同区域的土壤性质。

酸碱性分布区域（图2）：黑色区域是酸碱性适合种植烟草的区域，灰色区域的土壤碱性过强，白色区域酸性过强。对于酸性过强的区域，建议施入2～2.5 kg/a的石灰，可以使土壤酸碱度达到种植烟草的要求。务必将石灰与农家肥同时施用，并且农家肥要多施。对于过碱土壤可以施入适量的家禽粪便加以改良。

有机质分布区（图3）：黑色区域是有机质含量适合种植烟草的区域，灰色区域是有机质过剩的区域，白色区域是有机质缺乏的区域。对于有机物过多的土壤，烟农在种植时可以去除表面的土壤，在挖松后种植烟草，避免有机物过多对烟草生长带来阻碍。对于有机物缺乏的区域，可以增施有机粪肥、采用秸秆还田等方式来提高含量。

氮的分布区（图4）：黑色区域为适合种植烟草，灰色区域为氮元素过量区域，白色区域为氮缺乏区域。对于氮元素缺乏区域，建议混合施用少量的钾肥、磷肥，中量施用氮肥即可。根据土壤所含元素的情况，施用量为：氮∶磷∶钾＝1.2∶0.7∶0.7。其中，氮肥在5.5～6 kg/a。对于灰色区域，则建议少量施以氮肥。

磷的分布区（图5）：该区域所含磷肥较少。建议在白色区域内混合施用适量的磷肥。建议施肥比例为：氮∶磷∶钾＝1∶1.2∶0.75即可，氮肥为4 kg/a。对于灰色区域，则建议施以少量磷肥即可。

钾的分布区（图6）：由于烟草对钾的需求量较少，所以图6中白色区域混合施用适量的钾肥即可。根据土壤情况，建议施肥比列为：氮∶磷∶钾＝0.8∶0.8∶1.5，其中氮肥为5 kg/a。

3.4.2 气候评价

通海县雨热资源丰富，气候温和，属中亚热带湿润凉冬高原季风气候。虽然4～10月内晴朗天数少，但雨天多为阵雨，既有利于雨水补给，又有利于烟草对阳光的吸收，月平均100.2，达到种植优质烟的需求，如表5。在生长旺盛期的7、8月，降雨量都在150～200 mm的范围内。成熟期的9月，平均降水108 mm，同样达到了成熟期的要求。年均降水量875 mm，年均日照总时数为2 286.3 h，日照率52%，都符合烟草种植的要求。在4～10月里，日均温≥20℃的天数就大于4个月，非常有利于优质烟生产。同时，在6～8月之间，昼夜温差区域稳定，最大温差与最小温差及昼夜温度均在不影响烟草生产高质量的范围内，非常适合烟草的生长。根据通海气候情况，建议烟农在四月中下旬移栽烟苗，并施适量的水与肥料，以便烟草的生长。

表5 4～10月烟草因子比较

4 结 语

通海县面积720 km2，其中植烟面积有301 km2，占总面积的41.9%。在整个植烟面积中，一级区域为最优植烟区域，植烟面积为34.9 km2，占植烟总面积的11.6%；二级区域为优良植烟区域，所占面积为96.5 km2，占植烟总面积的32.1%；三级区域为适合植烟区域，所占面积为57.6 km2，占植烟总面积的19.1%；四级区域为不适合种植烟草的区域，所占面积为112 km2，占植烟总面积的37.2%。经统计可以得出，通海县植烟总面积的62.9%区域是最适合种植烟草的。其中，不需进行改善的区域为18.5%，需要改善的区域为71.5%。改善意见如上所述，如图7。

图7 通海县烟草适宜性分布图

通海县的降水时节、温度范围、日照长度等影响因子均在适合种植烟草的范围以内，非常适合烟草的种植。对于71.5%的改善区域的改善原料，获取容易，价格便宜，只需做简单的处理，便可得到理想的种植效果，如表6。

表6 不同级别土壤所占比列统计表