基于地统计学与GIS的施秉太子参种植适宜性评价

刘红 张清海 秦维

摘要：基于GIS技术中地统计学方法对复杂地理环境下太子参[Pseudostellaria heterophylla （Miq.） Pax]产地环境适宜性评价进行研究，以贵州省施秉县太子参种植为例，选取影响优质太子参种植的年有效积温、年均降水量、海拔、坡度、坡向、土壤pH、土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、排灌保证率、交通通达度等12个评价因子，对太子参适宜性种植进行综合评价。结果表明，施秉县适宜太子参种植的面积为18 114.55 hm2，占全县耕地总面积的76.75%，其中高度适宜区和适宜区面积分别为2 475.92、6 440.69 hm2，分别占全县适宜茶叶种植面积的13.67%、35.55%。高度适宜区主要分布在牛大场镇、城關镇、白垛乡，其中，牛大场镇高度适宜种植太子参耕地面积为1 292 hm2，占全县高度适宜种植太子参耕地面积的52.2%。关键词：GIS；地统计学；太子参[Pseudostellaria heterophylla （Miq.） Pax]；适宜性评价

中图分类号：R282 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）17-0037-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.17.009 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： Based on the statistical method of GIS Technology， we conducted a research into the environmental adaptability of radix Pseudostellaria heterophylla （Miq.） Pax in complex geographical environment. Radix P. heterophylla （Miq.） Pax grown in Shibing of Guizhou Province as an example， twelve evaluation factors are chosen to evaluate the suitability to grow of radix P. heterophylla（Miq.） comprehensively，and they are effective accumulated temperature，annual rainfall，elevation，gradient，slope direction，soil pH value，soil organic matter，alkali-hydrolysable nitrogen，available phosphorus，available potassium， guarantee rate of drainage and traffic access degree which influence the quality of radix P. heterophylla （Miq.）s grown. The results indicate that the area for planting Radix P. heterophylla（Miq.） is 18 114.55 hm2 in Shibing County， which accounts for 76.75% of the countys cultivated area. For the total planting area， the acreage of highly suitable and generally suitable for planting are 2 475.92 hm2 and 6 440.69 hm2，respectively，while correspondingly，the tea crop area of the whole county they occupied are 13.67% and 35.55%. The highly suitable areas mainly distribute at Niudachang town，Chengguan town， and Baidu town. Among these，Niudachang town takes up 1 292 hm2 of the cultivated area accounting for 52.2% that of the whole country.

Key words： GIS； geostatistic； Pseudostellaria heterophylla （Miq.） Pax； suitability evaluation

太子参[Pseudostellaria heterophylla（Miq.）Pax]又名孩儿参、童参，为石竹科植物，以块根入药，具有补气益血、生津、补脾胃的功效。适于久热不退、饮食不振、肺虚、咳嗽、心悸等虚弱病症以及病后体弱无力、自汗、盗汗、口平等症[1]。针对太子参环境的研究主要集中在太子参化学成分本身性状的分析研究[2-4]，影响太子参性状的环境因素相关分析和研究[5-7]，太子参环境因素影响下的适宜性区划[8-12]。对太子参产地适宜性分析的研究还相对较少，而从气候、土壤、地形、岩石、生物、水环境等以及人类活动的角度出发，对太子参的环境适宜性的综合评价鲜见报道。

施秉县属贵州省黔东南苗族侗族自治州所辖。地处贵州省东部，黔东南苗族侗族自治州西北部，位于东经107°52′37″—108°28′47″、北纬26°46′46″—27°20′16″。20世纪90年代初期，地处贵州省黔东南苗族侗族自治州西北部的施秉县牛大场镇，从福建省柘荣县引进太子参种植成功，由于施秉牛大场种植生产的太子参中总皂苷和多糖含量与原产地太子参中总皂苷和多糖含量相当，微量元素中Zn、Fe、Mg、K、Rb、Ca的含量明显高于原引种产地太子参，而有害元素 Pb、Cd含量低于原引种地太子参[13]。太子参的生长必须有与之相适应的环境条件作保障。因此，开展施秉县太子参适宜性评价，对施秉县生产种植太子参进行区划布局，以便减少太子参种植的盲目性，为施秉县太子参种植业的发展提供科学的理论依据。

1 研究方法

1.1 土壤样品采集及分析方法

根据施秉县土壤类型和面积，并兼顾不同生态条件及不同肥力水平的地块，选取有代表性的土壤，采用GPS定位，拟按每100 hm2左右采集1个耕层（0～20 cm）土壤样品（即土壤养分普查样品）。研究区土壤样品取样时间均统一在太子参收获后完成（2015年12月至2016年3月）。在远离田坎、沟边、路边或肥堆处，每个取样点根据田块的形状按蛇形或梅花形随机布设7～10个样点，采取表层土壤制成一个混合土样供分析测试。每点取样深度（0～20 cm）和数量一致，最小样本间距为100 m，样品充分混合后，用四分法取大约1 kg的土样带回实验室进行室内理化性质分析，共采集樣品200个。

1.2 样品测定方法

将采集的土壤样品分析测定5项指标（pH、有机质、有效磷、速效钾、碱解氮），具体方法参照《土壤理化分析》和《土壤农业化学分析方法》进行测定。

土壤pH采用电位法测定，土液比1.0∶2.5；土壤有机质参考NY/T85-1988，采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤速效钾参考NY/T889-2004，采用乙酸铵浸提-火焰分光光度法测定；土壤有效磷参考NY/T148-1990，采用盐酸-氟化氨提取-钼锑抗比色法测定。

1.3 资料整理

水资源状况资料；县级气象、水利等部门的基础资料。基础资料收集完成后，对图件部分资料进行扫描数字化，对数据表及其他基础资料，根据计量单位统一、来源可靠、无显著异常、无明显不符合实际的和特殊的数值等原则对有关数据进行严格的核实、筛选，以确保资料的真实可靠性。同时，将现有的数据资料根据性质、来源，统一编码、分类；对不全、不可靠的资料进行记录，以便外业补充调查时予以核实补充。

2 环境适宜性指标体系的构建

2.1 环境适宜性评价单元的划分

基于GIS的太子参环境适宜性评价以2008年施秉县1∶10 000的土地利用变更图为底图，结合研究区实际。利用ArcGIS9.3的Spatial analysis功能生成栅格单元为5 m×5 m的Grid，并以此栅格单元作为评价单元，进行评价成果的统计分析。在评价单元图内统计采样点，如果1个单元内有1个采样点，则该单元的数值就用该点的数值，如果1个单元内有多个采样点，则该单元的数值可采用多个采样点的平均值（数值型取平均值，文本型取大样本值，下同）；如果某一单元内没有采样点，则该单元的值可用与该单元相邻同土种的单元值代替；如果没有同土种单元相邻，或相邻同土种单元也没有数据则可用与之相邻的所有单元（有数据）的平均值代替。

2.2 环境适宜性指标选取

由于研究区属云贵高原低山丘陵区，其环境适宜性评价因子与平原地区作物评价及丘陵、山地地区的普通农作物评价有所不同，作物种植条件相对较差。因此，环境适宜性评价以资源和环境为中心。依据研究区土壤资源可持续利用的一般性评价指标体系，结合研究区土地资源利用状况及作物种植自身特点，坚持指标选取的科学性、系统全面性和相对独立性、可行性和针对性等原则，采用特尔斐法选取了海拔、坡度、坡向、土壤pH、土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、年有效积温、年平均降水量、排灌保证率和交通通达度等12项指标，作为施秉县太子参适宜性评价的指标，建立太子参适宜性评价指标体系。

2.3 评价指标权重的确定

由于各评价因子对太子参生长的作用程度不同，导致各因子所处地位有所差异。因此，为了保证评价模型的相对客观性、可靠性，评价过程中应当给予各评价因子赋予相应权重。确定评价因子权重的方法主要有层次分析法[14]、回归分析法[15]、特尔斐法[16]和灰色关联度法[17]等，本研究采用层次分析法。评价过程中参考如下权重计算公式：

3 太子参环境适宜性评价指标空间预测模型的构建

3.1 数据探索分析

数据探索性分析，主要通过频率分布图、散点图、位置图等对地理数据统计分布特征作初步考察。本研究通过样点指标数据，基于SPSS技术平台对各指标数据进行频率分布图统计，统计结果如下。

通过分析环境适宜性气候要素的年降水量、年有效积温和土壤要素的有机质含量、pH、有效磷、速效钾、碱解氮7项指标数据频率分布（图1），发现只有土壤有机质含量、碱解氮和pH 3项指标数据分布基本符合正态分布格局，利用普通的克里格空间插值模拟基本能够保证环境影响要素的空间连续分布。而对于有效磷、速效钾、年降水量，尤其是年有效积温距离正态分布偏差较大，数据漂移情况比较严重，使用克里格法空间插值模拟相对比较精准。

3.2 各乡镇太子参适宜性等级面积

太子参适宜性评价结果见表2，耕地太子参适宜性等级见图2。

施秉县太子参高度适宜面积为2 475.92 hm2，其中牛大场镇高度适宜种植太子参耕地面积最大，为1 292.00 hm2，占全县高度适宜种植太子参耕地面积的52.2%；其次是城关镇，面积为260.16 hm2，占高度适宜耕地面积的10.5%；其余各乡镇面积较小，最小的是杨柳塘镇，面积为27.66 hm2，占高度适宜面积的1.1%。

适宜面积为6 440.69 hm2，其中牛大场镇面积最大，为1 669.71 hm2，占全县适宜种植太子参耕地面积的25.9%；其次是城关镇，面积为1 507.10 hm2，占适宜耕地面积的23.4%；第三是白垛乡面积为804.01 hm2，占适宜种植面积的12.5%；其余各乡镇面积次之，最小是甘溪乡，面积为307.81 hm2，占适宜耕地面积的4.8%。

勉强适宜种植太子参耕地面积为9 197.94 hm2，其中城关镇面积最大，为2 052.92 hm2，占勉强适宜面积的22.3%；其次是牛大场镇，面积为1 415.65 hm2，占勉强适宜耕地面积的15.4%；第三是杨柳塘镇，面积为1 412.13 hm2，占勉强适宜耕地面积的15.4%；其余各乡镇面积次之，面积最小的是马溪乡，面积为484.04 hm2，占勉强适宜耕地面积的5.3%。

不适宜种植太子参耕地面积为5 485.85 hm2，全县各乡镇都有分布，其中分布面积最大的是城关镇，面积为999.07 hm2，占不适宜耕地面积的18.2%；其次是马号乡，面积为914.30 hm2，占不适宜耕地面积的16.7%；分布面积最小的是马溪乡，面积为166.85 hm2，占不适宜面积的3.0%。

4 小结与讨论

采用GIS技术，应用累积曲线分级法确定太子参适宜性，将施秉县太子参种植区划分为高度适宜、适宜、勉强适宜和不适宜4个等级，客观性强。研究结果显示，施秉縣适宜太子参种植的面积为 18 114.55 hm2，占全县耕地总面积的76.75%，其中勉强适宜区所占比例最高，占耕地总面积38.97%，因土壤和地形条件限制，施秉县不适宜种植区占全县耕地总面积的23.24%。应根据施秉县不同等级适宜区所面临的具体问题，因地制宜的针对相应限制因子制定应对措施，科学指导施秉县太子参产业发展。

本研究基于GIS技术及多种数学模型，通过采用地统计学方法对复杂地理环境下太子参环境适宜性评价进行研究，并通过种植区太子参等级指标对评价结果进行精度检验，进一步完善了复杂地理环境条件下区域环境适宜性评价的理论、方法。在此基础上，以贵州省施秉县太子参种植为例，结合影响优质太子参种植的气象要素、地形因子、土壤条件和社会因素综合评价太子参种植适宜性并进行了种植区划。

环境适宜性评价所涉及的内容广泛，考虑到地形、气候、土壤、交通及灌溉在空间分布特征具有相似性。本研究仅以太子参种植区环境部分理化性质指标及地理因子指标来构建环境适宜性评价体系进行评价，没有考虑地形、气候、土壤、交通及灌溉属性因子之间的协同作用，不免对评价结果产生一定影响。因此，如何建立更加科学合理的县级茶园适宜性评价指标体系，减少评价过程中人为主观因素的影响，提高评价结果的科学性和有效性，是需要进一步深入研究的地方。

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