气候因子小网格化技术在湖南烟草种植区划中的运用

周 舰，孙小成，卢朝军，蒋小军，滕林娟，谢宜芝

(永州市农业科学研究所，湖南 永州 425000)

0 引言

湖南省在气候上有热量资源富足、无霜期漫长，全面降雨量充足但各地区分配不均衡，日照时数偏少、太阳光辐射较强，全年间气候多变等特征。气候资源的富足性，为烟草产业种植发展创造了较优良的生态基础，混凝烟草种植规模与生产量位居全国第3位。湖南也是一个自然灾害高发的省份之一，烟草生长期可能遭受多种负面气象因素的侵袭，对烟叶质量、产量等造成不同程度的影响。过往多基于气候要素规划作物气候区，而没有融合灾害因子，等级划分适用于气候资源有显著区别的区段，能为相关区域农作物布局栽种提供实用价值偏高的信息。本文在使用气候资源与自然灾害因素进行区划基础上，联合使用了土地资源信息等因子，获取到的区划结果能较好地满足湖南烟草栽种要求。

1 资料来源和处理

由湖南气象档案馆获取气象资料，囊括了湖南省97个气象站的逐日日均气温、最高与最低温度、降雨量、日照时长等信息。利用统计学分析法依次测算出烟叶生长苗期、大田期、成熟期对应的气温、降雨、日照和旱涝等10余个气象因子，解读气象灾害区域分布特点。

选用1∶25 000电子地图，湖南省1∶100 000土地利用现状图资料[1]。

2 设定区划指标

对烟叶生长期15个指标统计分析后，结合湖南省数年间的烟叶种植实践经验与烟叶质感认识，依照主导因子、因子简化及共性原则开展区划工作。

参照我国权威机构拟定的烟草栽种区划指标，立足于湖南烟草气候环境实况，平均气温或积温对烟叶健康生长不会形成制约，但在持续高温条件的作用下，会降低上部烟叶质量，因而研究中纳入热害指标，雨水是烟草生长的必需基础条件，光照情况关系着烟叶品质优劣。综合业内专家评分情况，选用大田期降雨量及日照时长、成熟期降雨量及持续5 d气温最高值≥35 ℃热害共4因子作为规划烟草气候生态区的凭据，并且依此构建相对应的网格化推算模型。

3 气象指标的小网格推导

3.1 原理分析

目前，湖南省内气象台站基本是依照县区分布情况规划，大概每50 km×50 km便会设置1个台站，若单纯利用该资料开展规划工作，精细度显著不足。故而，要求对气象因子实施小网格化，详细规划气候因子与气象灾害在空间上的分布状况，改进初有的推导模型，基于500 m×500 mm进行单元网格推导测算。大多数情况下，空间分布的网格点地理因子影响着气候要素指标，如式(1)所示[2]。

Y=F(λ，φ，H，β)

(1)

式中Y——气候要素值

λ——经度

φ——纬度

H——海拔高程

β——地形

在湖南省烟草种植区规划阶段，多数栽种地选择在坡度<25°的山区旱地与稻田内，基于地势的特殊性，可以不计β形成的影响。因λ、φ、H对不同气候要素、自然灾害等形成的影响程度不同，故而于小网格化内应选用差异性方法。

3.2 大田期降雨量

因湖南省烟草种植区跨越了数个纬度，外加地势条件的影响，以致不同分区烟草大田期对应的时间段存在较显著区别，这是造成大田期降雨量与日照时长有别的主要原因，若直接用气候因素与地理因子建模，相关性可能偏低。借鉴过往研究成果，先测算出大田期降雨量与全年降雨量的比例，Pj=Rj/R0(Rj、R0依次为大田期降雨量、全年降雨量)，而后采用GIS把Pj转换为于500 m×500 mm网格化内的降雨比率(Pjg)，此时小网格对应的大田期降雨量Rjg=Pjg×P0g(图1)。

3.3 大田期日照时数

选用气象站监测到的烟草大田期日照时数在全年日照时数比Pi进行插值，有Pj=Si/S0(Si、S0依次为大田期日照时长、全年日照时长)，而后把Pi转化500 m×500 mm网格化的日照时长比率(Pig)，而后有Sg=Pjg×S0g(图2)。

3.4 成熟期降雨量

结合既往统计的气象资料，发现当湖南省内烟草成熟期时降雨量偏小(≤400 mm)，在全年降雨量中所占比例≤30%，不同气象站点烟草成熟期降雨量在年总降雨量中所占比例存在较明显差别，若沿用大田期降雨比例插值法，则很难保证测算结果的精确度。故而拟定选用回归模型加以测算，线性回归分析如式(2)所示[3]。

Yr=-1 202.94+6.728λ+26.66φ+0.090 1H+γ

(2)

式中Yr——烟草成熟期降雨量，mm

式(2)中，R=0.766 4，F=44.11。由式(2)可知，成熟期降雨量和λ、φ、H之间存在正相关性，其中φ的贡献率最大。

3.5 成熟期热害

将烟草成熟期持续5 d最高气温≥35 ℃设为热害指标，先测算出97个站点成熟期的烟草热害发生的风险，而后分别推演出各气象站热害率与λ、φ、H等因子对应的线性回归方程，如式(3)所示[4]。

Yh=-1 205.11-1.448 1λ+0.293 1φ-0.061 0H+γ

(3)

式中Yh——热害率

式(3)中，R=0.463 0，F=8.36。由式(3)可知，热害率和λ、H间呈负相关性，和φ正相关，其中λ形成的影响最为显著，可能是因为湖南省东部地区烟草成熟期比西部地区早1个月左右，西部地区恰恰对应的是高温季节(7—8月)，高温日照时数明显多于东部地区。

4 小网格的烟草气候区划

针对以上经网格化处理的4个气象指标，测评它们各自对烟叶质量形成的影响，细分为3级或4级，等同分别设定评级指数为1～4(表1)[5]。

表1 湖南省烟草栽种对应的气候区划指标

结合以上4个区划指标对应的评级结果，采用GIS软件系统与计算机设备编程，对不同级别评级指数予以叠加处理后获得小网格化对应的整体指数，在此基础上规划了湖南烟草种植栽种分区(图3)[6]。

(1)湖南省内除滨湖地区之外，其他区域气候条件均能促进烟草栽种、生长过程。相比之下，怀化市的中南部自然气候条件更占优势，可以被看成烟草产业规模化推进的潜力区[7]。

(2)图3所示的区划图和目前烟草现实种植情况作比较，衡阳、郴州、永州均和实际生产模式间有较高吻合度。

(3)目前，浏阳内烟草种植规模相对较大，但多数种植地隶属于次适合区，站在自然气候条件层面上分析，浏阳市可供栽种高质量烟叶的面积较为狭窄。

5 以土地利用信息为基础分析烟叶可栽种区划情况

把土地资源信息整合至气候小网格区划图内，能更真实、整齐地呈现出符合烟叶栽种区中现实可供应用的土地资源面积，结合过往研究获得的现状图数据，可把土地资源细化为6个类型，经比较分析后，仅有耕地类适宜栽种烟草。

根据湖南省多个县区内烟叶栽种区情况，构建了全省叠加型的土地信息烟叶栽种区规划(图4)，也就是有实际应用价值的栽种区分布图样[8]。图4内，黑色、浅黑色、浅灰色、白色区域依次代表最适合、适合、次适合、不适合栽种区。分析后认为湖南省适合栽种烟草的面积偏大，所占比例高达80%，次合适栽种区次之，自治州局部与怀化市中南方向大多数地方是最适合的栽种区。

通过叠加整合耕地信息后，刨除了气候资源适合但不属于耕地区域，能进一步强化区划结果和湖南省烟草作物真实栽种情况的契合度，可操作性更高，参照价值更大[9-11]。

6 结束语

以CIS技术为支撑，更精确地规划烟草气候栽种区，可达到500 m×500 m的小区，并整合了土壤使用信息，进一步提升所得区划结果的准确度，符合湖南省烟草现实生产种植要求。

利用大田期降雨量及日照时长、成熟期降雨量及持续5 d气温最高值≥35 ℃热害共4指标对烟叶气候进行区划，区划结果和现状之间有较高契合度。

有机叠加、整合土壤利用数据信息和气候区划情况，能更为客观地呈现出湖南省某个区域内烟草可栽植规模大小，在烟叶作物种植实践中能体现出较高的指导价值。