渝东南地区烤烟气候适宜性评价

李昕容，刘洪斌

渝东南地区烤烟气候适宜性评价

李昕容，刘洪斌*

（西南大学资源环境学院，重庆 400715）

为优化烤烟生产种植布局，收集渝东南多年气象资料和烤烟生产数据，采用隶属函数法选择烤烟生长期间重要时段的温度、降水和日照作为评价指标，利用主成分分析法（PCA）确定各气候因子权重，建立烤烟适宜性综合评价模型，分析渝东南气候综合适宜度及其与烤烟产量、质量之间的关系。结果表明：（1）重庆东南烟区烤烟生长发育期综合气候适宜度在0.51～0.92之间，其中7—8月均温度适宜度最高，均值为0.93，对88.5%的地区而言温度不是限制烟草生长的气象因子；7—8月平均累计降水量较高，均值为0.80；5—8月累计日照时数适宜度次之；5月累计降水量适宜度最小，对部分地区烤烟的发育存在一定限制。（2）使用PCA法对评价指标进行权重分配，7—8月均温、5月累计降水量、7—8月平均累计降水量、5—8月累计日照时数在综合评价中的权重分别占0.09、0.11、0.42、0.38。（3）综合适宜性分析得出：气候最适宜区占该区域的1.48%，但受地形影响不适宜烤烟栽培；较适宜区占43.98%，其中最优烤烟栽培区在海拔800～1600 m的中山地带；次适宜区占54.54%，零星分布在低山地带，可发展一般烤烟。

隶属函数法；气候适宜性；烤烟；区划

气候条件是影响烟叶产质量及风格特色的主要因素[1-2]。在田间生产中，气候条件无法调控，只能通过调整生产布局来适应气候。因此研究复杂地形条件下烤烟种植的气候适宜性，对强化烤烟生产管理及调整烤烟种植布局具有重要意义。

近年来，前人针对气候变化对烤烟生产和品质形成的重要影响等做了大量研究。张阳等[3]发现温度与光照的变化对湘东烟区烤烟氯、钾含量有一定影响，而降水量变化对其影响不显著。李承业等[4]基于隶属函数分析吉林烤烟生产的气候适宜条件，确定6月降水量是影响吉林烟叶的重要气象因素，限制贡献率为75%左右。邓明军等[5]利用主成分分析法、层次分析法、指数和法等进行权重计算和指数运算，对3类生态条件进行适宜性分析，为广西靖西烟区提出科学性建议。顾欣等[6]采用主成分分析方法得出黔东南烤烟种植气候条件变化敏感区域，是烤烟种植不适宜区。程江珂等[7]基于GIS及模糊神经网络，为攀枝花西南山地种植烤烟区域规划提供生态适宜性指标数据。李丹丹等[8]分析了湖北兴山烟区不同海拔、不同移栽期的气候状况，估算了该区气候适生性指数（CFI），并与国外优质烟区进行了气候相似性分析。以上研究为烟草种植区的宏观评价和规划发挥了指导作用。

重庆烟区属于长江中上游烟区，是典型的中间香型烤烟种植区域，是中国最适宜生产优质烟叶的区域之一。该区域年均降水量丰富但季节分配不均，日照时间短，且当地地形地貌复杂，气温、云雾等气象要素季节变化较大，对烤烟生产及产业发展影响显著。鉴于此，本研究在采取隶属函数法[9-11]建立渝东南烟区烤烟气象要素适宜度评价模型的基础上，分析气候综合适宜度与2015—2020年烤烟产量和品质的关系，以期为东南烟区烤烟的栽培布局提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区渝东南位于重庆市东南部（图1），包括黔江区、涪陵区、南川区、丰都县、武隆区、石柱县、酉阳县、彭水县[12]。地理坐标为106°47′～109°28′E，28°19′～30°34′N，总面积2.58Í104km2，属中亚热带季风湿润气候。烤烟大田生长期多年年均气温22 ℃，年平均降水量800 mm，年平均日照时数670 h。海拔在177～2265 m之间，地形以山地和丘陵为主。

图1 研究区及地貌类型

1.2 数据来源

1.2.1 烟叶生产数据 2015—2020年重庆市烟草公司烟叶收购数据，包括烤烟收购量、种植单元、单位面积产量、各等级产量、烤烟种植面积及收购均价，计算上等烟比例。

1.2.2 环境数据 气候数据来源于重庆市34个气象站点和周边212个气象站点近30年（1991—2020）的气象观测数据，采用空间插值法获得逐月气温、降水和日照时数栅格图，空间分辨率为1 km。数字高程模型（DEM）数据来自重庆市1∶100 000地形图，地貌类型图来源于重庆自然资源局。

1.3 研究方法

1.3.1 数字化气候空间分布图 对站点的烤烟大田生育期逐日气象观测数据进行计算，得到月平均气温、月降雨量、月日照时数的数据，站点外区域的气象数据由邻近观测站的观测值进行气象要素空间插值，依托数字高程模型（DEM）建立数字化气候空间分布图，考虑到数据源精度和DEM图像匹配度，栅格实际空间大小为1 km×1 km。

平均气温的空间插值具体方法为：首先，对200多个气象台站的气温数据与气象站的经纬度和海拔高度数据进行多元回归分析并建立回归方程得到结果1；然后，用每个气象站的实际气温值减气象站的理论气温值得到每个气象站的气温残差，用反距离权重插值法（IDW）把气温残差从气象站所在地区扩展到广大的非气象站所在地区形成结果2；最后将结果1与结果2相加得到所需要的栅格化的气温数据。

降水和日照时数的空间插值具体方法为：以气象站点记录的降水量和日照时数数据及观测站经纬度为计算基本数据，应用ANUSPLIN软件，采用薄盘平滑样条插值法（TPS），对站点观测数据进行空间化处理。首先应用其软件模块SPLINA或SPLINB建立降水和日照时数空间分布与站台经纬度及高程的统计关系；其次基于所建立的统计关系，ANUSPLIN模块LAPGRD计算目标网格点的降水值，得到栅格化的降水和日照时数数据。

在ArcGIS中使用提取分析工具按掩膜提取，得到渝东南逐月气温、降水和日照时数栅格图。

1.3.2 气候因素适宜性评价 根据前人研究结果，通过模糊数学中隶属函数来表示气候因素的适宜性指数及对烤烟生长的影响程度[13-14]。其中抛物线型和S型的隶属函数计算公式分别如（1）和（2）：

其中，1、2、3、4分别为评价指标的隶属函数拐点值，在查阅相关文献[15-19]的基础上，结合东南烟区实际情况，确定6项气候数据评价指标的隶属函数类型及其拐点值（表1）。

根据计算所得的气候因素适宜性指数，采取4等级划分适宜程度[20-21]（表2），适宜度0.8以上证明该区域基本满足烤烟生长需求，适宜度0.6以下表明该区域限制烤烟生长。

1.3.3 植烟区气候综合适宜性评价 通过主成分分析法[22-23]确定主要气候因子影响烤烟生长的权重，采用指数加权的方法获得每一个栅格的烤烟气候适宜度，建立烤烟种植区域综合气候适宜度模型，如公式（3）：

表1 烤烟气候适宜性隶属函数模型及拐点值

表2 气候适宜度等级划分

1.4 数据处理

统计分析和数学建模采用SPSS 25进行，TPS插值在软件ANUSPLIN 4.3中计算，IDW插值、隶属函数综合评价采用ArcGIS 10.6完成。

2 结 果

2.1 研究区气候条件描述

分析影响东南烟区烤烟生长的关键时期气候因子[24]，确定优质烟叶生长的适宜条件（表3），选择对渝东南烟区烤烟有重要影响的7—8月均温、5月累计降水量、6月累计降水量、7—8月平均累计降水量、7—8月累计日照时数及5—8月累计日照时数这6个气象要素来评价烤烟种植的适宜性。

研究区气候要素指标的描述性统计结果见表3。可知，渝东南烤烟7—8月均温为（24.86±1.94）℃，6月累计降水量为（195.43±18.56）mm，均属于优质烤烟适宜条件内；5月累计降水量为（158.13±15.71） mm，7—8月平均累计降水量为（163.4±8.00） mm，7—8月累计日照时数为（356.41±23.94）h，均高于优质烤烟适宜条件；5—8月累计日照时数为（554.67±25.68） h，低于优质烤烟适宜条件；各项指标变异性均属于弱变异（小于10%）。

表3 研究区气候数据描述性统计分析及优质烟叶生长适宜条件

2.2 气候因素适宜度评价

根据隶属函数公式，计算6项气候要素适宜度（表4）。东南烟区6月累计降水量的隶属函数值均在0.9以上，属于最适宜范围，7—8月累计日照时数的隶属函数值均为1。可以看出这两个指标对烤烟产质量不存在限制，故选取7—8月均温、5月降水量、7—8月平均累计降水量和5—8月日照时数共4项指标构建渝东南气候适宜性评价指标体系。

表4 气候适宜度评价结果

2.3 烤烟气候适宜性区划

2.3.1 主要气象因素适宜度区划 根据7—8月均温、5月累计降水量、7—8月平均累计降水量、5—8月累计日照时数的分析研究，遵循既定的烤烟气候区划原则[20-21]，在ArcGis和ANUSPLIN软件中进行气象指标的空间插值，使用GIS的矢量数据和隶属函数方程，计算各格点的适宜度值，并按照表2的标准将烟区根据不同气象因素分为最适宜区、适宜区、次适宜区、不适宜区4类（图2）。

结合表4和图2可知，7—8月均温适宜性评价均值0.93，最适宜区域（≥0.9）占总面积的72.87%。较适宜以上区域（≥0.8）占总面积的88.50%。渝东南除涪陵及丰都西北部以外的大部地区7—8月平均气温都是适宜烤烟种植。5月累计降水量评价均值0.74，最适宜区域（≥0.9）占总面积的0.88%。较适宜以上区域（≥0.8）占总面积的18.25%，渝东南5月降水整体偏少，导致次适宜区域占到了80%左右，严重影响了渝东南综合气候适宜性。7—8月平均累计降水量评价均值0.80，最适宜区域（≥0.9）占总面积的2.26%。较适宜以上区域（≥0.8）占总面积的48.07%，次适宜区域集中在石柱，黔江和酉阳等地。5—8月累计日照时数平均0.79，最适宜区域（≥0.9）占总面积的22.29%。较适宜以上区域（≥0.8）占总面积的41.32%，次适宜区域整体在偏南部的酉阳、南川等地域。各评价指标显示，不适宜区域均分布较少，可忽略不计。

图2 不同气象因子适宜度分布图

2.3.2 气象综合适宜度 利用SPSS 25对数据进行主成分分析，确定各气候因子的权重，得到7—8月均温、5月累计降水量、7—8月平均累计降水量、5—8月累计日照时数的权重分别是0.09、0.11、0.42、0.38。根据公式（3），建立烤烟种植综合气候适宜性模型，得到每一栅格的烤烟气候生态适宜度，同时对生态适宜度进行频率直方图统计，获得渝东南烤烟气候适宜性评价分布图并对各级别进行统计（图3）。

图3 渝东南烤烟种植气候综合适应性分析

由图3可见，渝东南烟区气候综合适宜评价均值0.8，最适宜区（IAI＞0.9）分布在渝东南西北部，在丰都县和涪陵区长江区域及其河流河谷地带附近，约占总面积的1.48%。较适宜区（0.9＞IAI＞0.8）分布在中山地带，主要在石柱县东南部、黔江区南部、武隆县、彭水县、酉阳县中部等地；少数在南川区涪陵区丰都县东南部等地，约占总面积的43.98%。次适宜区（0.6＜IAI≤0.8）零星分布，以低山地带为主，约占总面积54.54%。不适宜区域(IAI＜0.6)约占总面积0%。东南烟区烤烟种植点均分布在较适宜区域和次适宜区域。

2.4 不同适宜区的烤烟产量、质量分析

根据划分的适宜区，分析各区域内烤烟的产量、质量情况。由表5可知，2015—2020年渝东南烟区种植单元减少31.67%，种植面积减少59.08%，烟叶产量减少55.81%。其中较适宜区分别减少24.84%、50.45%、54.21%，均低于渝东南烟区总体减幅。次适宜区域分别减少39.26%、64.51%、67.07%，均高于烟区总体减幅。可见随着时间的推移，次适宜区的种植单元、烤烟种植面积和产量下降幅度远大于较适宜区，次适宜地区的烤烟适种度减幅高于较适宜区。

表5 较适宜区和次适宜区的种植面积及产量

根据Kruskal-Wallis检验结果，不同适宜区烤烟收购均价之间均存在一定的差异性（＜0.001），较适宜区域均价均高于次适宜区域收购均价。2015年较适宜区域均价高于次适宜区域0.02元，2020年则高出0.87元，随着年份的推移烤烟均价在不同适宜区差距不断拉大。不同适宜区烤烟上等烟比例也存在差异性（＜0.001），较适宜区域上等烟比例均高于次适宜区域，2015年较适宜区上等烟比例高于次适宜区0.75%，到2020年高3.27%，上等烟比例差距也在逐年拉大。

图4 较适宜区和次适宜区的烤烟质量

3 讨 论

通过上述分析发现，重庆东南烟区较适宜区气候光温水匹配较优，虽然5月累计降水量成为该区气候评价的限制因素，但当地湿度较大，弥补了降水不足的影响，并且温度条件高，光合作用强，有利于烤烟干物质积累，符合优质烤烟的生态条件。2020年该区域烤烟产量占渝东南烟区总产量的69.5%，比2015年增加了7.5个百分点。较适宜区内烤烟质量也逐年上升，2020年较2015年相比，收购均价增加4.44元，上等烟占比增加17.08个百分点。在较适宜区域的中山地带基本上都分布烤烟的种植区，但在渝东南烟区西北部河流河谷周边的低山地形处不宜种植。

次适宜区虽占了渝东南总面积的一半区域，但烤烟种植面积占比较小，主要原因是降水量不足，日照时数稍低，使得烤烟成熟时期延后，造成烤烟品质欠佳，限制着该区域烤烟的发展。2020年约占全植烟区的30%，与2015年相比降低了8个百分点，但其质量逐年增强，收购均价和上等烟比例均有所提高。渝东南烟区的西南部与东南部几乎均为次适宜区域，在酉阳县、黔江区烤烟种植均有零星分布，但在南川区、涪陵区次适宜区域无烤烟种植点。从地貌特征来看，东南部烤烟种植点均分布在中山地带，而西南部低山地带分布较广，不适宜烤烟的种植。

最适宜区在气候配比上最优，但在地貌结构上并不支持烤烟种植。在整体上，渝东南区域并未出现不适宜区域的分布。

进行烟草气候适宜性的综合评价，有助于全面掌握烟区的关键影响因子，对合理利用气候资源，趋利避害，提高烟叶产质量有重要的宏观指导意义。本研究从指标权重来看，重庆东南烟区气候关键因子为7—8月平均累计降水量和5—8月累计日照时数，这两个因子的变化对烤烟的生产及质量影响十分重要，近年来，烟区气候因子发生了较大变化，生产上可趋利避害合理利用气候的变化调控烤烟大田生育期的时间，以控制烤烟生长过程中降水和日照的影响。此外在对东南烟区进行气候分区时，侧重关注影响烟叶产质量的气候因素，指出较适宜和次适宜区域烤烟栽培的地形地貌，但并未充分考虑土壤、交通、地理区域的影响。因此，在进行烤烟栽培区选择时，可在本文气候适宜性分区基础上，选择较适宜的中山区域作为烤烟主栽区重点发展优质烤烟，次适宜区可作为后备选区。

4 结 论

通过隶属度函数法选择7—8月均温、5月累计降水量、7—8月平均累计降水量、5—8月累计日照时数作为渝东南烤烟气候区划的基本指标，并通过加权指数法计算了渝东南地区的气候综合适宜度，结合2015—2020年该地产量、质量的影响变化趋势，结果表明当前东南烟区实际烤烟种植情况与气候适宜范围相吻合，主产区为较适宜区，主要分布在武隆县、彭水县等地，占比67%左右，且烤烟品质逐年提升。次适宜区域降水量是限制烟叶生长发育的主要气象因素，且该气候区烤烟种植面积大幅减少，产量下降明显，质量低于适宜优质烟草种植区。研究结果可为渝东南地区烤烟种植布局提供参考。

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Evaluation of Climate Suitability of Flue-cured Tobacco in Southeast Chongqing

LI Xinrong, LIU Hongbin*

(College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Aiming to optimize the planting layout of flue-cured tobacco, meteorological data and flue-cured tobacco production data in southeast Chongqing were collected. Membership function method was employed to select the temperature, precipitation and sunshine during the major growing time of flue-cured tobacco as evaluation indexes, and Principal Component Analysis (PCA) was used to determine the weight of each climatic factor. Comprehensive evaluation model of flue-cured tobacco suitability was established to analyze the climate suitability of southeast Chongqing and its relationship with the yields and quality of flue-cured tobacco. Results showed as the followings. (1)The comprehensive degree of climate suitability for flue-cured tobacco growing period in southeast Chongqing was 0.51-0.92. The average temperature suitability degree from July to August exhibited the highest, with an average of 0.93. For 88.5 % of the region, temperature was not a meteorological factor limiting tobacco growth. The average precipitation from July to August was high, with an average of 0.80, followed by the suitability of sunshine hours from May to August, and the precipitation suitability in May was the smallest, which limited the development of flue-cured tobacco in some areas. (2) PCA method was employed to assign the weight of evaluation index. The weights of the average temperature from July to August, the precipitation in May, the average precipitation from July to August, and the sunshine hours from May to August accounted for 0.09, 0.11, 0.42, and 0.38, respectively. (3) Comprehensive suitability analysis showed that the most suitable area accounted for 1.48 % of the region, but was not suitable for flue-cured tobacco production due to the effect of terrain. Suitable area accounted for 43.98 %, among which the optimal area for flue-cured tobacco production occurred at altitude of 800-1600 m in mountains. Sub-suitable area accounted for 54.54%, scattering in the lower mountainous area, and could plant general flue-cured tobacco.

membership function method; climate suitability; flue-cured tobacco; regionalization

S572.01

A

1007-5119(2023)06-0021-08

中国烟草总公司重庆市公司科技项目[A20201NY01-1303（1）]

李昕容（1999-），女，硕士研究生，主要从事烟草信息管理研究工作。E-mail：1178934163@qq.com。*通信作者，E-mail：liuhongbinswu@163.com

2023-05-23

2023-09-25

10.13496/j.issn.1007-5119.2023.06.004