基于GIS的贛南油茶種植適宜性評價

李沛鴻，姬興輝

（1.江西理工大學 建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000）

基于GIS的贛南油茶種植適宜性評價

李沛鴻1，姬興輝1

（1.江西理工大學 建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000）

從自然和社會經濟因素出發，首先選取了油茶種植適宜性評價的8個參評因子，并利用正向因子量化法、負向因子量化法、分級取值量化法、定性因子量化法等4種方法對參評因子進行統一量化；然后運用層次分析法建立指標層次結構，形成判斷矩陣計算得到各因子權重，從而確定分類等級，建立油茶種植適宜性評價體系；最后將適宜性分為適宜、較適宜、不適宜3個等級，并從選定的8個因子出發，總結對比各適宜等級對應評價因子的評價指數。結合贛南地區區域特征對8個因子進行對比分析，結果表明影響贛南地區油茶種植適應性的突出因子是坡度和樹齡。

適宜性評價；油茶種植；參評因子；判斷矩陣；突出因子

油茶為山茶科山茶屬植物，屬于常綠小喬木或灌木類，是一種特有的木本食用油料樹種。油茶樹林主要分布在N18°28'～34°34'、E100°0'～122°0'的中低緯度、土壤較為深厚的低海拔山地丘陵地帶。在中國南部如江西省、湖南省、廣西省等17個省區的1 100多個縣區分布廣泛。江西贛南地區有著悠久的油茶種植歷史和良好的油茶種植栽培經驗，全省約有214 萬hm2丘陵山崗適宜油茶種植。如何利用高新技術改善油茶種植技術，提升油茶種植的科學性，加快促進油茶產業發展是如今需要解決的關鍵問題。

1 研究區概況

贛州市林業科學研究所油茶實驗田位于贛州市章貢區境內，屬于低山丘陵區，地形走勢由東向南、西北向中部傾斜。區域內季節變化分明，整體氣候濕潤溫和，全年降雨量豐沛，無霜期較長，多達281 d，日照充足；年均溫約為19．4℃，年均降雨量為1 587 mm。區域土壤為由砂礫巖、石英砂巖、花崗巖發育形成的紅壤，腐蝕質較厚，土壤費力中等，PH值為5～6，土層厚度在70 cm以上。區域內現有植被為以馬尾松、杉木、木荷、油茶等鄉土樹種為主的次生林和火燒跡地，林分質量較差，林下雜生鐵芒箕、茅草等蕨類、草本植物。

2 研究方法

2.1 評價因子選取

從自然屬性和社會經濟因素考慮，油茶種植適宜性的評價因子可分為地形因素、氣候條件、土壤條件和產量因素等方面。

1）地形因素。在地形因素上主要考慮海拔高度、坡度坡向等直接因素，以及在不同海拔情況下造成的其他非地形因素的改變。不同海拔高度下土壤分布和溫度改變是影響油茶生長的主要次生因素；坡度的大小會直接影響水土保持和土壤的肥沃性；坡向的不同直接影響油茶光照，在花期等重要的生理期若溫度過低、光照不足會直接影響油茶座果率，因此選取地形因素中的海拔高度和坡度作為參評因子。研究區屬于低山丘陵區，地形走勢由東向南、西北向中部傾斜，所在地區最高點海拔為1 016．4 m。

2）氣候條件。溫度、年均降雨量、空氣濕度和無霜期是直接影響油茶花期、座果以及果實飽滿度的因子。油茶果樹在光照充足的環境下長勢較好，特別在花期若溫度過低會造成花果掉落的現象；油茶果樹對降雨量的要求一般是大于1 000 mm，降雨量過低會對果樹的生長造成影響，在花期又要求降雨量不能過大，否則會影響授粉；油茶果樹對無霜期的要求一般要達到200 d以上；空氣濕度和土壤濕度相關，會直接影響油茶果樹對營養的吸收，造成果樹營養不良、果實品質低下。研究區的年均溫約為19．4℃，1月最冷，7月最熱；年均降雨量達到1 587 mm；無霜期多達281 d，日照充足。

3）土壤條件。土壤對油茶種植的影像主要表現為土壤酸堿性和土壤肥力。由于油茶自身根系缺少磷酸鹽，需通過吸收偏酸性的有機質進行緩沖，所以果樹適宜生長在偏酸性的土壤中，PH值要求為5～6．5。研究區土壤為由砂礫巖、石英砂巖、花崗巖發育形成的紅壤，腐蝕質較厚，土壤費力中等，PH值為5～6，土層厚度在70 cm以上，適合酸性、喜酸性植物生長。

4）產量因素。同類產品在不同區域種植條件下的茶油產量是反映油茶種植適宜性最直接的重要指標。不同品種或相同品種在不同種植條件下的油茶產量均有不同。除了種植環境等外部因素外，果樹的樹齡也是影響油茶果實產量和質量的關鍵因素。因此，通過油茶樹齡反映油茶產量，并將其作為油茶種植適宜性評價的指標之一很有現實意義。據統計，目前贛州市已成型油茶種植面積約為11萬hm2，茶油年產量約為8 000 t，江西省內茶油的畝產為4．7 kg。

根據油茶生長對環境條件等的需求，選定地形（海拔高度、坡度坡向）、氣候、土壤（PH值）以及產量作為參評因子；并借助GIS技術構建了基于地形—氣候—土壤—產量（樹齡）的贛南油茶種植適宜性評價體系。

2.2 評價因子權重賦值

根據種植適宜性評價體系參評因子的選取原則，結合影響油茶果樹的各類因素，最終選定8個參評因子。在建立評價體系前，先要對不同數值單位的因子進行指標量化處理，本文采用極差標準化法完成該項工作；再采用4種方法對不同參評因子指標進行標準化處理，使其值分布在[0,1]。

1）正向因子量化。

式中，Si為第i個因子對應的標準化處理后的數值，i=[0,1,…,7]；Xi為因子i的實際值；Xmax為因子i的最大值；Xmin為因子i的最小值。例如溫度指標，最小值為0，最大值為1，當最適宜臨界值為0．8，適宜臨界值為0．6時，通過式（1）得到最適宜和適宜的量化指標為 0．8 和 0．6。

2）負向因子量化。

無霜期適用于該量化方法，最大值為 200，當最適宜臨界值為 210，適宜臨界值為 189 時，通過式（2）計算得到最適宜和適宜的量化指標為 1 和 0．9。

3）分級取值量化。分級量化因子的適宜區間在賦值后進行計算，超過區間則會成為限制性因子，因此適宜度要遵循具體的評價依據劃分為不同級別。

4）定性因子量化。該方法通常針對無法用有規律的數學方法進行定量描述的因子類型，需根據以往經驗和主觀認知進行判斷。例如影響油茶種植的土壤狀況，不同土壤類型變化在時空上并無可持續性，所以需要實際采樣不同的土壤類型并結合對應的空間位置等屬性進行劃分定義。

采用以上4種方法對選取的8個參評因子進行量化處理。對濕度和坡度進行正向因子量化處理，對無霜期進行負向因子量化處理，對年均溫、年均降雨量和海拔高度進行分級取值量化處理，對土壤類型進行定性因子量化處理。通過量化指標能將各因子對油茶果樹生長適宜性的影響程度很好地表達出來。不同因子種植適宜性等級指標量化結果見表1。

表1 油茶種植適宜性評價指標體系

在此基礎上，采用層次分析法建立指標的層次結構，再通過專家打分法構造判斷矩陣，進行權重計算；考慮贛南地區山地特殊性，將坡度作為突出因子，綜合各因子組成比較矩陣。因子間的關聯在矩陣中有所表現，見表2。

表2 因子間比較矩陣

在比較矩陣的基礎上進行運算，建立權重計算的判斷矩陣。

式中，r為矩陣參與運算的元素，i、j為不同因子；Ki、Kj為各因子累加值。獲得該矩陣的最大特征值，在一致性檢驗的基礎上得出矩陣最大向量，其中各值表示各因子權重，見表3。

表3 評價指標權重

油茶果樹的種植不僅具有自然生態功能還有很強的經濟效益，所以綜合考慮自然生態因素和社會經濟效益因素，遵循主宜性和多宜性相結合的原則對油茶種植適宜性進行等級劃分。

3 油茶種植適宜性評價等級及因子指標

根據研究區所獲取的參評因子，綜合當地的實際種植經驗，將贛南地區油茶種植適宜性評價等級分為種植適宜區（A）、較適宜區（B）和不適宜區（C）。對應各參評因子具體指標如表4所示。

表4 評價因子具體指標

4 突出因子分析

根據贛南地區地形、氣候、土壤等自然因素發現，贛南地區氣候溫和，降雨豐富，無霜期較長，年均溫約為18．9℃，年平均無霜期約為287 d，年均降雨量約為1 605 mm，土壤為紅土地，多數地區為弱酸性土壤；山地眾多，境內最高海拔為2 061 m、最低海拔為82 m，平均海拔為300～500 m。贛南地區各因子指標如表5所示。

表5 贛南地區影響因子指標

在8個因子中有6個因子指標在油茶種植適應區范圍內，坡度和產量（樹齡）為不確定因子。贛南山地眾多，但不同山地的原始坡度坡向不盡相同，油茶種植的適宜范圍為5～25°，因此不同的地區需根據實際情況考慮坡度因素是否會限制油茶種植。同時，不同樹齡的油茶果樹也會影響油茶果產量，幼樹和老齡化的果樹產量普遍低下，樹齡大于5 a的果樹為成年樹，進入穩定期，產量增加。因此，確定坡度和樹齡為影響贛南地區油茶種植適宜性的突出因子。

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B

1672-4623（2017）01-0043-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.01.013

李沛鴻，教授，主要從事工程測量、地理信息系統設計及應用的研究工作。

2015-11-30。

項目來源：江西省科技廳科技支撐資助項目（20133BBF60017）。