廣西靖西煙區(qū)烤煙種植生態(tài)適宜性分析

鄧明軍，石媛媛，高華軍，林北森

(1.廣西壯族自治區(qū)煙草公司，廣西 南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530003； 3.廣西壯族自治區(qū)煙草公司 百色市公司，廣西 百色 533000)

廣西靖西煙區(qū)烤煙種植生態(tài)適宜性分析

鄧明軍1，石媛媛2*，高華軍3，林北森3

(1.廣西壯族自治區(qū)煙草公司，廣西 南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530003； 3.廣西壯族自治區(qū)煙草公司 百色市公司，廣西 百色 533000)

以廣西靖西煙區(qū)作為研究區(qū)，基于2012年多站點氣象數(shù)據(jù)、200個土壤樣點的養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)和DEM高程數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件，選取氣象、土壤養(yǎng)分和地形三大類生態(tài)條件下的11個生態(tài)因子，利用主成分分析法、層次分析法、指數(shù)和法等進行權(quán)重計算和指數(shù)運算，對三類生態(tài)條件進行適宜性分析，在GIS環(huán)境下進行3個圖層疊加和重分類，將靖西煙區(qū)劃分為適宜、較適宜和不適宜3個級別。結(jié)果表明：有6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中在適宜區(qū)，其中，大甲、胡潤、武平3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的適宜區(qū)面積比例均在90%以上，新圩、新靖、同德3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的適宜區(qū)面積占比50%以上。壬莊、岳圩、化峒、地州、渠洋等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中在較適宜區(qū)，龍邦和祿峒2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)大部分面積劃分為不適宜區(qū)，各分區(qū)之間呈明顯的帶狀過渡趨勢。因此，在實際生產(chǎn)中建議龍邦和祿峒部分煙區(qū)向適宜區(qū)和較適宜區(qū)轉(zhuǎn)移。

煙草；GIS；生態(tài)適應(yīng)性

生態(tài)環(huán)境決定煙草質(zhì)量特色，除遺傳因素外，煙草的產(chǎn)量和質(zhì)量潛力是煙草所生長的環(huán)境與所實施的栽培措施相互作用的結(jié)果(Bertinuson[1]、Court[2]等)。“在哪種煙”是煙區(qū)生產(chǎn)特色優(yōu)質(zhì)煙葉，增強卷煙原料供應(yīng)能力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展首先要解決的問題。靖西縣作為廣西第一大煙區(qū)，近年來面臨生產(chǎn)規(guī)模萎縮、煙葉質(zhì)量不穩(wěn)定等不利局面，迫切需要對煙區(qū)進行生態(tài)種植適宜性分區(qū)，鞏固優(yōu)質(zhì)老煙區(qū)，開發(fā)適宜新煙區(qū)，保持生產(chǎn)規(guī)模基本穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)，120 d無霜期(最佳140 d)、充足的水分供應(yīng)、足夠高的溫度和光照是滿足煙草基本生理生化活動的基礎(chǔ)條件[1-2]。土壤中氮素營養(yǎng)是煙草葉片最大程度擴展的關(guān)鍵因素之一[3]。土壤有機質(zhì)含量高，所產(chǎn)煙葉的香氣質(zhì)好、香氣量足、雜氣輕，土壤速效鉀含量高，煙葉香氣質(zhì)好[4]。海拔高度800～1000 m區(qū)域的煙葉化學(xué)成分最好[5-6]。近幾年，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，使得利用GIS對氣候、土壤、地形多源數(shù)據(jù)進行分析成為可能，很多學(xué)者利用GIS技術(shù)進行煙草生態(tài)種植區(qū)區(qū)劃[7-9]、開發(fā)煙草種植網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)[10]、施肥推薦系統(tǒng)等[11-17]。目前未見對靖西縣烤煙生態(tài)適宜性區(qū)劃的研究報道，本研究利用統(tǒng)計學(xué)方法，對靖西煙區(qū)的氣候、土壤、地形等生態(tài)特征進行分析，并綜合考慮生態(tài)特征間的相互作用及影響，對靖西煙區(qū)進行生態(tài)適宜性劃分。對靖西煙區(qū)進行烤煙生態(tài)適宜性評價，將靖西煙區(qū)劃分為適宜、較適宜和不適宜3個分區(qū)，旨在為靖西煙區(qū)優(yōu)化烤煙種植布局，合理利用生態(tài)資源提供依據(jù)，實現(xiàn)鞏固優(yōu)質(zhì)老煙區(qū)，開發(fā)適宜新煙區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

靖西縣地處廣西西南部，東經(jīng)105°57′～106°48′，北緯22°51′～23°34′，南與越南高平省交界，北與德保縣，西與那坡縣相連，是廣西烤煙生產(chǎn)第一大縣。靖西縣1991年開始種植烤煙，2004年被列入全國烤煙生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化示范縣，烤煙生產(chǎn)逐漸成為當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)，2009年全縣實現(xiàn)煙葉特產(chǎn)稅0.3億元，農(nóng)民總收入1.5億元，2010年被列入全國現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)整縣推進單位。全縣適宜種植烤煙面積約26666.67 hm2，約占耕地面積的70%，煙區(qū)土壤多為棕色石灰土，pH值5.5～7.0，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫19.1 ℃，年降雨量1400～1700 mm，年平均日照時數(shù)1521.8 h，無霜期331 d，光照充足，雨量充沛。在第三次全國煙草種植區(qū)劃中，靖西縣在烤煙氣候適宜性分區(qū)和生態(tài)適宜性分區(qū)中被列為滇南桂西山地丘陵烤煙最適宜區(qū)。

圖1 靖西縣的位置圖

2 材料與方法

2.1 氣候因子分析方法

采用2008～2013年靖西縣各氣象觀測站溫度和降雨量數(shù)據(jù)，以及1974～2003年累計30年的縣歷史氣象數(shù)據(jù)，用歐式距離公式分析氣候相似性，用克里金插值法分析氣候因子的空間分布特征，用主成分分析法計算氣候因子權(quán)重，用指數(shù)和法進行氣候適宜性評價。

2.2 土壤因子分析方法

針對2012年靖西煙區(qū)的200個土壤樣點養(yǎng)分檢測數(shù)據(jù)(含pH值、全氮、全磷、全鉀、有效氮、有效磷、有效鉀、陽離子交換量、有機質(zhì)、氯含量等10項指標(biāo))，采集對應(yīng)田塊烤后煙葉樣品，對6項煙葉品質(zhì)指標(biāo)(還原糖、總糖、總植物堿、總氮、K2O、Cl)進行相關(guān)性分析，用克里金插值法分析土壤因子的空間分布特征，用主成分分析法計算土壤因子權(quán)重，用指數(shù)和法進行土壤適宜性評價。

2.3 地形因子分析方法

由20 m的DEM高程數(shù)據(jù)中提取地形資料，采用空間表面分析模塊中的Slope工具計算煙區(qū)的坡度值，采用Reclassify工具將DEM和坡度數(shù)據(jù)進行分級,分級后的DEM和坡度數(shù)據(jù)通過格式轉(zhuǎn)換工具轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，矢量數(shù)據(jù)與行政區(qū)劃進行空間疊加分析后，利用Access軟件的交叉表分析功能獲取鄉(xiāng)鎮(zhèn)各類適宜區(qū)的統(tǒng)計面積。

2.4 綜合生態(tài)因子分析方法

綜合考慮氣候、土壤、地形因子間的相互作用和影響，采用層次分析法，建立層次結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)造判斷矩陣，執(zhí)行CR檢驗。為了更合理地判斷各因子對烤煙生長的影響程度，請當(dāng)?shù)亻L期從事烤煙種植的專家、技術(shù)人員，根據(jù)各因素的相對重要程度進行經(jīng)驗性打分，本研究邀請了30個專家對本次烤煙種植生態(tài)三因素的重要性進行打分，根據(jù)最后的結(jié)果進行層次排序，并通過一致性檢驗，確定評價體系的權(quán)重。

首先建立層次結(jié)構(gòu)模型，按其對適宜性的影響程度不同，確定第一層為目標(biāo)層即烤煙種植氣候區(qū)劃層，第二層為因子層即氣候、土壤和地形區(qū)劃指標(biāo)層。然后構(gòu)造判斷矩陣，將同一層中各因素相對于上一層兩兩比較，對每一層中各因素相對重要性給出一定的判斷，采用1～9比率標(biāo)度進行定量化，并進行兩兩因素之間的比較。該判斷矩陣滿足3個特征：(1)Rii=1；(2)Rij=1/Rji(i,j=1，2，3,…,n)；(3)Rij≥0(i,j=1，2，3,…,n)，i,j表示在判斷矩陣中的因子所處的行列數(shù)。只有滿足上述3個特征的判斷才具有完全一致性。為了判別權(quán)重是否合理，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，檢驗公式為：

CR=CI/RI

(1)

(2)

公式(1)中，CR為判斷矩陣的一次性比率，CI為判斷矩陣的一致性指標(biāo)，由公式(2)給出。其中，λmax為矩陣的最大特征根。RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標(biāo)。當(dāng)CR<0.1時，即認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，說明權(quán)數(shù)的分配是合理，否則就需要對判斷矩陣進行調(diào)整。

2.5 生態(tài)適宜性評價方法

利用指數(shù)和法[9-10]計算生態(tài)適宜性評價指數(shù)，指數(shù)和法的運算公式如下：

P=a1xl+a2x2+…+anxn

(3)

公式(3)中P為指數(shù)和；a1,a2,…,an為各評價因素權(quán)重；xl,x2,…,xn為各評價因素質(zhì)量等級分值。

本研究將各生態(tài)評價因子按其對烤煙生長適宜性影響進行分級，根據(jù)各評價因子等級的高低，分別賦以相應(yīng)的等級分。各評價因子劃分為3個等級，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，等級分對應(yīng)為3、2、1分。用等級分乘以評價因子相應(yīng)的權(quán)重值，即為各評價因子的指數(shù)。再計算評價因素的指標(biāo)指數(shù)之和，即指數(shù)和，根據(jù)指數(shù)和的大小確定生態(tài)適宜性等級。

3 結(jié)果與分析

3.1 烤煙種植生態(tài)因子的選取

根據(jù)靖西縣30年的氣候資料，計算烤煙各生育期的主要氣候指標(biāo)，并與美國、巴西、津巴布韋等國外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)氣候條件進行對比分析(表1)。

由表1可以看出，靖西煙區(qū)大田期均溫、相對濕度、日照時數(shù)等氣候數(shù)據(jù)與國外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)整體上處于同一水平(美國日照時數(shù)明顯偏高)，伸根期、旺長期、成熟期3個生育期溫度逐步抬升，津巴布韋、美國的溫度走勢則比較平穩(wěn)，巴西抬升幅度略小。然后，用多維空間相似距離來度量各地間的相似程度，相似距離越小，相似程度越高；反之，則越低。相似距離根據(jù)歐式距離公式進行計算，結(jié)果見表2。

表1 烤煙大田生育期的主要氣候指標(biāo)

由表2可以看出，靖西煙區(qū)與巴西煙區(qū)的相似程度最高，與美國和津巴布韋煙區(qū)的相似程度較高。本文烤煙種植氣候適宜性分析選取與烤煙生長關(guān)系最密切的伸根期、旺長期、成熟期3個生育期的均溫和降雨6個氣候指標(biāo)作為本文的評價指標(biāo)，實際分析中發(fā)現(xiàn)研究區(qū)旺長期和成熟期均溫都在烤煙最適生長范圍內(nèi)，因此，在氣候適宜性分析過程中不再考量。

表2 靖西煙區(qū)與國外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)間氣候的相似距離

土壤養(yǎng)分因子主要包括表征土壤養(yǎng)分狀況的大量元素和有機質(zhì)含量，因此，為明確對煙葉品質(zhì)影響較大的土壤養(yǎng)分因子，對研究區(qū)土壤大量元素、pH和有機質(zhì)含量與煙葉品質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果見表3。

由表3可以看出，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效氮含量與煙葉品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)相關(guān)性較強，與煙葉K2O含量的相關(guān)系數(shù)達到極顯著水平，因此，在對煙區(qū)進行土壤適宜性評價中，選取土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效氮含量5個指標(biāo)進行。地形因子主要選取海拔和坡度2個地形特征作為適宜性評價指標(biāo)。

表3 煙葉品質(zhì)與土壤養(yǎng)分相關(guān)分析

注:*、**分別表示顯著、極顯著相關(guān)。

3.2 靖西烤煙種植生態(tài)區(qū)劃指標(biāo)量化

選定了生態(tài)因子，各因子的權(quán)重是評價的關(guān)鍵，對烤煙生態(tài)適宜性進行評價，主要是反映研究區(qū)生態(tài)資源對烤煙種植的適宜程度。參考相關(guān)研究和當(dāng)?shù)胤N植專家意見，給定各生態(tài)因子適應(yīng)性種植范圍。本文利用主成分分析法確定土壤養(yǎng)分因子的權(quán)重，利用層次分析法確定氣候和地形因子的權(quán)重(表4)。

表4 烤煙綜合區(qū)劃指標(biāo)量化表

3.3 生態(tài)分區(qū)判斷矩陣

對氣候、土壤養(yǎng)分、地形各層次分別進行適宜性分析，獲取不同層次的適宜性分區(qū)，根據(jù)層次分析法對3個層次進行打分，確定各層次權(quán)重，結(jié)果見表5。

表5 靖西煙區(qū)生態(tài)分區(qū)判斷矩陣

3.4 生態(tài)適宜性分析

在獲取各層次適宜性分區(qū)和各自權(quán)重之后，本文利用指數(shù)和法計算研究區(qū)生態(tài)綜合指數(shù)，根據(jù)綜合指數(shù)進行生態(tài)適宜性分區(qū)，結(jié)果見圖2。

圖2 靖西烤煙種植生態(tài)適宜性分區(qū)

由圖2可以看出，按照烤煙種植生態(tài)適宜性將靖西煙區(qū)分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)和不適宜區(qū)3個分區(qū)，適宜區(qū)主要集中在大甲、新圩、新靖、武平、同德、胡潤等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中，大甲、胡潤、武平3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的適宜區(qū)面積比例均在90%以上，新圩、新靖、同德3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的適宜區(qū)面積占比50%以上；較適宜區(qū)分布在壬莊、岳圩、化峒、地州、渠洋等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；不適宜區(qū)主要集中在龍邦和祿峒的部分區(qū)域。適宜性分區(qū)匯總表見表6。

4 結(jié)論

在影響煙葉內(nèi)在化學(xué)成分和煙葉香氣風(fēng)格的諸多因素中，生態(tài)環(huán)境起著主導(dǎo)作用。適宜的生態(tài)條件有利于煙葉香氣物質(zhì)的形成，本文通過層次分析法、主成分分析法、指數(shù)和法等技術(shù)手段對廣西最大的煙區(qū)靖西煙區(qū)進行生態(tài)適宜性評價。得出以下結(jié)論：

(1)在氣候因子中，與美國、巴西、津巴布韋三大優(yōu)質(zhì)煙區(qū)相比：靖西煙區(qū)光溫資源比較豐富，適合優(yōu)質(zhì)煙生長。伸根期降雨遠低于國外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)，而成熟期降雨又遠高于國外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)，旺長期降雨偏低，表明靖西煙葉生長可能在前期會受到干旱影響，但有利根系下扎發(fā)育，旺長期雨量偏少則可能會影響煙葉干物質(zhì)積累，造成煙葉的產(chǎn)質(zhì)量下降，成熟期雨水偏多容易導(dǎo)致煙葉貪青晚熟，品質(zhì)下降。氣候整體相似性而言，靖西煙區(qū)可能更適合采用類似巴西煙葉的生產(chǎn)栽培技術(shù)，但旺長期和成熟期降雨有可能成為限制因子。

(2)在土壤因子中，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效氮含量等養(yǎng)分指標(biāo)與煙葉品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性較強，與煙葉K2O含量的相關(guān)系數(shù)達到極顯著水平。靖西煙區(qū)土壤養(yǎng)分指標(biāo)多數(shù)處于烤煙種植適宜區(qū)，少數(shù)處于較適宜區(qū)，無不適宜區(qū)，這表明靖西煙區(qū)的土壤養(yǎng)分中不存在限制烤煙生長的因子。

表6 靖西生態(tài)適宜性分區(qū)匯總表

(3)在地形因子中，靖西煙區(qū)海拔都處于150～1400 m的烤煙種植適宜區(qū)和較適宜區(qū)，無海拔限制，坡度分區(qū)中煙區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都存在坡度大于25°的不適宜區(qū)，比例普遍在24%～34%區(qū)間，對烤煙生長有一定的坡度限制。

(4)靖西煙區(qū)按生態(tài)適宜性分區(qū)，有6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中在適宜區(qū)，其中，大甲、胡潤、武平3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的適宜區(qū)面積比例均在90%以上，新圩、新靖、同德3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的適宜區(qū)面積占比50%以上。5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中在較適宜區(qū)，龍邦和祿峒2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)大部分面積劃分為不適宜區(qū)，各分區(qū)之間呈明顯的帶狀過渡趨勢。建議龍邦和祿峒部分煙區(qū)向適宜區(qū)和較適宜區(qū)轉(zhuǎn)移。

本文基于GIS的空間分析方法將生態(tài)因素與烤煙種植構(gòu)成一個整體評價研究區(qū)烤煙種植生態(tài)適宜性，對靖西煙區(qū)的烤煙種植規(guī)劃及烤煙品質(zhì)的提升具有重要意義。在實際生產(chǎn)中可以適當(dāng)將種植區(qū)向適宜區(qū)轉(zhuǎn)移，以最大限度地發(fā)揮當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件的優(yōu)勢，形成廣西獨特風(fēng)格的烤煙品牌。

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(責(zé)任編輯：曾小軍)

Analysis of Ecological Suitability of Planting Flue-cured Tobacco in Jingxi Area of Guangxi

DENG Ming-jun1, SHI Yuan-yuan2*, GAO Hua-jun3, LIN Bei-sen3

(1. Guangxi Tobacco Company, Nanning 530022, China; 2. Guangxi Research Institute of Forestry Science, Nanning 530003, China; 3. Baise Tobacco Company of Guangxi, Baise 533000, China)

According to the meteorological data from many stations, the nutrient data of 200 soil samples, and the DEM altitude data of Jingxi tobacco-growing area of Guangxi in the year 2012, combined with the local production conditions, we selected 11 factors from the aspects of meteorology, soil nutrition and landform to analyze the ecological suitability of planting flue-cured tobacco in Jingxi area by using principal component analysis, analytic hierarchy process, index sum method and geostatistics with GIS. The results showed that: six villages and towns were concentrated in the most suitable region, the suitable planting area of Dajia, Hurun and Wuping towns all accounted for over 90%, and that of Xinxu, Xinjing and Tongde towns accounted for more than 50%; five villages and towns were concentrated in the more suitable region, including Renzhuang, Yuexu, Huadong, Dizhou and Quyang; the most part of Longbang and Ludong villages and towns was divided into the unsuitable region; there was an obvious banded transition among three regions. We recommended that some areas of Longbang and Ludong could be transferred to the most suitable region or the more suitable region.

Tobacco; GIS; Ecological suitability

2017-03-16

廣西自然科學(xué)基金(2015GXNSFAA139100)。

鄧明軍(1980─)，男，農(nóng)藝師，碩士，主要從事煙草生理生態(tài)相關(guān)工作。*通訊作者：石媛媛。

S572

A

1001-8581(2017)08-0086-05