基于GIS的云南省木薯種植適宜性區劃

齊偉恒　彭琳　郜魯濤

摘要：通過進行木薯種植適宜性區劃研究，為云南省木薯產業的規劃布局提供科學依據。根據云南省氣候資源特點和木薯對生長環境的要求，分析確定了影響木薯生長分布的適宜性區劃指標。結合云南省1 ∶25萬地理信息數據、云南省109個氣象站1981—2010年氣候資料，選取年極端最低溫度、年極端最高溫度、年降水量、年平均溫度、全年≥10 ℃活動積溫5個氣候因子，采用層次分析法求取因子權重，借助地理信息系統（GIS）空間分析技術對區劃指標進行細網格推算，推算出無測站地區區劃指標的空間分布情況，得出云南省1 km×1 km網格化氣候資源空間分布結果，按照最適宜生長區、適宜生長區、次適宜生長區和不適宜生長區對云南省木薯種植進行區域劃分，并制作云南省木薯種植區劃專題圖。區劃結果表明：云南省種植木薯潛力很大，可以進一步發展木薯種植產業。

關鍵詞：木薯；GIS；云南??；空間推算模型；區劃

中圖分類號： S1622；S127文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2017）16-0195-03

[HJ14mm]

收稿日期：2016-08-24

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃（編號：2014BAD10B03）。

作者簡介：齊偉恒（1992—），男，黑龍江佳木斯人，碩士研究生，研究方向為地理信息系統。E-mail：2546048153@qqcom。

通信作者：楊林楠，博士，教授，主要從事農業信息技術研究。E-mail：lny5400@sinacom。[HJ]

木薯別稱南洋薯、木番薯等，為世界七大作物之一，既是重要的糧食資源，又是重要的工業原料。發展非糧木薯能源產業已成為解決我國能源問題的現實需求[1-2]。近年來，隨著乙醇等工業發展對木薯的需求量日益增大，云南省以其得天獨厚的氣候資源優勢已成為我國木薯的主要種植區域，開展云南省木薯種植氣候區劃研究，并為云南省木薯種植提供合理的布局建議，解決盲目種植、增產不增收等問題，對于促進云南省木薯產業的發展具有重要意義。

目前，云南省木薯區劃研究以調查和考察方法為主，對氣候資源豐富、地形地貌復雜的云南省，無法科學全面地反映木薯的地理分布和生產狀況。利用地理信息系統（GIS）的空間分析技術對區劃指標進行細網格推算是區劃研究的主要手段，例如文勇軍等開展云南辣木種植生態適宜性區劃研究[3]，主要采用氣候因子柵格圖進行疊加得到生態適宜性專題圖；金志鳳等進行浙江省茶樹栽培適宜性評價研究，對氣候因子進行了細網格推算[4]；蘇永秀等對廣西木薯種植細網格氣候區劃研究采用統計學方法建立區劃指標和數學模型得到區劃圖[5]。

本研究針對云南省的氣候資源特點和木薯生長發育的實際情況，在總結和分析前人調查、研究的基礎上，利用GIS空間分析技術，結合細網格推算、反距離權重插值法等技術，對云南省木薯進行精細化適宜度分區研究，以期對云南省木薯的合理種植提供科學依據，促進云南省木薯產業的發展。

[BT1#][STHZ]1材料與方法

11云南省自然地理狀況

云南省簡稱云或滇，地處中國西南邊陲，位于21°8′32″～29°15′8″N、97°31′39″～106°11′47″E之間，全省東西橫距最大為8649 km，南北縱距最大為900 km，總面積394萬km2，占全國陸地總面積的41%，居全國第8位。在云南省全省地形地貌中，山地約占84%，高原、丘陵約占10%，盆地、河谷約占6%，平均海拔2 000 m左右，最高海拔6 740 m，最低海拔764 m。從整個位置看，云南省北依廣袤的亞洲大陸，南連毗鄰遼闊的太平洋、印度洋的東南亞半島，處在東南季風、西南季風控制之下，又受西藏高原區的影響，從而形成了復雜多樣的自然地理環境。

低緯度、高海拔的特殊地理位置導致云南省年平均溫度在15～20 ℃之間，能夠滿足木薯對氣候條件的要求，得天獨厚的自然資源使云南省成為我國木薯的主要產地之一。

但由于云南省各類地貌之間條件差異很大，類型繁雜，地勢北高南低，因而形成了云南省復雜多樣的氣候類型。由北向南，年平均氣溫5～24 ℃，≥10 ℃活動積溫900～8 220 ℃·d，年降水量500～2 250 mm，最熱月平均氣溫20～28 ℃，最冷月平均氣溫8～10 ℃；南北縱距900 km，涵蓋了我國從海南到東北的大部分氣候類型。氣候類型的復雜性使得云南省木薯的分布也具有復雜性。

12數據來源

氣象資料來源于云南省109個氣象站，包括云南省逐日基本氣象要素數據，資料年限為1981—2010年，此外還有觀測站的海拔、經度、緯度等地理屬性數據，以及各站點記錄的溫度、降水量、相對濕度、活動積溫等。采用1 ∶25萬云南省基礎地理信息數據進行研究，氣象站點分布如圖1所示。

13研究方法

利用云南省氣候因子數據，能夠基本反映云南省氣候資源的分布情況。針對云南省地形復雜、觀測點數量有限并且分布不均勻等問題，采用逐步回歸分析法構建空間推算模型[8-10]，能夠完全地反映資源的空間分布特征，解決數據量不足的問題，得到較準確的空間分布結果，達到客觀準確地反映氣候資源分布的目的。

131建立空間推算模型本研究以經度、緯度、海拔等地理因素作為自變量因子，將氣象數據中對木薯生長有主要影響的氣候因子作為因變量。模型表達式為M=f（λ，φ，h）+ε。其中：M表示對木薯生長有主要影響的氣候因子的實測值；f為推算值；λ、φ、h分別為經度、緯度、海拔因子；ε為殘差，即實測值與推算值的差值。

以年平均溫度為例構建區劃指標空間分析模型：年平均溫度Tave=-0192λ-0542φ-0004h+55025，R2=0706，F=84019。各推算模型R2處于0706～0816之間，選擇的氣候因子與地理因素之間有極高的相關性，且各個方程均通過了α=001的顯著性檢驗，線性回歸效果十分良好。

132篩選木薯區劃指標

相關科學研究資料表明，木薯是熱帶和亞熱帶作物，喜高溫，不耐霜雪，耐貧瘠，對土壤要求不高，適宜海拔在2 000 m以下，在生長發育期間要求熱量豐富，適宜在年平均氣溫18 ℃以上、無霜期在8個月以上、600～6 000 mm 的年降水量地區生長，在年平均氣溫≥21 ℃、日均溫差6～7 ℃、年降水量1 000～2 000 mm且分布均勻的地區最適宜生產栽培。發芽的最低溫度為14～15 ℃，18～20 ℃ 可正常生長，最適宜生長的溫度為25～29 ℃，14 ℃ 以下停止生長，10 ℃以下出現凍害，溫度超過48 ℃停止光合作用[5，9]。

利用層次分析法確定氣候適宜性區劃因子權重是常用方法[11-12]。本研究采用層次分析法來確定木薯適宜性區劃因子權重，如圖2所示進行分層。

本研究參照層次分析法的判斷矩陣標度和專家打分的方法，以定量的方式給出了各區劃因子的相對重要性，最終得到了各個區劃因子權重，詳見表1。

計算結果表明，一致性比率CR=0043<01，證明判斷矩陣中各因子之間的關系具有滿意的一致性，通過了檢驗。

根據區化因子的權重，再結合云南省木薯生長發育對生態環境的要求，對影響木薯種植的區劃因子進行等級劃分，可分為最適宜區、適宜區、次適宜區和不適宜區[5]，具體等級指標見表2。

2結果與分析

對均勻分布在云南省各地區的109個氣象站收集1981—2010年的氣象資料，利用反距離權重插值法進行空間數據內插等處理后，得到云南省全年≥10 ℃活動積溫、年平均溫度、降水量等區劃因子柵格圖（圖略）。針對不同的作物和農業氣候指標，使用不同的分區方法，這樣才能使區劃更具準確性。在對已有的分區方法進行分析的基礎上，采用集優法對木薯進行適宜性區劃[14]。

根據表2所列出的區劃指標、區劃等級，設Ai1、Ai2、Ai3、Ai4分別為對應的第i個因子所求得的最適宜區、適宜區、次適宜區、不適宜區（i為區劃因子，且1≤i≤5）。由此可以得到相應的區劃結果：最適宜區，S1=A11∩A21∩…∩A51；適宜區，S2=A12∩A22∩…∩A52；次適宜區，S3=A13∩A23∩…∩A53；不適宜區，S4=B14∪B24∪…∪B54。

將得到的分區分別賦予不同的顏色，并疊加縣邊界、圖例、指北針、經緯網等，最終得到了云南省木薯的生態適宜性區劃專題圖，如圖3所示。

21最適宜區和適宜區

由圖3可看出，云南省木薯種植最適宜區和適宜區主要集中在滇南地區，包括瑞麗、隴川、潞西、盈江、耿馬、瀾滄、勐海[CM（25]、景洪、思茅、勐臘、金平、河口、馬關、元陽等多個縣（區），

適宜木薯生長。保山、文山、紅河等地區，環境條件適宜，也比較適合木薯生長，在滇北少部分地區也有比較適合木薯生長的地方，但由于海拔、溫度等因素的影響，分布面積較小。

從區劃圖可以看出，木薯最適宜生長區范圍很小，主要在勐臘地區，這里年平均溫度≥21 ℃，≥10 ℃的年活動積溫 >7 500 ℃·d，年降水量為1 200～2 000 mm。光照充足，熱量豐富，溫度和降水量適宜，各項條件均滿足木薯生長的最適宜條件，是木薯種植重點的發展區。

適宜區包括瑞麗、隴川、潞西、盈江、耿馬、瀾滄、勐海、景洪、思茅、金平、河口、馬關、元陽等多個縣（區），適宜木薯生長。該區域年平均溫度20～21 ℃，≥10 ℃的年活動積溫在 6 500～7 500 ℃·d 之間，年降水量在1 000～1 200 mm之間或 >2 000 mm。該區氣候條件和最適宜區比較相對較弱，但光照充足，雨量充沛，仍然可以滿足木薯生長需要，也可以在該區大面積種植木薯。

22次適宜區

由圖3可以看出，在適宜區以北的地區，包括丘北、廣南、富寧、硯山、石屏、云縣、鳳慶、易門、昌寧、景東等縣（區）為次適宜區。該區年平均溫度在18～20 ℃之間，≥10 ℃的年活動積溫5 500～6 500 ℃·d，降水量在600～1 000 mm。該區降水較充足，光照較豐富，但不及最適宜區、適宜區，可以進行木薯種植，但產量、質量與最適宜區、適宜區相比會有所降低。

23不適宜區

云南省其他地區則為不適宜區，由于熱量、光照等難以滿足木薯生長發育要求，故在不適宜區不要盲目發展木薯種植產業。

3結論

根據云南省的氣候資源特點及木薯生長發育對環境的要求，確定了5個氣候因子作為區劃指標，建立空間推算模型；借助GIS空間分析技術，采用反距離權重插值法進行內插，得到各因子的柵格圖，再將每個因子柵格圖進行疊加操作，最終得出云南省木薯的生態適宜性區劃專題圖；對云南省木薯進行精細化適宜度分區，以期充分利用當地的農業氣候資源為木薯的合理種植提供依據；對云南省木薯生長區域進行劃分，分為最適宜區、適宜區、次適宜區和不適宜區。

本次區劃選取的數據量大，氣象站點基本覆蓋了全云南省，而且選取區劃因子有一定的科學依據，能夠大體反映木薯在云南省不同地區種植的適宜性，可為云南省木薯種植布局提供科學建議。

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