氣候因子小網格化技術在湖南煙草種植區劃中的運用

周 艦，孫小成，盧朝軍，蔣小軍，滕林娟，謝宜芝

(永州市農業科學研究所，湖南 永州 425000)

0 引言

湖南省在氣候上有熱量資源富足、無霜期漫長，全面降雨量充足但各地區分配不均衡，日照時數偏少、太陽光輻射較強，全年間氣候多變等特征。氣候資源的富足性，為煙草產業種植發展創造了較優良的生態基礎，混凝煙草種植規模與生產量位居全國第3位。湖南也是一個自然災害高發的省份之一，煙草生長期可能遭受多種負面氣象因素的侵襲，對煙葉質量、產量等造成不同程度的影響。過往多基于氣候要素規劃作物氣候區，而沒有融合災害因子，等級劃分適用于氣候資源有顯著區別的區段，能為相關區域農作物布局栽種提供實用價值偏高的信息。本文在使用氣候資源與自然災害因素進行區劃基礎上，聯合使用了土地資源信息等因子，獲取到的區劃結果能較好地滿足湖南煙草栽種要求。

1 資料來源和處理

由湖南氣象檔案館獲取氣象資料，囊括了湖南省97個氣象站的逐日日均氣溫、最高與最低溫度、降雨量、日照時長等信息。利用統計學分析法依次測算出煙葉生長苗期、大田期、成熟期對應的氣溫、降雨、日照和旱澇等10余個氣象因子，解讀氣象災害區域分布特點。

選用1∶25 000電子地圖，湖南省1∶100 000土地利用現狀圖資料[1]。

2 設定區劃指標

對煙葉生長期15個指標統計分析后，結合湖南省數年間的煙葉種植實踐經驗與煙葉質感認識，依照主導因子、因子簡化及共性原則開展區劃工作。

參照我國權威機構擬定的煙草栽種區劃指標，立足于湖南煙草氣候環境實況，平均氣溫或積溫對煙葉健康生長不會形成制約，但在持續高溫條件的作用下，會降低上部煙葉質量，因而研究中納入熱害指標，雨水是煙草生長的必需基礎條件，光照情況關系著煙葉品質優劣。綜合業內專家評分情況，選用大田期降雨量及日照時長、成熟期降雨量及持續5 d氣溫最高值≥35 ℃熱害共4因子作為規劃煙草氣候生態區的憑據，并且依此構建相對應的網格化推算模型。

3 氣象指標的小網格推導

3.1 原理分析

目前，湖南省內氣象臺站基本是依照縣區分布情況規劃，大概每50 km×50 km便會設置1個臺站，若單純利用該資料開展規劃工作，精細度顯著不足。故而，要求對氣象因子實施小網格化，詳細規劃氣候因子與氣象災害在空間上的分布狀況，改進初有的推導模型，基于500 m×500 mm進行單元網格推導測算。大多數情況下，空間分布的網格點地理因子影響著氣候要素指標，如式(1)所示[2]。

Y=F(λ，φ，H，β)

(1)

式中Y——氣候要素值

λ——經度

φ——緯度

H——海拔高程

β——地形

在湖南省煙草種植區規劃階段，多數栽種地選擇在坡度<25°的山區旱地與稻田內，基于地勢的特殊性，可以不計β形成的影響。因λ、φ、H對不同氣候要素、自然災害等形成的影響程度不同，故而于小網格化內應選用差異性方法。

3.2 大田期降雨量

因湖南省煙草種植區跨越了數個緯度，外加地勢條件的影響，以致不同分區煙草大田期對應的時間段存在較顯著區別，這是造成大田期降雨量與日照時長有別的主要原因，若直接用氣候因素與地理因子建模，相關性可能偏低。借鑒過往研究成果，先測算出大田期降雨量與全年降雨量的比例，Pj=Rj/R0(Rj、R0依次為大田期降雨量、全年降雨量)，而后采用GIS把Pj轉換為于500 m×500 mm網格化內的降雨比率(Pjg)，此時小網格對應的大田期降雨量Rjg=Pjg×P0g(圖1)。

3.3 大田期日照時數

選用氣象站監測到的煙草大田期日照時數在全年日照時數比Pi進行插值，有Pj=Si/S0(Si、S0依次為大田期日照時長、全年日照時長)，而后把Pi轉化500 m×500 mm網格化的日照時長比率(Pig)，而后有Sg=Pjg×S0g(圖2)。

3.4 成熟期降雨量

結合既往統計的氣象資料，發現當湖南省內煙草成熟期時降雨量偏小(≤400 mm)，在全年降雨量中所占比例≤30%，不同氣象站點煙草成熟期降雨量在年總降雨量中所占比例存在較明顯差別，若沿用大田期降雨比例插值法，則很難保證測算結果的精確度。故而擬定選用回歸模型加以測算，線性回歸分析如式(2)所示[3]。

Yr=-1 202.94+6.728λ+26.66φ+0.090 1H+γ

(2)

式中Yr——煙草成熟期降雨量，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之間存在正相關性，其中φ的貢獻率最大。

3.5 成熟期熱害

將煙草成熟期持續5 d最高氣溫≥35 ℃設為熱害指標，先測算出97個站點成熟期的煙草熱害發生的風險，而后分別推演出各氣象站熱害率與λ、φ、H等因子對應的線性回歸方程，如式(3)所示[4]。

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

(3)

式中Yh——熱害率

式(3)中，R=0.463 0，F=8.36。由式(3)可知，熱害率和λ、H間呈負相關性，和φ正相關，其中λ形成的影響最為顯著，可能是因為湖南省東部地區煙草成熟期比西部地區早1個月左右，西部地區恰恰對應的是高溫季節(7—8月)，高溫日照時數明顯多于東部地區。

4 小網格的煙草氣候區劃

針對以上經網格化處理的4個氣象指標，測評它們各自對煙葉質量形成的影響，細分為3級或4級，等同分別設定評級指數為1～4(表1)[5]。

表1 湖南省煙草栽種對應的氣候區劃指標

結合以上4個區劃指標對應的評級結果，采用GIS軟件系統與計算機設備編程，對不同級別評級指數予以疊加處理后獲得小網格化對應的整體指數，在此基礎上規劃了湖南煙草種植栽種分區(圖3)[6]。

(1)湖南省內除濱湖地區之外，其他區域氣候條件均能促進煙草栽種、生長過程。相比之下，懷化市的中南部自然氣候條件更占優勢，可以被看成煙草產業規模化推進的潛力區[7]。

(2)圖3所示的區劃圖和目前煙草現實種植情況作比較，衡陽、郴州、永州均和實際生產模式間有較高吻合度。

(3)目前，瀏陽內煙草種植規模相對較大，但多數種植地隸屬于次適合區，站在自然氣候條件層面上分析，瀏陽市可供栽種高質量煙葉的面積較為狹窄。

5 以土地利用信息為基礎分析煙葉可栽種區劃情況

把土地資源信息整合至氣候小網格區劃圖內，能更真實、整齊地呈現出符合煙葉栽種區中現實可供應用的土地資源面積，結合過往研究獲得的現狀圖數據，可把土地資源細化為6個類型，經比較分析后，僅有耕地類適宜栽種煙草。

根據湖南省多個縣區內煙葉栽種區情況，構建了全省疊加型的土地信息煙葉栽種區規劃(圖4)，也就是有實際應用價值的栽種區分布圖樣[8]。圖4內，黑色、淺黑色、淺灰色、白色區域依次代表最適合、適合、次適合、不適合栽種區。分析后認為湖南省適合栽種煙草的面積偏大，所占比例高達80%，次合適栽種區次之，自治州局部與懷化市中南方向大多數地方是最適合的栽種區。

通過疊加整合耕地信息后，刨除了氣候資源適合但不屬于耕地區域，能進一步強化區劃結果和湖南省煙草作物真實栽種情況的契合度，可操作性更高，參照價值更大[9-11]。

6 結束語

以CIS技術為支撐，更精確地規劃煙草氣候栽種區，可達到500 m×500 m的小區，并整合了土壤使用信息，進一步提升所得區劃結果的準確度，符合湖南省煙草現實生產種植要求。

利用大田期降雨量及日照時長、成熟期降雨量及持續5 d氣溫最高值≥35 ℃熱害共4指標對煙葉氣候進行區劃，區劃結果和現狀之間有較高契合度。

有機疊加、整合土壤利用數據信息和氣候區劃情況，能更為客觀地呈現出湖南省某個區域內煙草可栽植規模大小，在煙葉作物種植實踐中能體現出較高的指導價值。