穆耀輝

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基于GIS技術(shù)的商洛煙區(qū)烤煙用地適宜性評價(jià)研究

穆耀輝

(陜西省煙草公司商洛市公司, 陜西商洛, 726000)

基于GIS技術(shù)與數(shù)學(xué)模型對商洛煙區(qū)烤煙用地的適宜性進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明: 高度適宜烤煙種植的農(nóng)田占到了全部煙田的32.61%; 烤煙主產(chǎn)區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為9.486 9 g/kg; 土壤速效氮和有效磷含量分別為25～30和10～25 mg/kg; 而土壤速效鉀、土壤有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅、硼、氯、硒含量分別為99～233, 15～25, 40～70, 1.2～1.8, 0.5～2.0, 0.8～1.8, 5～10, 0.07～0.20 mg/kg。該研究結(jié)果可為該煙區(qū)合理優(yōu)化布局和提高優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)能力提供科學(xué)的指導(dǎo)。

地理信息系統(tǒng); 適宜性評價(jià); 煙草; 商洛

烤煙是商洛地區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)作物, 也是該區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)[1], 由于山地特殊條件的限制, 適宜耕種的面積比例較低[2], 成為制約烤煙規(guī)模發(fā)展的主要瓶頸。定性定量評價(jià)煙草對該區(qū)域內(nèi)的氣候土壤和地形等生態(tài)環(huán)境條件的適宜性程度, 有利于煙區(qū)更加合理地規(guī)劃和布局, 為各優(yōu)質(zhì)煙葉基地單元生產(chǎn)能力估算決策分析等提供科學(xué)依據(jù), 特別是隨著國家煙草專賣局“三大課題”的提出以及基于GIS(geographic information systems)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)的逐步建立[3], 利用GIS技術(shù)對該區(qū)域烤煙用地適宜性評價(jià)研究顯得尤為迫切。目前GIS技術(shù)在我國煙草行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[4–6]。Liu[7]和Wang[8]等利用GIS技術(shù)研究了我國中部煙草種植區(qū)土壤養(yǎng)分的空間變異, 并利用克立格插值法對煙區(qū)土壤空間變異進(jìn)行了研究; 何軼[9]等利用技術(shù)模糊數(shù)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對云南省施甸煙區(qū)土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行了空間分析和綜合評價(jià); 在煙草種植區(qū)劃及煙草用地生態(tài)適宜性評價(jià)研究方面, 陸魁東[10]等利用技術(shù)和等級劃分法選取相關(guān)氣候因子為煙草種植區(qū)劃指標(biāo)對湖南省煙草氣候生態(tài)適宜性進(jìn)行了區(qū)劃分析研究。莫建國[11]等借助技術(shù)和相關(guān)分析法將貴州省煙區(qū)劃分為5個(gè)氣候類型區(qū)。陳海生[12]和張久權(quán)[13]等分別利用技術(shù)特爾菲法、模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)和層次分析法對河南省、山東省、福建省煙區(qū)的生態(tài)適宜性進(jìn)行了綜合評價(jià)。另外, 劉國順等[14]研究表明, 隨著鉀肥用量的增加, 根、莖、葉中鉀含量增加, 但在整個(gè)生長過程中, 根、莖、葉鉀含量隨煙株生育進(jìn)程的推進(jìn)而降低。鐘曉蘭等[15]研究表明, 在保證烤煙前期營養(yǎng)的同時(shí), 合理增加鉀肥用量能夠較好地調(diào)控烤煙生殖生長期干物質(zhì)積累和鉀素吸收狀況。鄭東方等[16]研究表明襄陽煙區(qū)烤后煙葉中硫含量較高, 導(dǎo)致煙葉中有機(jī)鉀鹽指數(shù)較低, 采用較高水平的腐殖酸和鉀肥互作能夠改善這一點(diǎn)。但是以往對烤煙用地生態(tài)適宜性評價(jià)尤其基于縣級單位研究較少。因此本研究基于商洛市下轄的洛南縣、鎮(zhèn)安縣等地6個(gè)基地單元主要烤煙產(chǎn)區(qū)的“測土配方施肥”項(xiàng)目的調(diào)查分析結(jié)果, 利用“縣域煙田資源管理信息系統(tǒng)”, 對本區(qū)域烤煙種植的適宜性進(jìn)行了定量評價(jià)和分級, 旨在為商洛地區(qū)烤煙生產(chǎn)及發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

商洛市地處陜西省東南部, 與豫、鄂兩省接壤。位于東經(jīng)108°34′20″～111°1′25″, 北緯33°25′40″～34°25′40″之間。地勢西北高, 東南低, 由西北向東南伸展, 呈掌狀分布。海拔最高點(diǎn)位于柞水縣北秦嶺主脊牛背梁(2 802.1 m), 最低點(diǎn)位于商南縣梳洗樓附近的丹江谷地(215.4 m)。北部洛南煙區(qū)氣候?qū)倥瘻貛? 南部鎮(zhèn)安煙區(qū)氣候?qū)賮啛釒А８鲄^(qū)域年平均氣溫7.8～13.9 ℃, 最高37～40.8 ℃, 最低11.8～21.6 ℃, 降水量年均710～930 mm, 日照1 860～2 130 h, 無霜期為210 d, 是我國主要的煙草種植區(qū)。

1.2 研究方法

采用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料: (1) 2013年獲得的煙田調(diào)查點(diǎn)資料(包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)、農(nóng)戶調(diào)查、基本耕種情況、土壤養(yǎng)分、環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)); (2) 2009年開始進(jìn)行的“耕地地力評價(jià)”項(xiàng)目所獲得的煙田調(diào)查點(diǎn)資料(包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)、基本耕種情況)、縣鄉(xiāng)村基本情況統(tǒng)計(jì)以及相關(guān)文本資料和數(shù)據(jù)資料; (3) 空間數(shù)據(jù)包括1︰5萬土壤圖、地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖以及行政邊界圖等。

數(shù)據(jù)處理和管理軟件包括ACCESS數(shù)據(jù)庫軟件、SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件、ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件和縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)軟件。評價(jià)的具體步驟為:

(1) 收集相關(guān)數(shù)據(jù)資料和圖件, 并按照統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行分析和處理, 建立適宜性評價(jià)數(shù)據(jù)庫。

(2) 根據(jù)作物具體情況選取評價(jià)指標(biāo), 確定單因素權(quán)重, 即建立隸屬函數(shù)模型及層次分析模型。

(3) 利用土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖及行政區(qū)劃圖確定評價(jià)單元。提取評價(jià)單元屬性, 包括土壤農(nóng)化分析數(shù)據(jù)、田間調(diào)查數(shù)據(jù)等評價(jià)指標(biāo)屬性。

(4) 根據(jù)建立的評價(jià)模型確定評價(jià)單元等級, 獲得各等級煙田面積, 編制適宜性空間分布圖等。

1.3 烤煙用地適宜性評價(jià)因子體系建立?

1.3.1 評價(jià)單元的確定

評價(jià)單元是作物種植適宜性評價(jià)的最基本單位。它直接關(guān)系到評價(jià)質(zhì)量和工作量的大小及評價(jià)結(jié)果的應(yīng)用。本次烤煙用地適宜性評價(jià)采用土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖疊加形成的圖斑作為評價(jià)單元。土壤圖劃分到土種, 土地利用現(xiàn)狀圖劃分到一級地類, 行政區(qū)劃圖劃分到行政村, 同一評價(jià)單元土種類型、利用方式及行政歸屬一致, 不同評價(jià)單元之內(nèi)既有差異性, 又有可比性。

1.3.2 評價(jià)指標(biāo)的選擇

在選擇評價(jià)指標(biāo)時(shí), 綜合考慮商洛市烤煙主產(chǎn)區(qū)的土地資源的特點(diǎn), 結(jié)合該地實(shí)際情況, 依據(jù)針對性、主導(dǎo)性、穩(wěn)定性、可操作性等選取原則, 運(yùn)用專家經(jīng)驗(yàn)法, 最終選取評價(jià)指標(biāo)。其中烤煙用地的評價(jià)指標(biāo)包括地貌類型、坡度、海拔、土壤結(jié)構(gòu)、剖面構(gòu)型、質(zhì)地構(gòu)型、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、pH、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施、灌溉能力。

1.3.3 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

由于各個(gè)評價(jià)指標(biāo)對作物種植的適宜性有著不同的影響, 應(yīng)根據(jù)每個(gè)指標(biāo)對其貢獻(xiàn)大小賦予相應(yīng)的權(quán)重, 力求結(jié)果盡可能準(zhǔn)確反映土地質(zhì)量。其權(quán)重和評價(jià)評語采用層次分析法和模糊評價(jià)法確定。參評因子賦值采用隸屬函數(shù)模型, 根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的理論, 將選定的評價(jià)指標(biāo)與煙田生產(chǎn)能力的關(guān)系分為戒上型、直線型和概念型3種類型的隸屬函數(shù)。前2種類型可以用特爾斐法對一組實(shí)測值評估出相應(yīng)的一組隸屬度, 并根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)擬合隸屬函數(shù); 也可以根據(jù)唯一差異原則, 用田間試驗(yàn)的方法獲得測試值與產(chǎn)量的一組數(shù)據(jù), 將產(chǎn)量轉(zhuǎn)換為0～1之間數(shù)值表達(dá)的一組數(shù)據(jù), 再用測試值與轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)擬合隸屬函數(shù)。而概念型指標(biāo)如質(zhì)地等, 與煙田生產(chǎn)能力之間是一種非線性的關(guān)系, 采用特爾斐法直接給出隸屬度。利用縣域資源管理信息系統(tǒng)隸屬函數(shù)分析模塊對洛南、鎮(zhèn)安等煙區(qū)的13個(gè)評價(jià)指標(biāo)確定隸屬函數(shù)模型見表1。

表1 數(shù)值型評價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)表

參評因子權(quán)重確定采用層次分析模型進(jìn)行, 將13個(gè)評價(jià)指標(biāo)通過建立層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序及其一致性檢驗(yàn)、層次總排序及其一致性檢驗(yàn)得到各因子的組合權(quán)重。烤煙用地的評價(jià)因子組合權(quán)重見表2。

表2 煙草適宜性評價(jià)因子組合權(quán)重

注:1= 0.141 1,2=0.141 1,3=0.263 0,4= 0.454 7。

1.3.4 適宜性等級的劃分

考慮限制性因素, 對商洛市主要烤煙種植土壤適宜性進(jìn)行等級劃分, 共劃分為4個(gè)等級: 高度適宜(≥ 0.737 7); 適宜(= 0.631 5～0.737 7); 勉強(qiáng)適宜(= 0.554 9～0.631 5); 不適宜(< 0.554 9)。

2 結(jié)果分析

2.1 商洛煙區(qū)烤煙用地適宜性面積統(tǒng)計(jì)與空間分布

烤煙各適宜等級面積及所占比例見表3。由表3可以看出, 高度適宜烤煙種植的農(nóng)田有2 686.66 hm2, 占全部煙田的32.61%; 適宜的有4 530.73 hm2。兩者共占煙區(qū)煙田總面積的87.61%, 主要位于洛南、鎮(zhèn)安2個(gè)縣的低山丘陵地區(qū), 是本區(qū)域煙田的主體; 勉強(qiáng)適宜煙草種植的煙田有913.52 hm2, 占總面積的11.09%; 而不適宜耕作的面積有106.88 hm2, 占煙田面積的1.30 %, 主要分布在中高山、中山、高山等地區(qū)。在6個(gè)煙葉基地單元中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的烤煙適宜性情況見表4。

表3 煙草用地各適宜級別面積及百分比

表4 6基地單元中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙草適宜性等級分布統(tǒng)計(jì)表

2.2 商洛煙區(qū)烤煙用地資源質(zhì)量及其分布

煙草主產(chǎn)區(qū)的耕地土壤的有機(jī)質(zhì)平均含量為9.5 g/kg, 變幅6.0～13.6 g/kg。含量大于9.0 g/kg而小于等于10.0 g/kg的面積最多, 達(dá)2 573.49 hm2, 占煙草用地面積的31.24%; 10.0～12.0 g/kg的面積為1 410.31 hm2, 占耕地面積的17.12%; 8.0～9.0 g/kg的面積為2 468.87 hm2, 占29.97%; 小于8 g/kg的僅占19.59%?？梢姛煵葜鳟a(chǎn)區(qū)耕地土壤的有機(jī)質(zhì)大部分位于8.0～12.0 g/kg之間(表4)。

煙田土壤的速效氮平均含量為24.4 mg/kg, 變幅15.2～42.0 mg/kg。速效氮含量介于25.0～30.0 mg/kg的煙田面積為2 945.01 hm2, 占總面積的35.75%; 20.0～25.0 mg/kg的煙田面積2 747.31 hm2, 占總面積的33.35%; 30.0～35.0 mg/kg的煙田面積1 230.73 hm2, 占總面積的14.94%。耕層土壤的速效氮含量主要集中于20.0～30.0 mg/kg之間。

煙田土壤的有效磷平均含量為16.346 9 mg/kg, 最少為7.5 mg/kg, 最高為28.0 mg/kg。有效磷含量介于10.0～25.0 mg/kg的面積達(dá)7 763.30 hm2, 占94.24%。所以煙田土壤的有效磷含量主要集中于10.0～25.0 mg/kg之間。

煙田土壤的速效鉀含量平均為152.4 mg/kg, 最高為233.0 mg/kg, 最少為99.0 mg/kg。速效鉀含量大于200.0 mg/kg的煙田面積僅有618.66 hm2, 占煙草用地面積的7.51%; 介于170.0～200.0 mg/kg的面積達(dá)1 916.11 hm2, 占煙草用地面積的23.26 %; 介于150.0～170.0 mg/kg的面積達(dá)3 341.25 hm2, 占煙草用地面積的40.56 %。煙田土壤的速效鉀含量主要集中于150.0～200.0 mg/kg之間。

煙田土壤的有效鐵含量平均為18.7 mg/kg, 最高為31.5 mg/kg, 最少為10.0 mg/kg。有效鐵含量大于25 mg/kg的煙田面積僅有1 266.97 hm2, 占煙草用地面積的15.38%; 介于20.0～25.0 mg/kg的面積達(dá)2 684.70 hm2, 占煙草用地面積的32.59 %; 介于17.0～20.0 mg/kg的面積達(dá)1 795.84 hm2, 占煙草用地面積的21.80 %; 介于15.0～17.0 mg/kg的面積達(dá)1 425.14 hm2, 占煙草用地面積的17.30 %。煙田土壤的有效鐵含量主要集中于15.0～25.0 mg/kg之間。

煙田土壤的有效錳含量平均為43.1 mg/kg, 最高為80.8 mg/kg, 最少為20.7 mg/kg。有效錳含量大于70 mg/kg的煙田面積僅有585.71 hm2, 占煙草用地面積的7.11%; 介于60～70 mg/kg的面積達(dá)1 839.50 hm2, 占煙草用地面積的22.33 %; 介于50～60 mg/kg的面積達(dá)1 649.21 hm2, 占煙草用地面積的20.02 %; 介于40～50 mg/kg的面積達(dá)1 701.93 hm2, 占煙草用地面積的20.66 %。煙田土壤的有效錳含量主要集中于40～70 mg/kg之間。

煙田土壤的有效銅含量平均為1.27 mg/kg, 最高為1.85 mg/kg, 最少為0.89 mg/kg。有效銅含量大于1.8 mg/kg的煙田面積僅有14.00 hm2, 占煙草用地面積的0.17%; 介于1.5～1.8 mg/kg的面積達(dá)2 655.04 hm2, 占煙草用地面積的32.23%; 介于1.35～1.50 mg/kg的面積達(dá)1 640.15 hm2, 占煙草用地面積的19.91%; 介于1.20～1.35 mg/kg的面積達(dá)1 568.48 hm2, 占煙草用地面積的19.04 %。煙田土壤的有效銅含量主要集中于1.2～1.8 mg/kg之間。

煙田土壤的有效鋅含量平均為1.00 mg/kg, 最高為6.74 mg/kg, 最少為0.44 mg/kg。有效鋅含量介于0.5～1.0 mg/kg的面積達(dá)6 321.69 hm2, 占煙草用地面積的76.74 %; 介于1.0～2.0 mg/kg的面積達(dá)1 482.80 hm2, 占煙草用地面積的18.00 %。煙田土壤的有效鋅含量主要集中于0.5～2.0 mg/kg之間。

煙田土壤的硼元素含量平均為0.886 mg/kg, 最高為1.759 mg/kg, 最少為0.420 mg/kg。硼元素含量介于1.0～1.8 mg/kg的面積達(dá)4 350.34 hm2, 占煙草用地面積的52.81 %; 介于0.8～1.0 mg/kg的面積達(dá)1 612.42 hm2, 占煙草用地面積的19.57 %。煙田土壤的硼元素含量主要集中于0.8～1.8 mg/kg之間。

煙田土壤的氯元素含量平均為6.9 mg/kg, 最高為13.1 mg/kg, 最少為2.5 mg/kg。氯元素含量介于5.0～8.0 mg/kg的面積達(dá)4 046.61 hm2, 占煙草用地面積的49.12 %; 介于8.0～10.0 mg/kg的面積達(dá)2 725.10 hm2, 占煙草用地面積的33.08 %。故煙田土壤的氯元素含量主要集中于5.0～10.0 mg/kg之間。

煙田土壤的硒元素含量平均為0.153 mg/kg, 最高為0.273 mg/kg, 最少為0.071 mg/kg。硒元素含量介于0.070～0.125 mg/kg的面積達(dá)3 717.70 hm2, 占煙草用地面積的45.13 %; 介于0.125～0.200 mg/kg的面積達(dá)4 163.06 hm2, 占煙草用地面積的50.54 %。故煙田土壤的硒元素含量主要集中于0.07～0.20 mg/kg之間。

土壤的養(yǎng)分供給和有效元素的含量能夠?yàn)闊焻^(qū)烤煙用地資源質(zhì)量提供保證。綜上可以看出, 商洛煙區(qū)大多數(shù)土壤養(yǎng)分條件均適宜煙草生長, 即該區(qū)適宜于發(fā)展煙草生產(chǎn)的耕地資源較為豐富。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明商洛煙區(qū)高度適宜烤煙種植的農(nóng)田有2 686.66 hm2, 占到了全部煙田的32.61%; 適宜的有4 530.73 hm2, 兩者共占縣域煙田總面積的87.61%, 是本區(qū)域的煙田的主體; 而不適宜耕作的面積有106.88 hm2, 占煙田面積的1.30%, 因此依據(jù)本研究結(jié)果建議: (1) 對于高度適宜的煙田, 要保護(hù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)田, 在保證其地力不降低的情況下合理利用。(2) 對于適宜和勉強(qiáng)適宜的煙田來講, 需要一定的資金、物質(zhì)和技術(shù)投入, 克服土地限制因素, 如加大農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 增施有機(jī)肥, 種植綠肥, 使用土壤修復(fù)肥等改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu), 提高土壤供給能力等。(3) 對于不適宜等級煙田, 要對坡度大的及其它因素限制而不再適宜種植的應(yīng)保護(hù)草場植被, 以防止水土流失, 保護(hù)生態(tài)環(huán)境為主; 此外, 還可考慮種植適宜的藥材、苗木等經(jīng)濟(jì)作物, 保障經(jīng)濟(jì)效益。

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(責(zé)任編校:劉剛毅)

GIS-based suitability evaluation of land resources for tobacco production of Shangluo flue-cured tobacco region

Mu Yaohui

(Shangluo Branch of Shaanxi Tobacco Company, Shangluo 726000, China)

In order to provide reasonable planning and layout, an integrated evaluation of the land resource in Shangluo flue-cured tobacco region was performed for suitability of the nutrition of tobacco plant. The results show that highly suitable land is occupied by 32.61%. The soil organic carbon is 9.486 9 g/kg on average in main flue-cured region. Soil availablenitrogen and soil available phosphorus is betweens 25～30 and 10～25 mg/kg respectively; However, soilavailablepotassium, soil effective iron, manganese, copper, zinc, boron, chlorine and selenium are 99～233, 15～25, 40～70, 1.2～1.8, 0.5～2.0, 0.8～1.8, 5～10, 0.07～0.20 mg/kg respectively. This study could provide the tobacco zone more reasonable layout optimization and provide scientific guidance to improve the quality of tobacco leaf production capacity.

geographic information system; suitability evaluation; flue-cured tobacco; Shangluo

10.3969/j.issn.1672–6146.2015.03.018

S 572

1672–6146(2015)03–0078–06

穆耀輝,wjanwyh@163.com。

2015–05–18

陜西省煙草公司商洛市公司與西北農(nóng)林科技大學(xué)合作項(xiàng)目[陜煙商(2013)102號]。