黃 旭

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

目前， GIS技術(shù)在我國煙草生產(chǎn)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。Liu、Wang 等利用 GIS 技術(shù)中的克里金插值法對煙區(qū)土壤空間變異進(jìn)行了系統(tǒng)研究[1-3]；葉協(xié)鋒等綜合利用GIS技術(shù)分別對河南省許昌市、南陽市、洛陽市煙區(qū)的種植適宜性進(jìn)行綜合評價[4]；何軼等利用GIS技術(shù)、模糊數(shù)學(xué)等對施甸煙區(qū)土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行了空間分析和綜合評價[5]；陳海生等分別利用GIS技術(shù)、德爾菲法、Fuzzy數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)和AHP，根據(jù)各環(huán)境生態(tài)因子對煙草生長和品質(zhì)的影響確立評價指標(biāo)，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[6]；陸魁東等利用GIS技術(shù)和等級劃分法，對湖南省煙草氣候生態(tài)適宜性進(jìn)行區(qū)劃分析研究[7]等。從以上研究可以看出，以往對煙草用地生態(tài)適宜性的評價主要以省級、市級行政單元為單位，而忽視了縣級行政單元內(nèi)各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境的差異，研究結(jié)果無法滿足各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)煙草種植生態(tài)環(huán)境綜合分析的精度要求[8]?；诖?，本文以通?？h為研究區(qū)，將遙感圖像與實(shí)地考察相結(jié)合，研究結(jié)果符合鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙草生態(tài)環(huán)境綜合分析的精度要求。

1 研究區(qū)概況及研究目的

通海縣位于云南省中部，介于102°30′25″E～102°52′53″E、23°65′11″N～24°14′49″N之間，是云南烤煙高產(chǎn)縣之一。2012年通?？h共種植烤煙6萬余畝（如圖1），其中，田煙3萬余畝，地?zé)?萬余畝。煙葉收購875萬kg，收購均價上漲10%；上等煙比例68%；中上等煙比例達(dá)93%，煙葉收購總量同比增長11萬kg，完成年初計劃的103%；煙農(nóng)總收入超過2億元，煙農(nóng)種煙收益同比增長3 000多萬元，種煙戶均收入14 554元，煙草收入占通海縣農(nóng)業(yè)總收入的20%左右。烤煙產(chǎn)業(yè)是通海的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)、特色產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，是通?？h財政增長和農(nóng)民增收最可靠、最穩(wěn)定、最長期的來源，對“三農(nóng)”發(fā)展有著舉足輕重的地位和作用[9]，是通?？h經(jīng)濟(jì)重要的組成部分及通海乃至云南不可缺少的重要煙草種植基地。大面積種植煙草帶來了諸多問題，如土地利用上規(guī)劃上的不合理導(dǎo)致土壤的浪費(fèi)、化肥使用超標(biāo)導(dǎo)致土壤肥力下降、需水量不斷增大等問題。

圖1 通?？h種植煙草用地分布圖

2 研究方法

2.1 研究方法

GIS適應(yīng)性分析是指針對某種特定開發(fā)活動的土地分析活動，包括城市化選址、道路選線、作物類型布局、農(nóng)業(yè)應(yīng)用、選擇重新造林的最適宜的土地等[1]。其過程基本包括：首先，確定具體的活動、分析目的、任務(wù)、初始條件、搜集相關(guān)資料等；其次，就是選擇影響目的的眾多因子；然后把所有影響因子的地理數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)進(jìn)行逐一類、篩選、分析、輸出；再次，得到某一因子在某地域適宜分析目的的活動區(qū)域；最后，將所用的適宜區(qū)域加以綜合，得出適合某種活動的最終區(qū)域，為土地使用者決策提供可行的建議與依據(jù)。

GIS分析法與重疊法綜合應(yīng)用：用GIS軟件將輸入的數(shù)據(jù)A進(jìn)行分析，把符合一定條件的數(shù)據(jù)B提取出來；在B的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，再給一定的條件，提取出符合條件的數(shù)據(jù)C。依次疊放A、B、C數(shù)據(jù)，C放在最上面，就可以觀察全區(qū)域內(nèi)符合條件的區(qū)域。如首先對通海煙草用地數(shù)據(jù)a進(jìn)行分析，提取出土壤酸堿度數(shù)據(jù)b，再對b進(jìn)行分析，提取出土壤酸堿值在5.5～8的數(shù)據(jù)c。依次疊放a、b、c數(shù)據(jù)，c放最上面，就可得出通海縣煙草用地酸堿度值在5.5～8的區(qū)域。同理類推，便可得到通?？h最適合煙草種植的區(qū)域及次一級的區(qū)域。之后根據(jù)各個因素在煙草種植中的重要性，確定每個因素的權(quán)重，最后得出適合種植煙草的最優(yōu)區(qū)域。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文采用通?？h2010年土地利用數(shù)據(jù)，再結(jié)合遙感圖像觀測與實(shí)地考察通?？h煙草種植區(qū)域，在確定通海煙草土地利用數(shù)據(jù)正確的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ArcGIS10.2對土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析每個影響煙草種植的因子，并按照相關(guān)學(xué)者確定的評價指標(biāo)對通?？h煙草種植適應(yīng)性進(jìn)行分析。

3 通海縣煙草種植適應(yīng)性分析的結(jié)果與討論

對影響通?？h煙草種植的相關(guān)因子進(jìn)行適應(yīng)性分析，得出適合種植煙草的種植區(qū)域。影響因子主要包括土壤因子、土壤PH、土壤有機(jī)物、氮、磷、鉀等以及氣候因子溫度、降水、日照等。

3.1 土壤因子分析

3.1.1 土壤PH因子分析

根系吸收活性直接與土壤酸堿度（PH）的高低有關(guān)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所通過砂培實(shí)驗指出，PH值在7～8范圍內(nèi)有利于烤煙生長中后期的物質(zhì)生產(chǎn)[10]；同時，有效氮在此范圍內(nèi)有效性最高；有效磷在PH值為6.5～7.5范圍內(nèi)最佳；鉀、鈣、鎂等的有效性在PH值6～8時最好[11]。李念勝、強(qiáng)繼業(yè)等研究發(fā)現(xiàn)，云南省種煙土壤的PH值范圍以5.5～8為最佳；PH值小于5.5或者大于8時，不宜種植煙草[12,13]。

圖2 酸堿性分布圖

圖3 有機(jī)質(zhì)分布圖

3.1.2 土壤有機(jī)質(zhì)分析

土壤肥沃情況是影響煙葉質(zhì)量的主要因素之一。其中，土壤有機(jī)質(zhì)對煙草的生長發(fā)育和品質(zhì)生成起著非常緊要的作用[14]。有機(jī)質(zhì)多少是表示土壤供氮能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。李明等認(rèn)為，烤煙有機(jī)物質(zhì)含量以10～20g/kg為宜，我國南方煙區(qū)以15～30 g/kg為宜[15]；土壤有機(jī)質(zhì)在5 g/kg以下不宜種植煙草[14]。通?？h屬于南方煙區(qū)，所以土壤有機(jī)質(zhì)以15～30 g/kg為宜。楊宇宏等認(rèn)為，土壤有機(jī)質(zhì)在45 g/kg以上不宜種植煙草[16]。

3.1.3 土壤有效氮分析

氮（N）是決定煙草產(chǎn)量及品質(zhì)最重要的營養(yǎng)元素。煙葉生長速度、植株大小、產(chǎn)量高低、尼古丁含量等都取決于土壤的含氮量。劉玉等認(rèn)為，土壤有效氮含量在76～168 g/kg之間最有利于煙草對氮元素的吸收[17]。

圖4 有效氮分布圖

圖5 有效磷分布圖

3.1.4 土壤有效磷分析

磷是煙草必需的重要營養(yǎng)元素之一。研究表明，磷含量與煙葉品質(zhì)有明顯關(guān)系。鄒加明等研究指出，有效磷＞40 mg/kg為過高水平；有效磷＜10 mg/kg為缺乏水平[18]；10～40 mg/kg為優(yōu)質(zhì)煙適宜的有效磷含量。

3.1.5 土壤有效鉀分析

鉀對煙葉優(yōu)良品質(zhì)的形成有重要關(guān)系，鉀能夠決定植株中碳水化合物和蛋白質(zhì)的數(shù)量及分布，提升植株的抵抗力等。胡國松等研究表明，要施肥以提高土壤有效鉀含量，使收獲后土壤有效鉀含量維持在150 mg/kg以上[19]。田間試驗也證實(shí)，土壤含鉀量在200 mg/kg以上，再施鉀肥仍然能收到顯著的增產(chǎn)效果[20]。黃成江等研究認(rèn)為，適合種植煙草的土壤速效鉀含量為120～200 mg/kg[21]。

圖6 有效鉀分布圖

3.1.6 確定評價因子權(quán)重

采用層次分析法（AHP）確定評價因子權(quán)重， 借助農(nóng)業(yè)部耕地地力管理信息系統(tǒng)軟件的層次分析法模塊進(jìn)行運(yùn)算，獲得通?？h煙草用地適宜性各評價因子的權(quán)重值，一致性檢驗結(jié)果0≤CR≤0.05，均小于0.1，如表1。

表1 適宜性評價因子權(quán)重

3.2 氣候要素分析

3.2.1 溫度

煙草是一種耐熱作物，其生長的最適宜溫度為25～28℃；35℃以上或16℃以下時，新陳代謝趨于停止，抗力減弱；-2℃時，植物死亡。試驗表明，大于等于8℃的有效積溫為1 200～2 000℃；采、烤期大于等于8℃的有效積溫為600～1 200 ℃，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙的基本條件[22]。煙草原產(chǎn)于亞熱帶，氣候溫暖濕潤，烤煙生長的最適合溫度為24～28℃。有研究認(rèn)為，在20～28℃的范圍內(nèi)，煙葉的內(nèi)在質(zhì)量有隨著成熟期平均溫度升高而提高的趨勢[23]。因此，日平均氣溫20℃以上的天數(shù)可以作為區(qū)分一地區(qū)是否適合煙草生長的標(biāo)志，如表2。

表2 2011～2013年4～10月日均氣溫≥20℃天數(shù)統(tǒng)計表

3.2.2 溫度日較差

晝夜溫差對煙草質(zhì)量有很明顯的影響，但晝夜溫差在5.5～16℃范圍內(nèi)，溫差大小與煙草質(zhì)量的生成沒有直接關(guān)系，如表3。

表3 2011～2013年4～10月通?？h日溫差范圍統(tǒng)計表／℃

3.2.3 降水要素分析

高質(zhì)量的煙草生產(chǎn)一般要求月降水量為80～100 mm；生長旺期一般要求月降水量為150～200 mm；而成熟期則以月降水量100～120 mm為好，降雨的多少與煙草生產(chǎn)質(zhì)量有著緊密聯(lián)系[24]。烤煙抗旱性比較強(qiáng)，為生產(chǎn)出高產(chǎn)量及高質(zhì)量的煙草，仍然需要將煙草在降水量較多的地區(qū)種植，如表4。

表4 1971～2000年4～10月通?？h平均降水量統(tǒng)計表／mm

3.3 日照要素分析

煙葉屬于喜光植物，在良好的光照條件下它才能正常生長，光照太強(qiáng)或柔和都會影響煙葉質(zhì)量的形成。煙草生長一般要求日照數(shù)500～700 h，日照率40%以上[25]。光照條件對烤煙的發(fā)育和體內(nèi)代謝都有影響。在成熟期，適當(dāng)光照的重要性更為突出。不僅光照的強(qiáng)弱有影響，光照時長也同樣有影響。大多數(shù)煙草要求光照時間以8～10 h/d為宜。在適宜的水熱條件下，年日照時數(shù)大于2 000 h，日照率大于50%的區(qū)域十分利于烤煙生長[26]。此外，風(fēng)沙、露水等外界環(huán)境對煙草的生長也存在影響。

3.4 改善措施

3.4.1 土壤改善

通海縣土壤大部分比較肥沃，比較適宜種植煙草。但是，部分地區(qū)土壤所含因子不在煙草種植的最佳狀態(tài)，有些區(qū)域需要適當(dāng)?shù)厥┑?，有的需要適當(dāng)?shù)厥┝追实鹊?，才能滿足煙草種植的需要。具體情況如下：

通過GIS對區(qū)域進(jìn)行適應(yīng)性分析，得出不同區(qū)域的土壤性質(zhì)。

酸堿性分布區(qū)域（圖2）：黑色區(qū)域是酸堿性適合種植煙草的區(qū)域，灰色區(qū)域的土壤堿性過強(qiáng)，白色區(qū)域酸性過強(qiáng)。對于酸性過強(qiáng)的區(qū)域，建議施入2～2.5 kg/a的石灰，可以使土壤酸堿度達(dá)到種植煙草的要求。務(wù)必將石灰與農(nóng)家肥同時施用，并且農(nóng)家肥要多施。對于過堿土壤可以施入適量的家禽糞便加以改良。

有機(jī)質(zhì)分布區(qū)（圖3）：黑色區(qū)域是有機(jī)質(zhì)含量適合種植煙草的區(qū)域，灰色區(qū)域是有機(jī)質(zhì)過剩的區(qū)域，白色區(qū)域是有機(jī)質(zhì)缺乏的區(qū)域。對于有機(jī)物過多的土壤，煙農(nóng)在種植時可以去除表面的土壤，在挖松后種植煙草，避免有機(jī)物過多對煙草生長帶來阻礙。對于有機(jī)物缺乏的區(qū)域，可以增施有機(jī)糞肥、采用秸稈還田等方式來提高含量。

氮的分布區(qū)（圖4）：黑色區(qū)域為適合種植煙草，灰色區(qū)域為氮元素過量區(qū)域，白色區(qū)域為氮缺乏區(qū)域。對于氮元素缺乏區(qū)域，建議混合施用少量的鉀肥、磷肥，中量施用氮肥即可。根據(jù)土壤所含元素的情況，施用量為：氮∶磷∶鉀＝1.2∶0.7∶0.7。其中，氮肥在5.5～6 kg/a。對于灰色區(qū)域，則建議少量施以氮肥。

磷的分布區(qū)（圖5）：該區(qū)域所含磷肥較少。建議在白色區(qū)域內(nèi)混合施用適量的磷肥。建議施肥比例為：氮∶磷∶鉀＝1∶1.2∶0.75即可，氮肥為4 kg/a。對于灰色區(qū)域，則建議施以少量磷肥即可。

鉀的分布區(qū)（圖6）：由于煙草對鉀的需求量較少，所以圖6中白色區(qū)域混合施用適量的鉀肥即可。根據(jù)土壤情況，建議施肥比列為：氮∶磷∶鉀＝0.8∶0.8∶1.5，其中氮肥為5 kg/a。

3.4.2 氣候評價

通海縣雨熱資源豐富，氣候溫和，屬中亞熱帶濕潤涼冬高原季風(fēng)氣候。雖然4～10月內(nèi)晴朗天數(shù)少，但雨天多為陣雨，既有利于雨水補(bǔ)給，又有利于煙草對陽光的吸收，月平均100.2，達(dá)到種植優(yōu)質(zhì)煙的需求，如表5。在生長旺盛期的7、8月，降雨量都在150～200 mm的范圍內(nèi)。成熟期的9月，平均降水108 mm，同樣達(dá)到了成熟期的要求。年均降水量875 mm，年均日照總時數(shù)為2 286.3 h，日照率52%，都符合煙草種植的要求。在4～10月里，日均溫≥20℃的天數(shù)就大于4個月，非常有利于優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)。同時，在6～8月之間，晝夜溫差區(qū)域穩(wěn)定，最大溫差與最小溫差及晝夜溫度均在不影響煙草生產(chǎn)高質(zhì)量的范圍內(nèi)，非常適合煙草的生長。根據(jù)通海氣候情況，建議煙農(nóng)在四月中下旬移栽煙苗，并施適量的水與肥料，以便煙草的生長。

表5 4～10月煙草因子比較

4 結(jié) 語

通?？h面積720 km2，其中植煙面積有301 km2，占總面積的41.9%。在整個植煙面積中，一級區(qū)域為最優(yōu)植煙區(qū)域，植煙面積為34.9 km2，占植煙總面積的11.6%；二級區(qū)域為優(yōu)良植煙區(qū)域，所占面積為96.5 km2，占植煙總面積的32.1%；三級區(qū)域為適合植煙區(qū)域，所占面積為57.6 km2，占植煙總面積的19.1%；四級區(qū)域為不適合種植煙草的區(qū)域，所占面積為112 km2，占植煙總面積的37.2%。經(jīng)統(tǒng)計可以得出，通?？h植煙總面積的62.9%區(qū)域是最適合種植煙草的。其中，不需進(jìn)行改善的區(qū)域為18.5%，需要改善的區(qū)域為71.5%。改善意見如上所述，如圖7。

圖7 通?？h煙草適宜性分布圖

通海縣的降水時節(jié)、溫度范圍、日照長度等影響因子均在適合種植煙草的范圍以內(nèi)，非常適合煙草的種植。對于71.5%的改善區(qū)域的改善原料，獲取容易，價格便宜，只需做簡單的處理，便可得到理想的種植效果，如表6。

表6 不同級別土壤所占比列統(tǒng)計表