南平烤煙種植生態適宜性評價

李湘偉，陳愛國，戴培剛，徐 茜，陳志厚，王樹聲*，胡慶輝，王浩浩，李 斌

（1.農業部煙草類作物質量控制重點開放實驗室，中國農業科學院煙草研究所，青島 266101；2.中國農業科學院研究生院，北京 100081；3.福建省煙草農業科學研究所南平分所，福建 南平 353000）

不同的煙草類型與品種，對生態條件的要求也會有一定的差異，生產優質煙葉所需的生態條件與煙草生長發育最適宜的生態條件并不盡相同。但從總體上看，溫暖多光照的氣候和排水良好的土壤，對各類煙草是需要的?？緹煂Νh境的適應性較廣，但其質量對環境反應敏感，不同自然條件下生產出來的烤煙質量相差十分明顯，優質煙葉必然存在一個最佳的自然生產條件與之相對應[1]。根據生態條件對烤煙種植進行合理的規劃，對彰顯煙葉品質特色具有重要意義。近年來，對烤煙生態適宜性的評價已有較多研究。陳海生等[2]利用GIS對河南省煙草生態適宜性進行了綜合評價；吳克寧等[3]建立了河南省煙草生態適宜性評價的指標體系；張久權等[4]對山東省烤煙生態適宜性進行了綜合評價，突顯了煙葉質量特色。福建省南平市地處閩北丘陵山區，受山脈和河流影響，不同植煙縣（市、區）生態環境差異較大，全國和福建省植煙生態適宜性評價在指導南平市烤煙種植規劃上有一定的局限性。本研究基于南平市各植煙縣（市、區）15年氣象資料和3年的土壤資料，對南平烤煙大田生長期的氣候和土壤條件進行適宜性綜合評價，以期為南平煙區的合理規劃和布局提供依據。

1 材料與方法

1.1 評價指標的選擇

本研究遵循顯著性、實際性、主導性、區域差異性和可操作性等原則[3]，采用定量和定性相結合的方法，篩選參評因子，考慮到實際生產情況以及文獻上的一些評價研究，選定氣候（還苗和伸根期氣溫，還苗和伸根期降水量，旺長期氣溫，旺長期降水量，成熟期氣溫，成熟期降水量和大田期日照時數）和土壤（pH、速效氮、水溶性氯、速效磷、交換性鎂、有效硫、有效硼和速效鉀），15個因子作為烤煙在南平的生態適宜性評價指標。

1.2 氣候和土壤數據的獲取

南平市各縣 1994—2008年的氣象資料由南平市氣象局提供。2007—2009年在南平市設1101個采樣點，分布在所轄10個縣（市、區）的120個鄉（鎮），其中種煙鄉（鎮）、村全部取樣，按照種煙面積20 hm2取一個代表土樣，每個土樣在烤煙前茬作物收獲后，起壟施肥前進行GPS定位，隨機采集5～10個0～20 cm的等量耕作層土樣，進行土壤養分化驗，由福建省煙草農業科學研究所南平分所分析化驗。

1.3 評價指標權重的確定

表1所列15個因子的權重采用相關系數法計算。在烤煙大田生長期內，計算各單項烤煙生態指標間的相關系數，再求各單項烤煙生態指標與其他烤煙生態指標間相關系數的平均值，以其平均值占所有烤煙生態指標的相關系數平均值總和的比，作為該單項烤煙生態指標的權重系數。

1.4 各因子隸屬函數類型和邊界值的確定

根據烤煙生長規律，結合生產經驗，考慮隸屬函數類型的選用原則[5]，確定各因子隸屬函數類型和邊界值（表1）。

1.5 評價指標隸屬度的計算

模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體評價，已經廣泛應用于農用地質量評價、水環境質量評價、經濟作物用地適宜性評價等方面[6-10]。近年來在煙草種植生態適宜性評價中也有一些研究[3,4,11]。本研究采用這一方法，為計算方便，將 S型曲線近似為升梯形，如圖 1（a）和式1-1；將拋物線型曲線近似為梯形，如圖 1（b）和式1-2，計算各因子的隸屬度。

S型隸屬函數：

其中x1為下限，x2為上限，x1＜x2。

拋物線型隸屬函數：

其中x1為下限，x2為最優下限，x3為最優上限，x4為上限，x1＜x2＜x3＜x4。

1.6 適宜性指數的確定

通過使用隸屬函數標準化后的指標隸屬度和相關系數法求出的各因子指標權重值計算得出適宜性指數，公式如下：

其中S：生態適宜指數，Ci：第i項指標權重，Pi：第i項指標隸屬度，（i= 1,2,3,…,n）。

計算所得適宜指數越高，表明該因子越適宜烤煙生長，反之，為烤煙生長的限制性因子。

圖1（a） S型隸屬度函數曲線Fig.1 (a) S-type membership function curve

1.7 數據處理

用Excel 2007和SAS 9.1進行數據處理和統計分析。

2 結果與討論

2.1 氣候適宜性評價

由表1看出，從權重角度看，總體上，南平煙區氣候對烤煙的影響大于土壤，氣溫的影響大于降水和日照的影響，這與實際相吻合。

圖1（b） 拋物線型隸屬曲線度函數曲線Fig.1 (b) Parabolic membership function curve

由適宜性指數公式，計算各個生態因子適宜指標得分如表2?？偟膩砜?，南平氣候條件較適合烤煙生長，在這些氣候因素中，旺長期和成熟期氣溫，旺長期降水量能較好的適合烤煙生長，其適宜性指數分別為 0.909、0.851和 0.707。還苗和伸根期降水量和成熟期降水量明顯偏高，適宜性指數僅為0.184和0.093。根據烤煙生理需求，烤煙一生總需水量以400～600 mm為宜，還苗和伸根期降水量在80～100 mm為最佳，高于300 mm生長受影響，成熟期降水量200～300 mm為最佳，高于400 mm生長受影響（表1）。而南平大部分地區在這兩個時期的降水量都超過適宜范圍。還苗和伸根期降水過多，根系生長受影響，對烤煙中、后期生長不利；成熟期降水過多，烤煙貪青晚熟，易引起“返青”或“底烘”，對采收不利。因此，還苗和伸根期降水量和成熟期降水量是影響南平烤煙生長的主要氣候因子。

2.2 土壤養分適宜性評價

由表2可以看出，南平土壤養分總體適合烤煙生長，最理想的因子包括速效氮和速效磷，其適宜性指數為0.841和0.592，但是速效鉀和有效硼明顯偏低，適宜指數僅為0.058和0.037。根據烤煙生長需求，土壤中速效鉀含量大于200 mg/kg為最佳，低于150 mg/kg生長受限制，有效硼含量在0.5～1.0 mg/kg為最佳，低于0.4 mg/kg生長受限制（表1），而南平大部分地區這兩種元素的含量都低于臨界值，成為影響南平地區烤煙生長的限制因子，這可能與南平地形有關，南平地處武夷山脈北段東南側，地勢呈西北、東北高，西南、東南漸低，由于山勢陡峭，群峰林立，既擋住了西北寒流的侵襲，又截留了海洋的溫暖氣流，屬中亞熱帶海洋性濕潤季風氣候，因此，南平地區常年雨量充沛，降水充足，進而造成土壤中鉀和硼的淋失，此外，由于鐵鋁氧化物可增強對硼的吸附作用，使硼的有效性下降，這也可能是硼適宜性較低的原因。就南平煙區整體而言，土壤pH偏低，這不僅影響烤煙對養分的吸收、土壤養分的有效性及土壤微生物的分布，還直接影響烤煙的生長和品質[12]，因此，有必要施用石灰及堿性肥料調節土壤酸度。鎂對于煙葉陰燃后煙灰的凝結和煙葉光澤有良好的作用，南平土壤交換性鎂的適宜指標得分不高，僅為 0.172，有潛在缺鎂的可能，生產中要增施鎂肥。

表1 評價指標因子、權重、隸屬函數類型及邊界值Table 1 Assessment factor, weights, member function type and boundary value

表2 各生態因子分布情況和生態適宜性指標Table 2 The distribution of each ecological factor and ecological suitability index

2.3 生態適宜性綜合評價

根據適宜性指數公式，綜合氣候與土壤因素，計算南平10縣（市、區）生態適宜性綜合得分，采用類平均數法聚類分區如表3。由表3可知，南平烤煙生態適宜性可分為3個區域：Ⅰ區（建甌、延平、順昌）、Ⅱ區（政和、浦城、松溪、建陽）、Ⅲ區（光澤、武夷山、邵武），本文與夏范講[13]的研究有所不同，這可能是本研究綜合考慮了氣象與土壤因素的結果。Ⅰ區中的3個縣市，煙草大田生育期各階段平均氣溫較高，日照時數較多，降水量適中，速效氮含量偏少，速效磷含量中等，速效鉀含量較少；Ⅱ區中的4個縣市，煙草大田生育期各階段平均氣溫、日照時數中等，降水量較高，速效氮、速效磷含量中等，速效鉀含量較少；Ⅲ區中的3個縣市，煙草大田生育各階段平均氣溫較低，日照時數偏少，降水量偏多，速效氮含量偏多，速效磷含量偏少，速效鉀含量較少。實際生產中，Ⅰ區的植煙面積不大，應大力發展該區煙葉生產。

3 小 結

南平氣候總體上適宜烤煙生長，最理想的因子包括旺長期氣溫、成熟期氣溫和旺長期降水量，但是還苗和伸根期降水量和成熟期降水量明顯偏高，是限制南平烤煙生長的主要氣候因子。

南平土壤養分總體上適合烤煙生長，土壤中速效氮和速效磷含量適中，是最適宜的因子，但是速效鉀和有效硼明顯偏低，是影響南平烤煙生長的限制因子，生產中要注重增施鉀肥和硼肥，鉀肥嚴忌施氯化鉀。南平地區總體上 pH偏低，有必要施用石灰及堿性肥料來調節土壤酸度。

表3 南平各縣（市、區）生態適宜性綜合得分Table 3 The ecological suitability synthetical score and zoning in each county (city, area) of Nanping tobacco region

南平烤煙生態適宜性呈現由東南到西北從高到低的趨勢。對南平 10縣（市、區）生態適宜性綜合得分結果進行聚類分析，可分為3個區域：Ⅰ區為建甌、延平和順昌，Ⅱ區為政和、浦城、松溪和建陽，Ⅲ區為光澤、武夷山和邵武。

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