基于GIS的浙江仙居茶葉氣候生態區劃

朱壽燕，尹先龍，張文明，黃敬峰

(1.浙江省仙居縣氣象局，浙江仙居317300；2.浙江臨海市氣象局，浙江臨海317000；3.浙江省玉環縣氣象局浙江玉環 317600；4.浙江大學遙感與信息技術應用研究所，浙江杭州310029)

基于GIS的浙江仙居茶葉氣候生態區劃

朱壽燕1，尹先龍2，張文明3，黃敬峰4

(1.浙江省仙居縣氣象局，浙江仙居317300；2.浙江臨海市氣象局，浙江臨海317000；3.浙江省玉環縣氣象局浙江玉環 317600；4.浙江大學遙感與信息技術應用研究所，浙江杭州310029)

引入了GIS等高新科技和信息技術，采用了間距在10 km以內的中尺度氣象站資料和半理論半經驗的散射輻射資料，使評價單元中的氣候生態指標更接近于茶區的實際情況，評價單元的分辨率達20 m×20 m，極大地提高了區劃成果在實際生產應用中實用性。結果表明：最適宜種植區主要集中在海拔300～800 m東南方向的括蒼山區和西南大洋山區，該區溫度適宜、熱量充足、雨水充沛，茶葉品質好、產量較高；適宜區主要位于海拔300 m以下的低丘緩坡，熱量充足、濕度偏小，產量高，但優質茶產量小,以及位于海拔800～1 000 m的高山地區，該地區熱量條件較差，產量低，時有凍害發生；海拔1 000 m以上的高山和山頂，土壤貧瘠、凍害嚴重，不宜發展。

GIS；茶葉；氣候生態區劃；仙居

茶樹是一種多年生的常綠植物，對氣候條件有一定的要求，主要分布在亞熱帶和熱帶地區，但是茶樹經過人工栽培后，它的適應范圍已遠遠超過原始生長地區的條件。我國是茶樹的原產地，人工栽培茶樹有史稽考的已有3000多年歷史。仙居有著悠久的種茶制茶歷史，有“中國有機茶之鄉”的美稱。有關茶葉的生態區劃研究已有一些相關報道，如黃壽波的我國主要高山名茶產地生態氣候的研究[1]；周子康的浙江丘陵山地茶樹生態氣候優勢層域初探[2]等對影響茶葉的氣候生態條件作了較為詳細的分析；金志鳳等借助地形數據，應用GIS技術研究了基于GIS的浙江省茶樹栽培氣候區劃[3]，陳守智等對云南省楊梅生態區劃的研究等[4]。分辨尺度在100 m或1 km以上，我們利用1∶10000的數學高程模型，結合近期設置的中尺度氣象哨監測數據，內插出更高精度的氣候生態要素空間模型，采用GIS技術對仙居茶樹適宜栽培區進行氣候生態精細區劃[5]，為茶樹的合理栽培布局提供科學依據。

1 研究區概況

仙居縣位于浙江省東部，地處括蒼山山脈中段北麓，介于北緯28°28′～28°59′和東經120°17′～120°55′之間。全縣土地總面積2000.30km2。地勢從外向內傾斜，略向東傾。臨近東海，其氣候屬于典型的亞熱帶氣候，溫暖濕潤，四季分明，年平均氣溫l7.2℃。來自太平洋的季風帶來豐沛的雨水，平均年降水量達1 443.8 mm。仙居既具有典型的內陸性山區氣候特征又受海洋性氣候影響，復雜多樣的氣候生態條件，為茶樹生長提供優質的條件。

仙居靠近東海，有豐富的水分條件，生長季 3～9月份月雨量都在100mm以上；又是一個“八山一水一分田”的山區縣，山上云霧繚繞、散射光多，適宜生產優質茶葉；夏季的高溫伏旱，很多年份7、8月雨量在50 mm以下，平原地區空氣干燥，對茶葉的品質又造成嚴重影響；海拔1000m以上的高山地區，年極端最低氣溫可達-l4℃以下，對茶樹的生存有著致命的影響[1,2,4]。

2 資料的收集與評價單元

2.1 資料的收集

根據選定的評價因子對數據源的要求，收集的基礎資料主要有1∶10 000仙居縣2004年鄉鎮行政區劃圖、數字高程模型(DEM)；1∶50000數字化土壤圖以及中尺度氣象哨的降水、濕度和氣溫等要素，海拔高度、坡度圖用GIS工具從DEM中提取[6]。

2.2 評價單元的確定

區劃中的評價單元是氣候生態區劃最基本的單元，它直接關系到區劃成果的精細程度和區劃工作量的大小。據文獻介紹，選擇合適的評價單元，既要最大限度地保證同一評價單元內各區劃因子基本屬性的一致性，又要避免區劃單元選取過細造成的數據運算量過大[7]，所以此次分析采用20 m×20 m的柵格大小。

3 評價因子的選擇與區劃

3.1 評價因子的選取和分級量化

確定氣候資源評價因子，選取評價指標，是氣候資源評價的核心。氣候資源評價因子，是指影響茶葉生長發育的一系列氣候因素。從氣候生態條件能否滿足生育要求的角度來看，這些評價因子亦稱為限制因子[]。

目前世界上各茶區大于10℃的年活動積溫，少的在3 000℃左右，多的地區在7 000℃以上。在降水量保證時，茶樹生長期內的活動積溫越多，產量越高。從茶樹開始生長到第一次采摘，活動積溫約為 600℃左右，大于10℃有效積溫：頭茶為150℃，二茶為210℃，三茶為240℃，所以積溫的多少關系著茶葉產量的高低的經濟效益的大小。

茶樹在生長期內每月需要有100mm的雨量，如果連續幾個月在50 mm以下，茶葉生產就要遭受嚴重損失。最適于茶樹栽培的土壤濕度是土壤最大持水量的60%。空氣相對濕度在73%～85%時對提高茶葉產量和品質均有利。本地生長季各月的平均雨量都在 100 mm以上，生存條件不存在問題，而濕度大小則是茶葉優質的主要限制條件之一。

茶樹是一種喜光耐蔭的作物：單株茶苗光補償點為0.03卡/厘米分，光飽和點0.4～0.5卡/厘米分，成年樹為0.7卡/厘米分。世界上不少茶園夏季晴天午后光照超過1.2卡/厘米分，有遮蔭的必要。

分析我國主要高山名茶產地的生態環境表明：茶園大多位于山地的半山腰，高于地面（相對高度）在200～500 m，高山頂主峰高度在1 000～2 000 m，坡度平緩，有的在避風的山塢或谷地，周圍自然植被保護好。

根據選擇評價因子的基本原則和仙居茶葉生產的實際情況，采用特爾斐法，征求茶葉種植栽培方面專家的意見，選取了≥10℃積溫、年降水、年散射輻射、4～10月干燥度、7～8月干燥度、4月份升溫率等6個評價因子，如表1所示。

表1 茶葉適宜性評價因子量化表

各區劃因子對茶葉的影響不是孤立存在的，為了便于分析和最后結果的量化表達，將各種區劃因子進行量化處理，并給各個等級賦予具體的分值[9]。各等級分值的量化是在查閱資料、依據專家經驗和實地調查的基礎上進行，如表1所示。運用GIS工具，將評價因子的矢量圖轉換成柵格圖，參照分級表，將各區劃單元分等定級后的結果用不同顏色在柵格圖中表示出來 (如圖1所示)。

圖1 ≥10℃積溫分布圖

3.2 氣候區劃指標和空間分析模型的建立

2004年以來，仙居縣逐步建立了19個中尺度自動氣象站，能夠自動記錄、發送溫度、降水、風、氣壓等氣象數據。根據逐日的氣溫、降水資料，可以統計出≥10℃積溫 (℃·日)、降水量、4～10月干燥度、7～8月干燥度[10]及4月份升溫率 (℃/月)，結合各中尺度自動氣象站的經緯度、海拔高度，模擬出各指標的空間分布模型，應用朱壽燕等的山區輻射的微網格插值方法初探[11]提取年散射輻射分布模型。基于經度、緯度和海拔高度柵格圖，在ArcMap的空間分析模塊中，通過“raster calculator”命令，生成單個氣候區劃指標的柵格圖，并根據區劃指標等級，參照其等級分值，按等級在柵格圖中表示出來，即形成各個單因子的氣候區劃分級圖（圖 1為≥10℃積溫分布圖，其余圖略）。

3.3 生態氣候區劃結果

由于各個氣候區劃指標對茶葉種植的影響是相互補充又相互制約的，為了綜合考慮多因子的影響，按照各區劃指標等級分值與權重乘積后相加，得到綜合區劃，如圖2所示。

圖2 仙居茶葉氣候生態區劃圖

4 結語與展望

根據茶葉生長的生物學特性，篩選出了茶樹栽培的生態氣候區劃指標，并建立了各區劃指標的空間分析模型。應用加權指數求和法，開展了基于GIS技術的浙江仙居茶葉栽培生態氣候區劃研究。依據綜合指數分布規律，將浙江仙居茶葉栽培的生態氣候區劃劃分為最適宜區、適宜區和不適宜區 3個等級。最適宜和適宜種植區主要集中在海拔300～800 m的東南括蒼山區和西南大洋山區，該區溫度適宜、熱量充足，雨水充沛，茶葉品質好、產量較高；適宜區主要位于海拔300 m以下的低丘緩坡，熱量充足、濕度偏小，產量高，但優質茶產量小，以及位于海拔800～1 000 m的高山地區，該地區熱量條件較差，產量低，時有凍害發生；海拔1 000 m以上的高山和山頂，土壤貧瘠、凍害嚴重，不宜發展。

從20世紀70、80年代開始，就有人從事茶葉栽培區劃研究，但他們開展的都是基于氣候指標的區劃，應用的氣候資料也是以點代面，與茶區的實際小氣候條件有一定的差距。在本區劃中引入了GIS等高新科技和信息技術，采用了間距在10 km以內的中尺度氣象站資料和半理論半經驗的散射輻射資料，使評價單元中的氣候生態指標更接近于茶區的生產實際，評價單元的分辨率達20m×20m，極大地提高了區劃成果在實際生產應用中實用性。

在利用中尺度氣象資料建立空間生態氣候模型中，氣象資料站點密度還嫌太稀，氣溫、降水和輻射數據有待實際驗證。

[1] 黃壽波.我國主要高山名茶產地生態氣候的研究[J].地理科學，1986，6(2)：126-131

[2] 周子康.浙江丘陵山地茶樹生態氣候優勢層域初探[J].中國茶葉，1985(1)：1-4

[3] 金志鳳，封秀燕.基于GIS的浙江省茶樹栽培氣候區劃[J].茶葉，2006，32(1)：7-10

[4] 陳守智，李正麗，徐麗梅，等.云南省楊梅生態區劃的研究[J].云南農業大學學報，2004，19(3)：307-310

[5] Malczewski，J.GIS-based L and -use Suitability Analysis：a Critical Overview[J].Progress in Planning,2004，62(1)：3-65

[6] Dai F C，Lee C F，Zhang X H.GIS-based Geo-environmental Evaluation for Urban L and -Use Planning：a Case Study[J].Engineering Geology,2001，61(4)：257-271

[7] 朱壽燕，尹先龍，金志鳳，等.基于GIS的臺州楊梅氣候生態區劃[J].中國農業氣象，2011，32(增)：165-168

[8] 邱炳文，池天河，王欽敏，等.GIS在土地適宜性評價中的應用與展望[J].地理與地理信息科學，2004，20(5)：20-23,44

[9] 謝樹春，趙玲.基于GIS的湘中紫色土丘陵地區土地適宜性評價--以衡南縣譚子山鎮紫色土綜合治理試驗區為例[J].經濟地理,2005，25(1)：101-105

[10]朱蕾，黃敬峰，唐蜀川，等.地理信息系統技術支持下的耕地分等定級研究--以浙江省仙居縣城關鎮為例[J].水土保持學報，2003，17(4)：149-152

[11]孟猛，倪健，張治國.地理生態學的干燥度指數及其應用評述[J].植物生態學報,2004，28(6)：853-861

[12]朱壽燕，王秀珍，林治新.山區輻射的微網格插值方法初探[J].中國農業氣象,2007，28(增)：187-190

Tea Plant Climate and Ecology Division in Zhejiang Xianju Based on GIS

by ZHU Shouyan

This division brought in the information technology and other high-new technologieslike GIS technology,etc,together with the mesoscale weatherstation data whosespacingwas within 10 kmand the semitheoretical and semi-empirical scattering radiation data,making the climate and ecology index in evaluated unit,whose resolution reaches 20 m×20 m,closer to the reality in tea planting area,andlargely improved the practicality of division achievements in the producing application. The result showed that:the optimum areas were mainly distributed in Kuocang Mountain area in the southeastern and Dayang Mountain area in the southwestern,both with a elevation between 300～800 m,possessing the advantages of suitable temperature,sufficient heat,abundant rain,so that tea plant in those area had high quality and quantity. The suitable areas were chiefly distributed in two kinds：one was the foothills,which were lower than 300 m,with sufficient heat and smaller humidity,having the high output in all but low output in high-class ones; the other was the high mountains with an altitude between 800～1000 m, with relatively poor heat condition,having a low output and frost damage occurs a lot.As for the mountains and peaks above 1 000 m high,with barren soil and severe frost damage were not suitable for development.

GIS technology，tea plant，climate and ecology division，Xianju

2011-09-09

項目來源：中華人民共和國科技部農業科技成果轉化資金資助項目（008GB24160442）。

P208

B

1672-4623(2012)02-0025-03

朱壽燕，高級工程師，研究方向為農業氣象及應用。