海南島橡膠樹栽培適宜性評價初探*

劉少軍，戴麗瓊，王 斌，李偉光，蔡大鑫，張國峰

(1.海南省氣象科學研究所/海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海口 570203； 2.海口市氣象局，海南海口 570203)

0 引言

橡膠樹原產巴西，是典型的熱帶雨林樹種，喜高溫高濕。受世界天然橡膠需求量增長的影響，橡膠樹開始向邊緣區域擴展。海南是我國橡膠種植的主要生產基地之一，屬于非傳統植膠區，低溫寒害和臺風災害嚴重影響橡膠產量及橡膠樹的經濟壽命[1]。由于橡膠樹盲目擴張種植，導致部分新種植區產量低、抗風險能力不強。因此，合理種植橡膠，不但可以實現農民增收、農業增效，而且對有限的耕地資源的可持續利用具有重要的意義。在橡膠樹適宜性評價方面，前人已經做了大量的研究。吳炳孫等[2]利用GIS與模糊數學模型，開展了儋州市橡膠種植用地適宜性評價； 俞花美等[3]探討了橡膠種植生態適宜性評價的發展方向； 張莉莉[4]基于GIS技術開展了海南島橡膠種植適宜性區劃研究； 蘇文地等[5]基于主成分分析方法開展了海南儋州橡膠種植的適宜性評價； 齊福佳等[6]開展了臨高縣橡膠種植土地適宜性評價； 唐群鋒等[7]采用耕地地力評價方法對花崗巖類多雨區橡膠園的地力進行了評價； 曹陽等[8]建立了區域橡膠種植適宜度評估模型； 歐濱等[9]運用特爾斐和層次分析熵法確定了白沙縣龍江農場的橡膠園等級； 劉少軍等[10-12]基于農業氣候資源與農業氣象災害的綜合影響，并結合模糊綜合評價模型，開展中國橡膠樹種植氣候區劃，并預測了未來氣候變化對中國橡膠氣候適宜性區的影響，同時開展了海南島天然橡膠氣候適宜性及變化趨勢分析； Adzemi等[13]采用日平均最高溫度、平均日最低氣溫、年平均降雨量、日照、最大風速、年平均相對濕度和旱季的長度開展馬來西亞橡膠樹氣候適宜區劃。中國橡膠種植的適宜面積有限，僅依靠植膠面積的增加來提高我國天然橡膠總產量不是長遠之計，實現橡膠樹高產穩產才是發展天然橡膠的生產的必由之路[14]。由于橡膠樹栽培與氣候、土壤、地形等要素密切相關，溫度、水分、光、風、土壤條件、海拔和地形條件是影響橡膠樹高產高效的因素[15]，但目前橡膠適宜性評價的選擇大多僅考慮了氣候因素，導致評價結果較為粗放。因此，該研究嘗試從氣候、地形、土壤等因子出發，開展海南島橡膠樹栽培適宜性評價，闡明海南島不同的橡膠栽培適宜區域分布，以期為政府和相關部門開展橡膠種植和規劃提供參考依據。

圖1 橡膠栽培適宜性評價流程

1 數據和方法

1.1 數據

1981～2010年氣候標準年的海南島地面氣象逐日數據來源于海南省氣象局，包括溫度、降水、風速、輻射等要素。土壤數據來源于世界土壤數據庫(Harmonized World Soil Database v1.2，http：//www.fao.org/soils-portal/soil-survey/soil-maps-and-databases/harmonized-world-soil-database-v12/en/)。海南島縣界行政區數據來源于國家基礎地理信息網站提供的1： 400萬基礎地理信息數據，DEM數據來源于http：//srtm.csi.cgiar.org/。

1.2 評價指標及方法

橡膠樹栽培適宜性評價主要根據氣候數據、DEM數據、土壤數據，分別提取相應的氣候適宜性因子、坡度影響因子、土壤質地、pH影響因子，通過歸一化處理后，經過 GIS 技術完成了基于氣候—地形—土壤的海南島橡膠樹栽培適宜性評價圖。具體流程見圖1。

1.3 評價因子

(1)橡膠樹氣候適宜性因子。采用最大熵MaxEnt模型3.3.3k版實現(http：//www.cs.princeton.edu/～schapire/maxent/)。具體步驟：基于已有的天然橡膠種植區劃范圍和106個中國橡膠林地理分布點數據，結合天然橡膠生產區域的氣候特征，參考他人的研究方法[10-11]，確定的影響橡膠樹種植的5個主導氣候因子(最冷月平均溫度、極端最低溫度平均值、月平均溫度≥18℃月份、年平均氣溫、年平均降水量)。將5個主導氣候因子作為環境因子，輸入MaxEnt模型，最大熵模型預測結果即是橡膠樹在待預測地區的存在概率，將該存在概率作為橡膠樹種植的氣候適宜性評價指數[10-11]。

(2)坡度影響因子。坡度和坡向對橡膠樹栽培均有一定的影響[16]，但由于坡位對橡膠樹的影響不太清晰，該研究僅考慮坡度對橡膠樹的影響[6]。坡度的提取主要通過ArcGIS10.1軟件的Spatial Analyst模塊實現。

(3)土壤評價指標。橡膠樹生產和產膠所需要的大量養分主要來自于土壤，土壤的質地、土壤pH、土壤TN、TP、TK含量均對橡膠生產有影響。橡膠樹的正常生長依賴于良好的土壤環境。橡膠樹喜歡酸性土壤，適宜生長的土壤酸堿度在pH 4.5～5.5之間，當土壤中pH<4.0或>7.0時，橡膠樹會出現根部腐爛甚至壞死的現象。不同膠園土壤類型、肥力相差很大，通過改善膠園土壤肥力，提高橡膠產量的幅度也不同[17]。由于橡膠種植土壤肥力主要通過人工施肥來完成，質地對土壤保肥能力和肥料的有效性具有重大影響[18]，因此在土壤評價指標中僅選土壤質地和土壤pH作為評價指標，通過ArcGIS10.1軟件從世界土壤數據庫中提取相關的圖層。

1.4 橡膠樹栽培適宜性評價指標體系

為了消除各指標的量綱和數量級的差異，采用式(1)對每種指標進行歸一化處理。

(1)

式(1)中，G是指標的規范化值；Ji是第i個指標值；maxi、minj分別是指標值中的最大值和最小值。

在參考相關文獻的基礎上[6-12]，確定了橡膠樹栽培與適宜性評價指標體系(表1)。

表1 橡膠栽培適宜性評價指標體系

適宜等級氣候適宜分級指數影響指數土壤質地分級指數影響指數土壤pH分級指數影響指數坡度分級指數(゜)影響指數一等地>0 601壤土14 5～5 510～51二等地0 32～0 600 8粉砂壤土、沙壤土0 85 5～6 00 85～100 8三等地0 03～0 320 6砂質粘壤土0 66 0～6 5或4 0～4 50 610～150 6四等地0 01～0 030 4壤沙土、礫質壤土0 46 5～7 00 415～200 4五等地<0 010 2砂土、粘土0 2>7 0或<4 00 2>200 2

1.5 橡膠栽培適宜性評價

采用ArcGIS10.1中條件函數“con”函數對各評價單元的柵格數據進行評價，得到海南島橡膠栽培適宜性評價值。

(2)

式(2)中，P為綜合評價值;ui(x)為第i個指標圖層的隸屬度;ai為第i個指標圖層的權重。采用層次分析法確定各評價因子對橡膠樹栽培的影響大小即權重值，采用專家打分并結合實際情況確定氣候適宜性、土壤質地、土壤pH、坡度指數的權重分別為0.3、0.15、0.15和0.4。將模型運算的結果劃分為4類，分別為：高適宜區(0.8～1.0)、中適宜區(0.6～0.8)、低適宜區(0.4～0.6)、低適宜區(<0.4)。

2 結果分析

2.1 氣候適宜性因子

根據MaxEnt模型計算的結果，對海南島天然橡膠種植的氣候適宜性指數進行歸一化處理，取值范圍[0， 1]，氣候適宜性指數越大，表明該處適宜種植橡膠樹的概率就越高。從圖2可以看出，氣候適宜性指數越大，表明該處適宜種植橡膠樹的概率就越高。氣候適宜性指數高值區主要分布在海南島的儋州、樂東、白沙、保亭、萬寧等； 低值區分布在文昌東北部、瓊中、樂東的西部、三亞的南部的沿海區域。

2.2 土壤指標

海南島上土壤類型有壤土、粉砂壤土、沙壤土、砂質粘壤土、壤沙土、礫質壤土。根據其對橡膠適宜性的影響程度(表1)，從圖3可以看出，海南島的土壤質地好的地段主要分布在海南島的北部及西部沿海； 低影響區域分布在白沙、樂東、五指山的局部區域。

根據海南島土壤pH對橡膠適宜的影響程度，從圖4可以看出，海南島大部分區域土壤pH適宜種植橡膠； 僅西部沿海、海南島北部及東部沿海的部分區域不適宜種植橡膠。

2.3 坡度因子

從圖5中可以看出，海南島中部的坡度指數較低，對橡膠種植不利； 其他區域對坡度的影響較大。

圖2 海南島橡膠氣候適宜性指數 圖3 海南島土壤質地影響指數

圖4 海南島土壤pH影響指數 圖5 海南島坡度影響指數

圖6 海南島橡膠栽培適宜區 圖7 2006～2010年海南島農墾平均橡膠產量分布

2.4 膠樹栽培適宜性評價

根據橡膠樹栽培適宜性評價因子，分別將氣候適宜性、土壤質地、土壤pH、坡度指數代入模型，計算綜合指數代入式(1)，按照等級標準劃分為高適宜區、中適宜區、低適宜區不適宜區。從圖6中可以看出，橡膠樹栽培種植的高適宜區分布在儋州、昌江、文昌的西北部、瓊海、萬寧陵水等地； 中適宜區分布在臨高、澄邁、定安、文昌、屯昌等地； 低適宜區分布在東方、樂東、五指山等地； 少量不適宜區分布在瓊中中部地區。

2.5 結果的驗證與分析

根據海南省植膠現狀圖(49萬hm2)[19]，對比分析海南島橡膠樹栽培適宜性評價等級劃分，可以發現評價獲取的結果基本符合當前天然橡膠的種植現狀，能客觀反映目前橡膠種植的實際情況，從一定程度上說明該方法是可行的。研究結果與海南島農墾近5年平均橡膠產量分布(圖7)對比分析可以看出，海南島橡膠栽培適宜區的高低程度，與橡膠實際產量高低分布大體一致。從總體上看，該研究的適宜性評價結果能準確反映海南島橡膠種植的空間差異，最適宜區均表現為氣候適宜性程度高、土壤良好、坡度適宜等特點。可見，氣候—土壤—地形條件是保障橡膠栽培穩產高產的前提因素。

3 結論與討論

海南島植膠區具有臺風、寒害和土壤貧瘠等環境特點[14]，橡膠樹要獲得高產高效應首先做好宜林地規劃[20]。該研究綜合考慮了橡膠樹栽培中氣象要素、土壤和地形的影響，確定了氣候適宜性因子、地形因子、土壤因子作為海南島橡膠栽培適宜性評價指標，并在前人研究的基礎上[6-12]，建立了橡膠樹栽培與適宜性評價指標體系，開展了海南島橡膠栽培適宜性評價，確定了海南島不同區域種植橡膠是否適宜以及適宜的程度，從宏觀上反映了海南島橡膠樹栽培適宜性的空間差異。該文研究結果可為橡膠種植提供參考，有利于減少盲目種植帶來的風險，提高橡膠種植的經濟效益。

橡膠樹栽培與氣候、土壤、地形等要素密切相關。溫度、降雨和太陽輻射是影響產膠量的主要氣象因子，其相互影響并以累加效應作用于橡膠產膠； 主要土壤營養元素氮、鉀、磷和鎂通過影響光合作用等影響膠乳合成，并因影響膠乳的穩定性而影響排膠[21-22]。土壤、地貌在一定條件下對熱作生產起到限制作用，也是橡膠栽培適宜性評價的重要因子[23]。由于地形、土壤中很多因子很難定量化表達其對橡膠產量的影響，如土壤營養元素、高度等，因此該文在評價因子選擇中，僅考慮了其中的土壤類型、土壤pH、坡度等因子，存在一定的不足。從綜合評價的結果來看，基本與實際情況一致，但仍存在少部分區域的評價結果與實際不符。因此，在指標的選擇和分級方面需要不斷的完善和改進。

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