基于GIS的通海縣煙草種植適應性分析

黃 旭

（1.成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059）

目前， GIS技術在我國煙草生產行業得到了廣泛應用。Liu、Wang 等利用 GIS 技術中的克里金插值法對煙區土壤空間變異進行了系統研究[1-3]；葉協鋒等綜合利用GIS技術分別對河南省許昌市、南陽市、洛陽市煙區的種植適宜性進行綜合評價[4]；何軼等利用GIS技術、模糊數學等對施甸煙區土壤養分狀況進行了空間分析和綜合評價[5]；陳海生等分別利用GIS技術、德爾菲法、Fuzzy數學隸屬函數和AHP，根據各環境生態因子對煙草生長和品質的影響確立評價指標，對河南省、山東省、福建省煙區的生態適宜性進行了綜合評價[6]；陸魁東等利用GIS技術和等級劃分法，對湖南省煙草氣候生態適宜性進行區劃分析研究[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各鄉、鎮生態環境的差異，研究結果無法滿足各鄉、鎮煙草種植生態環境綜合分析的精度要求[8]。基于此，本文以通海縣為研究區，將遙感圖像與實地考察相結合，研究結果符合鄉鎮煙草生態環境綜合分析的精度要求。

1 研究區概況及研究目的

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，是云南烤煙高產縣之一。2012年通海縣共種植烤煙6萬余畝（如圖1），其中，田煙3萬余畝，地煙2萬余畝。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93%，煙葉收購總量同比增長11萬kg，完成年初計劃的103%；煙農總收入超過2億元，煙農種煙收益同比增長3 000多萬元，種煙戶均收入14 554元，煙草收入占通海縣農業總收入的20%左右。烤煙產業是通海的優勢產業、特色產業和支柱產業，是通海縣財政增長和農民增收最可靠、最穩定、最長期的來源，對“三農”發展有著舉足輕重的地位和作用[9]，是通海縣經濟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，如土地利用上規劃上的不合理導致土壤的浪費、化肥使用超標導致土壤肥力下降、需水量不斷增大等問題。

圖1 通海縣種植煙草用地分布圖

2 研究方法

2.1 研究方法

GIS適應性分析是指針對某種特定開發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、農業應用、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、初始條件、搜集相關資料等；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據輸入計算機進行逐一類、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域；最后，將所用的適宜區域加以綜合，得出適合某種活動的最終區域，為土地使用者決策提供可行的建議與依據。

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

2.2 數據來源與處理

本文采用通海縣2010年土地利用數據，再結合遙感圖像觀測與實地考察通海縣煙草種植區域，在確定通海煙草土地利用數據正確的基礎上，應用ArcGIS10.2對土地利用數據進行處理，分析每個影響煙草種植的因子，并按照相關學者確定的評價指標對通海縣煙草種植適應性進行分析。

3 通海縣煙草種植適應性分析的結果與討論

對影響通海縣煙草種植的相關因子進行適應性分析，得出適合種植煙草的種植區域。影響因子主要包括土壤因子、土壤PH、土壤有機物、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。中國農業科學院煙草研究所通過砂培實驗指出，PH值在7～8范圍內有利于烤煙生長中后期的物質生產[10]；同時，有效氮在此范圍內有效性最高；有效磷在PH值為6.5～7.5范圍內最佳；鉀、鈣、鎂等的有效性在PH值6～8時最好[11]。李念勝、強繼業等研究發現，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 有機質分布圖

3.1.2 土壤有機質分析

土壤肥沃情況是影響煙葉質量的主要因素之一。其中，土壤有機質對煙草的生長發育和品質生成起著非常緊要的作用[14]。有機質多少是表示土壤供氮能力強弱的重要指標。李明等認為，烤煙有機物質含量以10～20g/kg為宜，我國南方煙區以15～30 g/kg為宜[15]；土壤有機質在5 g/kg以下不宜種植煙草[14]。通海縣屬于南方煙區，所以土壤有機質以15～30 g/kg為宜。楊宇宏等認為，土壤有機質在45 g/kg以上不宜種植煙草[16]。

3.1.3 土壤有效氮分析

氮（N）是決定煙草產量及品質最重要的營養元素。煙葉生長速度、植株大小、產量高低、尼古丁含量等都取決于土壤的含氮量。劉玉等認為，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元素之一。研究表明，磷含量與煙葉品質有明顯關系。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為優質煙適宜的有效磷含量。

3.1.5 土壤有效鉀分析

鉀對煙葉優良品質的形成有重要關系，鉀能夠決定植株中碳水化合物和蛋白質的數量及分布，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，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效果[20]。黃成江等研究認為，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 確定評價因子權重

采用層次分析法（AHP）確定評價因子權重， 借助農業部耕地地力管理信息系統軟件的層次分析法模塊進行運算，獲得通海縣煙草用地適宜性各評價因子的權重值，一致性檢驗結果0≤CR≤0.05，均小于0.1，如表1。

表1 適宜性評價因子權重

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 ℃，是生產優質煙的基本條件[22]。煙草原產于亞熱帶，氣候溫暖濕潤，烤煙生長的最適合溫度為24～28℃。有研究認為，在20～28℃的范圍內，煙葉的內在質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℃以上的天數可以作為區分一地區是否適合煙草生長的標志，如表2。

表2 2011～2013年4～10月日均氣溫≥20℃天數統計表

3.2.2 溫度日較差

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

表3 2011～2013年4～10月通海縣日溫差范圍統計表／℃

3.2.3 降水要素分析

高質量的煙草生產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質量有著緊密聯系[24]。烤煙抗旱性比較強，為生產出高產量及高質量的煙草，仍然需要將煙草在降水量較多的地區種植，如表4。

表4 1971～2000年4～10月通海縣平均降水量統計表／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，光照太強或柔和都會影響煙葉質量的形成。煙草生長一般要求日照數500～700 h，日照率40%以上[25]。光照條件對烤煙的發育和體內代謝都有影響。在成熟期，適當光照的重要性更為突出。不僅光照的強弱有影響，光照時長也同樣有影響。大多數煙草要求光照時間以8～10 h/d為宜。在適宜的水熱條件下，年日照時數大于2 000 h，日照率大于50%的區域十分利于烤煙生長[26]。此外，風沙、露水等外界環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，部分地區土壤所含因子不在煙草種植的最佳狀態，有些區域需要適當地施氮肥，有的需要適當地施磷肥等等，才能滿足煙草種植的需要。具體情況如下：

通過GIS對區域進行適應性分析，得出不同區域的土壤性質。

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

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

氮的分布區（圖4）：黑色區域為適合種植煙草，灰色區域為氮元素過量區域，白色區域為氮缺乏區域。對于氮元素缺乏區域，建議混合施用少量的鉀肥、磷肥，中量施用氮肥即可。根據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。對于灰色區域，則建議少量施以氮肥。

磷的分布區（圖5）：該區域所含磷肥較少。建議在白色區域內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。對于灰色區域，則建議施以少量磷肥即可。

鉀的分布區（圖6）：由于煙草對鉀的需求量較少，所以圖6中白色區域混合施用適量的鉀肥即可。根據土壤情況，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氣候。雖然4～10月內晴朗天數少，但雨天多為陣雨，既有利于雨水補給，又有利于煙草對陽光的吸收，月平均100.2，達到種植優質煙的需求，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。成熟期的9月，平均降水108 mm，同樣達到了成熟期的要求。年均降水量875 mm，年均日照總時數為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℃的天數就大于4個月，非常有利于優質煙生產。同時，在6～8月之間，晝夜溫差區域穩定，最大溫差與最小溫差及晝夜溫度均在不影響煙草生產高質量的范圍內，非常適合煙草的生長。根據通海氣候情況，建議煙農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 語

通海縣面積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，一級區域為最優植煙區域，植煙面積為34.9 km2，占植煙總面積的11.6%；二級區域為優良植煙區域，所占面積為96.5 km2，占植煙總面積的32.1%；三級區域為適合植煙區域，所占面積為57.6 km2，占植煙總面積的19.1%；四級區域為不適合種植煙草的區域，所占面積為112 km2，占植煙總面積的37.2%。經統計可以得出，通海縣植煙總面積的62.9%區域是最適合種植煙草的。其中，不需進行改善的區域為18.5%，需要改善的區域為71.5%。改善意見如上所述，如圖7。

圖7 通海縣煙草適宜性分布圖

通海縣的降水時節、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，非常適合煙草的種植。對于71.5%的改善區域的改善原料，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計表