基于GIS的赤壁市茶葉種植適宜性評價研究

姜宇榕 何國松 韓冰華 劉彥文 周霞

摘要：開展茶葉種植適宜性評價是選擇合適的茶葉種植地的首要任務。以赤壁市為研究區域，選取高程、坡度、坡向、地類、土壤、降水、氣溫、積溫8個評價因子，來構建評價指標體系。運用專家打分法，確定各評價指標權重。基于GIS技術，采用加權疊加法對評價因子進行綜合性分析，將茶葉種植適宜性結果分為4個等級。結果表明：最適宜、較適宜、較不適宜、不適宜茶樹種植的面積分別為1680.04hm²，23970.88hm²，101044.88hm²，46504.2hm²，分別占評價面積的0.97%，13.84%，58.34%，26.85%。最后，為赤壁市茶葉種植選址提出適當的建議，對充分發揮赤壁市茶葉種植資源優勢具有指導作用。

關鍵詞：GIS;適宜性分析;赤壁市;評價體系

中圖分類號：$571 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0045-04

1概述

近些年來隨著我國茶產業的迅速發展，各地紛紛制定相關發展規劃鼓勵茶葉種植。赤壁市是全國茶葉商品生產基地建設的示范縣市，產業規模大，品牌效益較咸寧市其他縣市更好。在發展的同時出現一些問題，為追求效益而盲目擴張大宗茶的種植面積，忽視茶葉質量，忽視良種茶葉的培育。如何選擇合適的茶葉種植地，尤其是優質茶的選址，成為了赤壁市茶葉種植的首要任務。

國內一些學者針對氣候、土壤和地形等因素對茶葉種植的適宜性進行研究，為優化茶葉種植提供科學依據。本文以赤壁市為研究區域，基于GIS技術，利用土地利用、土壤、氣象、DEM等茶葉生長的關鍵基礎數據，選取8個評價因子，確定各因子權重，構建綜合評價模型，為赤壁市茶葉種植規劃提供依據，對茶葉種植綜合評估具有參考價值。

2數據來源和研究方法

2.1研究區概況

赤壁市位于湖北省東南部，東經113°32'-114°13，北緯29°28'-29°55。東接咸安區，南交崇陽縣，西隔蟠河與湖南臨湘市相鄰，東北連嘉魚縣，西北與洪湖市隔江相望。素有湖北的“南大門”之稱。赤壁市總土地面積為1732平方千米。現轄9個鎮、1個鄉、3個辦事處、1個農業開發區、3個國有農、林、茶場。總人口于2014年統計為54.7萬人。

赤壁市地形自西南向東南一帶偏高，西北到東北一帶略低，形成自南向北傾斜，山地、丘陵、崗埠、平原、湖泊依次排列，構成“六山兩水兩分田”。南部為海拔500米左右的低山群，中部為丘陵地帶，北部長江沿岸地區為海拔50米左右的沖積平原。赤壁市氣候屬于亞熱帶季風氣候，四季分明。年均氣溫在16℃左右，降雨充沛，歷年年均降雨量為1604毫米。適宜的自然環境條件使得赤壁市成為茶葉種植大市。截至2014年12月底，全市茶葉總面積達到13.3萬畝，茶葉年產量3.1萬噸。全市茶產業鏈產值21億元，位居全國100個重點產茶縣市第10位。其中，磚茶銷售市場占全國近35%的份額。

2.2數據來源

DEM數據是全球空間分辨率為30米的數字高程數據產品，利用ASTER GDEM第一版本的數據進行加工得來。數據來源于國際農業研究磋商組織（http：//http：//srtm.csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp）

氣候數據包括年平均氣溫、≥10℃年均積溫、年平均降雨等數據信息。氣象數據來源于人地系統主題數據庫（http：//www.data.ac.cn/）

土壤數據由GLC2000項目開發的基于SPOT4遙感數據的全球土地覆蓋數據的中國子集部分。土壤數據來源于diva地理信息系統網站（http：//www.diva-gis.org）

2.3研究方法

收集地形數據、土壤數據、氣象數據等數據，并進行預處理。根據因子選取原則和赤壁市茶葉種植的實際狀況，選取適合茶葉種植的主要評價因子以及確立評價因子權重，建立評價指標體系。然后對各因子進行評價分析，并進一步進行加權疊加分析，得出赤壁市茶葉種植適宜性分布圖。

3赤壁市茶葉種植適宜性評價分析

3.1評價指標體系的構建

結合評價因子選取原則（可操作性、主導因子和綜合性），從地形條件、氣候條件、土地條件三個方面考慮，選取高程、坡度、坡向、降水、氣溫、積溫、地類、土壤8個因子作為主要評價因子。采用專家打分法，由專家對評價因子的權重進行概率估計。經過多輪打分后，得到8個評價因子的權重，如表1所示，構建赤壁市茶葉種植適宜性評價指標體系。

3.2單因子評價

3.2.1高程因子分析

茶葉種植技術資料表明，大部分高山名茶的海拔均在400-700米之間。超過800米，茶葉生長會因低溫而受限。基于赤壁市的海拔狀況，可以不考慮高海拔限制給茶葉帶來凍害的問題。以ArcGIS軟件為平臺，采用赤壁市DEM圖，將高程分為四個等級：3～100米、100～200米、200～400米、400～700米。其中，400～700米地區為最適宜地區，分布在赤壁市東南部的隨陽鎮、竹山鎮一帶，沿赤壁市南一帶也有零星分布，可作為優質茶的種植地。200～400米地區為較適宜地區，分布在陸水以東的整個赤壁市東南部及南部一帶。3-100米地區為不適宜地區，100-200米地區為較不適宜地區。3～200米地區分布較廣，占整個市的3/4。

3.2.2坡度因子分析

茶葉種植技術資料表明，茶樹的種植與坡度關系密切。8。以下的緩坡土壤侵蝕的程度小，易于水土保持，可廣建茶園;15°～25°的中坡，侵蝕作用不大，可進行梯級茶園的建設;25°以上的陡坡區保水、保土和保肥能力差，遇到暴雨則會形成強烈的沖刷作用，不利于優質茶葉的種植。采用赤壁市DEM圖，利用ArcGIS軟件坡度工具生成赤壁市坡度圖。將坡度分為五個等級：0～8°、8～15°、15～25°、25～35°、35～60°。其中，0～8°地區為最適宜地區，分布范圍較廣，赤壁市東中西部均有較多分布，可作為優質茶的種植地。8-15°和15～25°地區為較適宜地區，分布比較分散，主要分布在南部低山群及中部丘陵附近一帶。25～35°地區為較不適宜地區。35～60°地區為不適宜地區，集中在赤壁東南及南部一帶。

3.2.3坡向因子分析

茶葉受光照影響強烈，所以也要考慮坡向的影響。北半球的南坡光照充足，但長期的陽光直射，會直接導致酚類物質和葉綠素的氧化;而北坡和偏北坡光照相對較少，使茶葉缺乏足夠的熱量，茶多酚含量偏低。兩種坡向均會影響茶葉品質。偏南坡既不會有長時間直射，也不會缺少光照，所以優先考慮該坡向為優質茶的最佳種植區。采用赤壁市DEM圖，利用ArcGIS軟件坡向工具生成赤壁市坡向圖。將坡向劃分為8個等級：北坡、東北坡、東坡、東南坡、南坡、西南坡、西坡、西北坡（不考慮無坡向的平坡和重復的北坡）。將東南坡和西南坡視為偏南坡，除了在黃蓋湖、西涼湖及陸水湖等地區沒有分布，赤壁市內均有分布。偏南坡為最適宜地區，南坡為較適宜地區，東坡、西坡、偏北坡為較不適宜地區，北坡為不適宜地區。

3.2.4地類因子分析

土地利用類型對茶葉的種植起著至關重要的作用。園地可規劃用來建設專門的茶產業園，而未利用地經過適當地平整和修復后，也有可能成茶葉種植區。在茶葉種植選址中，林地、耕地受人為因素影響難以被開發利用，湖泊則無法利用。所以林地、耕地及湖泊等不能被用來作為茶葉種植地。

對GLC2000項目中中國片區lucc圖進行地圖配準，用掩膜工具進行裁剪，獲取赤壁市土地覆蓋類型圖。將地類劃分為六個等級：旱地、園地、林地、未利用地、水田、湖泊。園地和未利用地分別占13.9%和0.6%，分布于東部的陸水河與黃蓋湖之間的平原地區，西部有零散分布。這兩種地類分布區可作為優質茶種植區。旱地約占26.9%，沿著省道217、國道107及京港澳高速呈條帶狀分布，可能是早期為了建設發展而占用部分旱地作為道路用地。水田主要分布在三大湖泊附近，約占10.3%。林地面積較廣，中南部的低山群和南部的高山地沿線分布密集。園地和未利用地為最適宜地區，林地為較不適宜地區，旱地、水田、湖泊為不適宜地區。

3.2.5土壤因子分析

茶葉種植技術資料表明，茶樹生長要求酸性的土壤條件，最適宜的pH值為4.5-5.5。由于pH值數據難以收集，所以用土壤因子替代。紅壤呈酸性，表土與心土pH值為5.0-5.5，底土pH值為4.0，符合茶葉生長對pH值的要求。對赤壁市土壤圖進行分類劃級，突出紅壤部分。將土壤圖劃分為三個等級：水稻土、紅壤、潮土及水域。紅壤為最適宜地區，分布廣泛，集中在赤壁市中部及東南部。水稻土、潮土及水域為不適宜地區，潮土分布在黃蓋湖、陸水、西涼湖等赤壁市境內大小水域周邊，水稻土主要分布在水域周邊的平原區域。

3.2.6降水氣溫因子分析

茶葉種植資料表明，一般茶區的年降水量在1150～1400毫米，年均氣溫在13°C以上。由于茶葉喜溫喜濕，所以在一定范圍內，溫度高降水多濕度大的地區更適宜茶葉種植。受數據條件限制，選擇赤壁市周邊城市武漢、仙桃、嘉魚、黃石、洪湖、崇陽等地作為氣象站點。采用克里金插值法，得到赤壁市的年均降水圖和氣溫圖，并進行分類劃級。將降水量劃分為兩個等級：1350～1400毫米、1400～1490毫米。以黃蓋湖南與西涼湖南的連線為界，以南雨量較多，可作為優質茶的種植地。將均溫劃分為兩個等級：16%～16.5°C、16.5°C-17°C。以陸水為界，東部年均溫相對較高，更利于茶葉生長。

3.2.7積溫因子分析

資料表明，以≥10℃積溫作為考察指標能反映茶葉種植對熱量的要求。在有水分供應的條件下，≥10℃的年活動積溫越高，采茶次數越多，產量越高。用克里金插值法，得到赤壁市年均積溫分布圖。將積溫劃分為三個等級：5200～5250°、5250～5350°、5350-5400°。以雙石水庫和楊家山的連線為界，以東的赤壁市東南部地區積溫最高。積溫5200～5250°區分布在西涼湖以西、陸水以東的赤壁市中偏北地區。而積溫較高區占赤壁市面積的2/3，分布較廣。雖然市內年均積溫均在4500℃～5500℃，差距不大，大部分地區都滿足茶葉生長所需的積溫條件，但茶葉種植對積溫的要求是越高越好。因此，5350～5400°地區為最適宜地區。5200～5250°、5250～5350°地區為較適宜地區。

3.3赤壁市茶葉種植適宜性綜合評價

在考慮權重的基礎上，對各個因子進行評價計算，最后疊加分析基本表達形式可以用式（1）表示：

S=∑WiXi（1）

S是適宜性等級，xi為變量值，wi為權重，i=l，2，3，……n。

在AreGIS平臺上，運用加權疊加工具給各個因子分配合適的權重值，調整適宜程度，得出赤壁市茶葉種植適宜性分布圖，如圖1所示。

將赤壁市茶葉種植適宜性分布圖劃分為四類：最適宜區、較適宜區、較不適宜區、不適宜區。

（1）最適宜區

最適宜種植茶葉的地區較少，面積約1680.04公頃，僅占赤壁市的0.97%，主要分布于赤壁市東南部隨陽鎮及星星竹海以西一帶。這些地方高程均在400米左右，坡向為偏南坡，坡度在15°以下，年均氣溫16.5°C以上、年均降水約為1450毫米、積溫5350℃左右。由于自然環境條件皆為最佳，所以非常利于茶葉生長需要和茶葉品質的形成。可以在此形成局部規模化的生產，栽培優質的高山茶葉和有機茶葉。

（2）較適宜區

較適宜種植茶葉的地區面積約23970.88公頃，占13.84%，分布分散。西部主要分布在黃蓋湖以北以東的平原地帶、柳山鎮一帶;東部呈間斷的帶狀分布于沿京港澳高速附近地區;東南在星星竹海以西、陸水湖以東一帶分布較多。這些地方的高程在200米左右，坡向不一，坡度在35。以下，氣溫降水積溫較適宜。由于較適宜區與大部分園地位置相重合，可以推斷園地的絕大部分地區是滿足茶葉種植條件的。可以在此修建大規模的茶園，通過發展技術、改良因子等措施改善茶葉的種植。

（3）較不適宜區

較不適宜種植茶葉的地區最廣，約101044.88公頃，占58.34%。整個赤壁市境內均有分布。通過對比地類圖與適宜性分布圖可以看出，較不適宜區與林地和耕地范圍相吻合。這些地方受高程、氣象等因子影響不大，符合大部分自然種植條件。但在土地利用過程中，耕地和林地的開發要求極為嚴格，難以被開發用于茶葉種植。

（4）不適宜區

不適宜種植茶葉的地區約46504.2公頃，占26.85%。集中分布于西北部的黃蓋湖片區、東北部的西涼湖片區及中南部的河流湖泊區。受地類影響最大，說明湖泊與耕地是限制性因子。在規劃和選址過程中盡量避免在這些地方種植茶葉。

4討論

針對茶葉種植布局提出建議：（1）充分發揮赤壁市獨特的自然資源優勢條件，合理選擇茶葉種植區。對于較少的最適宜區，由于附近開發程度小，自然生態條件較好，在不破壞環境的條件下，可以進行優質茶葉的種植。（2）較適宜區占赤壁市面積廣，主要受地類影響較大。較適宜區大部分與園地分布相吻合，可考慮通過進行局部土地修復或平整，對小氣候的改善使其更適宜茶葉種植。