基于多源融合LAPS格點資料的瀘州烤煙氣候適宜性種植區劃

何興潼，羅再潛，賴自力，雷 曉，李曉勇，黃忠華，王 翔*

（1.瀘州市氣象局，四川瀘州 646000；2.瀘州市敘永縣氣象局，四川瀘州 646000；3.四川省煙草公司瀘州市公司，四川瀘州 646000）

烤煙（煙葉），一年生草本，茄科，高1 m 左右，原產南美洲。由于其適應性強，不論山區、平原或丘陵地區均能種植。自引入我國后，很多省市均有種植[1]。近年來，我國烤煙種植業重心區位變化趨向西南煙區。

瀘州市位于長江上游、四川盆地南部，地處川滇黔三省交界處，是四川盆地與云貴高原過渡地帶，分布著山地、丘陵等不同地貌，地勢呈北低南高，海拔落差可達1 500 m。瀘州市下轄三區四縣，屬亞熱帶濕潤季風氣候，雨熱同季，無霜期長，光照適宜，非常適宜烤煙種植，北部地區（江陽區、龍馬潭區、納溪區、瀘縣、合江縣）以丘陵地形為主，南部地區（敘永縣、古藺縣）以高山地形為主。

瀘州從20 世紀90 年代初開始種植烤煙。隨著產業不斷擴大，烤煙逐漸成為瀘州市重要經濟作物，對瀘州市發展有重要支撐作用。其中古藺縣、敘永縣南部等適宜種植烤煙的地區，常年種植面積約1.33 萬hm2，年均收購煙葉2 500 萬kg，已成為古藺、敘永兩縣財政增效、煙農增收的主要支柱產業之一。對助力貧困山區人民脫貧致富、鄉村振興及促進地區社會穩定和發展發揮重要作用[2]。但每年烤煙生育期由高溫干旱、陰雨寡照等不利氣象條件造成的損失約為20%，已成為制約瀘州烤煙產業發展的重要因素之一。

瀘州市現共有198個氣象自動觀測站，其中敘永、古藺主要烤煙區內共有21個區域自動氣象觀測站，自2008 年逐步開始觀測，觀測要素多為雨量、氣溫。由于受敘永、古藺山區地形影響，氣候要素時空差異大，因此利用現有區域自動氣象觀測資料開展研究時，存在氣象資料時間序列長短不一、與烤煙種植區實況氣象數據可能存在差異等問題。

隨著社會對精細化氣象產品需求的不斷提升，中國氣象局公共服務中心以LAPS 系統[3]為基礎進行本地化，通過調整權重等參數，使得分析場與觀測實況非常接近[4]，最終研發出一套基本覆蓋全國、基于實際地形、接近實際觀測的全國3 km×3 km 地面多要素客觀分析產品[5]，在氣象服務中發揮了顯著的社會效益。

基于此，本文利用烤煙種植區內現有21個氣象觀測站資料，以及LAPS 多源實況格點資料，以期在全球變暖的大背景下[6]，分析得到瀘州烤煙區的氣候適宜種植區劃，做到趨利避害，提高煙葉產量，保障烤煙產業可持續發展。

1 資料與方法

1.1 研究區概述及數據來源

古藺、敘永兩縣地處川南邊緣，與云南、貴州接壤，境內以山地為主，屬盆周山區，經濟發展欠發達[7]。敘永南部、古藺作為瀘州主要烤煙種植區，主要烤煙種植品種為云煙87，蜜甜香型，截至2020年共有20 個鄉鎮、街道（敘永9 個，古藺11 個），總種植面積1.26 萬hm2（古藺0.63 萬hm2、敘永0.63 萬hm2），海拔為538～1 319 m。

本研究所用數據分為2部分：1）敘永縣、古藺縣內21個氣象觀測站2009—2020年日降水、平均2 m 氣溫資料（本文平均氣溫均代指2 m 平均氣溫）來源于瀘州市氣象局；2）中國氣象局LAPS（3 km×3 km）2009—2020 年日降水、平均2 m 氣溫多源實況融合格點資料（下文簡稱LAPS 格點數據）來源于中國氣象局，本文研究區分布如圖1所示。

圖1 瀘州烤煙種植區分布圖

1.2 研究方法

依據瀘州烤煙種植生育期研究和調查，將敘永、古藺烤煙種植區大田生育期（4—9 月）大致劃分為：團棵期（4月上旬至5月中旬）、旺長期（5月下旬至6月下旬）、成熟期（7上旬至9月下旬）。

將各烤煙種植區的氣溫、降水觀測日資料和LAPS 日資料均處理為旬資料，選取均方根誤差（RMSE）、平均誤差（ME）對LAPS 資料進行差異檢驗評估，方法如下：

均方根誤差（RMSE）：反映了該區域內誤差幅度的平均狀況，表示隨機誤差，計算公式為：

平均誤差（ME）：表征當站點觀測平均值高于格點融合產品的時，平均誤差大于0，反之小于0。計算公式為[8]：

式（1）、式（2）中，Xi為旬平均氣溫、旬累計降水的觀測值，Yi為旬平均氣溫、旬累計降水的LAPS格點值。

活動積溫（K1）以及有效積溫（K2）計算公式分別如下：

其中Ti為第i 日平均溫度，T0定為0 ℃，T1定為10 ℃，n為生育期天數。

2 結果與分析

2.1 觀測資料與LAPS差異性檢驗

本節選取烤煙生長發育受外界氣溫、降水等因素影響最大且最為關鍵的大田生育期進行差異檢驗，其中部分區域站受建站時間限制，起始觀測時間段不盡相同，故將各站點的LAPS 數據的時間序列長度與觀測時間序列長度保持一致，將烤煙種植區內各站點日觀測資料與LAPS 格點融合日數據均處理為旬資料，再應用式（1）、式（2）進行誤差、均方根誤差計算，結果見表1。

表1 瀘州烤煙種植點實況資料與LAPS檢驗結果（2009—2020年）

從各種植烤煙點大田生育期的旬累計降水、旬平均氣溫的觀測資料與LAPS 資料的誤差和均方根誤差結果來看，總體相差不大，旬累計降水的LAPS 資料較觀測資料平均偏高0.3 mm，其中敘永水潦站點的誤差最大，偏高2.1 mm，其余站點誤差均小于1.0 mm；旬降水的均方根誤差總體平均為2.2 mm，敘永水潦站點較大為5.2 mm，其余站點為2.0 mm 左右，反映出水潦站點部分時段的LAPS 降水數據較觀測數據偏差幅度明顯高于其余站點。

旬平均氣溫的LAPS 數據較觀測數據平均偏低0.3 ℃，其中敘永合樂、古藺觀文站點的誤差較大，分別偏低3.3 ℃、1.9 ℃，其余站點均小于1.0 ℃；其均方根誤差結果也顯示總體平均為1.3 ℃，偏差幅度較大的有合樂、后山、丹桂，其均方根誤差可達2 ℃以上，其余站點1 ℃左右。

LAPS 格點融合數據與觀測數據的差異性檢驗結果表明，旬累計降水、旬平均氣溫總體偏差不大，基本與觀測資料較為符合，其平均誤差分別為-0.3 mm、0.3 ℃，僅水潦、營山、合樂、觀文等站點誤差相對較大；此外，旬累計降水與旬平均氣溫的平均誤差絕對值雖相近，但從均方根誤差的結果可看出，旬累計降水的總體誤差和偏差幅度卻大于旬平均氣溫，反映了LAPS 格點融合數據較觀測數據在瀘州烤煙種植區內的旬平均氣溫比旬累計降水更接近實際且偏差幅度更小。

2.2 氣象要素年際變化

利用LAPS 格點數據將種植烤煙區作為整體，對2009—2020 年大田生育期的累計降水、平均氣溫、活動積溫、有效積溫的年際變化進行分析，結果見表2。

表2 大田烤煙生育期各氣象要素年變化（2009—2020年）及上等煙比例

從各氣象要素的年際平均可知，大田生育期的累計降水、平均氣溫、活動積溫、有效積溫的年平均值分別為661.3 mm、21.1 ℃、3 787.6 ℃、1 981.7 ℃，滿足烤煙生育發育所需降水及光熱條件，較為適宜烤煙種植。

再從各氣象要素變異系數（標準差/平均值）計算結果可知，累計降水最大為0.201，其次為有效積溫（0.045），活動積溫和平均氣溫最小，均為0.023，反映出降水量的年變化最為明顯，特別是2010、2011年的累計降水較平均值偏低220.9 mm、262.9 mm，而2014年、2020年則偏高180.9 mm、177.1 mm，年際變化幅度為26.8%～39.7%；而2013 年的平均氣溫、活動積溫、有效積溫與其均值相差（年變化幅度）最大，分別為0.9 ℃（4.1%）、147.0 ℃（3.9%）、156.8 ℃（7.9%），也反映出烤煙種植區的累計降水年波動幅度明顯高于平均氣溫等要素，光熱條件較降水條件年際變化穩定。

此外，各氣象要素在2009—2014 年波動變化明顯，但從2015年開始，氣溫和降水均呈現出緩慢上升趨勢，也呈現出瀘州烤煙種植區在全球變暖的大背景下，具有降水、氣溫均上升的特點。而相關烤煙品質數據顯示，2011 年、2013 年的上等煙比例分別為32.6%、33.6%較歷年平均（47.2%）偏低15%左右，降水偏少、氣溫偏高均不利于烤煙品質的提升，如海拔較低的山腳河谷地帶的烤煙種植區，但對海拔相對較高的高山頂種植區有改善品質的作用。

2.3 適宜烤煙種植氣候區劃

基于LAPS 數據對各烤煙種植區的2009—2020 年大田生育期進行旬平均氣溫、旬累計降水、旬活動積溫、旬有效積溫的分類計算。并按照團棵期、旺長期、成熟期、大田生育期分類統計，具體結果見表3。

表3 烤煙種植區不同生育期下各氣象要素對比（2009—2020年）

烤煙作為喜溫植物，從所需的熱量條件來看，晝夜溫差大，有利于煙草的生長發育，但對煙葉的品質來說，成熟期溫差小反而有利。移栽后的團棵期最適宜平均氣溫為16～18 ℃，如果氣溫低于13 ℃持續7 d以上，將導致早花現象；旺長期最適宜平均氣溫為19～22 ℃，成熟期最適宜平均氣溫為22～25 ℃且至少持續30 d 以上。烤煙大田生育期活動積溫要大于3 000 ℃，適宜區、最適宜區分別要求活動積溫在3 300 ℃、3 800 ℃以上，而有效積溫為1 800～2 300 ℃。如果活動積溫達不到烤煙正常生長發育所需時，烤煙為滿足自己所需要的熱量總和，會自發地將生育期延長，進而直接影響煙草的產量與品質[10]。

從烤煙生長發育所需的水分條件來看，烤煙對水分的需求特點一般為“少—多—少”特點，即前期移栽至團棵期，煙苗較小，生長發育相對慢，需水量較少，月降雨量為60～80 mm；到了中期的旺長期，烤煙各組織根系發育完善，生長旺盛，也是烤煙需水最大的時間段，月降雨量以120～170 mm 為優；最后的成熟期，月降雨量為100～130 mm 即可滿足烤煙的成熟落黃，抑制其部分代謝作用，從而協調煙葉的化學成分配比，對烤煙品質提升有很大幫助[9]。

此外，海拔也一定程度上決定了烤煙生長的品質，如果烤煙種植區海拔低于550 m或者高于1 400 m，由于溫度的和地形的原因，海拔過低使得平壩地區高濕，病蟲害易發生，造成煙草品質低下，產量較低；而海拔過高，又面臨人工種植強度過大的問題，不利管理，一旦遭遇旱災，補救措施難以開展。瀘州地區適宜種植烤煙的海拔為550～1 400 m，最適宜烤煙種植的海拔主要為700～1 300 m。

綜上所述，依據烤煙各生育期最適宜生長的氣象指標，并結合瀘州市烤煙種植區的種植情況，將現有烤煙種植區分為優質區、適宜區和次適宜區，結果如下。

2.3.1 優質區

烤煙的優質區有著很嚴格的指標，依據各生育期的不同，降水量、溫度及積溫均要滿足并適宜其生長發育需求（見上文），同時不能太高或太低，否則生長緩慢且影響烤煙品質；同時海拔為700～1 300 m，受種植區所處山地的影響，優質烤煙區分布比較分散。

優質區的主要鄉鎮為敘永縣觀興、枧槽及古藺縣雙沙、皇華、石寶、大寨、德耀、馬嘶、箭竹、丹桂、茅溪等中山區鄉鎮。本區的烤煙自然生長條件較好，栽種、收割時間整齊，栽種歷史較長，種植和烘烤經驗也比較充分，為瀘州市優質烤煙的生產基地和重點發展地區，已經作出了古藺優質煙草區“煙水”工程預案。

2.3.2 適宜區

此區域種植區的海拔也較為適宜（550～1 400 m），但由于個別氣象因子無法達到某生育期最優的標準，如降水量明顯偏多或偏少，溫度、積溫亦這樣，即大多數氣象要素都達到優化標準，但因為一個或少數幾個要素達不到最優，從而影響了烤煙最終品質和產量。

適宜區的主要鄉鎮為敘永縣摩尼、分水、水潦、麻城、后山，以及古藺縣觀文、龍山等鄉鎮。該區雖然受個別氣象要素的影響，但總體烤煙品質和產量還是較高的，農戶在氣候正常年份種植烤煙是創收的，也是一個極具發展潛力的烤煙種植區域，可以通過人工影響的方式來達到優質優產，如先進種植技術、修建排灌工程等。

2.3.3 次適宜區

此區的氣候條件與適宜區相比，相差并不很大，影響其品質及產量的最主要因素是地形，種植區的海拔低于550 m 或者高于1 400 m。平壩地區易積水，而高山地區又干旱，這對煙草生長極為不利。但煙草在此區還是能形成產量，但平壩地區遇洪澇或高山地區遇干旱年份，將會嚴重影響產量，造成農戶虧本。

此區包括敘永縣合樂、赤水和古藺縣金蘭等鄉鎮的平谷和高山頂區以及優質區山頂或山腳。此區取得豐收的關鍵為保障烤煙適宜需水，可修建排灌工程。

最后，利用ArcGIS10.0 對瀘州市適宜烤煙種植氣候區劃的結果如圖2所示。

圖2 瀘州市適宜烤煙種植區劃

3 結論與討論

本文通過對瀘州各烤煙種植區2009—2020 年的LAPS 氣溫、降水格點值與監測值做了分析對比，并基于LAPS 格點值對各烤煙種植區做了年際變化趨勢分析和氣候適宜性種植區劃，主要結論如下：1）旬累計降水、旬平均氣溫的LAPS 格點值與觀測值總體偏差不大，其平均誤差分別為0.3 mm、-0.3 ℃，其中旬累計降水的總體誤差和偏差幅度略大于旬平均氣溫。2）現有烤煙種植區大田生育期內的降水及光熱條件較為滿足烤煙生育發育所需，但從2015 年開始，氣溫和降水均呈現出上升趨勢，而降水偏少、氣溫偏高均不利于烤煙品質的提升。3）基于LAPS 格點數據并結合瀘州烤煙種植區情況，將瀘州現有烤煙種植區做了適宜氣候分區，優質區為敘永縣觀興、枧槽和古藺縣雙沙、皇華、石寶、大寨、德耀、馬嘶、箭竹、丹桂、茅溪等中海拔山區鄉鎮；適宜區為敘永縣摩尼、分水、水潦、麻城、后山和古藺縣觀文、龍山等鄉鎮；次適宜區為敘永縣合樂、赤水和古藺縣金蘭等鄉鎮。

已有研究表明，全球氣候變暖不僅僅伴隨氣溫的上升，還會導致降水量的下降[11]，也會改變烤煙各生育期時段如烤煙的移栽、收割等，優質烤煙種植海拔[12]。此外，烤煙品質對氣溫、降水變化較為敏感，從全球變暖的大趨勢來看，預計未來可能會對海拔較低的山腳河谷地帶的烤煙種植區產生品質下降的不利影響，但對海拔相對較高的高山頂種植區有改善品質的作用。