基于GIS 的德陽市曬煙種植環境氣候適宜性研究

劉楊洋，陳 飛，盧曉寧，蔡嘉靖，雍 星

（1.德陽市氣象局，四川德陽 618000；2.德陽市公積金中心，四川德陽 618000；3.成都信息工程大學，成都 610000）

中國是煙草大國，中國科技人員在煙草高產、優質生產上進行了大量的研究［1-4］。在煙草生產過程中，品種、水分含量、礦物質含量等對煙草的產量和質量都有重要影響。何川生等［5］對云南省的晾曬煙種質資源進行了普查研究，挑選出了15 個優異地方晾曬煙品種資源。在煙草大田生產中，漂浮育苗栽培方法運用較為普遍［6］。中國煙草除了在栽培、育種、病蟲害等方面有大量的研究，在生態適宜性方面也有很多相關的研究。本研究從土壤和氣候方面對德陽市曬煙的生態適宜性進行評價。

1 種植區域概況

德陽市地處30°30＇—31°30＇N，104°—105°E，位于四川盆地成都平原東北邊緣，地勢西北高東南低。德陽市位于北半球中緯度亞熱帶濕潤季風區，四季氣候溫和，境內地形地貌多樣，氣候差異大，具有多種氣候類型，主要有山地亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶、亞寒帶等。德陽市年平均氣溫16.0～16.7 ℃，年總降水量771.2～968.4 mm，年平均無霜期283～290 d，常年農作物耕種面積約18 萬hm2。大部分土質為壤土，少數為黏土，以水稻土、紫色土為主，有少部分黃壤、新積土、黃褐土；全市土壤pH 微酸性（5.5～6.5）約占20%，中性（6.5～7.5）約占20%，微堿性（7.5～8.5）約占50%以上。

德陽市曬煙栽種面積常年穩定在4 000 hm2以上。什邡、綿竹等地形成了大規模種植，產量和品質都位居全國前茅，1983 年什邡被國家列為著名曬煙生產縣，曬煙成為當地農民的主要收入來源。什邡毛煙在德陽市具有悠久種植歷史，該品種所產煙葉具有色澤深褐油亮、彈性好、吃味豐滿、灰色潔白等特點。什煙1 號是什邡毛煙的代表，廣泛種植在德陽市，育苗方式為漂浮育苗和傳統育苗2 種，散戶大多是傳統育苗，煙草公司集中育苗采取漂浮育苗，傳統育苗10 月上旬播種，次年3 月上旬移栽至大田，漂浮育苗11 月上旬播種，次年3 月上旬移栽至大田，2種育苗方式移栽后大田生長期間田間管理相似，次年5 月10 日左右開始收割第一片煙葉，持續至6 月收割完成，隨后進入調制期，進行晾曬。

2 結果與分析

2.1 德陽市氣候變化及時空分布情況

2.1.1 年平均氣溫時間序列演變 對德陽市1961—2015 年氣溫做趨向擬合，結果見圖1。由圖1可知，德陽市年平均氣溫呈上升趨勢，增速為0.19 ℃/10 年，55 年升溫1.05 ℃。

圖1 德陽市年平均氣溫時間序列演變

2.1.2 德陽市年總降水量及季節時間序列演變 德陽市1961—2015 年總降雨量隨時間呈減少趨勢，下降率為33.2 mm/10 年，55 年降水量減少了182.6 mm（圖2）；夏季降水量呈減少趨向，下降率為20.4 mm/10 年，55 年降雨量減少了112.2 mm；秋季降水量下降率為9.3 mm/10 年，55 年降水量減少了51.2 mm；冬季降雨量略有增加，增漲率為0.28 mm/10 年，55年增漲了15 mm。

圖2 德陽市年總降水量時間序列演變

2.1.3 德陽市年總日照時數及分季節時間序列演變 1961—2015 年德陽市年日照時間呈波動式下降趨勢，下降速率為53.3 h/10 年，55 年共減少了293.2 h（圖5）。春、夏、秋、冬季日照時數均呈減少趨勢，下降速率分別為2.51、27.45、8.14、14.44 h/10年，55 年分別減少了13.8、150.98、44.77、794.2 h。

圖3 德陽市年日照時數時間序列演變

2.2 德陽市曬煙產量與環境氣候的關系分析

生態環境、遺傳和栽培技術是影響煙葉品質的三大重要因素，三者相互作用、合理搭配才能得到優質高產的煙葉［7，8］。由于各地區生態條件和品種不同，利用栽培措施進行改善和控制［9］；通過對煙草種質資源進行基因改進，對曬煙品質有一定程度改善和提高。在了解德陽市曬煙的物候特征基礎上，探討影響區域曬煙產量的關鍵生態因子，為區域曬煙的適宜性區劃的評價指標的選取和體系的建立奠定基礎。

2.2.1 曬煙的物候期特征 曬煙生長發育有營養生長和生殖生長2 大階段，從萌芽到生根、長莖為營養生長階段，從花芽分化到現蕾、開花結果為生殖生長階段。從栽培生產的角度來講，又分為苗床期、大田期和調制期3 個大的階段。生產上，從播種到移栽前都為苗床期，苗床期又分為萌發出苗期、生根活棵期和成苗期。各煙草種植的地域不同、品種不同，苗床期長短差異較大，一般為50～60 d。德陽市曬煙的苗床期在大棚中度過，從10 月一直持續到次年3月。大田期整個過程可以分為還苗期、伸根期、旺長期和成熟期，還苗期是從移栽到成活的過程，伸根期是從成活到團棵的過程，旺長期是從煙株團棵到現蕾的過程，成熟期是從煙株開花到采煙結束的過程。煙葉采收到成品曬煙是調制期，曬煙的調制過程大多在露天晾曬或房間內陰干。大田期對曬煙的產量和品質尤其重要，由于大田期的栽培條件至關重要，因此氣候、土壤等環境條件影響重大，重點研究了德陽市曬煙大田期的生態條件，從而區劃出適宜曬煙生產的區域。

2.2.2 不同物候期曬煙生長與溫度、水分、土壤環境、光照的關系 德陽市曬煙為一年生，整個生長過程對溫度要求都比較高，8～38 ℃能夠生長，最適宜的溫度為25～28 ℃，當溫度降至（-3）～（-2）℃時，煙株會死亡。種子萌發的最適溫度為24～29 ℃，若溫度低于7.5 ℃，種子將停止萌發，高于30 ℃則萌發十分緩慢，超過35 ℃已萌動的煙種將失去生命活力。煙草移栽到大田的過程中，氣溫應不低于10 ℃，且在耕層土壤10 cm 的溫度也應在10 ℃以上。葉片成熟期的最適日平均溫度為24 ℃，且日均溫大于24 ℃的天數超過30 d 最佳。晝夜溫差大有利于煙株的生長發育和干物質積累，對提高煙葉品質有一定積極作用。大田生育期的有效積溫在1 000～1 800 ℃能夠滿足煙葉的生長需要［10］。

煙草根系深且喜濕忌澇，在整個生長過程中，葉片的含水量損失60%～80%會發生萎蔫現象，影響煙草產量和質量。一般煙草的整個生長所需降水量450～550 mm，煙株生長的前、中期需水量大，后期需水較少。從各個生育期來看，煙葉苗床期需水適中，土壤水分保持在田間持水量70%左右為宜，在煙株移栽到大田前10～15 d 要停止供水，進行斷水煉苗，煙苗移栽后，降水較多有利于伸根還苗，移栽期到還苗期的葉面蒸騰速率較小，需水量不大，土壤水分保持在田間持水量60%為宜，此時若土壤水分低于田間持水量40%則煙株生長受阻，高于田間持水量80%則會造成根系生長差，對后期煙株的生長發育不利；還苗期過后，降水量稍有減少則有利于煙苗的生根，團棵期和旺長期需水量最大，需要充足的降水或灌溉，現蕾至成熟期的需水量有所減少，土壤水分維持在田間持水量的60%，水分稍微減少有利于提高煙葉的品質，若土壤水分過多容易導致成熟延遲和品質下降，成熟期后要適時采收，防止返青。

在土壤肥力方面，肥力水平的高低很大程度影響煙草的產量及品質。適宜的土壤有機質含量較易生產出高產、優質的煙葉；但土壤有機質含量水平過高，出產的煙葉葉片主脈粗壯且葉片肥厚，葉片中含氮物質比率較高，會導致煙葉色澤較差，品質不良。如果土壤有機質含量水平過低，煙株生長發育缺乏養分，煙株長勢弱，植株矮小，煙葉葉片小而且薄，產量和品質均較差。因此，在中等肥力和肥力較低但適當施肥的土地種煙較為適宜。

不同質地土壤上種植的煙草品質差異大，表土疏松的輕壤、心土略緊實的中壤的混合土質最適合煙草生長，其保水保肥能力、排水通氣能力強。在該混合質地土壤上種植煙草，前、中期營養生長旺盛，后期又能適時地落黃，產量和品質均好。如土壤質地黏重，排水和通氣性較差，土壤溫度較為恒定，不易上升，土壤中各種養分供應能力也表現遲緩，在這類土壤上種植的煙株，水分養分有延遲，生長前、中期生長緩慢，后期則成熟較遲。在沙質土壤上種植，土壤雖抗澇但水分流失過快，不耐旱，保水保肥能力差，生長后期有脫肥現象，所以產量低，且葉片薄、色澤淡，油分不足，品質也差。

煙草適合在光照充足的環境中生長，全生育期對光照強度有一定的要求，充足光照條件有利于光合物質積累，提高產量和品質。但對光照長短要求不嚴格，日平均光照時數8～10 h 為最佳。在生育后期，日照充足而不過于強烈是生產優質煙葉的最佳條件。光照欠缺對煙株的生長發育影響很大，容易造成早花現象，減少葉片數，會降低煙葉的產量；光照欠缺則葉片干物質積累較少，生長成熟緩慢，晾曬后煙葉的油份少，彈性差，整體品質都受到影響。最適宜的大田生育期日照時為500～700 h，成熟期日照時數要在300 h 以上，日照百分率要在50%以上。

2.2.3 德陽市曬煙豐產與欠產年份的氣候比較分析 選取德陽市5 個縣市區1960—1988 年豐產年份（單產最低年份）與欠產年份（單產最高年份），并選取曬煙種植大田關鍵期3—5 月的月平均氣溫、月累計降水量及月累計日照時數，對3 項氣候指標進行對比，結果見圖4。

圖4 德陽市產量豐、欠年份氣候條件對比

與欠產年相比，豐產年各地3 月平均溫度較低，3 月春季多發倒春寒，倒春寒對曬煙還苗有不可逆轉的影響，若3 月溫度較高則易發生倒春寒，不利于曬煙的生根還苗。旺長期、成熟期豐產年與欠產年間差別不大。

豐欠年與欠產年間降水量差距較為明顯。豐產年3 月生根還苗期水分在30～40 mm 較為適宜，欠產年水分太多或發生春旱，影響了還苗質量，豐產年旺長期水分適中，成熟期水分較為充沛，整個大田期間不缺水，利于煙苗的營養生長。

豐產年日照時數均大于欠產年，光照充沛為大田生長奠定了有機積累的基礎條件。

適宜的溫度，適中的水分，充沛的光照是豐產年德陽市曬煙單產高的重要氣候特征。

2.4 德陽市曬煙種植區劃因子的選取

氣候條件是曬煙煙葉產量與品質的重要影響因素，也是影響種植適宜度的主要生態環境因素。光、溫、水作為氣候因素的主要組成部分，在德陽市曬煙生長的過程中起關鍵性的作用。作為德陽市曬煙適宜性區劃中關鍵部分，區劃因子的選擇對區劃結果的準確性、科學性與實用性起著決定性的作用。德陽市雖面積不大，但地形地貌復雜，海拔高度落差較大，氣候立體性較顯著。在進行曬煙適宜性區劃的過程中，選擇有代表性且有較好數據支撐的因子作為區劃因子［10-20］。

分析全國曬煙種植的區劃研究的成果發現，日平均氣溫20 ℃持續天數、日照時數、35 ℃高溫日數及海拔高度是曬煙種植的重要的氣候區劃指標。這些指標在德陽市這一特殊的地理環境下，對該區域的曬煙的生長沒有明顯的影響，主要原因如下。

全國把日平均氣溫20 ℃持續的天數作為烤煙適宜種植的評判標準。在全面考慮德陽市曬煙區播種早、需越冬，且常年日照時數不多，但陰天散射光充足等特點的基礎上，20 ℃持續天數不能很好地應用于德陽市曬煙區劃的工作中。

全國將日照時數作為衡量適宜種植曬煙的重要標準，予以較重的權重比例。德陽市處于四川盆地，日照時數不多但散射光充沛，氣象儀器很難測量出散射時數，而散射光波段更有益于綠葉植物的生長，因此在3、4 月，曬煙煙苗的營養生長時期，充沛的散射光更利于其煙葉的生長，日照時數不應在德陽市曬煙區劃中占有過大權重。

35 ℃高溫日照數常用來表示該地高溫危害天數。但德陽市曬煙大田種植期間3—5 月很少出現氣溫大于35 ℃情況，因此不適合作為評價曬煙適合種植的區劃因子。

海拔高度也被用作山區作物氣候區劃的重要指標，但降水量、日照時數和氣溫隨海拔升高呈現出一定的變化規律，所以海拔高度對曬煙種植區劃的影響可以通過對氣象要素間接表達出來，在德陽市不宜選用海拔高度作分區指標。

土壤是影響曬煙產量與品質的主要生態因子，其理化性質與煙葉的化學成分密切相關。不同質地的土壤直接影響曬煙煙苗礦質營養的吸收與積累，沖擊形成的沙質壤土最適宜煙草的種植。曬煙煙葉化學含量與土壤中所含化學成分顯著相關，曬煙煙葉的含糖量與土壤中的速效磷、全磷有關，煙葉中的植物堿、煙葉鉀等與土壤速效鉀、速效磷、全氮等正相關，與土壤pH 負相關。因此，土壤質地、土壤成分直接影響到了曬煙生產成為雪茄后的感官質量。

在深入分析德陽市歷史氣候條件的基礎上。本研究選取了土壤pH、速效磷和全氮、3—5 月的月平均氣溫、月累計降水量及大田期3—5 月累計日照時數作為氣候方面的區劃因子。

2.5 德陽市曬煙適宜性區劃因子的處理

由于獲取的大部分數據都是點狀數據，在GIS平臺支持下，應用反距離權重的插值方法，將樣點數據插值得到面狀的數據，并對呈面狀分布的各區劃因子分析，了解在德陽市的空間分布規律。

對兩百多個氣象區域觀測站點的數據進行篩選，篩選出較為完整的近70 個站點結合資料進行空間結構建模及生成分布圖。利用反距離權重方法進行空間插值。利用月平均和各站點的經度、緯度生成3—5 月的雨量分布。2011—2015 年平均月累計降水3 月、4 月西北較東南偏多，降水主要分布在什邡、綿竹的沿山地帶，3 月最多達42.3 mm，4 月達69.5 mm，什邡、綿竹平壩地區及旌陽、羅江和中江北部降水較為適中，3月在10～30 mm，4月在15～45 mm。5 月進入初夏，德陽市降水較為均勻，各地區都較為充沛，最高降水量達140.82 mm。

3—5 月月平均氣自西北到東南呈上升趨勢，但分布不均。3 月主要出現在旌陽區，4 月主要分布在中江北部及廣漢、旌陽區部分地區。5 月主要出現在廣漢西北部沿山海拔高，氣溫明顯低于平壩地區。

德陽市土壤pH 由南向北逐漸由堿性到酸性，在8.14～5.22；土壤全氮從西北到東南逐漸降低，在2.91～0.38，其中什邡綿竹平壩地區最高，羅江、中江一帶最低。

2.6 德陽市曬煙大田生育期間日照時數

2011—2015 年德陽市曬煙3—5 月日照時數見圖5。由圖5 可知，德陽市曬煙大田期2013 年日照最為充沛，2015 年次之，3 月日照時數最少，5 月最多；從地域上看，中江日照最為充沛，廣漢、旌陽次之，什邡、綿竹較為欠缺。德陽市地處四川盆地，日照時數不多但散射光充沛，更利于煙葉的生長，因此日照時數不應在德陽市曬煙區劃中占有過大權重。

圖5 2011—2015 年德陽市曬煙3—5 月日照時數

2.7 德陽市曬煙種植的適宜性區劃評價因子權重的賦值

通過征詢與德陽市曬煙種植有關的專家的意見，如煙草公司技術人員、專家、老師等，對選取的因子權重進行打分，收集打分意見后，對專家的意見進行統計、分析和歸納，客觀地綜合多數專家的主觀判斷分數，對各個因子對整個曬煙大田生長影響權重做出合理估算，對各個影響因子進行主觀權重賦值。再用層次分析法，建立矩陣進行計算，并通過一致性檢驗。

為消除還苗生根期、旺長期、成熟期氣溫和降水量及大田期的日照時數、土壤pH、土壤速效磷、土壤全氮10 個評價因子中各自包含指標的量綱和數量級的差異，規范化處理所有指標值。也為避免出現0 值影響最后評價結果的準確性，將結果標準化到［0.5，1.0］區間，規范化公式如下。

式中，Dij是j區第i個指標的歸一化值，Aij是j區第i個指標值；mini和maxi分別為第i個指標中的最小值和最大值

2.8 德陽市曬煙種植的適宜性區劃實現

德陽市曬煙適宜性區劃分布見圖6。由圖6 可知，德陽市被劃分為7 個等級區域，其中第1 和第7級區域屬不適宜區，第2 和第6 級區域屬不太適宜區，第3 和第5 級屬較適宜區，第4 級區域屬最適宜區。德陽市西北部沿山一帶的紅白鎮西部、清平鄉和天池鄉的大部分區域及綿竹漢旺、拱星、東北鎮的大部分區域，孝德鎮、白馬關的少部分區域，廣漢的大部分鄉鎮，中江東南部的大部分鄉鎮，都屬于第1、第2、第6、第7 等級，屬于不適宜和不太適宜的區域。什邡西南部湔氐鎮、洛水鎮、隱豐鎮、南泉鎮、元石鎮、回瀾鎮、和豐鎮及綿竹中部的廣濟、土門、遵道、興隆、九龍、金花鎮南部、紅白的東南小部分區域，旌陽區孝泉鎮、德新鎮、黃許鎮、雙東鎮少部分區域、新中鎮，羅江調元鎮和金山鎮的少部分區域、慧覺鎮、新盛鎮及中江富新鎮、杰興鎮、東北鎮、凱江鎮、南華鎮東北部、集鳳鎮東南部、石泉鄉為第4 級區域，屬于最適宜區域，其余鄉鎮屬較為適宜區域。

圖6 德陽市曬煙適宜性區劃分布

3 小結

德陽市中部和東北部屬適宜或較適宜種植曬煙的區域、最理想的因子包括伸根、還苗期需水及旺長期需水，土壤pH、土壤肥力及非直射太陽輻射。在降水方面，大田營養生長期間降水適中北部沿山地帶降水偏多，德陽市地處都江堰灌溉區域，春季除天然降水外，若遇到春旱，人民渠灌溉也能滿足其伸根還苗以及旺長期的需水量，大大減少了干旱帶來的損失。德陽市地處盆地底部，除中江丘陵地區日照時數較為充沛外，其他各縣市區常年處于欠缺狀態，但春、夏兩季的散射光充沛，其波段更匹配作物的光合波段，利于有機物的積累。最適合曬煙種植的略酸性土壤（pH 為5.5～6.5）的分布區域在中部廣漢西部、什邡、綿竹的東南部，其他較為適宜的范圍較廣，處于旌陽、羅江及中江北部一帶。德陽市溫度種植曬煙略有欠缺，3 月月平均溫度在8.4～13.3 ℃，移栽時大部分地方還未達到最適宜的平均溫度，因此移栽后應注意采取保溫措施，后期旺長至成熟期，4 月底至5 月初還未達到曬煙成熟期最適溫度，因此可能成熟較為緩慢，5 月中下旬成熟條件較好，應抓住有利天氣采摘已成熟的煙葉。在氣候變化的背景下，曬煙的最適宜種植區域從什邡、綿竹又擴展到旌陽、羅江和中江的少部分區域，古老的種植區域也有些變化，從最適宜變化成為較為適宜的區域，在曬煙種植中，可參考本研究的結論，科學合理地進行規劃布局，可將種植區域擴展到旌陽區、羅江縣、中江縣的最適宜種植區域，以拉動德陽市的農民增收。