南平烤烟种植生态适宜性评价

李湘伟，陈爱国，戴培刚，徐 茜，陈志厚，王树声*，胡庆辉，王浩浩，李 斌

（1.农业部烟草类作物质量控制重点开放实验室，中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.福建省烟草农业科学研究所南平分所，福建 南平 353000）

不同的烟草类型与品种，对生态条件的要求也会有一定的差异，生产优质烟叶所需的生态条件与烟草生长发育最适宜的生态条件并不尽相同。但从总体上看，温暖多光照的气候和排水良好的土壤，对各类烟草是需要的。烤烟对环境的适应性较广，但其质量对环境反应敏感，不同自然条件下生产出来的烤烟质量相差十分明显，优质烟叶必然存在一个最佳的自然生产条件与之相对应[1]。根据生态条件对烤烟种植进行合理的规划，对彰显烟叶品质特色具有重要意义。近年来，对烤烟生态适宜性的评价已有较多研究。陈海生等[2]利用GIS对河南省烟草生态适宜性进行了综合评价；吴克宁等[3]建立了河南省烟草生态适宜性评价的指标体系；张久权等[4]对山东省烤烟生态适宜性进行了综合评价，突显了烟叶质量特色。福建省南平市地处闽北丘陵山区，受山脉和河流影响，不同植烟县（市、区）生态环境差异较大，全国和福建省植烟生态适宜性评价在指导南平市烤烟种植规划上有一定的局限性。本研究基于南平市各植烟县（市、区）15年气象资料和3年的土壤资料，对南平烤烟大田生长期的气候和土壤条件进行适宜性综合评价，以期为南平烟区的合理规划和布局提供依据。

1 材料与方法

1.1 评价指标的选择

本研究遵循显著性、实际性、主导性、区域差异性和可操作性等原则[3]，采用定量和定性相结合的方法，筛选参评因子，考虑到实际生产情况以及文献上的一些评价研究，选定气候（还苗和伸根期气温，还苗和伸根期降水量，旺长期气温，旺长期降水量，成熟期气温，成熟期降水量和大田期日照时数）和土壤（pH、速效氮、水溶性氯、速效磷、交换性镁、有效硫、有效硼和速效钾），15个因子作为烤烟在南平的生态适宜性评价指标。

1.2 气候和土壤数据的获取

南平市各县 1994—2008年的气象资料由南平市气象局提供。2007—2009年在南平市设1101个采样点，分布在所辖10个县（市、区）的120个乡（镇），其中种烟乡（镇）、村全部取样，按照种烟面积20 hm2取一个代表土样，每个土样在烤烟前茬作物收获后，起垄施肥前进行GPS定位，随机采集5～10个0～20 cm的等量耕作层土样，进行土壤养分化验，由福建省烟草农业科学研究所南平分所分析化验。

1.3 评价指标权重的确定

表1所列15个因子的权重采用相关系数法计算。在烤烟大田生长期内，计算各单项烤烟生态指标间的相关系数，再求各单项烤烟生态指标与其他烤烟生态指标间相关系数的平均值，以其平均值占所有烤烟生态指标的相关系数平均值总和的比，作为该单项烤烟生态指标的权重系数。

1.4 各因子隶属函数类型和边界值的确定

根据烤烟生长规律，结合生产经验，考虑隶属函数类型的选用原则[5]，确定各因子隶属函数类型和边界值（表1）。

1.5 评价指标隶属度的计算

模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体评价，已经广泛应用于农用地质量评价、水环境质量评价、经济作物用地适宜性评价等方面[6-10]。近年来在烟草种植生态适宜性评价中也有一些研究[3,4,11]。本研究采用这一方法，为计算方便，将 S型曲线近似为升梯形，如图 1（a）和式1-1；将抛物线型曲线近似为梯形，如图 1（b）和式1-2，计算各因子的隶属度。

S型隶属函数：

其中x1为下限，x2为上限，x1＜x2。

抛物线型隶属函数：

其中x1为下限，x2为最优下限，x3为最优上限，x4为上限，x1＜x2＜x3＜x4。

1.6 适宜性指数的确定

通过使用隶属函数标准化后的指标隶属度和相关系数法求出的各因子指标权重值计算得出适宜性指数，公式如下：

其中S：生态适宜指数，Ci：第i项指标权重，Pi：第i项指标隶属度，（i= 1,2,3,…,n）。

计算所得适宜指数越高，表明该因子越适宜烤烟生长，反之，为烤烟生长的限制性因子。

图1（a） S型隶属度函数曲线Fig.1 (a) S-type membership function curve

1.7 数据处理

用Excel 2007和SAS 9.1进行数据处理和统计分析。

2 结果与讨论

2.1 气候适宜性评价

由表1看出，从权重角度看，总体上，南平烟区气候对烤烟的影响大于土壤，气温的影响大于降水和日照的影响，这与实际相吻合。

图1（b） 抛物线型隶属曲线度函数曲线Fig.1 (b) Parabolic membership function curve

由适宜性指数公式，计算各个生态因子适宜指标得分如表2。总的来看，南平气候条件较适合烤烟生长，在这些气候因素中，旺长期和成熟期气温，旺长期降水量能较好的适合烤烟生长，其适宜性指数分别为 0.909、0.851和 0.707。还苗和伸根期降水量和成熟期降水量明显偏高，适宜性指数仅为0.184和0.093。根据烤烟生理需求，烤烟一生总需水量以400～600 mm为宜，还苗和伸根期降水量在80～100 mm为最佳，高于300 mm生长受影响，成熟期降水量200～300 mm为最佳，高于400 mm生长受影响（表1）。而南平大部分地区在这两个时期的降水量都超过适宜范围。还苗和伸根期降水过多，根系生长受影响，对烤烟中、后期生长不利；成熟期降水过多，烤烟贪青晚熟，易引起“返青”或“底烘”，对采收不利。因此，还苗和伸根期降水量和成熟期降水量是影响南平烤烟生长的主要气候因子。

2.2 土壤养分适宜性评价

由表2可以看出，南平土壤养分总体适合烤烟生长，最理想的因子包括速效氮和速效磷，其适宜性指数为0.841和0.592，但是速效钾和有效硼明显偏低，适宜指数仅为0.058和0.037。根据烤烟生长需求，土壤中速效钾含量大于200 mg/kg为最佳，低于150 mg/kg生长受限制，有效硼含量在0.5～1.0 mg/kg为最佳，低于0.4 mg/kg生长受限制（表1），而南平大部分地区这两种元素的含量都低于临界值，成为影响南平地区烤烟生长的限制因子，这可能与南平地形有关，南平地处武夷山脉北段东南侧，地势呈西北、东北高，西南、东南渐低，由于山势陡峭，群峰林立，既挡住了西北寒流的侵袭，又截留了海洋的温暖气流，属中亚热带海洋性湿润季风气候，因此，南平地区常年雨量充沛，降水充足，进而造成土壤中钾和硼的淋失，此外，由于铁铝氧化物可增强对硼的吸附作用，使硼的有效性下降，这也可能是硼适宜性较低的原因。就南平烟区整体而言，土壤pH偏低，这不仅影响烤烟对养分的吸收、土壤养分的有效性及土壤微生物的分布，还直接影响烤烟的生长和品质[12]，因此，有必要施用石灰及碱性肥料调节土壤酸度。镁对于烟叶阴燃后烟灰的凝结和烟叶光泽有良好的作用，南平土壤交换性镁的适宜指标得分不高，仅为 0.172，有潜在缺镁的可能，生产中要增施镁肥。

表1 评价指标因子、权重、隶属函数类型及边界值Table 1 Assessment factor, weights, member function type and boundary value

表2 各生态因子分布情况和生态适宜性指标Table 2 The distribution of each ecological factor and ecological suitability index

2.3 生态适宜性综合评价

根据适宜性指数公式，综合气候与土壤因素，计算南平10县（市、区）生态适宜性综合得分，采用类平均数法聚类分区如表3。由表3可知，南平烤烟生态适宜性可分为3个区域：Ⅰ区（建瓯、延平、顺昌）、Ⅱ区（政和、浦城、松溪、建阳）、Ⅲ区（光泽、武夷山、邵武），本文与夏范讲[13]的研究有所不同，这可能是本研究综合考虑了气象与土壤因素的结果。Ⅰ区中的3个县市，烟草大田生育期各阶段平均气温较高，日照时数较多，降水量适中，速效氮含量偏少，速效磷含量中等，速效钾含量较少；Ⅱ区中的4个县市，烟草大田生育期各阶段平均气温、日照时数中等，降水量较高，速效氮、速效磷含量中等，速效钾含量较少；Ⅲ区中的3个县市，烟草大田生育各阶段平均气温较低，日照时数偏少，降水量偏多，速效氮含量偏多，速效磷含量偏少，速效钾含量较少。实际生产中，Ⅰ区的植烟面积不大，应大力发展该区烟叶生产。

3 小 结

南平气候总体上适宜烤烟生长，最理想的因子包括旺长期气温、成熟期气温和旺长期降水量，但是还苗和伸根期降水量和成熟期降水量明显偏高，是限制南平烤烟生长的主要气候因子。

南平土壤养分总体上适合烤烟生长，土壤中速效氮和速效磷含量适中，是最适宜的因子，但是速效钾和有效硼明显偏低，是影响南平烤烟生长的限制因子，生产中要注重增施钾肥和硼肥，钾肥严忌施氯化钾。南平地区总体上 pH偏低，有必要施用石灰及碱性肥料来调节土壤酸度。

表3 南平各县（市、区）生态适宜性综合得分Table 3 The ecological suitability synthetical score and zoning in each county (city, area) of Nanping tobacco region

南平烤烟生态适宜性呈现由东南到西北从高到低的趋势。对南平 10县（市、区）生态适宜性综合得分结果进行聚类分析，可分为3个区域：Ⅰ区为建瓯、延平和顺昌，Ⅱ区为政和、浦城、松溪和建阳，Ⅲ区为光泽、武夷山和邵武。

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