基于GIS的普定县茶树种植气候适宜性区划

杨 益，陈贞宏，吴 龙，朱曦嵘，张娇艳

(1.兰州大学，甘肃 兰州 730000;2.贵州省普定县气象局，贵州 普定 562100;3.贵州省安顺市气象局，贵州 安顺 561000;4.贵州省册亨县气象局，贵州 册亨 552200;5.贵州省气候中心，贵州 贵阳 550002)

1 引言

茶树是一种多年生长的常绿植物，对气候条件有一定的要求，主要分布在亚热带和热带地区，但是茶树经过人工栽培后，它的适应范围已远远超过原生长地条件。普定朵贝茶是贵州省著名的历史名茶之一，近年来，普定县大力实施农业产业化工程，以茶产业为主导，以规模化建设、产业化经营、品牌化建设打造朵贝品牌。为了充分挖掘气候资源潜力，对普定县茶叶种植气候进行区划，有着重要的现实意义。国内学者在茶树气候适宜性方面有些研究［1－3］，但在茶树区划方面研究甚少，目前对茶树气候适宜性研究［4－5］的多以数理统计图表为主或是以行政区划为基本评价单元，精细化程度不够。笔者以普定县为研究区域，基于GIS技术［6］及气候资源的小网格分析方法［7］，综合分析气候条件，对该县茶叶适宜种植区进行气候区划细化研究，旨在因地制宜地发展茶叶生产，将为该县茶叶种植尤其是名茶种植的合理布局与规划提供科学依据。

2 资料来源

2.1 研究区概况

普定县位于贵州省中部偏西，东西长51.4 km，南北宽40 km，总面积1 085.38 km2，辖7个乡，4个镇，327个行政村，属于亚热带季风湿润气候，全年气候温和，冬无严寒，夏无酷暑，春干秋凉，无霜期长，雨量充沛，日照少，辐射能量低。

2.2 气候资料

气象数据为安顺市6个气象站1961—2010年气温、降雨和日照数据。经过统计得出近50 a年平均气温、极端最低气温、≥10℃活动积温、年平均降雨量、年平均日照时数资料;地理信息数据主要应用安顺市普定县100 m×100 m的DEM数据。

3 研究方法

3.1 茶树生长发育的气候条件

茶树是一种喜温、喜湿、喜漫射光的多年生长的亚热带常绿植物［8］，具有不耐高温、严寒、干燥天气的特性。因此需要在一定的气候条件下才能正常生长，否则将受到不同程度的影响甚至危害，光照、温度、水分是影响茶叶生长和品质的最主要气象因子。贵州茶叶生长气候条件一般要求年平均气温13℃以上，≥10℃的年积温4 000℃以上，年降水量1 300 mm以上，冬季气温＜－13℃会出现严重冻害，夏季出现35℃以上高温，并持续几天时，生长会受到抑制，茶叶品质也将受到严重影响。因此，培育优质名茶不仅要有好的品种，适宜的土壤，而且要有适宜的气候条件。贵州降水丰富，气温偏低，多云雾［9］，多阴天，少日照，太阳辐射强度小，散射光多，有利于茶叶鲜叶氨基酸含量的增加，提高茶叶的品质。

普定县年平均气温15.1℃，年平均日照时数1 175.3 h，无霜期301 d，年平均降水1 348.4 mm，属全省3大降雨中心地区之一。以上气候条件对茶叶的生长发育比较有利。

3.2 区划因子的选择及适宜性指标的确定

一般情况下，茶树生长要求年平均气温≥13℃、年内≥10℃的活动积温在4 000℃/a以上和年降水量达1 300 mm以上，以及空气相对湿度在70%以上。本文根据金志凤等人的研究结果［10－12］，结合贵州茶树生长发育的气候条件综合分析，确定以年平均气温(T年)、历史极端最低气温(Tmin)、≥10℃活动积温(∑T≥10)、年平均降雨量(R年)、年平均日照时数(S年)5个气象因子为主要气候区划指标，其权重分别为 0.3、0.2、0.3、0.1、0.1，即以年平均气温、≥10℃活动积温为主导因子对普定县茶树适宜性种植进行气候区划，建立茶树种植适宜性区划指标(表1)。

表1 茶叶适宜种植的评价要素及指标

3.3 茶树适宜种植区的空间分析模型的建立

3.3.1 地理信息数据的编辑与处理 应用普定县100 m×100 m的DEM数据，在地理信息系统Arc-GIS9.3平台下，进行数据的导入、投影、配准等图层处理，最终生成普定全县100 m×100 m的海拔高度、经度和纬度的栅格图层。

3.3.2 区划指标小网格推算模型的建立 气候资源由于纬度、海陆分布、地形地貌以及下垫面性质的影响存在着明显的空间差异。普定县已建成两要素区域自动观测站，然而区域自动站建站时间不长，并不能代表气候资料，若仅靠普定县1个站的气候资料只能反映该站附近区域内的气候概况，不能代表整个县实际情况。为解决这一难题，通过建立整个安顺市(包括6个县市)山地气候的空间分析模型，以此来推算气候区划指标在无测站地区的分布状况。区划因子与地理因子的关系模型可表示为［13］:

式中Y为气候区划因子(如年平均气温、历年极端最低气温等);φ、λ、h分别表示经度、纬度、海拔高度。

应用安顺市6个县市1961—2010年50 a气象观测资料，统计分析得出年平均气温、历年极端最低气温、≥10℃活动积温、年平均降雨量、年平均日照时数，根据多元回归分析方法［14］，求出5个区划指标的气候学方程(见表2)。

表2 茶树种植指标各要素的空间模型

从表2看出，各方程的复相关系数在0.820 4～0.994 6之间，从回归效果看，降雨量推算不如温度的好，但都通过了α=0.05的显著性检验［14］，表明可以用推算的方程进行区划指标的小网格推算。

3.3.3 种植气候区划专题图的制作 在地理信息系统ArcGIS9.3平台中，根据生成的经度、纬度和海拔高度栅格图层，利用表2中的空间推算模型，分别推算出年平均气温、历年极端最低气温、≥10℃活动积温、年平均降雨量、年平均日照时数栅格图层数据，根据表1茶树种植适宜性区划指标，将上述5个栅格图层数据，按照最适宜、适宜、次适宜、不适宜的标准同化(此处同化采用ArcGIS9.3中的重分类Reclassify方法而得)成一定的数值(如最适宜区范围内的数值统一同化为20，适宜区为15，次适宜区为10，不适宜区为5)，最后将5个同化后的区划指标权重系数分别为 0.3、0.2、0.3、0.1、0.1，利用ArcGIS9.3的栅格叠加工具(Raster Calculator)将5项指标进行权重叠加，再按照总分值的大小根据ArcGIS9.3自然断点分级法［15］来划分普定县茶树种植的最适宜、适宜、次适宜和不适宜气候区，结果见图1所示。

图1 普定县茶树种植气候适宜区划

4 结果分析与区划评述

由图1可知，普定县茶树种植的气候适宜性自东北向西南呈明显递增趋势，充分反映了气候条件及地形地貌因素的影响，在其他条件相同的情况下，气温随海拔高度升高而降低，因此在普定县北部地势较高乡镇不适宜种植茶树。具体分析如下:

①最适宜区。最适宜区域分布最广，占该县整个国土面积的46%，主要分布在该县中部偏南，城关镇南侧、化处、马官、马场等地，尤其是化处镇，盛产贵州历史名茶朵贝茶，这与区划结果相吻合;朵贝茶在古代多次作为贡品进贡给皇帝，近年来也曾多次荣获中国茶叶博览会银奖和金奖，因此，该区是茶树种植的重点发展区域。

②适宜区。适宜区主要集中在城关北侧、龙场、白岩、鸡场等乡镇，占该县国土面积的22%。

③次适宜区。次适宜区占该县国土面积的31%，主要分布在该县中北部的乡镇，其中猴场所占比例最大。但在该区发展茶树种植要谨慎。

④不适宜区。不适宜种植茶树的区域分布最少，占地面积不到该县国土面积的1%，主要分布在猴场的中部地区。

从区划结果来看，普定县种植茶树适宜区和最适宜区已占该县国土面积的68%，覆盖该县2/3以上的土地均可种植茶树，不适宜种植茶树的区域占地不到国土面积的1%，然而目前普定县茶叶种植面积仅占耕地面积的4.92%，这说明该县将来发展茶产业还有很大的空间。除气候条件外，影响茶叶产量及品质高低的因素还很多，本文建立区划因子空间分布模型时只考虑了经度、纬度和海拔高度，事实上气象要素的空间分布还受坡度及坡向的影响，有待于今后进一步的研究和细化。

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