基于GIS技术的商洛烟区烤烟用地适宜性评价研究

穆耀辉



基于GIS技术的商洛烟区烤烟用地适宜性评价研究

穆耀辉

(陕西省烟草公司商洛市公司, 陕西商洛, 726000)

基于GIS技术与数学模型对商洛烟区烤烟用地的适宜性进行了评价。结果表明: 高度适宜烤烟种植的农田占到了全部烟田的32.61%; 烤烟主产区耕地土壤有机质平均含量为9.486 9 g/kg; 土壤速效氮和有效磷含量分别为25～30和10～25 mg/kg; 而土壤速效钾、土壤有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、硼、氯、硒含量分别为99～233, 15～25, 40～70, 1.2～1.8, 0.5～2.0, 0.8～1.8, 5～10, 0.07～0.20 mg/kg。该研究结果可为该烟区合理优化布局和提高优质烟叶生产能力提供科学的指导。

地理信息系统; 适宜性评价; 烟草; 商洛

烤烟是商洛地区主要的经济作物, 也是该区农村经济发展的主导产业[1], 由于山地特殊条件的限制, 适宜耕种的面积比例较低[2], 成为制约烤烟规模发展的主要瓶颈。定性定量评价烟草对该区域内的气候土壤和地形等生态环境条件的适宜性程度, 有利于烟区更加合理地规划和布局, 为各优质烟叶基地单元生产能力估算决策分析等提供科学依据, 特别是随着国家烟草专卖局“三大课题”的提出以及基于GIS(geographic information systems)现代烟草农业地理信息系统的逐步建立[3], 利用GIS技术对该区域烤烟用地适宜性评价研究显得尤为迫切。目前GIS技术在我国烟草行业得到广泛应用[4–6]。Liu[7]和Wang[8]等利用GIS技术研究了我国中部烟草种植区土壤养分的空间变异, 并利用克立格插值法对烟区土壤空间变异进行了研究; 何轶[9]等利用技术模糊数学和地统计学方法对云南省施甸烟区土壤养分状况进行了空间分析和综合评价; 在烟草种植区划及烟草用地生态适宜性评价研究方面, 陆魁东[10]等利用技术和等级划分法选取相关气候因子为烟草种植区划指标对湖南省烟草气候生态适宜性进行了区划分析研究。莫建国[11]等借助技术和相关分析法将贵州省烟区划分为5个气候类型区。陈海生[12]和张久权[13]等分别利用技术特尔菲法、模糊数学隶属函数和层次分析法对河南省、山东省、福建省烟区的生态适宜性进行了综合评价。另外, 刘国顺等[14]研究表明, 随着钾肥用量的增加, 根、茎、叶中钾含量增加, 但在整个生长过程中, 根、茎、叶钾含量随烟株生育进程的推进而降低。钟晓兰等[15]研究表明, 在保证烤烟前期营养的同时, 合理增加钾肥用量能够较好地调控烤烟生殖生长期干物质积累和钾素吸收状况。郑东方等[16]研究表明襄阳烟区烤后烟叶中硫含量较高, 导致烟叶中有机钾盐指数较低, 采用较高水平的腐殖酸和钾肥互作能够改善这一点。但是以往对烤烟用地生态适宜性评价尤其基于县级单位研究较少。因此本研究基于商洛市下辖的洛南县、镇安县等地6个基地单元主要烤烟产区的“测土配方施肥”项目的调查分析结果, 利用“县域烟田资源管理信息系统”, 对本区域烤烟种植的适宜性进行了定量评价和分级, 旨在为商洛地区烤烟生产及发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

商洛市地处陕西省东南部, 与豫、鄂两省接壤。位于东经108°34′20″～111°1′25″, 北纬33°25′40″～34°25′40″之间。地势西北高, 东南低, 由西北向东南伸展, 呈掌状分布。海拔最高点位于柞水县北秦岭主脊牛背梁(2 802.1 m), 最低点位于商南县梳洗楼附近的丹江谷地(215.4 m)。北部洛南烟区气候属暖温带, 南部镇安烟区气候属亚热带。各区域年平均气温7.8～13.9 ℃, 最高37～40.8 ℃, 最低11.8～21.6 ℃, 降水量年均710～930 mm, 日照1 860～2 130 h, 无霜期为210 d, 是我国主要的烟草种植区。

1.2 研究方法

采用基础数据资料: (1) 2013年获得的烟田调查点资料(包括采样点坐标、农户调查、基本耕种情况、土壤养分、环境指标数据); (2) 2009年开始进行的“耕地地力评价”项目所获得的烟田调查点资料(包括采样点坐标、基本耕种情况)、县乡村基本情况统计以及相关文本资料和数据资料; (3) 空间数据包括1︰5万土壤图、地形图、土地利用现状图以及行政边界图等。

数据处理和管理软件包括ACCESS数据库软件、SPSS统计分析软件、ArcGIS地理信息系统软件和县域耕地资源管理信息系统软件。评价的具体步骤为:

(1) 收集相关数据资料和图件, 并按照统一的规范进行分析和处理, 建立适宜性评价数据库。

(2) 根据作物具体情况选取评价指标, 确定单因素权重, 即建立隶属函数模型及层次分析模型。

(3) 利用土壤图、土地利用现状图及行政区划图确定评价单元。提取评价单元属性, 包括土壤农化分析数据、田间调查数据等评价指标属性。

(4) 根据建立的评价模型确定评价单元等级, 获得各等级烟田面积, 编制适宜性空间分布图等。

1.3 烤烟用地适宜性评价因子体系建立

1.3.1 评价单元的确定

评价单元是作物种植适宜性评价的最基本单位。它直接关系到评价质量和工作量的大小及评价结果的应用。本次烤烟用地适宜性评价采用土壤图、土地利用现状图、行政区划图叠加形成的图斑作为评价单元。土壤图划分到土种, 土地利用现状图划分到一级地类, 行政区划图划分到行政村, 同一评价单元土种类型、利用方式及行政归属一致, 不同评价单元之内既有差异性, 又有可比性。

1.3.2 评价指标的选择

在选择评价指标时, 综合考虑商洛市烤烟主产区的土地资源的特点, 结合该地实际情况, 依据针对性、主导性、稳定性、可操作性等选取原则, 运用专家经验法, 最终选取评价指标。其中烤烟用地的评价指标包括地貌类型、坡度、海拔、土壤结构、剖面构型、质地构型、有机质、速效氮、速效磷、速效钾、pH、农田基础设施、灌溉能力。

1.3.3 评价指标权重的计算

由于各个评价指标对作物种植的适宜性有着不同的影响, 应根据每个指标对其贡献大小赋予相应的权重, 力求结果尽可能准确反映土地质量。其权重和评价评语采用层次分析法和模糊评价法确定。参评因子赋值采用隶属函数模型, 根据模糊数学的理论, 将选定的评价指标与烟田生产能力的关系分为戒上型、直线型和概念型3种类型的隶属函数。前2种类型可以用特尔斐法对一组实测值评估出相应的一组隶属度, 并根据这两组数据拟合隶属函数; 也可以根据唯一差异原则, 用田间试验的方法获得测试值与产量的一组数据, 将产量转换为0～1之间数值表达的一组数据, 再用测试值与转换后的数据拟合隶属函数。而概念型指标如质地等, 与烟田生产能力之间是一种非线性的关系, 采用特尔斐法直接给出隶属度。利用县域资源管理信息系统隶属函数分析模块对洛南、镇安等烟区的13个评价指标确定隶属函数模型见表1。

表1 数值型评价指标隶属函数表

参评因子权重确定采用层次分析模型进行, 将13个评价指标通过建立层次结构、构造判断矩阵、层次单排序及其一致性检验、层次总排序及其一致性检验得到各因子的组合权重。烤烟用地的评价因子组合权重见表2。

表2 烟草适宜性评价因子组合权重

注:1= 0.141 1,2=0.141 1,3=0.263 0,4= 0.454 7。

1.3.4 适宜性等级的划分

考虑限制性因素, 对商洛市主要烤烟种植土壤适宜性进行等级划分, 共划分为4个等级: 高度适宜(≥ 0.737 7); 适宜(= 0.631 5～0.737 7); 勉强适宜(= 0.554 9～0.631 5); 不适宜(< 0.554 9)。

2 结果分析

2.1 商洛烟区烤烟用地适宜性面积统计与空间分布

烤烟各适宜等级面积及所占比例见表3。由表3可以看出, 高度适宜烤烟种植的农田有2 686.66 hm2, 占全部烟田的32.61%; 适宜的有4 530.73 hm2。两者共占烟区烟田总面积的87.61%, 主要位于洛南、镇安2个县的低山丘陵地区, 是本区域烟田的主体; 勉强适宜烟草种植的烟田有913.52 hm2, 占总面积的11.09%; 而不适宜耕作的面积有106.88 hm2, 占烟田面积的1.30 %, 主要分布在中高山、中山、高山等地区。在6个烟叶基地单元中各乡镇的烤烟适宜性情况见表4。

表3 烟草用地各适宜级别面积及百分比

表4 6基地单元中各乡镇烟草适宜性等级分布统计表

2.2 商洛烟区烤烟用地资源质量及其分布

烟草主产区的耕地土壤的有机质平均含量为9.5 g/kg, 变幅6.0～13.6 g/kg。含量大于9.0 g/kg而小于等于10.0 g/kg的面积最多, 达2 573.49 hm2, 占烟草用地面积的31.24%; 10.0～12.0 g/kg的面积为1 410.31 hm2, 占耕地面积的17.12%; 8.0～9.0 g/kg的面积为2 468.87 hm2, 占29.97%; 小于8 g/kg的仅占19.59%。可见烟草主产区耕地土壤的有机质大部分位于8.0～12.0 g/kg之间(表4)。

烟田土壤的速效氮平均含量为24.4 mg/kg, 变幅15.2～42.0 mg/kg。速效氮含量介于25.0～30.0 mg/kg的烟田面积为2 945.01 hm2, 占总面积的35.75%; 20.0～25.0 mg/kg的烟田面积2 747.31 hm2, 占总面积的33.35%; 30.0～35.0 mg/kg的烟田面积1 230.73 hm2, 占总面积的14.94%。耕层土壤的速效氮含量主要集中于20.0～30.0 mg/kg之间。

烟田土壤的有效磷平均含量为16.346 9 mg/kg, 最少为7.5 mg/kg, 最高为28.0 mg/kg。有效磷含量介于10.0～25.0 mg/kg的面积达7 763.30 hm2, 占94.24%。所以烟田土壤的有效磷含量主要集中于10.0～25.0 mg/kg之间。

烟田土壤的速效钾含量平均为152.4 mg/kg, 最高为233.0 mg/kg, 最少为99.0 mg/kg。速效钾含量大于200.0 mg/kg的烟田面积仅有618.66 hm2, 占烟草用地面积的7.51%; 介于170.0～200.0 mg/kg的面积达1 916.11 hm2, 占烟草用地面积的23.26 %; 介于150.0～170.0 mg/kg的面积达3 341.25 hm2, 占烟草用地面积的40.56 %。烟田土壤的速效钾含量主要集中于150.0～200.0 mg/kg之间。

烟田土壤的有效铁含量平均为18.7 mg/kg, 最高为31.5 mg/kg, 最少为10.0 mg/kg。有效铁含量大于25 mg/kg的烟田面积仅有1 266.97 hm2, 占烟草用地面积的15.38%; 介于20.0～25.0 mg/kg的面积达2 684.70 hm2, 占烟草用地面积的32.59 %; 介于17.0～20.0 mg/kg的面积达1 795.84 hm2, 占烟草用地面积的21.80 %; 介于15.0～17.0 mg/kg的面积达1 425.14 hm2, 占烟草用地面积的17.30 %。烟田土壤的有效铁含量主要集中于15.0～25.0 mg/kg之间。

烟田土壤的有效锰含量平均为43.1 mg/kg, 最高为80.8 mg/kg, 最少为20.7 mg/kg。有效锰含量大于70 mg/kg的烟田面积仅有585.71 hm2, 占烟草用地面积的7.11%; 介于60～70 mg/kg的面积达1 839.50 hm2, 占烟草用地面积的22.33 %; 介于50～60 mg/kg的面积达1 649.21 hm2, 占烟草用地面积的20.02 %; 介于40～50 mg/kg的面积达1 701.93 hm2, 占烟草用地面积的20.66 %。烟田土壤的有效锰含量主要集中于40～70 mg/kg之间。

烟田土壤的有效铜含量平均为1.27 mg/kg, 最高为1.85 mg/kg, 最少为0.89 mg/kg。有效铜含量大于1.8 mg/kg的烟田面积仅有14.00 hm2, 占烟草用地面积的0.17%; 介于1.5～1.8 mg/kg的面积达2 655.04 hm2, 占烟草用地面积的32.23%; 介于1.35～1.50 mg/kg的面积达1 640.15 hm2, 占烟草用地面积的19.91%; 介于1.20～1.35 mg/kg的面积达1 568.48 hm2, 占烟草用地面积的19.04 %。烟田土壤的有效铜含量主要集中于1.2～1.8 mg/kg之间。

烟田土壤的有效锌含量平均为1.00 mg/kg, 最高为6.74 mg/kg, 最少为0.44 mg/kg。有效锌含量介于0.5～1.0 mg/kg的面积达6 321.69 hm2, 占烟草用地面积的76.74 %; 介于1.0～2.0 mg/kg的面积达1 482.80 hm2, 占烟草用地面积的18.00 %。烟田土壤的有效锌含量主要集中于0.5～2.0 mg/kg之间。

烟田土壤的硼元素含量平均为0.886 mg/kg, 最高为1.759 mg/kg, 最少为0.420 mg/kg。硼元素含量介于1.0～1.8 mg/kg的面积达4 350.34 hm2, 占烟草用地面积的52.81 %; 介于0.8～1.0 mg/kg的面积达1 612.42 hm2, 占烟草用地面积的19.57 %。烟田土壤的硼元素含量主要集中于0.8～1.8 mg/kg之间。

烟田土壤的氯元素含量平均为6.9 mg/kg, 最高为13.1 mg/kg, 最少为2.5 mg/kg。氯元素含量介于5.0～8.0 mg/kg的面积达4 046.61 hm2, 占烟草用地面积的49.12 %; 介于8.0～10.0 mg/kg的面积达2 725.10 hm2, 占烟草用地面积的33.08 %。故烟田土壤的氯元素含量主要集中于5.0～10.0 mg/kg之间。

烟田土壤的硒元素含量平均为0.153 mg/kg, 最高为0.273 mg/kg, 最少为0.071 mg/kg。硒元素含量介于0.070～0.125 mg/kg的面积达3 717.70 hm2, 占烟草用地面积的45.13 %; 介于0.125～0.200 mg/kg的面积达4 163.06 hm2, 占烟草用地面积的50.54 %。故烟田土壤的硒元素含量主要集中于0.07～0.20 mg/kg之间。

土壤的养分供给和有效元素的含量能够为烟区烤烟用地资源质量提供保证。综上可以看出, 商洛烟区大多数土壤养分条件均适宜烟草生长, 即该区适宜于发展烟草生产的耕地资源较为丰富。

3 结论

本研究结果表明商洛烟区高度适宜烤烟种植的农田有2 686.66 hm2, 占到了全部烟田的32.61%; 适宜的有4 530.73 hm2, 两者共占县域烟田总面积的87.61%, 是本区域的烟田的主体; 而不适宜耕作的面积有106.88 hm2, 占烟田面积的1.30%, 因此依据本研究结果建议: (1) 对于高度适宜的烟田, 要保护高产、稳产田, 在保证其地力不降低的情况下合理利用。(2) 对于适宜和勉强适宜的烟田来讲, 需要一定的资金、物质和技术投入, 克服土地限制因素, 如加大农田基础设施建设, 增施有机肥, 种植绿肥, 使用土壤修复肥等改善土壤养分结构, 提高土壤供给能力等。(3) 对于不适宜等级烟田, 要对坡度大的及其它因素限制而不再适宜种植的应保护草场植被, 以防止水土流失, 保护生态环境为主; 此外, 还可考虑种植适宜的药材、苗木等经济作物, 保障经济效益。

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(责任编校:刘刚毅)

GIS-based suitability evaluation of land resources for tobacco production of Shangluo flue-cured tobacco region

Mu Yaohui

(Shangluo Branch of Shaanxi Tobacco Company, Shangluo 726000, China)

In order to provide reasonable planning and layout, an integrated evaluation of the land resource in Shangluo flue-cured tobacco region was performed for suitability of the nutrition of tobacco plant. The results show that highly suitable land is occupied by 32.61%. The soil organic carbon is 9.486 9 g/kg on average in main flue-cured region. Soil availablenitrogen and soil available phosphorus is betweens 25～30 and 10～25 mg/kg respectively; However, soilavailablepotassium, soil effective iron, manganese, copper, zinc, boron, chlorine and selenium are 99～233, 15～25, 40～70, 1.2～1.8, 0.5～2.0, 0.8～1.8, 5～10, 0.07～0.20 mg/kg respectively. This study could provide the tobacco zone more reasonable layout optimization and provide scientific guidance to improve the quality of tobacco leaf production capacity.

geographic information system; suitability evaluation; flue-cured tobacco; Shangluo

10.3969/j.issn.1672–6146.2015.03.018

S 572

1672–6146(2015)03–0078–06

穆耀辉,wjanwyh@163.com。

2015–05–18

陕西省烟草公司商洛市公司与西北农林科技大学合作项目[陕烟商(2013)102号]。