中国橡胶树主产区产胶能力分布特征研究

刘少军，张京红，李伟光，陈小敏，佟金鹤

(海南省气象科学研究所，海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海南 海口 570203)

受气候因素限制，中国橡胶种植面积有限，目前主要分布在海南、云南、广东、广西、福建等5省。由于我国适宜植胶区域纬度偏北和海拔偏高，橡胶树整个生长周期中受到风、寒、旱等气候胁迫因子的威胁，发展橡胶受到自然资源的严格制约。国内可供扩大橡胶树种植的土地资源已达极限，要在有限的自然资源条件下提高橡胶种植区的天然橡胶生产能力，就必须提高橡胶树的单位面积产量[1]。采用遥感技术进行单位面积上橡胶生产能力的监测和评价，可为准确、及时掌握橡胶产胶状况提供决策依据。橡胶产胶能力直接影响到橡胶产量的高低。前人通过统计调查、统计预报、气象预测预报、农学预测预报、作物生长模拟方法及基于遥感和地理信息系统的预测预报方法等开展作物估产[2]。关于橡胶产量估产模型有：灰色模型[3]、线性回归模型[4-7]、时间序列分析模型[8]、模糊数学综合评判[9]、遥感预测模型[10]、气候适宜预测模型等。目前，橡胶产胶能力的估计模型大多依靠生产经验统计阶段，尚无成熟的估算模型[10]。关于中国橡胶主产区的橡胶产胶能力的时空分布格局研究分析尚未见报道。橡胶净初级生产力(net primary production，NPP)作为橡胶在单位时间和单位面积上所产生的有机干物质总量，是反映橡胶生态系统对气候变化响应的重要指标[11]。同时，橡胶产量与生长季内NPP关系密切，二者存在有效的产量转换关系。因此，本研究尝试利用遥感数据提取NPP，通过模型计算橡胶的年产胶能力，分析不同橡胶种植区域范围内单位面积上橡胶产胶能力差异及产生差异的原因，为更好地开展橡胶估产、胶园的更新、品种区域配置等提供决策支撑。

1 材料与方法

1.1 数据来源

2000—2015年MODIS NPP数据来源于网站(http://www.ntsg.umt.edu/project/mod17#data-product)；海南、云南、广东的橡胶种植现状图信息来源于文献[12]；中国国界、省界和县界行政区划图来源于国家基础地理信息网站提供的1∶400万基础地理信息数据(http://ngcc.sbsm.gov.cn/)。气象数据来源于海南省气象信息中心和中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.nmic.cn)。橡胶产量数据来源于各省2000-2015年统计年鉴。

由于福建和广西橡胶产量的总量约占全国总产的0.06%左右(2010年产量基数计算)，所以在本研究中仅考虑主产区海南、云南、广东的橡胶种植范围。

1.2 研究方法

基于卫星遥感的中国橡胶产胶能力评价方法主要通过如下步骤实现：首先根据橡胶种植现状图[12]，提取中国橡胶主产区橡胶分布点；基于橡胶NPP数据集，统计橡胶分布区域内每年年净初级生产力总量；根据橡胶产胶能力模型计算不同区域橡胶产胶能力。

1.2.1 橡胶种植现状分布点的提取 利用橡胶种植现状图提取中国橡胶主产区橡胶种植分布图(图1)，中国橡胶主产区橡胶面积：海南约4 900 km2，云南约4 913 km2，广东约413 km2[12]。

图1 橡胶种植分布Fig.1 Rubber plantation in China

1.2.2 橡胶年净初级生产力总量 根据2000-2015年不同月的MODISNPP数据，提取各年的年净初级生产力(NPP)总量。其中，每月的净初级生产力的估算主要是根据MODIS遥感数据，利用光能利用率模型(CASA)提取研究区天然橡胶初级生产力(NPP)平均空间分布数据。该模型主要由植被吸收的光合有效辐射(APAR)和光能转化率(ε)2个变量确定，CASA模型NPP计算表达式为：

NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)

(1)

式中，APAR(x,t)和ε(x,t)分别表示遥感图像上天然橡胶的栅格单元x在t月的光合有效辐和光能利用率[13-14]。

1.2.3 橡胶产胶能力模型 根据李海亮[10,15]等提出的橡胶产胶能力估算模型，计算每年橡胶产胶能力：

(2)

式中，P为天然橡胶产胶能力(g·m-2)，NPP为橡胶林净初级生产力(gC·m-2)，Hi为橡胶树的干物质分配率，本研究中的干物质分配率取值范围21.0%～28.5%[10,15]。

2 结果与分析

2.1 橡胶生产能力的空间分布

橡胶种植区域橡胶年产胶能力在(40～160)×104g·hm-2，多年平均值为100.52×104g·hm-2。从空间上可以看出(图2)，中国主要橡胶种植区的产胶能力存在明显的差异，云南橡胶的产胶能力整体高于海南，海南整体上高于广东橡胶种植区。而且在年产胶能力数量上也存在较大差异，其中多年平均值云南为124.59×104g·hm-2，海南93.28×104g·hm-2，广东63.07×104g·hm-2。根据产胶能力值判断，云南是单产最高的优质天然橡胶生产基地，海南次之，广东最低。

图2 2000-2015年年平均产胶能力分布(单位：×104 g·hm-2)Fig.2 Distribution of annual potential productivity of rubber during 2000-2015

2.2 橡胶产胶能力的年际变化分析

从整体看中国主要橡胶产区2000-2015年橡胶产胶能力在波动中呈增加趋势，线性增长率为0.123×104g·hm-2·a-1,增加趋势不显著(图3)。橡胶产胶能力从2000年99.71×104g·hm-2增加到2015年101.36×104g·hm-2，其中最大值为2003年106.61×104g·hm-2，最小值为2005年93.36×104g·hm-2。

分区域来看，海南、云南、广东年橡胶产胶能力年际波动不大(图4)，海南2000-2015年橡胶产胶能力在波动中呈增加趋势，线性增长率为0.24×104g·hm-2·a-1,增加趋势不显著，橡胶产胶能力从2000年87.47×104g·hm-2增加到2015年95.8×104g·hm-2，其中最大值为2007年105.72×104g·hm-2，最小值为2002年83.16×104g·hm-2。

广东2000-2015年橡胶产胶能力在波动中呈增加趋势，线性增长率为0.3×104g·hm-2·a-1,增加趋势不显著，橡胶产胶能力从2000年58.47×104g·hm-2增加到2015年64.03×104g·hm-2，其中最大值为2003年68.77×104g·hm-2，最小值为2000年58.62×104g·hm-2。

云南2000-2015年橡胶产胶能力在波动中呈微弱减小趋势，线性减少率为0.07×104g·hm-2·a-1,减少趋势不显著，橡胶产胶能力从2000年130.06×104g·hm-2减少到2015年123.75×104g·hm-2，其中最大值为2011年133.67×104g·hm-2，最小值为2005年112.57×104g·hm-2。

2.3 橡胶产胶能力差异的原因分析

橡胶产胶能力的影响因素除了橡胶树本身的生物学特性、土壤特性外，主要包括气候波动和人类活动。由于中国橡胶种植区属于非传统种植区，植胶区纬度偏高，种植环境和原生地的差异较大。本研究主要从橡胶树寒害、风害及气候适宜性角度分析产胶能力差异的原因。

寒害影响：当出现温度<5℃或连续低温阴雨天气时，橡胶树就有可能遭到不同程度的寒害[16]。寒害已经成为中国天然橡胶树种植区特有和主要的气象灾害之一[17],也是限制中国橡胶发展的主要因素[18]。根据中国气象局发布的《橡胶寒害等级(QX/T169-2012)》行业标准的相关指标[19]，选择年度极端最低气温、年度最大降温幅度、年度寒害持续日数、年度辐射型积寒、年度平流型积寒、年度最长平流型低温天气过程的持续日数作为橡胶树寒害的评价指标，通过对6个致灾因子的原始值进行数据标准化处理，按照一定的权重，计算橡胶1981-2010年平均寒害指数[20]。从图5中可以看出，广东北部及云南的西北部分区域属于寒害影响较重区域；海南、云南的景洪、勐腊等地，受到寒害影响的风险较小。

风害影响：采用1981-2010年影响橡胶种植区范围的台风次数和橡胶台风灾害分级标准[21]，统计各站发生橡胶台风灾害损失次数占统计总年份台风影响次数的比值作为橡胶台风灾害指数。橡胶台风灾害指数高值区分布在海南、广东等地，易受到台风的影响；低值区分布在云南，受到台风的影响的风险较小[22-23]。

图3 橡胶主产区2000-2015年年产胶能力变化趋势Fig.3 Variation of annual potential productivity of rubber in China during 2000-2015

图4 海南-云南-广东2000-2015年年产胶能力变化趋势Fig.4 Variation of annual potential productivity of rubber in Hainan-Yunnan-Guangdong during 2000-2015

图5 橡胶综合寒害影响指数Fig.5 Chilling injury index of rubber plantation

图6 橡胶台风影响指数Fig.6 Typhoon disaster index of rubber plantation

气候适宜性影响：温度、降雨和太阳辐射是影响产胶量的主要气象因子，它们相互影响并以累加效应作用于橡胶产胶[24-25]。根据参考文献[22]橡胶气候适宜性等级划分的结论，气候适宜性指数高值区主要分布在海南省的儋州、乐东、白沙、保亭，广东的雷州半岛，云南省的景洪、猛腊等地。低值主要分布于云南盈江、永德、双江、景谷、屏边等地，广东的信宜、阳春、海丰、惠来等(图7)。

图7 橡胶气候适宜性指数Fig.7 Climatic suitability index of rubber plantation

综上所述，由于气候差异以及风、寒等自然灾害的共同影响，海南、云南、广东天然橡胶产胶能力差距较大。主要原因如下：在云南，由于受台风影响较小，寒害影响轻、气候适宜度高的区域，橡胶整体生产能力较大。目前云南已成为我国种植面积最大、产胶最多、单产最高的优质天然橡胶生产基地[1]。而在海南、广东由于自然灾害频繁，单位面积保存株数较少；品种结构单一；树龄结构不合理，其产量整体低于云南橡胶产区。海南是气候适宜性较好的天然橡胶生产基地，广东属于气候适宜性基本符合橡胶树生长所需要的环境。

3 结论与讨论

3.1 结论

利用遥感数据从宏观上得到了中国橡胶主产区2000-2015年的橡胶产胶能力的差异分布，并从气象灾害和气候适宜性角度给出了产生差异的原因。

从空间看，中国橡胶主产区橡胶产胶的能力分布存在明显差异，其中云南产胶能力整体高于海南，海南高于广东；从时间看,2000-2015年中国主产区橡胶产胶能力在波动中呈增加趋势，但增加趋势不明显。

气象灾害影响、气候适宜性的共同影响导致不同种植区域的橡胶产胶能力的差异。其中云南产区现有橡胶种植区域整体条件较好，单位面积的产胶能力大，但橡胶寒害的影响和气候适宜性的影响，导致其种植范围的扩大受限；在海南，气候条件优越，主要是橡胶风害的影响，导致胶园产胶量受限；在广东，主要是橡胶风害和寒害的双重影响，同时种植范围受到气候适宜性的影响，种植范围有限。

3.2 讨论

橡胶是一种重要的战略物质，天然橡胶的自给率严重不足，生产与消费极为不对称[26]。最大限度提高橡胶树单位面积产量是缓解国内天然橡胶供需矛盾的最有效途径之一[1]。橡胶产胶能力是橡胶产量预估的基础，因此了解橡胶产胶能力的分布可为橡胶种植及进口提供科学决策。同时，根据监测到的橡胶产胶能力差异区域，可以有针对性地开展产胶能力的提升工作。如，提高胶园管理水平，加快低产残次胶园的更新改造，加快良种推广速度，力争优势区域内种植面积稳定增加，增加橡胶总产量。

橡胶树产胶能力的高低受很多因素的制约[24-25]，如气象因子、土壤营养成分、常见病虫害、割胶制度和技术、品种和胶园管理等均会影响橡胶的产胶能力[27-29]。本研究仅从橡胶气候适宜性和橡胶风害、寒害的角度简要分析了主产区产胶能力的差异原因，需要进一步结合土壤类型、品种、橡胶园管理等方面进行具体分析。

由于不同橡胶品种之间产胶能力转换系数存在一定的波动，导致产胶能力的结果局部可能存在一定偏差。橡胶实际产量一般情况下并不能达到产胶能力的水平，但可以作为橡胶估产的重要依据。同时，本研究仅从整体上说明了海南、云南、广东产区的差异，但也不排除局部区域与实际情况存在一定误差。

参考文献：

[1] 位明明,李维国,黄华孙,等.中国天然橡胶主产区橡胶树品种区域配置建议[J].热带作物学报,2016,37(8):1634-1643.

WEI M M,LI W G,HUANG H S,etal.Regional configuration of rubber tree varieties in the main producing areas in China[J].Chinese Journal of Tropical Crops,2016,37(8):1634-1643.(in Chinese)

[2] 任建强,陈仲新,唐华俊.基于MODIS-NDVI的区域冬小麦遥感估产——以山东省济宁市为例[J].应用生态学报,2006,17(12):2371-2375.

REN J Q,CHEN Z X,ANG H J.Regional scale remote sensing-based yield estimation of winter wheat by using MODIS-NDVIdata:a case study of Jining City in Shandong Province[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2006,17(12):2371-2375.(in Chinese)

[3] 高素华.用灰色系统GM(1,1)模型预报橡胶产量[J].热带作物学报,1987,8(1):71-76.

GAO S H.Prediction of rubber yield by grey system GM (1,1) model[J].Chinese Journal of Tropical Crops,1987,8(1):71-76.(in Chinese)

[4] 吴春太,马征宇,刘汉文,等.橡胶RRIM600 的产量与产量构成因素的通径分析[J].湖南农业大学学报:自然科学版,2014,40(5):476-480.

WU C T,MA Z Y,LIU H W,etal.Path coefficient analysis between yield components and yield of RRIM600 ofHeveabrasiliensis[J].Journal of Hunan Agricultural University:Natural Sciences,2014,40(5):476-480.(in Chinese)

[5] 冯耀飞,张慧艳.橡胶产量与气象因子的灰色关联性及逐步回归分析研究[J].热带农业科学,2016,36(11):57-60.

FENG Y F,ZHANG H Y.The gray relevancy analysis and the stepwise regression analysis between latex yield and meteorological factors[J].Chinese Journal of Tropical Agriculture,2016,36(11):57-60.(in Chinese)

[6] 郭玉清,张汝.气象条件与橡胶树产胶量的关系[J].云南热作科技,1980,26(1):11-22.

GUO Y Q ,ZHANG R.Relationship between meteorological factors and yield of rubber tree[J].Journal of Yunnan Tropical Crops Science & Technology,1980,26(1):11-22.(in Chinese)

[7] 张利才,洪群艳,李志.西双版纳基于气象因子的橡胶产量预报模型[J].热带农业科技,2016,39(3):9-13.

ZHANG L C,HONG Q Y,LI Z.Forecasting model for seasonal rubber tree yield based on meteorological parameters in Xishuangbanna[J].Tropical Agricultural Science & Technology ,2016,39(3):9-13.(in Chinese)

[8] 苏文地,张培松,罗微.时间序列分析在儋州橡胶产量预测上的运用[J].热带农业科学,2011,31(2):1-4.

SU W D,ZHANG P S,LUO W.Application of time-series analysis to predict rubber production in Danzhou[J].Chinese Journal of Tropical Agriculture,2011,31(2):1-4.(in Chinese)

[9] 刘文杰,李红梅,段文平.西双版纳橡胶产量的模糊综合评判预报[J].林业科技,1997,22(5):61-63.

LIU W J,LI H M,DUAN W P.Fuzzy comprehensive evaluation method for forecasting rubber yield in Xishuangbanna [J].Forestry Science& Technology,1997,22(5):61-63.(in Chinese)

[10] 李海亮,罗微,李世池,等.基于遥感信息和净初级生产力的天然橡胶估产模型[J].自然资源学报,2012,27(9):1610-1621.

LI H L,LUO W,LI S C,et.al .Estimation model of natural rubber yield based on net primary production and remote sensing[J].Journal of Natural Resources,2012,27(9):1610-1621.(in Chinese)

[11] 吴珊珊,姚治君,姜丽光,等.基于MODIS的长江源植被NPP时空变化特征及其水文效应[J].自然资源学报,2016,31(1):39-50.

WU S S,YAO Z J,JIANG L G,etal.The spatial-temporal variations and hydrological effects of vegetation npp based on modis in the source region of the Yangtze River [J].Journal of Natural Resources,2016,31(1):39-50.(in Chinese)

[12] 郑文荣.我国天然橡胶发展情况和产胶趋势[EB/OL].[2014-6-30]http://www.docin.com/p-245944869.html.

[13] 朱文泉,潘耀忠,何浩,等.中国典型植被最大光利用率模拟[J].科学通报,2006,51(6):700-706.

ZHU W Q,PAN Y Z,HE H,etal.Simulation of the maximum light utilization efficiency of typical vegetation in China[J].Chinese Science Bulletin,2006,51(6):700-706.(in Chinese)

[14] 刘少军,张京红,车秀芬,等.基于MODIS 遥感数据的海南岛橡胶林碳密度空间分布研究[J].热带作物学报,2014,35(1):183-187.

LIU S J,ZHANG J H,CHE X F,etal.Spatial distribution of carbon sink density of rubber plant based on MODIS[J].Chinese Journal of Tropical Crops,2014,35(1):183-187.(in Chinese)

[15] 李海亮,罗微,李世池,等.基于净初级生产力的海南天然橡胶产胶潜力研究[J].资源科学,2012,34(2):337-344.

LI H L,LUO W,LI S C,etal.A study on potential productivity of natural rubber in Hainan Province based on a net primary production model[J].Resources Science,2012,34(2):337-344.(in Chinese)

[16] 刘绍凯,许能锐.寒害对海南西庆农场橡胶林的影响与防害措施[J].林业科学,2008,44(11):161-163.

LIU S K,XU N R.Influence of the cold stress on rubber plantation at Xiqing state farm in Hainan[J].Scientia Silvae Sinicae,2008,44(11):161-163.(in Chinese)

[17] 刘世红,田耀华.橡胶树抗寒性研究现状与展望[J].广东农业科学,2009,35(11):26-28.

LIU S H,TIAN Y H.Research status and prospect of cold resistance of rubber tree[J].Guangdong Agricultural Sciences,2009,35(11):26-28.(in Chinese)

[18] 邱志荣,刘霞,王光琼,等.海南岛天然橡胶寒害空间分布特征研究[J].热带农业科学,2013,33(11):67-69.

QIU Z R,LIU X,WANG G Q,etal.Spatial distribution character of chilling damage to rubber trees in Hainan Province[J].Chinese Journal of Tropical Agriculture,2013,33(11):67-69.(in Chinese)

[19] 中国气象局.中华人民共和国气象行业标准橡胶寒害等级:QX/T169-2012[S].北京:气象出版社,2013.

[20] 刘少军,周广胜,房世波.1961—2010 年中国橡胶寒害的时空分布特征[J].生态学杂志,2015,34(5):1282-1288.

LIU S J,ZHOU G S,FANG S B.Spatial-temporal characteristics of rubber chilling injury in China during 1961-2010[J].Chinese Journal of Ecology,2015,34(5):1282-1288.(in Chinese)

[21] 张京红,刘少军,蔡大鑫.基于GIS的海南岛橡胶林风害评估技术及应用[J].自然灾害学报,2013,22(4):175-181.

ZHANG J H,LIU S J,CAI D X.GIS-based wind disaster assessment technology of rubber forest in Hainan island and its application[J].Journal of Natural Disastes,2013,22(4):175-181.(in Chinese)

[22] 刘少军,周广胜,房世波.中国橡胶树种植气候适宜性区划[J].中国农业科学,2015,48(12):2335-2345.

LIU S J,ZHOU G S,FANG S B.Climatic suitability regionalization of rubber plantation in China[J].Scientia Agricultura Sinica,2015,48(12):2335-2345.(in Chinese)

[23] 刘少军,周广胜,房世波.中国橡胶种植北界研究[J].生态学报,2016,36(5):1272-1280.

LIU S J,ZHOU G S,FANG S B.A preliminary study of the northern planting boundary of rubber tree cultivation in China[J].Acta Ecologica Sinica,2016,36(5):1272-1280.(in Chinese)

[24] 李国尧,王权宝,李玉英,等.橡胶树产胶量影响因素[J].生态学杂志,2014,33(2):510-517.

LI G Y,WANG Q B,LI Y Y,etal.A review of influencing factors on latex yield ofHeveabrasiliensis[J].Chinese Journal of Ecology,2014,33(2):510-517.(in Chinese)

[25] 杨铨.几种气象因子与产胶量的关系[J].中国农业气象,1989(1):42-44.

YANG Q.The relationship between several meteorological factors and the yield of rubber[J].Chinese Journal of Agrometeorology ,1989(1):42-44.(in Chinese)

[26] 金华斌,田维敏,史敏晶.我国天然橡胶产业发展概况及现状分析[J].热带农业科学,2017,37(5):98-104.

JIN H B,TIAN W M,SHI M J.Current situation and industrial development of natural rubber in China[J].Chinese Journal of Tropical Agriculture,2017,37(5):98-104.(in Chinese)

[27] 孙海东,刘备,吴炳孙,等.橡胶树人工林地土壤酸度特征及酸化原因分析[J].西北林学院学报,2016,31(2):49-54.

SHUN H D,LIU B,WU B S,etal.Characteristics and causes of soil acidification in the rubber plantation[J].Journal of Northwest Forestry University,2016,31(2):49-54.(in Chinese)

[28] 袁坤,杨礼富,陈帮乾,等.海南植胶区橡胶树死皮发生现状分析[J].西北林学院学报,2016,31(1):176-179.

YUAN K，YANG L F,CHEN B Q,etal.Current situation ofHeveabrasilinesistapping panel dryness occurring in Hainan[J].Journal of Northwest Forestry University,2016,31(1):176-179.(in Chinese)

[29] 吴春太,李维国,黄华孙.近年来国内外橡胶树种质资源与育种方法研究新进展[J].西北林学院学报,2013,28(2):118-124.

WU C T,LI W G ,HUANG H S.Research progresses onHeavengerm plasm resources and breeding methods[J].Journal of Northwest Forestry University,2013,28(2):118-124.(in Chinese)