丘陵县域地块尺度的甘蔗产业精准规划研究*

谢国雪，黄启厅，曾志康，覃泽林，张秀龙，苏秋群

(广西农业科学院农业科技信息研究所，南宁 530007)

0 引言

我国是甘蔗种植面积第三大的国家，仅次于巴西和印度[1]，蔗糖产量占国内食糖总量的92%，甘蔗产量对于稳定我国食糖生产至关重要，为此，国家及有关部门高度重视甘蔗产业发展。“十三五”规划纲要指出要重点支持优势产区加强棉花、油料、糖料等生产基地建设，积极引导调整农业生产种植结构，优化特色农产品生产布局。2015年国家发展改革委、农业部会同有关部门针对广西和云南两大糖料蔗主产省(区)制定了《糖料蔗主产区生产发展规划(2015～2020年)》(简称规划)，规划指出在保障国家粮食安全的前提下，统筹粮糖作物生产，将糖料蔗主产区蔗糖业发展上升为国家战略，按照“高产、高糖、高效、集约、生态、安全”的总体要求，促进糖料蔗产区向最适宜区域集中，打造糖料蔗生产、加工核心区，促进产业集聚发展。规划的总体目标是到2020 年两省(区)糖料蔗面积稳定在140万hm2，建设糖料蔗生产核心基地46.67万hm2，核心基地单产水平达到6 t以上，其中，广西区糖料蔗种植面积稳定在106.67万hm2，建成核心基地33.33万hm2； 云南省糖料蔗种植面积稳定在33.33 万hm2，建成核心基地13.33万hm2。

广西是我国甘蔗种植面积最大的地区，肩负着稳定糖料蔗生产的重要任务，但受到基础设施差、品种研发滞后、全程机械化推进缓慢等因素制约着甘蔗产业发展。据统计广西90%以上的蔗田为旱坡地，由于蔗田坡度大、碎石多、土壤瘠薄、缺少灌排等原因，出现了甘蔗种植成本高收益小的现象，导致当地农民种植甘蔗积极性不高。广西属于岭南丘陵地区，地形起伏大，不合理耕作容易造成水土流失，破坏生态环境，因此科学合理规划对于建设甘蔗可持续发展具有重要意义。近年来我国针对小麦、玉米、油菜、水稻、烟草等作物种植适宜性评价及规划研究不断增多，龚宇[2]、魏玲[3]、王丽[4]、魏志萍[5]、张文忠[6]等利用不同的方法评价了小麦种植适宜性并根据评价结果提出规划意见； 方海宝[7]、侍慧宇[8]、张建军[9]、尹天能[10]等根据研究成果分析了各研究区油菜种植的合理性并提出了调整方案； 何英彬[11]、董博[12]、石媛媛[13]等分别对大豆、玉米、烤烟作物种植区划进行了研究。与综上作物相比甘蔗作物适宜性评价及规划研究甚少，但对于甘蔗产业规划研究具有重要的参考价值，如刘建波等[14]2009年利用海南14个气象站点1971～2005年共35年的实测资料，分析了海南各地的水热条件和评价了研究区甘蔗种植的气候适宜性； 古丽等[15]2011年基于贝尔产量模式，定量分析了近年来南宁蔗区甘蔗气象产量与气候因子的关系，旨在为南宁甘蔗生产管理提供科学指导； 李莉婕等[16]2013年构建模糊综合评价模型，对荔波县甘蔗适宜性进行评价，利用评价结果结合甘蔗生产现状进行种植结构区划。

综上所述，产业规划对于农业生产极其重要，我国学者积极投入研究并取得了较好的成果，但现有的成果落实到地块级精细规划极少，为此，文章以广西崇左市江州区为例，开展丘陵县域甘蔗种植适宜性评价研究，以地块尺度评价结果为基底调整种植结构，划定蔗田保护区及规划种植新增区。在蔗田保护区基础上，评估发展机械化作业的潜力，分析土壤肥力状况并提出改善方案，为甘蔗产业可持续发展建设提供依据，为“双高”糖料蔗基地建设分析适宜区域。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域

江州区是广西崇左市唯一的城区，是崇左市的经济、政治、文化中心，于2003年8月正式挂牌成立，总面积2 951km2，位于东经107°6′23″～107°47′33″、北纬22°9′34″～22°54′18″，居左江中上游，水陆交通便利，是桂西南地区交通枢纽和商品集散地。江州区全年气候温暖，雨量充沛，盛产甘蔗、水稻、玉米、木薯等作物，其中甘蔗是主要的经济作物，种植面积年均保持在7万hm2以上，年均产蔗约500万t，辖区4家制糖企业总日榨能力达4.6万t，人均产蔗、产糖居全国第1位，有“中国第一甜县(区)”的美誉。

1.2 数据来源

该文研究主要涉及数据包括：(1)2016年江州区甘蔗种植地块矢量数据； (2)2016年江州区甘蔗种植适宜性评价结果(以甘蔗种植地块为评价对象)； (3)江州区适宜种植甘蔗评价结果(以水田及甘蔗以外的农作物地块为评价对象)； (4)2011年江州区土壤相关成果(由广西崇左市农业局提供，包括pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾)； (5)2012年江州区林地矢量范围； (6)江州区乡镇边界。

2 技术方法

丘陵县域地块尺度的甘蔗产业精准规划研究技术路线如图1，主要分为甘蔗作物信息提取、甘蔗种植适宜性评价、数据分析与产业规划三大部分。

2.1 甘蔗作物信息提取

以高分一号、资源三号、谷歌地球影像等多源低频高分辨率影像为基底，利用智能分割算法根据纹理、光谱、形状等特征自动切割形成影像对象，在此基础上结合少量的人工修整识别覆盖地类边界信息，利用ArcGIS 10.3平台的重分类及多地块批量录入属性模块，完成地块信息一级大类分类，一级大类包括水域、建设用地、农作物、林地、果园、设施农业用地、草地、道路、其他用地九大类。基于农作物地块利用eCognition 9.0软件平台的棋盘分割算法生成农作物地块对象，以高频的高分一号中分辨率影像计算时间序列影像特征，根据农作物野外解译标志通过样本转换算法形成作物样本，进一步构建面向农作物地块对象分类方法提取甘蔗、水稻、香蕉大宗作物信息。覃泽林等[17]于2017年的研究成果表明该方法对于提取丘陵地区大宗作物信息满足使用的精度要求，详细分类方法请参考文献《多时相高分一号影像在丘陵地区大宗农作物提取中的应用》。

2.2 甘蔗种植适宜性评价

以土壤因子(包括土壤类型、pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾)、地形因子(包括高程、坡度、坡向)、气象因子(包括年降雨量、年积温、年日照时数)及经济因子(包括道路、水域、村庄、糖厂)为评价指标[18]，聘请专家打分及利用层次分析法计算评价指标的权重值，参考甘蔗专家李杨瑞[19]的研究成果确定指标等级阈值，在此基础上构建多指标的甘蔗种植适宜性评价综合模型，将甘蔗种植信息划分为最适宜、适宜、次适宜和不适宜4个区域，利用相同方法评价农作物地块(除甘蔗和水稻作物)适宜种植甘蔗的情况，为甘蔗种植规划提供基础数据。甘蔗种植适宜性评价技术在前期已展开研究，详细方法参考谢国雪等[18]于2017年开展的地块单元甘蔗种植适宜评价研究成果。

2.3 数据分析与规划

将2012年江州区林地矢量边界与2016年甘蔗种植适宜性评价结果叠加，分析违法种植甘蔗情况，违法种植区与甘蔗种植不适宜区即为甘蔗种植退耕范围。据报道近几年江州区甘蔗种植面积稳定在7.3333 万hm2以上，为此甘蔗种植规划面积应稍大于稳定种植面积更为合理。规划实施中将不属于违法种植的甘蔗种植最适宜区、适宜区和次适宜区划定为蔗田保护区，规划新增区则以未种植甘蔗作物的农作物地块为对象，规划原则遵循评价结果需为最适宜和适宜等级，同时位于非林地范围且分布集中紧邻蔗田保护区。进一步评估蔗田保护区适宜发展机械化潜力，分析土壤肥力情况，提出改善意见。

3 甘蔗产业精准规划

3.1 甘蔗种植结构规划

利用面向地块对象分类方法提取2016年江州区种植甘蔗面积为7.383 879万hm2，共29.051 4万个地块数，多指标的甘蔗种植适宜性评价综合模型评价结果显示最适宜区、适宜区、次适宜区、不适宜区面积分别为1.324 822万hm2、4.014 309万hm2、1.984 607万hm2、601.47hm2，最适宜区和适宜区面积占甘蔗种植面积的72.31%，表明了2016年甘蔗种植结构基本合理。将2016年甘蔗种植区域与2012年林地范围进行叠加，发现违法种植面积为6 290.46hm2，建议有关部门严格执法，积极引导蔗农退耕还林。不属于违法种植的不适宜区面积为528.37hm2，这些区域主要存在坡度过大、土壤贫瘠、交通条件差等问题，是水土流失隐患区，应当列入甘蔗种植退耕的重点区域。综上所述违法种植甘蔗区域及非违法不适宜区是种植退耕区域，分布情况如图2，各乡镇统计值及涉及主要村庄见表1。研究成果表明退耕区主要集中在濑湍镇、江州镇、罗白乡、驮卢镇等区域，主要涉及古坡村、马安村、乙古村等约55个村庄，违法种植区域分布集中，不适宜区零散面积较小。

表1 甘蔗种植退耕区统计

hm2

根据实际需求甘蔗种植规划面积为7.424 066万hm2，非林地范围的最适宜、适宜和次适宜区划定为蔗田保护区，面积共6.986 618万hm2，基于甘蔗种植新增区规划原则划分区域面为4 374.48hm2，甘蔗种植规划区分布情况如图3，各乡镇面积统计如表2。规划成果显示蔗田保护区主要分布在驮卢镇、左州镇、新和镇等乡镇，规划新增区在驮卢镇、左州镇、濑湍镇、新和镇等区域占据较多，主要涉及村庄包括卜寨村、驮逐村、乙古村等共65个村庄，整体上甘蔗种植规划区域分布较为集中成片，有利于发展机械化作业，减少水利设施建设费用，同时有利于“双高”糖料蔗基地建立。

表2 甘蔗种植规划区统计 hm2

3.2 机械化作业潜力评估

根据现有研究成果指出0°～6°为缓坡耕地，能够发展大型甘蔗机械， 6°～15°为中坡耕地，通过中坡改梯满足耕地面宽0.007～0.01km的条件，适宜中小型甘蔗机械作业[20]。在江州区蔗田保护区基础上，利用高程模型(DEM)评估适宜发展机械化的潜力，统计分析发现具有发展大型机械化作业的面积为1.233 449万hm2，占整个蔗田保护区的17.57%，主要集中在濑湍镇、江州镇、罗白乡等区域，涉及村庄共30个； 适宜发展中小型机械化作业的区域面积为3.900 268万hm2，占整个蔗田保护区的55.55%，主要分布在驮卢镇、左州镇、新和镇等乡镇，整体上涉及村庄共29个，详情如图4及表3。评估发现研究区适宜发展机械化作业面积达73.12%，表明划定的蔗田保护区整体平坦呈片，有利于提高甘蔗机械化水平，促进甘蔗产业发展。建议有关部门根据实地情况规划修整土地方案，大力宣传及推进机械化作业，发展甘蔗深耕深松、播种、管理、收割、装载机械一体化，节约甘蔗种植成本，实现节本增效的目的，为“双高”糖料蔗基地建立垫底基础。

表3 蔗田保护区适宜发展机械化作业统计 hm2

表4 蔗田保护区土壤pH及有机质统计 hm2

图2 广西崇左市江州区甘蔗种植规划退耕区分布 图3 广西崇左市江州区甘蔗种植规划区分布

图4 广西崇左市江州区蔗田保护区适宜发展机械化作业分布 图5 广西崇左市江州区蔗田保护区土壤pH等级分布

3.3 土壤肥力分析

土壤是甘蔗正常生长发育的基础，通过外界控制土壤肥力可影响甘蔗的生长和产量。掌握蔗田保护区的土壤肥力情况，合理施肥，不仅能够提高施肥效益，且对于防止土壤污染具有重要意义。根据广西崇左市农业局提供的土壤肥力数据，分别统计了各乡镇土壤pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾含量情况，详细情况如表4～6，分布情况如图5～9。

图6 广西崇左市江州区蔗田保护区土壤有机质等级分布 图7 广西崇左市江州区蔗田保护区土壤全氮等级分布

图8 广西崇左市江州区蔗田保护区土壤有效磷等级分布 图9 广西崇左市江州区蔗田保护区土壤速效钾等级分布

表5 蔗田保护区土壤全氮及有效磷含量统计

hm2

表6 蔗田保护区土壤速效钾含量统计

hm2

3.3.1 土壤pH

通常甘蔗可在pH 4.5～8.0的土壤生长，但以土壤pH 6.5～7.5较适宜甘蔗生长和发育，pH过高或过低将影响甘蔗的生长。从图5及表4发现研究区蔗田保护区土壤pH<4.5的强酸性土壤占5.66%； pH为4.5～5.5的酸性土壤占28.82%； pH为5.5～6.5的微酸性土壤占51.15%。整体上土壤pH偏低，不利于甘蔗生长，建议有关部门积极引导左州镇、驮卢镇、濑湍镇、新和镇、罗白乡等乡镇蔗农适量施用石灰调节土壤酸碱度，为甘蔗营造适宜的生长土壤。

3.3.2 土壤有机质

土壤有机质含量是反映土壤肥力的一个重要指标，与土壤的保水保肥能力密切相关。蔗田保护区土壤有机质包括土壤中各种动物残体、甘蔗残体、微生物体及其分解和合成的有机物质。表4显示江州区蔗田保护区有机质含量在中等、高等级含量分别占蔗区的50.55%、48.19%，整体上土壤有机质的含量较高，符合甘蔗正常生长需求，仅新和镇及太平街道少部分区域土壤有机质含量偏低，从图6可知偏低区域主要位于新和镇北部，为了维持土壤有机质含量，建议定期施用畜牧肥、堆沤肥、种植绿草和豆科作物、甘蔗叶还地等。

3.3.3 土壤氮、磷、钾

甘蔗在各生长阶段对全氮、有效磷、速效钾养分的吸收量各不相同，自苗期至伸长初期累计吸收量过半，因此生长前期应该提供足够的养分； 伸长初期至伸长末期经历2～3个月，明显是吸肥高峰期，需要及时增加施肥量。在苗期至分蘖期，以吸收全氮最多，速效钾次之，有效磷最少； 分蘖期至成熟期，吸收钾量超过吸收氮量； 从各生长阶段看，甘蔗分蘖期需要吸收较多的有效磷。因此全氮、有效磷、速效钾养分的充足对于甘蔗的生长极其重要。

(1)土壤全氮。从表5及图7可知江州区蔗田保护区土壤全氮含量处于中等偏低等级，当土壤全氮含量低于1.00 g/kg不利于甘蔗的生长，整个研究区低于1.00 g/kg的面积占蔗田保护区总面积的34.49%。其中，驮卢镇土壤全氮含量低于1.00 g/kg的面积最大，占该镇蔗田保护区面积的41.67%，左州镇、新和镇、江州镇次之。建议以上乡镇在甘蔗苗期至分蘖期适当增加施放氮肥或含氮的复合肥，以满足甘蔗生长所需氮养分。

(2)土壤有效磷。通常土壤有效磷高于20 mg/kg，已基本达到甘蔗营的丰富水平； 土壤有效磷为5～20 mg/kg时为缺乏，施用磷肥有明显的增产效果； 土壤有效磷低于5 mg/kg时为极缺乏，施用磷肥增产效果极显著。从表5可知江州区蔗田保护区土壤有效磷含量未能达到丰富水平的面积占江州区蔗田保护区面积的73.83%，从图8显示未达标区主要分布在驮卢镇、左州镇、新和镇等乡镇，建议这些区域在甘蔗分蘖期适量施用磷肥补充土壤有效磷的不足，以保证甘蔗能够健康生长。

(3)土壤速效钾。土壤速效钾高于120 mg/kg，对甘蔗营养来说基本达到丰富水平，增施钾肥的增产效果不明显； 土壤速效钾为60～120 mg/kg时为缺乏，施用钾肥有明显的增产效果； 土壤速效钾为低于60 mg/kg时为极缺乏，施用钾肥增产效果极明显。从表6可知江州区蔗田保护区大部分区域土壤有效磷含量未能达到丰富水平，土壤速效钾含量低于50 mg/kg的面积占蔗田保护区的19.86%，其中驮卢镇、濑湍镇、板利乡、罗白乡等乡镇面积占据比例较多(图9)。为了保证甘蔗的健康生长，建议未达标乡镇在甘蔗分蘖期至成熟期增施适量钾肥，以满足甘蔗生长对速效钾的所需。

4 结论

该文以广西崇左市江州区为例，在前期研究基础上开展了丘陵县域地块尺度的甘蔗产业精准规划研究，根据甘蔗种植适宜性评价结果分析退耕区，进行甘蔗种植结构调整，将非林地范围的最适宜区和适宜区划定为蔗田保护区。研究发现蔗田保护区具有较大发展机械化作业的潜力，为了提高甘蔗产量，需要适量施用石灰调节土壤酸碱度，在甘蔗分蘖期须施用氮、磷、钾肥料或含这些元素的复合肥，分蘖期至成熟期则重点补充钾肥。综合分析发现适宜建设“双高”糖料蔗基地区域主要位于濑湍镇、江州镇、太平街道、左州镇、驮卢镇等乡镇。该文研究成果客观且精细，为有关部门制定甘蔗产业发展计划提供了科学依据，同时为其他作物的精准规划提供参考。

[1] 刘海清. 我国甘蔗产业现状与发展趋势.中国热带农业, 2009(1)： 8～9

[2] 龚宇， 王璞，郑艳萍，等.基于AHP方法的冬小麦气候资源综合评价体系构建与应用.中国农业气象， 2009， 30(S2)： 276～280

[3] 魏玲. 鹿邑县冬小麦种植适宜性评价.中国农业信息， 2013(1)： 62

[4] 王丽， 李阳煦，王培法，等.基于生态位和模糊数学的冬小麦适宜性评价.生态学报， 2016, 36(14): 4465～4474

[5] 魏志萍. 安阳县小麦种植适宜性评价.种业导刊, 2016(6)： 22～24

[6] 张文忠. 彬县耕地小麦种植适宜性评价及建议.陕西农业科学， 2016, 62(5): 92～94

[7] 方海宝， 张水香.基于GIS的太湖县油菜种植适宜性评价.现代农业科技， 2009(13)： 358～359， 362

[8] 侍慧宇， 王少青，赵莉荣.贵州遵义县油菜种植适宜性评价.热带作物报， 2011, 32(8): 1426～1430

[9] 张建军， 陈晓艺，马晓群.安徽油菜气候适宜度评价指标的建立与应用.中国农学通报， 2012, 28(13): 155～158

[10]尹天能. 冬油菜种植适宜性及影响因子评价研究.农业与技术， 2017， 37(6)： 18

[11]何英彬， 姚艳敏，李建平，等.大豆种植适宜性精细评价及种植合理性分析——以东北三省为例.中国农业资源与区划， 2012， 33(1)： 11～17

[12]董博， 江晶，郭天文，等.镇原县玉米生态适宜性评价及种植区划.土壤报， 2013, 44(3): 526～531

[13]石媛媛， 丁晓东，高华军，等.基于GIS与指数和法的百色市烤烟种植区气候适宜性评价.中国农业资源与区划， 2014, 35(2): 102～107

[14]刘建波， 彭懿，陈秋波.海南甘蔗种植的气候适宜性分析及区划.中国农业气象， 2009， 30(S2)： 254～256

[15]古丽， 黄智刚，李文宝，等.1980～2007年南宁蔗区甘蔗气象产量变化及影响因子分析.南方农业学报,2011, 42(5): 492～495

[16]李莉婕， 童倩倩，孙长青，等.荔波县甘蔗适宜性评价及区划布局.农技服务， 2013, 30(4): 383～385

[17]覃泽林， 谢国雪，李宇翔，等.多时相高分一号影像在丘陵地区大宗农作物提取中的应用.南方农业学报， 2017, 48(1): 181～188

[18]谢国雪， 曾志康，李宇翔，等.基于地块单元的甘蔗种植适宜性评价.南方农业学报， 2017, 48(2): 361～367

[19]李杨瑞. 现代甘蔗学.北京：中国农业出版社， 2010

[20]张跃彬， 邓军，陈跃，等.云南高原特色甘蔗产业发展与技术战略研究.北京：中国农业出版社， 2013