基于GIS的赤壁市茶叶种植适宜性评价研究

姜宇榕 何国松 韩冰华 刘彦文 周霞

摘要：开展茶叶种植适宜性评价是选择合适的茶叶种植地的首要任务。以赤壁市为研究区域，选取高程、坡度、坡向、地类、土壤、降水、气温、积温8个评价因子，来构建评价指标体系。运用专家打分法，确定各评价指标权重。基于GIS技术，采用加权叠加法对评价因子进行综合性分析，将茶叶种植适宜性结果分为4个等级。结果表明：最适宜、较适宜、较不适宜、不适宜茶树种植的面积分别为1680.04hm²，23970.88hm²，101044.88hm²，46504.2hm²，分别占评价面积的0.97%，13.84%，58.34%，26.85%。最后，为赤壁市茶叶种植选址提出适当的建议，对充分发挥赤壁市茶叶种植资源优势具有指导作用。

关键词：GIS;适宜性分析;赤壁市;评价体系

中图分类号：$571 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0045-04

1概述

近些年来随着我国茶产业的迅速发展，各地纷纷制定相关发展规划鼓励茶叶种植。赤壁市是全国茶叶商品生产基地建设的示范县市，产业规模大，品牌效益较咸宁市其他县市更好。在发展的同时出现一些问题，为追求效益而盲目扩张大宗茶的种植面积，忽视茶叶质量，忽视良种茶叶的培育。如何选择合适的茶叶种植地，尤其是优质茶的选址，成为了赤壁市茶叶种植的首要任务。

国内一些学者针对气候、土壤和地形等因素对茶叶种植的适宜性进行研究，为优化茶叶种植提供科学依据。本文以赤壁市为研究区域，基于GIS技术，利用土地利用、土壤、气象、DEM等茶叶生长的关键基础数据，选取8个评价因子，确定各因子权重，构建综合评价模型，为赤壁市茶叶种植规划提供依据，对茶叶种植综合评估具有参考价值。

2数据来源和研究方法

2.1研究区概况

赤壁市位于湖北省东南部，东经113°32'-114°13，北纬29°28'-29°55。东接咸安区，南交崇阳县，西隔蟠河与湖南临湘市相邻，东北连嘉鱼县，西北与洪湖市隔江相望。素有湖北的“南大门”之称。赤壁市总土地面积为1732平方千米。现辖9个镇、1个乡、3个办事处、1个农业开发区、3个国有农、林、茶场。总人口于2014年统计为54.7万人。

赤壁市地形自西南向东南一带偏高，西北到东北一带略低，形成自南向北倾斜，山地、丘陵、岗埠、平原、湖泊依次排列，构成“六山两水两分田”。南部为海拔500米左右的低山群，中部为丘陵地带，北部长江沿岸地区为海拔50米左右的冲积平原。赤壁市气候属于亚热带季风气候，四季分明。年均气温在16℃左右，降雨充沛，历年年均降雨量为1604毫米。适宜的自然环境条件使得赤壁市成为茶叶种植大市。截至2014年12月底，全市茶叶总面积达到13.3万亩，茶叶年产量3.1万吨。全市茶产业链产值21亿元，位居全国100个重点产茶县市第10位。其中，砖茶销售市场占全国近35%的份额。

2.2数据来源

DEM数据是全球空间分辨率为30米的数字高程数据产品，利用ASTER GDEM第一版本的数据进行加工得来。数据来源于国际农业研究磋商组织（http：//http：//srtm.csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp）

气候数据包括年平均气温、≥10℃年均积温、年平均降雨等数据信息。气象数据来源于人地系统主题数据库（http：//www.data.ac.cn/）

土壤数据由GLC2000项目开发的基于SPOT4遥感数据的全球土地覆盖数据的中国子集部分。土壤数据来源于diva地理信息系统网站（http：//www.diva-gis.org）

2.3研究方法

收集地形数据、土壤数据、气象数据等数据，并进行预处理。根据因子选取原则和赤壁市茶叶种植的实际状况，选取适合茶叶种植的主要评价因子以及确立评价因子权重，建立评价指标体系。然后对各因子进行评价分析，并进一步进行加权叠加分析，得出赤壁市茶叶种植适宜性分布图。

3赤壁市茶叶种植适宜性评价分析

3.1评价指标体系的构建

结合评价因子选取原则（可操作性、主导因子和综合性），从地形条件、气候条件、土地条件三个方面考虑，选取高程、坡度、坡向、降水、气温、积温、地类、土壤8个因子作为主要评价因子。采用专家打分法，由专家对评价因子的权重进行概率估计。经过多轮打分后，得到8个评价因子的权重，如表1所示，構建赤壁市茶叶种植适宜性评价指标体系。

3.2单因子评价

3.2.1高程因子分析

茶叶种植技术资料表明，大部分高山名茶的海拔均在400-700米之间。超过800米，茶叶生长会因低温而受限。基于赤壁市的海拔状况，可以不考虑高海拔限制给茶叶带来冻害的问题。以ArcGIS软件为平台，采用赤壁市DEM图，将高程分为四个等级：3～100米、100～200米、200～400米、400～700米。其中，400～700米地区为最适宜地区，分布在赤壁市东南部的随阳镇、竹山镇一带，沿赤壁市南一带也有零星分布，可作为优质茶的种植地。200～400米地区为较适宜地区，分布在陆水以东的整个赤壁市东南部及南部一带。3-100米地区为不适宜地区，100-200米地区为较不适宜地区。3～200米地区分布较广，占整个市的3/4。

3.2.2坡度因子分析

茶叶种植技术资料表明，茶树的种植与坡度关系密切。8。以下的缓坡土壤侵蚀的程度小，易于水土保持，可广建茶园;15°～25°的中坡，侵蚀作用不大，可进行梯级茶园的建设;25°以上的陡坡区保水、保土和保肥能力差，遇到暴雨则会形成强烈的冲刷作用，不利于优质茶叶的种植。采用赤壁市DEM图，利用ArcGIS软件坡度工具生成赤壁市坡度图。将坡度分为五个等级：0～8°、8～15°、15～25°、25～35°、35～60°。其中，0～8°地区为最适宜地区，分布范围较广，赤壁市东中西部均有较多分布，可作为优质茶的种植地。8-15°和15～25°地区为较适宜地区，分布比较分散，主要分布在南部低山群及中部丘陵附近一带。25～35°地区为较不适宜地区。35～60°地区为不适宜地区，集中在赤壁东南及南部一带。

3.2.3坡向因子分析

茶叶受光照影响强烈，所以也要考虑坡向的影响。北半球的南坡光照充足，但长期的阳光直射，会直接导致酚类物质和叶绿素的氧化;而北坡和偏北坡光照相对较少，使茶叶缺乏足够的热量，茶多酚含量偏低。两种坡向均会影响茶叶品质。偏南坡既不会有长时间直射，也不会缺少光照，所以优先考虑该坡向为优质茶的最佳种植区。采用赤壁市DEM图，利用ArcGIS软件坡向工具生成赤壁市坡向图。将坡向划分为8个等级：北坡、东北坡、东坡、东南坡、南坡、西南坡、西坡、西北坡（不考虑无坡向的平坡和重复的北坡）。将东南坡和西南坡视为偏南坡，除了在黄盖湖、西凉湖及陆水湖等地区没有分布，赤壁市内均有分布。偏南坡为最适宜地区，南坡为较适宜地区，东坡、西坡、偏北坡为较不适宜地区，北坡为不适宜地区。

3.2.4地类因子分析

土地利用类型对茶叶的种植起着至关重要的作用。园地可规划用来建设专门的茶产业园，而未利用地经过适当地平整和修复后，也有可能成茶叶种植区。在茶叶种植选址中，林地、耕地受人为因素影响难以被开发利用，湖泊则无法利用。所以林地、耕地及湖泊等不能被用来作为茶叶种植地。

对GLC2000项目中中国片区lucc图进行地图配准，用掩膜工具进行裁剪，获取赤壁市土地覆盖类型图。将地类划分为六个等级：旱地、园地、林地、未利用地、水田、湖泊。园地和未利用地分别占13.9%和0.6%，分布于东部的陆水河与黄盖湖之间的平原地区，西部有零散分布。这两种地类分布区可作为优质茶种植区。旱地约占26.9%，沿着省道217、国道107及京港澳高速呈条带状分布，可能是早期为了建设发展而占用部分旱地作为道路用地。水田主要分布在三大湖泊附近，约占10.3%。林地面积较广，中南部的低山群和南部的高山地沿线分布密集。园地和未利用地为最适宜地区，林地为较不适宜地区，旱地、水田、湖泊为不适宜地区。

3.2.5土壤因子分析

茶叶种植技术资料表明，茶树生长要求酸性的土壤条件，最适宜的pH值为4.5-5.5。由于pH值数据难以收集，所以用土壤因子替代。红壤呈酸性，表土与心土pH值为5.0-5.5，底土pH值为4.0，符合茶叶生长对pH值的要求。对赤壁市土壤图进行分类划级，突出红壤部分。将土壤图划分为三个等级：水稻土、红壤、潮土及水域。红壤为最适宜地区，分布广泛，集中在赤壁市中部及东南部。水稻土、潮土及水域为不适宜地区，潮土分布在黄盖湖、陆水、西凉湖等赤壁市境内大小水域周边，水稻土主要分布在水域周边的平原区域。

3.2.6降水气温因子分析

茶叶种植资料表明，一般茶区的年降水量在1150～1400毫米，年均气温在13°C以上。由于茶叶喜温喜湿，所以在一定范围内，温度高降水多湿度大的地区更适宜茶叶种植。受数据条件限制，选择赤壁市周边城市武汉、仙桃、嘉鱼、黄石、洪湖、崇阳等地作为气象站点。采用克里金插值法，得到赤壁市的年均降水图和气温图，并进行分类划级。将降水量划分为两个等级：1350～1400毫米、1400～1490毫米。以黄盖湖南与西凉湖南的连线为界，以南雨量较多，可作为优质茶的种植地。将均温划分为两个等级：16%～16.5°C、16.5°C-17°C。以陆水为界，东部年均温相对较高，更利于茶叶生长。

3.2.7积温因子分析

资料表明，以≥10℃积温作为考察指标能反映茶叶种植对热量的要求。在有水分供应的条件下，≥10℃的年活动积温越高，采茶次数越多，产量越高。用克里金插值法，得到赤壁市年均积温分布图。将积温划分为三个等级：5200～5250°、5250～5350°、5350-5400°。以双石水库和杨家山的连线为界，以东的赤壁市东南部地区积温最高。积温5200～5250°区分布在西凉湖以西、陆水以东的赤壁市中偏北地区。而积温较高区占赤壁市面积的2/3，分布较广。虽然市内年均积温均在4500℃～5500℃，差距不大，大部分地区都满足茶叶生长所需的积温条件，但茶叶种植对积温的要求是越高越好。因此，5350～5400°地区为最适宜地区。5200～5250°、5250～5350°地区为较适宜地区。

3.3赤壁市茶叶种植适宜性综合评价

在考虑权重的基础上，对各个因子进行评价计算，最后叠加分析基本表达形式可以用式（1）表示：

S=∑WiXi（1）

S是适宜性等级，xi为变量值，wi为权重，i=l，2，3，……n。

在AreGIS平台上，运用加权叠加工具给各个因子分配合适的权重值，调整适宜程度，得出赤壁市茶叶种植适宜性分布图，如图1所示。

将赤壁市茶叶种植适宜性分布图划分为四类：最适宜区、较适宜区、较不适宜区、不适宜区。

（1）最适宜区

最适宜种植茶叶的地区较少，面积约1680.04公顷，仅占赤壁市的0.97%，主要分布于赤壁市东南部随阳镇及星星竹海以西一带。这些地方高程均在400米左右，坡向为偏南坡，坡度在15°以下，年均气温16.5°C以上、年均降水約为1450毫米、积温5350℃左右。由于自然环境条件皆为最佳，所以非常利于茶叶生长需要和茶叶品质的形成。可以在此形成局部规模化的生产，栽培优质的高山茶叶和有机茶叶。

（2）较适宜区

较适宜种植茶叶的地区面积约23970.88公顷，占13.84%，分布分散。西部主要分布在黄盖湖以北以东的平原地带、柳山镇一带;东部呈间断的带状分布于沿京港澳高速附近地区;东南在星星竹海以西、陆水湖以东一带分布较多。这些地方的高程在200米左右，坡向不一，坡度在35。以下，气温降水积温较适宜。由于较适宜区与大部分园地位置相重合，可以推断园地的绝大部分地区是满足茶叶种植条件的。可以在此修建大规模的茶园，通过发展技术、改良因子等措施改善茶叶的种植。

（3）较不适宜区

较不适宜种植茶叶的地区最广，约101044.88公顷，占58.34%。整个赤壁市境内均有分布。通过对比地类图与适宜性分布图可以看出，较不适宜区与林地和耕地范围相吻合。这些地方受高程、气象等因子影响不大，符合大部分自然种植条件。但在土地利用过程中，耕地和林地的开发要求极为严格，难以被开发用于茶叶种植。

（4）不适宜区

不适宜种植茶叶的地区约46504.2公顷，占26.85%。集中分布于西北部的黄盖湖片区、东北部的西凉湖片区及中南部的河流湖泊区。受地类影响最大，说明湖泊与耕地是限制性因子。在规划和选址过程中尽量避免在这些地方种植茶叶。

4讨论

针对茶叶种植布局提出建议：（1）充分发挥赤壁市独特的自然资源优势条件，合理选择茶叶种植区。对于较少的最适宜区，由于附近开发程度小，自然生态条件较好，在不破坏环境的条件下，可以进行优质茶叶的种植。（2）较适宜区占赤壁市面积广，主要受地类影响较大。较适宜区大部分与园地分布相吻合，可考虑通过进行局部土地修复或平整，对小气候的改善使其更适宜茶叶种植。