云南省小粒咖啡种植生态适宜性区划*

张明达, 王睿芳, 李 艺, 胡雪琼, 李 蒙, 张茂松, 段长春

云南省小粒咖啡种植生态适宜性区划*

张明达1, 王睿芳2, 李 艺3, 胡雪琼1, 李 蒙1, 张茂松1, 段长春4**

(1. 云南省气候中心 昆明 650034; 2. 普洱学院农林学院 普洱 665000; 3. 云南国际咖啡交易中心 普洱 665000;4. 云南省气象科学研究所 昆明 650034)

小粒咖啡产业是云南省发展高原特色农业和精准扶贫的重点内容, 开展生态适宜性研究有助于优化布局和扩大规模。基于ArcGIS建立了云南省气候、土壤理化、地形地貌因子精细化空间分布模型, 利用层次分析法确定3个层次、11个生态适宜性指标权重, 在重点区域进行小粒咖啡种植区生态适宜性分析及区划研究。结果表明: 1)气候因子是小粒咖啡种植生态适宜性的关键性因子, 地形地貌因子影响其次, 土壤理化性质因子的影响最小; 最冷月平均气温、2—3月降水量和海拔3项因子对小粒咖啡生态适宜性影响较大, 各地在开展种植规划时要重点关注。2)小粒咖啡最适宜、适宜种植区主要分布在云南西南部和东南部, 分别占国土面积的18.8%和15.0%, 次适宜区占国土面积的21.0%。3)普洱市小粒咖啡适宜性最好, 在中部和南部可开展大规模种植; 临沧、德宏和保山等地应结合横断山脉的影响, 在适宜性高的区域加强规划; 西双版纳、文山、红河适宜性条件好, 需加强规划和提高投入, 充分发挥生态资源优势潜力; 大理、怒江以及河谷热区也可以开展小粒咖啡种植, 但需注意防范低温和干旱等灾害的影响。4)经采样点调查验证, 生态适宜性分析及区划结果准确。云南省仍有较大范围的小粒咖啡种植适宜区, 加强适宜种植区的规划布局有助于提高产量和品质, 进而提升云南省小粒咖啡产业的国际竞争力。研究方法可以推广至其他高原特色农业品种, 为优化选址规划和科学生态布局提供科学依据。

小粒咖啡; 生态适宜; 云南; 种植区划; 层次分析法

咖啡是茜草科(Rubiaceae)咖啡属()多年生常绿灌木或小乔木, 主要栽培种有小粒咖啡(L)、中粒咖啡(Pierre)和大粒咖啡(Bull ex Hiern)。其中, 小粒咖啡的种植面积与产量均占世界咖啡总面积及总产量的80%以上。全球咖啡主产区主要分布在拉丁美洲、非洲和亚洲。中国咖啡已有100多年的引种历史[1], 云南省大理州宾川县平川镇朱苦拉村引种的咖啡树可以追溯到公元1904年[2]。小粒咖啡生性畏寒、温度不宜过热, 喜静风、温凉、湿润、庇荫或半庇荫的生态习性[3], 在冬暖夏凉的中亚热带和南亚热带地区最适宜种植[4]。云南低纬高原的热区和亚热带地区主要位于南部、西南部以及干热河谷地带, 区内山高谷深、立体气候明显, 气候温凉、昼夜温差大、热量条件好、雨量适中, 是最适宜小粒咖啡生长的地区。云南省是中国小粒咖啡的主产区, 国内最大的小粒咖啡种植基地和贸易出口集散地, 种植区主要分布在11个地州(市)的42个县(市)及干热河谷地区。2016年云南小粒咖啡产量达15.84万t, 占全国的98.8%, 种植面积达116 973.33 hm2, 占全国的98.44%, 现已成为当地农民收入的主要来源、地方财政的主要税源以及出口创汇的重要农产品。云南小粒咖啡品质优异, 浓而不苦, 香而不烈, 颗粒均匀, 醇香浓郁, 略带果酸, 总体品质达到世界一流咖啡水平。

应用GIS技术, 基于气象、地理和土壤信息的协同作用, 开展生态因子适宜性研究和种植区筛选, 是当前作物种植区划的主要研究方法[5], 可以为种植模式设计、产量预测和种植业结构优化提供重要依据。从气候条件、地形地貌和土壤条件来看, 云南省与小粒咖啡起源地的东非(埃塞俄比亚、肯尼亚)地区和全球主要生产国(巴西、越南)都非常相似[6-7]。目前, 除了普洱、保山两个市内有较大范围的农场和基地外, 全省热区尚有大量的宜植区土地资源均因规划力度不足, 配套设施缺乏, 仅有零星种植或尚未开发, 且产业科技化程度不高、规模化生产程度低, 严重制约了云南省小粒咖啡产业的发展。国外关于小粒咖啡种植适宜性的研究主要集中在全球主产区, 并已延伸到气候变化与适应层面[8-10], 而国内尚鲜见研究报道。本研究围绕小粒咖啡种植的气候、土壤和地形地貌等生态适宜性因子, 采用层次分析法对3个层次的11个因子进行权重评估, 结合采样点、重点产区的产量、种植面积等资料进行适宜性结果验证, 最终获得云南省小粒咖啡种植生态适宜性区划。旨在准确提供云南小粒咖啡种植空间分布、区域面积、生态适宜性优劣评价及发展对策建议等信息, 为地方农业生产决策提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

云南省位于21°08′32″~29°15′08″N, 97°31′39″~ 106°11′47″E, 北依青藏高原, 南临印度洋、太平洋, 受云贵高原大地形和东南、西南季风的综合影响, 气候资源兼具了低纬气候、高原气候和季风气候的特征, 热量资源丰富, 冬无严寒、夏无酷暑。云南四季(春、夏、秋、冬)平均气温分别为17.9 ℃、21.7 ℃、16.9 ℃和10.4 ℃, 年平均降水量1 086.2 mm, 年均日照时数2 020.7 h, 平均海拔约2 000 m, 冬干夏湿分明, 除少数高寒山区外, 大部地区最冷月平均气温在8~10 ℃以上。云南省西南部、东南边缘以及中北部的干热河谷, 是云南省主要的热带、亚热带地区, 这些区域地形以山地、坡地为主, 海拔大部分在1 000~2 000 m, 土壤肥沃、日照充足、雨量丰富、年温差小、昼夜温差大, 为小粒咖啡高产优质种植提供了非常广阔的适宜环境。

1.2 数据来源

气象数据来源于云南省125个国家气象站1981— 2018年连续38年的逐日气象观测资料, 统计整理获得各气候要素的均值信息, 并采用多元线性回归建立各气候要素精细化空间推算模型。选取与小粒咖啡种植和生长密切相关的年平均气温(year)、年降水量(year)、最冷月平均气温(coldest)和2—3月降水量(2-3), 作为气候适宜性区划指标。地形地貌数据采用云南省1∶25万数字高程模型(DEM), 应用ArcGIS提取小网格经度、纬度、海拔、坡度、坡向等栅格数据, 选用海拔高度、坡度和坡向, 作为地形适宜性区划指标。土壤数据选取国家地球系统科学数据平台(http://westdc.westgis.ac.cn)发布的世界土壤数据库(Harmonized World Soil Database version 1.2, HWSD1.2), 数据格式为grid栅格, 投影为WGS84。其中, 酸碱度(pH)为数据库直接调用, 土壤质地、有机质含量和土壤侵蚀强度为基于多套土壤学模型方程, 利用HWSD1.2数据库相关参数进行计算求得, 作为土壤理化性质适宜性区划指标。将小粒咖啡生态适宜性区划结果划分为4个等级, 最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区, 各生态因子适宜性评价及区划指标分级标准见表1。

表1 云南省小粒咖啡生态适宜性评价指标[11]

1.3 研究方法

1.3.1 评价指标选取

小粒咖啡植株的生长发育主要受气候、地形和土壤的影响, 气候条件决定了咖啡的产量、品质和病虫害等[12]。温度是限制小粒咖啡生长和分布的关键因素[13], 低温持续时间决定植株受冻害程度, 年平均气温在19~21 ℃且无低温冻害的地区最适宜小粒咖啡生长, 当气温过低时, 植株生长缓慢, 气温过高则会引起净光合作用下降, 嫩叶灼伤、干枯。降水也是决定气候适宜性的重要因素[14], 小粒咖啡虽然具有一定的抗旱能力, 但在花期—幼果期遭遇干旱会使花蕾发育不正常, 幼果缺水发育不良, 各项生理参数衰变, 光合速率迅速下降[15], 致使幼果干枯、结果率和成果率低[16]。云南省小粒咖啡的花期一般是2—7月, 盛花期在3—5月, 由于云南各地自4月下旬开始陆续进入雨季, 因此2—3月降水尤为重要。气候指标中并未选取日照时数, 因为小粒咖啡是短日照植物, 且不耐强光, 适宜在庇荫或半庇荫的环境中生长。日照超过13 h将导致叶片提前衰老和落叶, 枝叶徒长、花果稀疏, 易引起烟煤病[17], 适当的荫蔽也可以提高抗病虫害的能力, 提高产量和品质[18]。

地形地貌和土壤理化性质对小粒咖啡种植生产与科学选址都具有重要的意义, 其中地形因子包括海拔、坡度和坡向, 土壤因子包括土壤侵蚀度、土壤质地、有机质含量和pH。海拔是影响小粒咖啡品质的重要因素[19], 高海拔种植区开花晚、花期长, 果实成熟期晚, 利于有机质积累, 酸度和蔗糖含量的增加。海拔与千粒重、总糖含量和果酸度呈显著正相关, 与咖啡因含量显著负相关, 与粗脂肪含量显著负相关。小粒咖啡适宜在平地、丘陵坡地栽培, 坡地种植有利于缓解资源与环境压力[20]。坡向是影响热量、光照和小气候条件的关键因子, 种植宜选择阳坡、半阳坡和半阴坡, 其中以南坡适宜性最好、西坡好于东坡、北坡适宜性最差。小粒咖啡适宜在土层深厚、肥沃、质地疏松、有机质含量丰富的地区种植。由于植株根系浅, 对土壤侵蚀强度较敏感[21], 对养分吸收能力较差。土壤有机质含量直接控制小粒咖啡的生长发育和品质形成, 尤其在云南西南部的山区, 有机质含量限制小粒咖啡植株生长和净光合速率[22]。土壤酸碱性主要影响矿质元素和养分的吸收和利用, 酸性过高影响根系发育, 降低钾、镁和钙等阳离子有效性[23]。

1.3.2 气候因子精细化推算

基于云南省125个国家气象站1981—2018年气候要素均值, 采用多元线性回归分析法对平均气温和降水量的逐月、年值与各个观测站点的纬度()、经度()和海拔()建立线性回归模型, 再通过残差订正、空间内插[24], 生成各气候因子指标的精细化空间分布。其中, 最冷月平均气温为冬季(12月—翌年2月)3个月平均温度中的最低值。各项气候要素的线性回归方程均通过了显著性检验, 各方程相关系数均为0.6~0.9, 气温方程总体的回归趋势和相关性较好, 降水由于空间不连续性和研究区域面积过大, 显著性和相关性稍偏低(表2)。

表2 云南省小粒咖啡气候适宜性因子空间分析模型

: 纬度;: 经度;: 海拔。: latitude;: longtitude;: altitude.

1.3.3 土壤质地和有机质含量推算

采用国内外土壤科学研究中应用最为广泛的美国制土壤质地分类标准[25], 按砂粒、粉粒和黏粒的百分比, 基于HWSD1.2数据库对云南省土壤质地和土壤有机质进行分级计算。参照土壤质地分类美国制等边三角形, 以黏粒(<0.002 mm)含量为主要分级标准确定4个质地组, 再以粉(砂)含量的规定比例计算得出12级分级。土壤有机质的主要组成成分是土壤有机碳, 所以土壤有机质含量一般可以用有机碳的比例进行换算, 国际上通常采用范贝梅伦系数(Van Bemmelen factor)乘以测定的土壤有机碳来确定土壤有机质含量[26], 依据农业行业标准《土壤检测第6部分: 土壤有机质的测定》(NY/T 1121.6— 2006), 取系数为1.724[公式(1)]。基于HWSD1.2中的砂粒(SAND)、粉粒(SILT)、黏粒(CLAY)和土壤有机碳(T_OC), 计算得出云南省土壤质地和有机质含量的空间分布。

式中: SOM为土壤有机质含量, TOC为土壤有机碳含量。

1.3.4 基于RUSLE模型计算土壤侵蚀强度

RUSLE模型是国内外通用的土壤侵蚀计算模型[27], 通过降水侵蚀力()、土壤可蚀性()、坡长()、坡度()、植被覆盖()和水土保持()几个因子相乘[公式(2)], 得出土壤侵蚀量()。采用逐月降水量精细化模型、云南省土地利用类型分布数据及HWSD1.2数据库, 计算云南省土壤侵蚀强度。其中,因子采用Wischmeier公式[28], 通过月平均降水量和年平均降水量, 确定降水特性指标与土壤流失关系[公式(3)],p和分别是月均和年均降雨量;因子采用EPIC模型方法[29], 通过土壤有机碳(T_OC)和砂粒(SAND)、粉粒(SILT)、黏粒(CLAY)的含量百分比进行估算[公式(4)], 其中SN1=1-SAND/100;因子和因子通过DEM数据在ArcGIS的Spatial Analyst模块进行提取和推算, 其中因子由坡长和坡长指数计算求得[公式(5)],因子则由每个像元的坡度求得[公式(6)];因子和因子则采用土地利用类型经验值。土壤侵蚀强度分级标准依照水利部《土壤侵蚀分类标准》(SL190—2007)进行分级, 选用南方红壤丘陵区/西南土石山区的方法, 最后获取云南省土壤侵蚀强度分布情况。

1.3.5 层次分析法确定生态因子权重

采用层次分析法(AHP)对气候、地形、土壤3个层次的11个生态适宜性评价指标, 建立Satty标度权重系数判断矩阵[30]。采用德尔菲法(Delphi)结合文献查阅, 获得气象、农业领域专家和种植大户等技术专家20余名, 对各生态适宜性因子的重要性进行打分, 确定因子之间的相对重要性[31]。围绕目标层生态适宜性评价, 首先建立气候、地形、土壤3个准则层, 再构建3个准则层内共11个适宜性指标的判断矩阵, 两两比较判断同一层次中每个指标的相对重要性, 建立判断矩阵, 最后进行层次排序和一致性检验, 最终形成特征向量权重(表3)。经过一致性检验, 气候因子单排序CR值为0.05, 地形因子单排序CR值为0.01, 土壤因子单排序CR值为0.02, 生态适宜性层次排序CR值为0.008, 各个层次排序的CR值都<0.1, 因此各判断矩阵均具有满意的一致性。

2 结果与分析

2.1 云南省小粒咖啡种植生态适宜性区划

基于ArcGIS进行适宜性区划图的制作, 首先对11个生态适宜性因子进行重分类赋值, 再结合层次分析法确定的权重系数进行栅格运算, 各因子均不作为限制性指标, 使用自然断点法进行分级, 最终获得各个层次的适宜性区划结果。图1为云南省小粒咖啡种植气候、土壤理化性质和地形地貌适宜度11个生态因子的空间分布结果, 图中标注的小粒咖啡采样点信息, 是由云南省咖啡交易中心提供的部分咖啡庄园分布点资料, 以及通过CNKI文献数据库检索的关于云南省小粒咖啡种植试验点、种植农场所在地信息, 并补充了云南省气象局的野外实地调查和小粒咖啡农田小气候观测站的定位信息, 共计73条, 覆盖了云南省小粒咖啡种植区的11个地州, 尤其是普洱、保山等地市分布较均匀, 代表性强。

表3 云南省小粒咖啡生态适宜性层次分析指标及权重

图1 云南省小粒咖啡种植生态适宜性因子的适宜性分布特征

从气候适宜性区划结果来看(图2a), 云南省小粒咖啡种植的最适宜区主要集中在德宏州中南部、保山市中部、临沧市西部、普洱市南部、西双版纳州中部和文山州的东部及南部, 还包括怒江、澜沧江、元江流域的河谷地区, 占国土面积的15.1%, 这些地区的各项气候指标均能高度满足小粒咖啡生长发育需求。西双版纳州南部、保山市南部2—3月降水偏少, 文山州大部和红河州北部年降水少、低温偏多, 临沧市中部、普洱市北部等地低温偏多, 是小粒咖啡种植的适宜区, 占国土面积的21.2%。玉溪市大部、临沧市北部、保山市东部、楚雄州元谋县、丽江市华坪县和大理州宾川县等地, 是小粒咖啡种植次适宜区, 占国土面积的20.5%, 这些地方均不同程度地受到最冷月低温和年降水不足的限制, 国内其他学者的研究也表明, 元谋县在小粒咖啡生长需水关键期水分亏缺较大[32], 宾川县的朱苦拉村受低温冻害影响[33]。

从地形地貌适宜性区划结果来看(图2b), 德宏州中南部、普洱市大部、西双版纳州北部、红河州北部、文山州北部及楚雄州元谋县、丽江市华坪县及大理州宾川县等地, 为小粒咖啡种植的最适宜区, 占国土面积的15.0%。西双版纳州南部、文山州中部及东部海拔高度较低, 为小粒咖啡种植的适宜区, 占国土面积的19.1%。临沧市中部、普洱市北部、保山市中部受到高黎贡山、无量山和哀牢山等横断山脉的地形影响, 海拔偏高, 地形起伏度大, 坡度偏大, 红河州中部及南部由于海拔高度偏低, 为小粒咖啡种植的次适宜区, 占国土面积的28.0%。

图2 云南省小粒咖啡气候(a)、地形(b)、土壤(c)和生态(d)适宜性区划

从土壤理化性质适宜性区划结果来看(图2c), 云南省西南部和东南部的小粒咖啡主要种植区土壤黏粒性和粉性较高, 土壤质地较好, 有机质含量为中上等, 但土壤侵蚀强度较大, 酸碱度偏低。其中, 文山州大部和普洱市南部等地土壤黏性较高、侵蚀强度低、有机质含量较丰富, 为小粒咖啡种植最适宜区, 占国土面积的29.1%。红河州中部、普洱市中部、临沧市北部、保山市大部和德宏州北部, 受土壤侵蚀强度和土壤有机质含量的影响, 为小粒咖啡种植适宜区, 占国土面积的49.5%。保山市东部、德宏州南部、临沧市西部、普洱市西部、西双版纳州大部和红河州大部地区, 土壤中含沙量较大、质地较差, 同时土壤偏酸性, 为小粒咖啡种植次适宜区, 占国土面积的20.1%。

综合分析气候、地形地貌和土壤理化性质3个层次生态适宜性来看(图2d), 云南省小粒咖啡种植最适宜区主要集中在德宏州中部和南部、保山市中部、临沧市中部及西部、普洱市大部、西双版纳州中部和北部以及文山州北部和东部等地, 占云南省国土总面积的18.8%。文山州西部、红河州北部、楚雄州北部等地及云南省内主要江河河谷地区地形地貌条件和土壤理化条件较好, 但由于气候条件的限制, 为小粒咖啡种植的适宜区, 占国土面积的15.0%。楚雄州南部、文山州中部及西部、红河州中部及南部、西双版纳州南部及临沧市北部等地, 受地形地貌的影响, 加之降水条件不足, 是小粒咖啡种植的次适宜区, 占全省国土面积的21.0%。

2.2 云南省小粒咖啡主产区生态适宜性评价

结合云南省9个小粒咖啡主产区2016年的种植面积、产量资料, 与各州市的生态适宜性状况进行对比讨论(图3、表4)。普洱市小粒咖啡种植面积和产量最高, 最适宜、适宜区比例(81.3%)为全省第2, 仅次于西双版纳州(95.9%), 但由于普洱市土地面积是西双版纳州的两倍多, 因此普洱市最适宜、适宜区面积均为全省最多。临沧、德宏、保山3个州市种植面积和产量在全省位列第2~4位, 最适宜、适宜区面积在全省排名分别为第5、第6和第7, 3个州市的小粒咖啡产业仍有更多的发展空间, 尤其是临沧和德宏两地, 种植面积虽大于保山, 但产量却不及保山, 应更注重挑选适宜性较高的区域开展种植, 增加产量。西双版纳州最适宜、适宜区面积较高, 位列全省的第3位, 但综合考虑到热带雨林保护区和橡胶产业发展, 可大力发展小粒咖啡—橡胶套种模式, 增加种植面积和产量。文山和红河2个州均有较高的最适宜、适宜区比例, 面积排名分别为全省第2和第4, 小粒咖啡种植产业发展潜力非常巨大, 但因规划推广力度不足, 种植面积和产量仅有全省的1%左右。怒江州和大理州由于受到低温冷害和地形起伏的影响, 不适宜区比例偏高, 应注意做好低温冷害的防控, 宜在干热河谷区等重点示范地区推广种植。

图3 云南省小粒咖啡主产区产量、面积和生态适宜性比例

表4 云南省小粒咖啡主产区各生态适宜性的面积

参照云南省政府办公厅颁布的《云南省高原特色现代农业“十三五”咖啡产业发展规划》, 围绕云南省9个地州的27个咖啡产业重点县进行生态适宜性分析(表5)。从表中可以看出, 瑞丽、景洪、勐海、思茅4个县(区)最适宜区比例最大, 均超过80%, 不适宜区接近为0, 这些地区海拔适宜性高, 水热资源丰富, 全年无低温寒害, 是全省最适合发展小粒咖啡产业的地区。西双版纳州和普洱市的重点县均有较高的小粒咖啡种植适宜性, 最适宜、适宜区达全市的85%以上。德宏州、保山市、临沧市的几个重点县, 受到山脉地势的影响, 气候和地形因子分异性较大, 次适宜区和不适宜区比例有所增加。麻栗坡县和河口县的不适宜区面积均不超过1%, 但由于海拔高度较低, 次适宜区比例大; 其中河口次适宜区达53.1%, 在27个县中比例最高。泸水县和宾川县由于降水、低温和地形因子的影响, 最适宜区、适宜区面积比例均较低, 不适宜区均超过75%, 可种植区主要为次适宜区。

3 讨论与结论

云南拥有丰富的优质丰产小粒咖啡适宜种植地,产业开发潜力巨大, 且南部的热带和亚热带气候区与世界小粒咖啡原产地和主产区气候类型和地形地貌相似度高[34], 现存优质种质资源丰富, 产业发展潜力非常巨大。由于山地气候特征和复杂地形条件, 需要考虑山区气候因子、地形因子和土壤因子的综合影响, 在缺少气象、土壤等相关要素的观测站点时, 开展复杂地形条件下的生态适宜性精细化研究和区划非常必要。综合气候、地形地貌和土壤理化性质3个层次共11个生态适宜性因子, 获得云南省小粒咖啡种植生态适宜性分析及区划。结合73个小粒咖啡采样点信息可以看出, 绝大多数采样点均分布在最适宜、适宜区, 生态适宜性指标选取适当, 区划结果准确。如怒江峡谷、澜沧江和元江河谷热区的种植采样点均定位在最适宜和适宜区, 保山、普洱、临沧的采样点均分布在高黎贡山和哀牢山等横断山脉地形影响下的最适宜、适宜区, 宾川朱苦拉受低温影响分布在次适宜区。

表5 云南省小粒咖啡重点县各生态适宜性的面积比例

从3个层次的适宜性分析结果来看, 气候因子是限制小粒咖啡种植的关键性因子, 地形地貌因子影响其次, 土壤理化性质因子的影响最小。其中, 气候适宜性因子中, 最冷月平均气温和2—3月降水量的综合影响决定了气候适宜性的空间分布, 北部地区年平均气温不足, 各地年降水量基本满足小粒咖啡生长需求, 低温冷害和花期降水的影响程度决定了种植气候适宜性。海拔高度是云南南部地区地形适宜性的关键影响因子, 表现出过高或过低海拔对小粒咖啡品质造成的影响。土壤侵蚀强度和土壤偏酸, 导致云南西南部小粒咖啡主要种植区的土壤理化性质为次适宜, 需要注意加强水土保持和田间管理。

普洱市生态因子适宜性最好, 7个重点县的最适宜、适宜区面积基本接近90%; 临沧市受高黎贡山地形影响, 各重点县高、中适宜区面积和比例在全省排名第5, 虽然种植面积全省第2, 远高于德宏州、保山市, 但产量却并不理想, 应因地制宜, 选取生态适宜性高的区域开展种植; 德宏州高、中适宜区面积全省第5, 在南部的3个重点县各项生态因子均为最适宜, 不适宜区比例不到10%; 保山市受高黎贡山、哀牢山两座横断山脉的影响, 高、中适宜区面积全省排名第7, 2个重点县的不适宜区超过40%, 在种植规划时一定要注意进行选址; 西双版纳州高、中适宜区面积全省第3, 2个重点县内95%的面积均适宜种植, 宜结合橡胶林等经济林木, 开展遮阴套种, 提高土地利用率和产出率; 文山州和红河州都有较大范围的高、中适宜区, 面积分别排在全省第2和第4, 但种植面积和产量却仅为全省的1%左右, 应发挥本地区巨大的优势潜力, 加大规划和推广力度, 引入先进技术, 提高种植规模, 增加布局小粒咖啡产业发展重点县; 怒江州和大理州受地形和低温影响区域较多, 应注意做好低温风险防控, 宜在重点示范地区推广种植, 打造地方品牌名片; 省内如楚雄元谋、丽江华坪、曲靖罗平和玉溪元江等干热河谷地区, 也是小粒咖啡种植的最适宜、适宜区, 这些区域热量条件好, 但降水条件稍差, 在灌溉条件好的区域也可以开展小粒咖啡种植。

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Ecological suitability zoning ofLin Yunnan Province*

Zhang Mingda1, Wang Ruifang2, LI Yi3, HU Xueqiong1, LI Meng1, Zhang Maosong1, Duan Changchun4**

(1. Yunnan Climate Center, Kunming 650034, China; 2. College of Agriculture and Forestry, Pu’er University, Pu’er 665000, China; 3. Yunnan International Coffee Exchange Centre, Pu’er 665000, China; 4. Yunnan Institute of Meteorological Sciences, Kunming 650034, China)

Arabica coffee (L) is the most important commodity of plateau characteristic agriculture and for targeted poverty alleviation in Yunnan. Research on the ecological suitability of planting is conducive for optimizing the layout and expanding the scale. There are no reports on the suitability ofusing GIS in China. Using ArcGIS, in this study, we established a refined spatial distribution model of climate, soil, and terrain factors and screened out three levels and 11 ecological suitability evaluation indexes using the analytic hierarchy process (AHP) to optimize the layout and expand the scale for planting. The results showed the following: 1) Climate is a key factor affecting ecological suitability, followed by terrain factor; soil factor was the least influential factor. 2) The minimum temperature of the coldest month, rainfall during February-March, and elevation had a significant effect on ecological suitability, which should be focused on while planning planting. 3) The most suitable and suitable areas forcultivation were mainly distributed southwest and southeast of Yunnan, accounting for 18.8% and 15.0% of the land area in Yunnan; sub-suitable areas accounted for 21.0% of the land area. 4) Pu’er City comprised a high proportion of suitable areas, and large-scale planting can be carried out in central and southern regions of Pu’er City. 5) The key counties in Lincang, Dehong, and Baoshan should make rational use of ecological advantages of the Hengduan Mountains to strengthen appropriate regional planning and layout of coffee cultivation. 6) Xishuangbanna, Wenshan, and Honghe had a high proportion of highly suitable areas, and therefore, it is necessary to strengthen the planning layout and planting scale, and make full use of the ecological advantages and potential. 7) Dali and Nujiang, as well as other valley hotspots in Yunnan, are also suitable forcultivation, but attention should be paid to prevent the effects of disasters such as low temperature and drought. There is still a large proportion of developmental potential areas forcultivation, which offers a foundation for improving yield and quality and enhancing the international competitiveness ofin Yunnan. By combining field investigation findings, our results indicate that ecological suitability and zoning analyses are accurate, which can be extended to the development of characteristic agriculture industry in the plateau, and provide a scientific basis for the optimization of site selection planning and scientific ecological layout.

L; Ecological suitability; Yunnan; Planting zoning; Analytic hierarchy process (AHP)

F323.2; P467

10.13930/j.cnki.cjea.190509

* 云南省科技厅重点研发项目(2018BC007)和中国气象局气候变化专项(CCSF201508, CCSF201426)资助

段长春, 主要研究方向为气候与气候变化。E-mail: duancckm@126.com

张明达, 主要研究方向为农业气象、气候与气候变化。E-mail: rockerdada@163.com

2019-07-09

2019-10-29

* This study was supported by the Science and Technology Program of Yunnan (2018BC007) and the Climate Change Specific Fund of China Meteorological Administration (CCSF201508, CCSF201426).

, E-mail: duancckm@126.com

Oct. 29, 2019

Jul. 9, 2019;

张明达, 王睿芳, 李艺, 胡雪琼, 李蒙, 张茂松, 段长春. 云南省小粒咖啡种植生态适宜性区划[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(2): 168-178

ZHANG M D, WANG R F, LI Y, HU X Q, LI M, ZHANG M S, DUAN C C. Ecological suitability zoning ofL. in Yunnan Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(2): 168-178