基于GIS 的德阳市晒烟种植环境气候适宜性研究

刘杨洋，陈 飞，卢晓宁，蔡嘉靖，雍 星

（1.德阳市气象局，四川德阳 618000；2.德阳市公积金中心，四川德阳 618000；3.成都信息工程大学，成都 610000）

中国是烟草大国，中国科技人员在烟草高产、优质生产上进行了大量的研究［1-4］。在烟草生产过程中，品种、水分含量、矿物质含量等对烟草的产量和质量都有重要影响。何川生等［5］对云南省的晾晒烟种质资源进行了普查研究，挑选出了15 个优异地方晾晒烟品种资源。在烟草大田生产中，漂浮育苗栽培方法运用较为普遍［6］。中国烟草除了在栽培、育种、病虫害等方面有大量的研究，在生态适宜性方面也有很多相关的研究。本研究从土壤和气候方面对德阳市晒烟的生态适宜性进行评价。

1 种植区域概况

德阳市地处30°30＇—31°30＇N，104°—105°E，位于四川盆地成都平原东北边缘，地势西北高东南低。德阳市位于北半球中纬度亚热带湿润季风区，四季气候温和，境内地形地貌多样，气候差异大，具有多种气候类型，主要有山地亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带等。德阳市年平均气温16.0～16.7 ℃，年总降水量771.2～968.4 mm，年平均无霜期283～290 d，常年农作物耕种面积约18 万hm2。大部分土质为壤土，少数为黏土，以水稻土、紫色土为主，有少部分黄壤、新积土、黄褐土；全市土壤pH 微酸性（5.5～6.5）约占20%，中性（6.5～7.5）约占20%，微碱性（7.5～8.5）约占50%以上。

德阳市晒烟栽种面积常年稳定在4 000 hm2以上。什邡、绵竹等地形成了大规模种植，产量和品质都位居全国前茅，1983 年什邡被国家列为著名晒烟生产县，晒烟成为当地农民的主要收入来源。什邡毛烟在德阳市具有悠久种植历史，该品种所产烟叶具有色泽深褐油亮、弹性好、吃味丰满、灰色洁白等特点。什烟1 号是什邡毛烟的代表，广泛种植在德阳市，育苗方式为漂浮育苗和传统育苗2 种，散户大多是传统育苗，烟草公司集中育苗采取漂浮育苗，传统育苗10 月上旬播种，次年3 月上旬移栽至大田，漂浮育苗11 月上旬播种，次年3 月上旬移栽至大田，2种育苗方式移栽后大田生长期间田间管理相似，次年5 月10 日左右开始收割第一片烟叶，持续至6 月收割完成，随后进入调制期，进行晾晒。

2 结果与分析

2.1 德阳市气候变化及时空分布情况

2.1.1 年平均气温时间序列演变 对德阳市1961—2015 年气温做趋向拟合，结果见图1。由图1可知，德阳市年平均气温呈上升趋势，增速为0.19 ℃/10 年，55 年升温1.05 ℃。

图1 德阳市年平均气温时间序列演变

2.1.2 德阳市年总降水量及季节时间序列演变 德阳市1961—2015 年总降雨量随时间呈减少趋势，下降率为33.2 mm/10 年，55 年降水量减少了182.6 mm（图2）；夏季降水量呈减少趋向，下降率为20.4 mm/10 年，55 年降雨量减少了112.2 mm；秋季降水量下降率为9.3 mm/10 年，55 年降水量减少了51.2 mm；冬季降雨量略有增加，增涨率为0.28 mm/10 年，55年增涨了15 mm。

图2 德阳市年总降水量时间序列演变

2.1.3 德阳市年总日照时数及分季节时间序列演变 1961—2015 年德阳市年日照时间呈波动式下降趋势，下降速率为53.3 h/10 年，55 年共减少了293.2 h（图5）。春、夏、秋、冬季日照时数均呈减少趋势，下降速率分别为2.51、27.45、8.14、14.44 h/10年，55 年分别减少了13.8、150.98、44.77、794.2 h。

图3 德阳市年日照时数时间序列演变

2.2 德阳市晒烟产量与环境气候的关系分析

生态环境、遗传和栽培技术是影响烟叶品质的三大重要因素，三者相互作用、合理搭配才能得到优质高产的烟叶［7，8］。由于各地区生态条件和品种不同，利用栽培措施进行改善和控制［9］；通过对烟草种质资源进行基因改进，对晒烟品质有一定程度改善和提高。在了解德阳市晒烟的物候特征基础上，探讨影响区域晒烟产量的关键生态因子，为区域晒烟的适宜性区划的评价指标的选取和体系的建立奠定基础。

2.2.1 晒烟的物候期特征 晒烟生长发育有营养生长和生殖生长2 大阶段，从萌芽到生根、长茎为营养生长阶段，从花芽分化到现蕾、开花结果为生殖生长阶段。从栽培生产的角度来讲，又分为苗床期、大田期和调制期3 个大的阶段。生产上，从播种到移栽前都为苗床期，苗床期又分为萌发出苗期、生根活棵期和成苗期。各烟草种植的地域不同、品种不同，苗床期长短差异较大，一般为50～60 d。德阳市晒烟的苗床期在大棚中度过，从10 月一直持续到次年3月。大田期整个过程可以分为还苗期、伸根期、旺长期和成熟期，还苗期是从移栽到成活的过程，伸根期是从成活到团棵的过程，旺长期是从烟株团棵到现蕾的过程，成熟期是从烟株开花到采烟结束的过程。烟叶采收到成品晒烟是调制期，晒烟的调制过程大多在露天晾晒或房间内阴干。大田期对晒烟的产量和品质尤其重要，由于大田期的栽培条件至关重要，因此气候、土壤等环境条件影响重大，重点研究了德阳市晒烟大田期的生态条件，从而区划出适宜晒烟生产的区域。

2.2.2 不同物候期晒烟生长与温度、水分、土壤环境、光照的关系 德阳市晒烟为一年生，整个生长过程对温度要求都比较高，8～38 ℃能够生长，最适宜的温度为25～28 ℃，当温度降至（-3）～（-2）℃时，烟株会死亡。种子萌发的最适温度为24～29 ℃，若温度低于7.5 ℃，种子将停止萌发，高于30 ℃则萌发十分缓慢，超过35 ℃已萌动的烟种将失去生命活力。烟草移栽到大田的过程中，气温应不低于10 ℃，且在耕层土壤10 cm 的温度也应在10 ℃以上。叶片成熟期的最适日平均温度为24 ℃，且日均温大于24 ℃的天数超过30 d 最佳。昼夜温差大有利于烟株的生长发育和干物质积累，对提高烟叶品质有一定积极作用。大田生育期的有效积温在1 000～1 800 ℃能够满足烟叶的生长需要［10］。

烟草根系深且喜湿忌涝，在整个生长过程中，叶片的含水量损失60%～80%会发生萎蔫现象，影响烟草产量和质量。一般烟草的整个生长所需降水量450～550 mm，烟株生长的前、中期需水量大，后期需水较少。从各个生育期来看，烟叶苗床期需水适中，土壤水分保持在田间持水量70%左右为宜，在烟株移栽到大田前10～15 d 要停止供水，进行断水炼苗，烟苗移栽后，降水较多有利于伸根还苗，移栽期到还苗期的叶面蒸腾速率较小，需水量不大，土壤水分保持在田间持水量60%为宜，此时若土壤水分低于田间持水量40%则烟株生长受阻，高于田间持水量80%则会造成根系生长差，对后期烟株的生长发育不利；还苗期过后，降水量稍有减少则有利于烟苗的生根，团棵期和旺长期需水量最大，需要充足的降水或灌溉，现蕾至成熟期的需水量有所减少，土壤水分维持在田间持水量的60%，水分稍微减少有利于提高烟叶的品质，若土壤水分过多容易导致成熟延迟和品质下降，成熟期后要适时采收，防止返青。

在土壤肥力方面，肥力水平的高低很大程度影响烟草的产量及品质。适宜的土壤有机质含量较易生产出高产、优质的烟叶；但土壤有机质含量水平过高，出产的烟叶叶片主脉粗壮且叶片肥厚，叶片中含氮物质比率较高，会导致烟叶色泽较差，品质不良。如果土壤有机质含量水平过低，烟株生长发育缺乏养分，烟株长势弱，植株矮小，烟叶叶片小而且薄，产量和品质均较差。因此，在中等肥力和肥力较低但适当施肥的土地种烟较为适宜。

不同质地土壤上种植的烟草品质差异大，表土疏松的轻壤、心土略紧实的中壤的混合土质最适合烟草生长，其保水保肥能力、排水通气能力强。在该混合质地土壤上种植烟草，前、中期营养生长旺盛，后期又能适时地落黄，产量和品质均好。如土壤质地黏重，排水和通气性较差，土壤温度较为恒定，不易上升，土壤中各种养分供应能力也表现迟缓，在这类土壤上种植的烟株，水分养分有延迟，生长前、中期生长缓慢，后期则成熟较迟。在沙质土壤上种植，土壤虽抗涝但水分流失过快，不耐旱，保水保肥能力差，生长后期有脱肥现象，所以产量低，且叶片薄、色泽淡，油分不足，品质也差。

烟草适合在光照充足的环境中生长，全生育期对光照强度有一定的要求，充足光照条件有利于光合物质积累，提高产量和品质。但对光照长短要求不严格，日平均光照时数8～10 h 为最佳。在生育后期，日照充足而不过于强烈是生产优质烟叶的最佳条件。光照欠缺对烟株的生长发育影响很大，容易造成早花现象，减少叶片数，会降低烟叶的产量；光照欠缺则叶片干物质积累较少，生长成熟缓慢，晾晒后烟叶的油份少，弹性差，整体品质都受到影响。最适宜的大田生育期日照时为500～700 h，成熟期日照时数要在300 h 以上，日照百分率要在50%以上。

2.2.3 德阳市晒烟丰产与欠产年份的气候比较分析 选取德阳市5 个县市区1960—1988 年丰产年份（单产最低年份）与欠产年份（单产最高年份），并选取晒烟种植大田关键期3—5 月的月平均气温、月累计降水量及月累计日照时数，对3 项气候指标进行对比，结果见图4。

图4 德阳市产量丰、欠年份气候条件对比

与欠产年相比，丰产年各地3 月平均温度较低，3 月春季多发倒春寒，倒春寒对晒烟还苗有不可逆转的影响，若3 月温度较高则易发生倒春寒，不利于晒烟的生根还苗。旺长期、成熟期丰产年与欠产年间差别不大。

丰欠年与欠产年间降水量差距较为明显。丰产年3 月生根还苗期水分在30～40 mm 较为适宜，欠产年水分太多或发生春旱，影响了还苗质量，丰产年旺长期水分适中，成熟期水分较为充沛，整个大田期间不缺水，利于烟苗的营养生长。

丰产年日照时数均大于欠产年，光照充沛为大田生长奠定了有机积累的基础条件。

适宜的温度，适中的水分，充沛的光照是丰产年德阳市晒烟单产高的重要气候特征。

2.4 德阳市晒烟种植区划因子的选取

气候条件是晒烟烟叶产量与品质的重要影响因素，也是影响种植适宜度的主要生态环境因素。光、温、水作为气候因素的主要组成部分，在德阳市晒烟生长的过程中起关键性的作用。作为德阳市晒烟适宜性区划中关键部分，区划因子的选择对区划结果的准确性、科学性与实用性起着决定性的作用。德阳市虽面积不大，但地形地貌复杂，海拔高度落差较大，气候立体性较显著。在进行晒烟适宜性区划的过程中，选择有代表性且有较好数据支撑的因子作为区划因子［10-20］。

分析全国晒烟种植的区划研究的成果发现，日平均气温20 ℃持续天数、日照时数、35 ℃高温日数及海拔高度是晒烟种植的重要的气候区划指标。这些指标在德阳市这一特殊的地理环境下，对该区域的晒烟的生长没有明显的影响，主要原因如下。

全国把日平均气温20 ℃持续的天数作为烤烟适宜种植的评判标准。在全面考虑德阳市晒烟区播种早、需越冬，且常年日照时数不多，但阴天散射光充足等特点的基础上，20 ℃持续天数不能很好地应用于德阳市晒烟区划的工作中。

全国将日照时数作为衡量适宜种植晒烟的重要标准，予以较重的权重比例。德阳市处于四川盆地，日照时数不多但散射光充沛，气象仪器很难测量出散射时数，而散射光波段更有益于绿叶植物的生长，因此在3、4 月，晒烟烟苗的营养生长时期，充沛的散射光更利于其烟叶的生长，日照时数不应在德阳市晒烟区划中占有过大权重。

35 ℃高温日照数常用来表示该地高温危害天数。但德阳市晒烟大田种植期间3—5 月很少出现气温大于35 ℃情况，因此不适合作为评价晒烟适合种植的区划因子。

海拔高度也被用作山区作物气候区划的重要指标，但降水量、日照时数和气温随海拔升高呈现出一定的变化规律，所以海拔高度对晒烟种植区划的影响可以通过对气象要素间接表达出来，在德阳市不宜选用海拔高度作分区指标。

土壤是影响晒烟产量与品质的主要生态因子，其理化性质与烟叶的化学成分密切相关。不同质地的土壤直接影响晒烟烟苗矿质营养的吸收与积累，冲击形成的沙质壤土最适宜烟草的种植。晒烟烟叶化学含量与土壤中所含化学成分显著相关，晒烟烟叶的含糖量与土壤中的速效磷、全磷有关，烟叶中的植物碱、烟叶钾等与土壤速效钾、速效磷、全氮等正相关，与土壤pH 负相关。因此，土壤质地、土壤成分直接影响到了晒烟生产成为雪茄后的感官质量。

在深入分析德阳市历史气候条件的基础上。本研究选取了土壤pH、速效磷和全氮、3—5 月的月平均气温、月累计降水量及大田期3—5 月累计日照时数作为气候方面的区划因子。

2.5 德阳市晒烟适宜性区划因子的处理

由于获取的大部分数据都是点状数据，在GIS平台支持下，应用反距离权重的插值方法，将样点数据插值得到面状的数据，并对呈面状分布的各区划因子分析，了解在德阳市的空间分布规律。

对两百多个气象区域观测站点的数据进行筛选，筛选出较为完整的近70 个站点结合资料进行空间结构建模及生成分布图。利用反距离权重方法进行空间插值。利用月平均和各站点的经度、纬度生成3—5 月的雨量分布。2011—2015 年平均月累计降水3 月、4 月西北较东南偏多，降水主要分布在什邡、绵竹的沿山地带，3 月最多达42.3 mm，4 月达69.5 mm，什邡、绵竹平坝地区及旌阳、罗江和中江北部降水较为适中，3月在10～30 mm，4月在15～45 mm。5 月进入初夏，德阳市降水较为均匀，各地区都较为充沛，最高降水量达140.82 mm。

3—5 月月平均气自西北到东南呈上升趋势，但分布不均。3 月主要出现在旌阳区，4 月主要分布在中江北部及广汉、旌阳区部分地区。5 月主要出现在广汉西北部沿山海拔高，气温明显低于平坝地区。

德阳市土壤pH 由南向北逐渐由碱性到酸性，在8.14～5.22；土壤全氮从西北到东南逐渐降低，在2.91～0.38，其中什邡绵竹平坝地区最高，罗江、中江一带最低。

2.6 德阳市晒烟大田生育期间日照时数

2011—2015 年德阳市晒烟3—5 月日照时数见图5。由图5 可知，德阳市晒烟大田期2013 年日照最为充沛，2015 年次之，3 月日照时数最少，5 月最多；从地域上看，中江日照最为充沛，广汉、旌阳次之，什邡、绵竹较为欠缺。德阳市地处四川盆地，日照时数不多但散射光充沛，更利于烟叶的生长，因此日照时数不应在德阳市晒烟区划中占有过大权重。

图5 2011—2015 年德阳市晒烟3—5 月日照时数

2.7 德阳市晒烟种植的适宜性区划评价因子权重的赋值

通过征询与德阳市晒烟种植有关的专家的意见，如烟草公司技术人员、专家、老师等，对选取的因子权重进行打分，收集打分意见后，对专家的意见进行统计、分析和归纳，客观地综合多数专家的主观判断分数，对各个因子对整个晒烟大田生长影响权重做出合理估算，对各个影响因子进行主观权重赋值。再用层次分析法，建立矩阵进行计算，并通过一致性检验。

为消除还苗生根期、旺长期、成熟期气温和降水量及大田期的日照时数、土壤pH、土壤速效磷、土壤全氮10 个评价因子中各自包含指标的量纲和数量级的差异，规范化处理所有指标值。也为避免出现0 值影响最后评价结果的准确性，将结果标准化到［0.5，1.0］区间，规范化公式如下。

式中，Dij是j区第i个指标的归一化值，Aij是j区第i个指标值；mini和maxi分别为第i个指标中的最小值和最大值

2.8 德阳市晒烟种植的适宜性区划实现

德阳市晒烟适宜性区划分布见图6。由图6 可知，德阳市被划分为7 个等级区域，其中第1 和第7级区域属不适宜区，第2 和第6 级区域属不太适宜区，第3 和第5 级属较适宜区，第4 级区域属最适宜区。德阳市西北部沿山一带的红白镇西部、清平乡和天池乡的大部分区域及绵竹汉旺、拱星、东北镇的大部分区域，孝德镇、白马关的少部分区域，广汉的大部分乡镇，中江东南部的大部分乡镇，都属于第1、第2、第6、第7 等级，属于不适宜和不太适宜的区域。什邡西南部湔氐镇、洛水镇、隐丰镇、南泉镇、元石镇、回澜镇、和丰镇及绵竹中部的广济、土门、遵道、兴隆、九龙、金花镇南部、红白的东南小部分区域，旌阳区孝泉镇、德新镇、黄许镇、双东镇少部分区域、新中镇，罗江调元镇和金山镇的少部分区域、慧觉镇、新盛镇及中江富新镇、杰兴镇、东北镇、凯江镇、南华镇东北部、集凤镇东南部、石泉乡为第4 级区域，属于最适宜区域，其余乡镇属较为适宜区域。

图6 德阳市晒烟适宜性区划分布

3 小结

德阳市中部和东北部属适宜或较适宜种植晒烟的区域、最理想的因子包括伸根、还苗期需水及旺长期需水，土壤pH、土壤肥力及非直射太阳辐射。在降水方面，大田营养生长期间降水适中北部沿山地带降水偏多，德阳市地处都江堰灌溉区域，春季除天然降水外，若遇到春旱，人民渠灌溉也能满足其伸根还苗以及旺长期的需水量，大大减少了干旱带来的损失。德阳市地处盆地底部，除中江丘陵地区日照时数较为充沛外，其他各县市区常年处于欠缺状态，但春、夏两季的散射光充沛，其波段更匹配作物的光合波段，利于有机物的积累。最适合晒烟种植的略酸性土壤（pH 为5.5～6.5）的分布区域在中部广汉西部、什邡、绵竹的东南部，其他较为适宜的范围较广，处于旌阳、罗江及中江北部一带。德阳市温度种植晒烟略有欠缺，3 月月平均温度在8.4～13.3 ℃，移栽时大部分地方还未达到最适宜的平均温度，因此移栽后应注意采取保温措施，后期旺长至成熟期，4 月底至5 月初还未达到晒烟成熟期最适温度，因此可能成熟较为缓慢，5 月中下旬成熟条件较好，应抓住有利天气采摘已成熟的烟叶。在气候变化的背景下，晒烟的最适宜种植区域从什邡、绵竹又扩展到旌阳、罗江和中江的少部分区域，古老的种植区域也有些变化，从最适宜变化成为较为适宜的区域，在晒烟种植中，可参考本研究的结论，科学合理地进行规划布局，可将种植区域扩展到旌阳区、罗江县、中江县的最适宜种植区域，以拉动德阳市的农民增收。