李沛鴻，姬興輝

（1.江西理工大學(xué) 建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

基于GIS的贛南油茶種植適宜性評價

李沛鴻1，姬興輝1

（1.江西理工大學(xué) 建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

從自然和社會經(jīng)濟因素出發(fā)，首先選取了油茶種植適宜性評價的8個參評因子，并利用正向因子量化法、負(fù)向因子量化法、分級取值量化法、定性因子量化法等4種方法對參評因子進(jìn)行統(tǒng)一量化；然后運用層次分析法建立指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)，形成判斷矩陣計算得到各因子權(quán)重，從而確定分類等級，建立油茶種植適宜性評價體系；最后將適宜性分為適宜、較適宜、不適宜3個等級，并從選定的8個因子出發(fā)，總結(jié)對比各適宜等級對應(yīng)評價因子的評價指數(shù)。結(jié)合贛南地區(qū)區(qū)域特征對8個因子進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明影響贛南地區(qū)油茶種植適應(yīng)性的突出因子是坡度和樹齡。

適宜性評價；油茶種植；參評因子；判斷矩陣；突出因子

油茶為山茶科山茶屬植物，屬于常綠小喬木或灌木類，是一種特有的木本食用油料樹種。油茶樹林主要分布在N18°28'～34°34'、E100°0'～122°0'的中低緯度、土壤較為深厚的低海拔山地丘陵地帶。在中國南部如江西省、湖南省、廣西省等17個省區(qū)的1 100多個縣區(qū)分布廣泛。江西贛南地區(qū)有著悠久的油茶種植歷史和良好的油茶種植栽培經(jīng)驗，全省約有214 萬hm2丘陵山崗適宜油茶種植。如何利用高新技術(shù)改善油茶種植技術(shù)，提升油茶種植的科學(xué)性，加快促進(jìn)油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展是如今需要解決的關(guān)鍵問題。

1 研究區(qū)概況

贛州市林業(yè)科學(xué)研究所油茶實驗田位于贛州市章貢區(qū)境內(nèi)，屬于低山丘陵區(qū)，地形走勢由東向南、西北向中部傾斜。區(qū)域內(nèi)季節(jié)變化分明，整體氣候濕潤溫和，全年降雨量豐沛，無霜期較長，多達(dá)281 d，日照充足；年均溫約為19．4℃，年均降雨量為1 587 mm。區(qū)域土壤為由砂礫巖、石英砂巖、花崗巖發(fā)育形成的紅壤，腐蝕質(zhì)較厚，土壤費力中等，PH值為5～6，土層厚度在70 cm以上。區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有植被為以馬尾松、杉木、木荷、油茶等鄉(xiāng)土樹種為主的次生林和火燒跡地，林分質(zhì)量較差，林下雜生鐵芒箕、茅草等蕨類、草本植物。

2 研究方法

2.1 評價因子選取

從自然屬性和社會經(jīng)濟因素考慮，油茶種植適宜性的評價因子可分為地形因素、氣候條件、土壤條件和產(chǎn)量因素等方面。

1）地形因素。在地形因素上主要考慮海拔高度、坡度坡向等直接因素，以及在不同海拔情況下造成的其他非地形因素的改變。不同海拔高度下土壤分布和溫度改變是影響油茶生長的主要次生因素；坡度的大小會直接影響水土保持和土壤的肥沃性；坡向的不同直接影響油茶光照，在花期等重要的生理期若溫度過低、光照不足會直接影響油茶座果率，因此選取地形因素中的海拔高度和坡度作為參評因子。研究區(qū)屬于低山丘陵區(qū)，地形走勢由東向南、西北向中部傾斜，所在地區(qū)最高點海拔為1 016．4 m。

2）氣候條件。溫度、年均降雨量、空氣濕度和無霜期是直接影響油茶花期、座果以及果實飽滿度的因子。油茶果樹在光照充足的環(huán)境下長勢較好，特別在花期若溫度過低會造成花果掉落的現(xiàn)象；油茶果樹對降雨量的要求一般是大于1 000 mm，降雨量過低會對果樹的生長造成影響，在花期又要求降雨量不能過大，否則會影響授粉；油茶果樹對無霜期的要求一般要達(dá)到200 d以上；空氣濕度和土壤濕度相關(guān)，會直接影響油茶果樹對營養(yǎng)的吸收，造成果樹營養(yǎng)不良、果實品質(zhì)低下。研究區(qū)的年均溫約為19．4℃，1月最冷，7月最熱；年均降雨量達(dá)到1 587 mm；無霜期多達(dá)281 d，日照充足。

3）土壤條件。土壤對油茶種植的影像主要表現(xiàn)為土壤酸堿性和土壤肥力。由于油茶自身根系缺少磷酸鹽，需通過吸收偏酸性的有機質(zhì)進(jìn)行緩沖，所以果樹適宜生長在偏酸性的土壤中，PH值要求為5～6．5。研究區(qū)土壤為由砂礫巖、石英砂巖、花崗巖發(fā)育形成的紅壤，腐蝕質(zhì)較厚，土壤費力中等，PH值為5～6，土層厚度在70 cm以上，適合酸性、喜酸性植物生長。

4）產(chǎn)量因素。同類產(chǎn)品在不同區(qū)域種植條件下的茶油產(chǎn)量是反映油茶種植適宜性最直接的重要指標(biāo)。不同品種或相同品種在不同種植條件下的油茶產(chǎn)量均有不同。除了種植環(huán)境等外部因素外，果樹的樹齡也是影響油茶果實產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。因此，通過油茶樹齡反映油茶產(chǎn)量，并將其作為油茶種植適宜性評價的指標(biāo)之一很有現(xiàn)實意義。據(jù)統(tǒng)計，目前贛州市已成型油茶種植面積約為11萬hm2，茶油年產(chǎn)量約為8 000 t，江西省內(nèi)茶油的畝產(chǎn)為4．7 kg。

根據(jù)油茶生長對環(huán)境條件等的需求，選定地形（海拔高度、坡度坡向）、氣候、土壤（PH值）以及產(chǎn)量作為參評因子；并借助GIS技術(shù)構(gòu)建了基于地形—氣候—土壤—產(chǎn)量（樹齡）的贛南油茶種植適宜性評價體系。

2.2 評價因子權(quán)重賦值

根據(jù)種植適宜性評價體系參評因子的選取原則，結(jié)合影響油茶果樹的各類因素，最終選定8個參評因子。在建立評價體系前，先要對不同數(shù)值單位的因子進(jìn)行指標(biāo)量化處理，本文采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法完成該項工作；再采用4種方法對不同參評因子指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其值分布在[0,1]。

1）正向因子量化。

式中，Si為第i個因子對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)值，i=[0,1,…,7]；Xi為因子i的實際值；Xmax為因子i的最大值；Xmin為因子i的最小值。例如溫度指標(biāo)，最小值為0，最大值為1，當(dāng)最適宜臨界值為0．8，適宜臨界值為0．6時，通過式（1）得到最適宜和適宜的量化指標(biāo)為 0．8 和 0．6。

2）負(fù)向因子量化。

無霜期適用于該量化方法，最大值為 200，當(dāng)最適宜臨界值為 210，適宜臨界值為 189 時，通過式（2）計算得到最適宜和適宜的量化指標(biāo)為 1 和 0．9。

3）分級取值量化。分級量化因子的適宜區(qū)間在賦值后進(jìn)行計算，超過區(qū)間則會成為限制性因子，因此適宜度要遵循具體的評價依據(jù)劃分為不同級別。

4）定性因子量化。該方法通常針對無法用有規(guī)律的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行定量描述的因子類型，需根據(jù)以往經(jīng)驗和主觀認(rèn)知進(jìn)行判斷。例如影響油茶種植的土壤狀況，不同土壤類型變化在時空上并無可持續(xù)性，所以需要實際采樣不同的土壤類型并結(jié)合對應(yīng)的空間位置等屬性進(jìn)行劃分定義。

采用以上4種方法對選取的8個參評因子進(jìn)行量化處理。對濕度和坡度進(jìn)行正向因子量化處理，對無霜期進(jìn)行負(fù)向因子量化處理，對年均溫、年均降雨量和海拔高度進(jìn)行分級取值量化處理，對土壤類型進(jìn)行定性因子量化處理。通過量化指標(biāo)能將各因子對油茶果樹生長適宜性的影響程度很好地表達(dá)出來。不同因子種植適宜性等級指標(biāo)量化結(jié)果見表1。

表1 油茶種植適宜性評價指標(biāo)體系

在此基礎(chǔ)上，采用層次分析法建立指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)，再通過專家打分法構(gòu)造判斷矩陣，進(jìn)行權(quán)重計算；考慮贛南地區(qū)山地特殊性，將坡度作為突出因子，綜合各因子組成比較矩陣。因子間的關(guān)聯(lián)在矩陣中有所表現(xiàn)，見表2。

表2 因子間比較矩陣

在比較矩陣的基礎(chǔ)上進(jìn)行運算，建立權(quán)重計算的判斷矩陣。

式中，r為矩陣參與運算的元素，i、j為不同因子；Ki、Kj為各因子累加值。獲得該矩陣的最大特征值，在一致性檢驗的基礎(chǔ)上得出矩陣最大向量，其中各值表示各因子權(quán)重，見表3。

表3 評價指標(biāo)權(quán)重

油茶果樹的種植不僅具有自然生態(tài)功能還有很強的經(jīng)濟效益，所以綜合考慮自然生態(tài)因素和社會經(jīng)濟效益因素，遵循主宜性和多宜性相結(jié)合的原則對油茶種植適宜性進(jìn)行等級劃分。

3 油茶種植適宜性評價等級及因子指標(biāo)

根據(jù)研究區(qū)所獲取的參評因子，綜合當(dāng)?shù)氐膶嶋H種植經(jīng)驗，將贛南地區(qū)油茶種植適宜性評價等級分為種植適宜區(qū)（A）、較適宜區(qū)（B）和不適宜區(qū)（C）。對應(yīng)各參評因子具體指標(biāo)如表4所示。

表4 評價因子具體指標(biāo)

4 突出因子分析

根據(jù)贛南地區(qū)地形、氣候、土壤等自然因素發(fā)現(xiàn)，贛南地區(qū)氣候溫和，降雨豐富，無霜期較長，年均溫約為18．9℃，年平均無霜期約為287 d，年均降雨量約為1 605 mm，土壤為紅土地，多數(shù)地區(qū)為弱酸性土壤；山地眾多，境內(nèi)最高海拔為2 061 m、最低海拔為82 m，平均海拔為300～500 m。贛南地區(qū)各因子指標(biāo)如表5所示。

表5 贛南地區(qū)影響因子指標(biāo)

在8個因子中有6個因子指標(biāo)在油茶種植適應(yīng)區(qū)范圍內(nèi)，坡度和產(chǎn)量（樹齡）為不確定因子。贛南山地眾多，但不同山地的原始坡度坡向不盡相同，油茶種植的適宜范圍為5～25°，因此不同的地區(qū)需根據(jù)實際情況考慮坡度因素是否會限制油茶種植。同時，不同樹齡的油茶果樹也會影響油茶果產(chǎn)量，幼樹和老齡化的果樹產(chǎn)量普遍低下，樹齡大于5 a的果樹為成年樹，進(jìn)入穩(wěn)定期，產(chǎn)量增加。因此，確定坡度和樹齡為影響贛南地區(qū)油茶種植適宜性的突出因子。

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1672-4623（2017）01-0043-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.01.013

李沛鴻，教授，主要從事工程測量、地理信息系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用的研究工作。

2015-11-30。

項目來源：江西省科技廳科技支撐資助項目（20133BBF60017）。