劉少軍，戴麗瓊，王 斌，李偉光，蔡大鑫，張國峰

(1.海南省氣象科學(xué)研究所/海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，?？?570203； 2.?？谑袣庀缶郑Ｄ虾？?570203)

0 引言

橡膠樹原產(chǎn)巴西，是典型的熱帶雨林樹種，喜高溫高濕。受世界天然橡膠需求量增長的影響，橡膠樹開始向邊緣區(qū)域擴(kuò)展。海南是我國橡膠種植的主要生產(chǎn)基地之一，屬于非傳統(tǒng)植膠區(qū)，低溫寒害和臺風(fēng)災(zāi)害嚴(yán)重影響橡膠產(chǎn)量及橡膠樹的經(jīng)濟(jì)壽命[1]。由于橡膠樹盲目擴(kuò)張種植，導(dǎo)致部分新種植區(qū)產(chǎn)量低、抗風(fēng)險(xiǎn)能力不強(qiáng)。因此，合理種植橡膠，不但可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效，而且對有限的耕地資源的可持續(xù)利用具有重要的意義。在橡膠樹適宜性評價(jià)方面，前人已經(jīng)做了大量的研究。吳炳孫等[2]利用GIS與模糊數(shù)學(xué)模型，開展了儋州市橡膠種植用地適宜性評價(jià)； 俞花美等[3]探討了橡膠種植生態(tài)適宜性評價(jià)的發(fā)展方向； 張莉莉[4]基于GIS技術(shù)開展了海南島橡膠種植適宜性區(qū)劃研究； 蘇文地等[5]基于主成分分析方法開展了海南儋州橡膠種植的適宜性評價(jià)； 齊福佳等[6]開展了臨高縣橡膠種植土地適宜性評價(jià)； 唐群鋒等[7]采用耕地地力評價(jià)方法對花崗巖類多雨區(qū)橡膠園的地力進(jìn)行了評價(jià)； 曹陽等[8]建立了區(qū)域橡膠種植適宜度評估模型； 歐濱等[9]運(yùn)用特爾斐和層次分析熵法確定了白沙縣龍江農(nóng)場的橡膠園等級； 劉少軍等[10-12]基于農(nóng)業(yè)氣候資源與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的綜合影響，并結(jié)合模糊綜合評價(jià)模型，開展中國橡膠樹種植氣候區(qū)劃，并預(yù)測了未來氣候變化對中國橡膠氣候適宜性區(qū)的影響，同時(shí)開展了海南島天然橡膠氣候適宜性及變化趨勢分析； Adzemi等[13]采用日平均最高溫度、平均日最低氣溫、年平均降雨量、日照、最大風(fēng)速、年平均相對濕度和旱季的長度開展馬來西亞橡膠樹氣候適宜區(qū)劃。中國橡膠種植的適宜面積有限，僅依靠植膠面積的增加來提高我國天然橡膠總產(chǎn)量不是長遠(yuǎn)之計(jì)，實(shí)現(xiàn)橡膠樹高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)才是發(fā)展天然橡膠的生產(chǎn)的必由之路[14]。由于橡膠樹栽培與氣候、土壤、地形等要素密切相關(guān)，溫度、水分、光、風(fēng)、土壤條件、海拔和地形條件是影響橡膠樹高產(chǎn)高效的因素[15]，但目前橡膠適宜性評價(jià)的選擇大多僅考慮了氣候因素，導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果較為粗放。因此，該研究嘗試從氣候、地形、土壤等因子出發(fā)，開展海南島橡膠樹栽培適宜性評價(jià)，闡明海南島不同的橡膠栽培適宜區(qū)域分布，以期為政府和相關(guān)部門開展橡膠種植和規(guī)劃提供參考依據(jù)。

圖1 橡膠栽培適宜性評價(jià)流程

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)

1981～2010年氣候標(biāo)準(zhǔn)年的海南島地面氣象逐日數(shù)據(jù)來源于海南省氣象局，包括溫度、降水、風(fēng)速、輻射等要素。土壤數(shù)據(jù)來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(Harmonized World Soil Database v1.2，http：//www.fao.org/soils-portal/soil-survey/soil-maps-and-databases/harmonized-world-soil-database-v12/en/)。海南島縣界行政區(qū)數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息網(wǎng)站提供的1： 400萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，DEM數(shù)據(jù)來源于http：//srtm.csi.cgiar.org/。

1.2 評價(jià)指標(biāo)及方法

橡膠樹栽培適宜性評價(jià)主要根據(jù)氣候數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)，分別提取相應(yīng)的氣候適宜性因子、坡度影響因子、土壤質(zhì)地、pH影響因子，通過歸一化處理后，經(jīng)過 GIS 技術(shù)完成了基于氣候—地形—土壤的海南島橡膠樹栽培適宜性評價(jià)圖。具體流程見圖1。

1.3 評價(jià)因子

(1)橡膠樹氣候適宜性因子。采用最大熵MaxEnt模型3.3.3k版實(shí)現(xiàn)(http：//www.cs.princeton.edu/～schapire/maxent/)。具體步驟：基于已有的天然橡膠種植區(qū)劃范圍和106個(gè)中國橡膠林地理分布點(diǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合天然橡膠生產(chǎn)區(qū)域的氣候特征，參考他人的研究方法[10-11]，確定的影響橡膠樹種植的5個(gè)主導(dǎo)氣候因子(最冷月平均溫度、極端最低溫度平均值、月平均溫度≥18℃月份、年平均氣溫、年平均降水量)。將5個(gè)主導(dǎo)氣候因子作為環(huán)境因子，輸入MaxEnt模型，最大熵模型預(yù)測結(jié)果即是橡膠樹在待預(yù)測地區(qū)的存在概率，將該存在概率作為橡膠樹種植的氣候適宜性評價(jià)指數(shù)[10-11]。

(2)坡度影響因子。坡度和坡向?qū)ο鹉z樹栽培均有一定的影響[16]，但由于坡位對橡膠樹的影響不太清晰，該研究僅考慮坡度對橡膠樹的影響[6]。坡度的提取主要通過ArcGIS10.1軟件的Spatial Analyst模塊實(shí)現(xiàn)。

(3)土壤評價(jià)指標(biāo)。橡膠樹生產(chǎn)和產(chǎn)膠所需要的大量養(yǎng)分主要來自于土壤，土壤的質(zhì)地、土壤pH、土壤TN、TP、TK含量均對橡膠生產(chǎn)有影響。橡膠樹的正常生長依賴于良好的土壤環(huán)境。橡膠樹喜歡酸性土壤，適宜生長的土壤酸堿度在pH 4.5～5.5之間，當(dāng)土壤中pH<4.0或>7.0時(shí)，橡膠樹會出現(xiàn)根部腐爛甚至壞死的現(xiàn)象。不同膠園土壤類型、肥力相差很大，通過改善膠園土壤肥力，提高橡膠產(chǎn)量的幅度也不同[17]。由于橡膠種植土壤肥力主要通過人工施肥來完成，質(zhì)地對土壤保肥能力和肥料的有效性具有重大影響[18]，因此在土壤評價(jià)指標(biāo)中僅選土壤質(zhì)地和土壤pH作為評價(jià)指標(biāo)，通過ArcGIS10.1軟件從世界土壤數(shù)據(jù)庫中提取相關(guān)的圖層。

1.4 橡膠樹栽培適宜性評價(jià)指標(biāo)體系

為了消除各指標(biāo)的量綱和數(shù)量級的差異，采用式(1)對每種指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。

(1)

式(1)中，G是指標(biāo)的規(guī)范化值；Ji是第i個(gè)指標(biāo)值；maxi、minj分別是指標(biāo)值中的最大值和最小值。

在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[6-12]，確定了橡膠樹栽培與適宜性評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1 橡膠栽培適宜性評價(jià)指標(biāo)體系

適宜等級氣候適宜分級指數(shù)影響指數(shù)土壤質(zhì)地分級指數(shù)影響指數(shù)土壤pH分級指數(shù)影響指數(shù)坡度分級指數(shù)(゜)影響指數(shù)一等地>0 601壤土14 5～5 510～51二等地0 32～0 600 8粉砂壤土、沙壤土0 85 5～6 00 85～100 8三等地0 03～0 320 6砂質(zhì)粘壤土0 66 0～6 5或4 0～4 50 610～150 6四等地0 01～0 030 4壤沙土、礫質(zhì)壤土0 46 5～7 00 415～200 4五等地<0 010 2砂土、粘土0 2>7 0或<4 00 2>200 2

1.5 橡膠栽培適宜性評價(jià)

采用ArcGIS10.1中條件函數(shù)“con”函數(shù)對各評價(jià)單元的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)，得到海南島橡膠栽培適宜性評價(jià)值。

(2)

式(2)中，P為綜合評價(jià)值;ui(x)為第i個(gè)指標(biāo)圖層的隸屬度;ai為第i個(gè)指標(biāo)圖層的權(quán)重。采用層次分析法確定各評價(jià)因子對橡膠樹栽培的影響大小即權(quán)重值，采用專家打分并結(jié)合實(shí)際情況確定氣候適宜性、土壤質(zhì)地、土壤pH、坡度指數(shù)的權(quán)重分別為0.3、0.15、0.15和0.4。將模型運(yùn)算的結(jié)果劃分為4類，分別為：高適宜區(qū)(0.8～1.0)、中適宜區(qū)(0.6～0.8)、低適宜區(qū)(0.4～0.6)、低適宜區(qū)(<0.4)。

2 結(jié)果分析

2.1 氣候適宜性因子

根據(jù)MaxEnt模型計(jì)算的結(jié)果，對海南島天然橡膠種植的氣候適宜性指數(shù)進(jìn)行歸一化處理，取值范圍[0， 1]，氣候適宜性指數(shù)越大，表明該處適宜種植橡膠樹的概率就越高。從圖2可以看出，氣候適宜性指數(shù)越大，表明該處適宜種植橡膠樹的概率就越高。氣候適宜性指數(shù)高值區(qū)主要分布在海南島的儋州、樂東、白沙、保亭、萬寧等； 低值區(qū)分布在文昌東北部、瓊中、樂東的西部、三亞的南部的沿海區(qū)域。

2.2 土壤指標(biāo)

海南島上土壤類型有壤土、粉砂壤土、沙壤土、砂質(zhì)粘壤土、壤沙土、礫質(zhì)壤土。根據(jù)其對橡膠適宜性的影響程度(表1)，從圖3可以看出，海南島的土壤質(zhì)地好的地段主要分布在海南島的北部及西部沿海； 低影響區(qū)域分布在白沙、樂東、五指山的局部區(qū)域。

根據(jù)海南島土壤pH對橡膠適宜的影響程度，從圖4可以看出，海南島大部分區(qū)域土壤pH適宜種植橡膠； 僅西部沿海、海南島北部及東部沿海的部分區(qū)域不適宜種植橡膠。

2.3 坡度因子

從圖5中可以看出，海南島中部的坡度指數(shù)較低，對橡膠種植不利； 其他區(qū)域?qū)ζ露鹊挠绊戄^大。

圖2 海南島橡膠氣候適宜性指數(shù) 圖3 海南島土壤質(zhì)地影響指數(shù)

圖4 海南島土壤pH影響指數(shù) 圖5 海南島坡度影響指數(shù)

圖6 海南島橡膠栽培適宜區(qū) 圖7 2006～2010年海南島農(nóng)墾平均橡膠產(chǎn)量分布

2.4 膠樹栽培適宜性評價(jià)

根據(jù)橡膠樹栽培適宜性評價(jià)因子，分別將氣候適宜性、土壤質(zhì)地、土壤pH、坡度指數(shù)代入模型，計(jì)算綜合指數(shù)代入式(1)，按照等級標(biāo)準(zhǔn)劃分為高適宜區(qū)、中適宜區(qū)、低適宜區(qū)不適宜區(qū)。從圖6中可以看出，橡膠樹栽培種植的高適宜區(qū)分布在儋州、昌江、文昌的西北部、瓊海、萬寧陵水等地； 中適宜區(qū)分布在臨高、澄邁、定安、文昌、屯昌等地； 低適宜區(qū)分布在東方、樂東、五指山等地； 少量不適宜區(qū)分布在瓊中中部地區(qū)。

2.5 結(jié)果的驗(yàn)證與分析

根據(jù)海南省植膠現(xiàn)狀圖(49萬hm2)[19]，對比分析海南島橡膠樹栽培適宜性評價(jià)等級劃分，可以發(fā)現(xiàn)評價(jià)獲取的結(jié)果基本符合當(dāng)前天然橡膠的種植現(xiàn)狀，能客觀反映目前橡膠種植的實(shí)際情況，從一定程度上說明該方法是可行的。研究結(jié)果與海南島農(nóng)墾近5年平均橡膠產(chǎn)量分布(圖7)對比分析可以看出，海南島橡膠栽培適宜區(qū)的高低程度，與橡膠實(shí)際產(chǎn)量高低分布大體一致。從總體上看，該研究的適宜性評價(jià)結(jié)果能準(zhǔn)確反映海南島橡膠種植的空間差異，最適宜區(qū)均表現(xiàn)為氣候適宜性程度高、土壤良好、坡度適宜等特點(diǎn)?？梢?，氣候—土壤—地形條件是保障橡膠栽培穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的前提因素。

3 結(jié)論與討論

海南島植膠區(qū)具有臺風(fēng)、寒害和土壤貧瘠等環(huán)境特點(diǎn)[14]，橡膠樹要獲得高產(chǎn)高效應(yīng)首先做好宜林地規(guī)劃[20]。該研究綜合考慮了橡膠樹栽培中氣象要素、土壤和地形的影響，確定了氣候適宜性因子、地形因子、土壤因子作為海南島橡膠栽培適宜性評價(jià)指標(biāo)，并在前人研究的基礎(chǔ)上[6-12]，建立了橡膠樹栽培與適宜性評價(jià)指標(biāo)體系，開展了海南島橡膠栽培適宜性評價(jià)，確定了海南島不同區(qū)域種植橡膠是否適宜以及適宜的程度，從宏觀上反映了海南島橡膠樹栽培適宜性的空間差異。該文研究結(jié)果可為橡膠種植提供參考，有利于減少盲目種植帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提高橡膠種植的經(jīng)濟(jì)效益。

橡膠樹栽培與氣候、土壤、地形等要素密切相關(guān)。溫度、降雨和太陽輻射是影響產(chǎn)膠量的主要?dú)庀笠蜃?，其相互影響并以累加效?yīng)作用于橡膠產(chǎn)膠； 主要土壤營養(yǎng)元素氮、鉀、磷和鎂通過影響光合作用等影響膠乳合成，并因影響膠乳的穩(wěn)定性而影響排膠[21-22]。土壤、地貌在一定條件下對熱作生產(chǎn)起到限制作用，也是橡膠栽培適宜性評價(jià)的重要因子[23]。由于地形、土壤中很多因子很難定量化表達(dá)其對橡膠產(chǎn)量的影響，如土壤營養(yǎng)元素、高度等，因此該文在評價(jià)因子選擇中，僅考慮了其中的土壤類型、土壤pH、坡度等因子，存在一定的不足。從綜合評價(jià)的結(jié)果來看，基本與實(shí)際情況一致，但仍存在少部分區(qū)域的評價(jià)結(jié)果與實(shí)際不符。因此，在指標(biāo)的選擇和分級方面需要不斷的完善和改進(jìn)。

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