周 艦，孫小成，盧朝軍，蔣小軍，滕林娟，謝宜芝

(永州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南 永州 425000)

0 引言

湖南省在氣候上有熱量資源富足、無霜期漫長，全面降雨量充足但各地區(qū)分配不均衡，日照時(shí)數(shù)偏少、太陽光輻射較強(qiáng)，全年間氣候多變等特征。氣候資源的富足性，為煙草產(chǎn)業(yè)種植發(fā)展創(chuàng)造了較優(yōu)良的生態(tài)基礎(chǔ)，混凝煙草種植規(guī)模與生產(chǎn)量位居全國第3位。湖南也是一個(gè)自然災(zāi)害高發(fā)的省份之一，煙草生長期可能遭受多種負(fù)面氣象因素的侵襲，對煙葉質(zhì)量、產(chǎn)量等造成不同程度的影響。過往多基于氣候要素規(guī)劃作物氣候區(qū)，而沒有融合災(zāi)害因子，等級劃分適用于氣候資源有顯著區(qū)別的區(qū)段，能為相關(guān)區(qū)域農(nóng)作物布局栽種提供實(shí)用價(jià)值偏高的信息。本文在使用氣候資源與自然災(zāi)害因素進(jìn)行區(qū)劃基礎(chǔ)上，聯(lián)合使用了土地資源信息等因子，獲取到的區(qū)劃結(jié)果能較好地滿足湖南煙草栽種要求。

1 資料來源和處理

由湖南氣象檔案館獲取氣象資料，囊括了湖南省97個(gè)氣象站的逐日日均氣溫、最高與最低溫度、降雨量、日照時(shí)長等信息。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析法依次測算出煙葉生長苗期、大田期、成熟期對應(yīng)的氣溫、降雨、日照和旱澇等10余個(gè)氣象因子，解讀氣象災(zāi)害區(qū)域分布特點(diǎn)。

選用1∶25 000電子地圖，湖南省1∶100 000土地利用現(xiàn)狀圖資料[1]。

2 設(shè)定區(qū)劃指標(biāo)

對煙葉生長期15個(gè)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析后，結(jié)合湖南省數(shù)年間的煙葉種植實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與煙葉質(zhì)感認(rèn)識(shí)，依照主導(dǎo)因子、因子簡化及共性原則開展區(qū)劃工作。

參照我國權(quán)威機(jī)構(gòu)擬定的煙草栽種區(qū)劃指標(biāo)，立足于湖南煙草氣候環(huán)境實(shí)況，平均氣溫或積溫對煙葉健康生長不會(huì)形成制約，但在持續(xù)高溫條件的作用下，會(huì)降低上部煙葉質(zhì)量，因而研究中納入熱害指標(biāo)，雨水是煙草生長的必需基礎(chǔ)條件，光照情況關(guān)系著煙葉品質(zhì)優(yōu)劣。綜合業(yè)內(nèi)專家評分情況，選用大田期降雨量及日照時(shí)長、成熟期降雨量及持續(xù)5 d氣溫最高值≥35 ℃熱害共4因子作為規(guī)劃煙草氣候生態(tài)區(qū)的憑據(jù)，并且依此構(gòu)建相對應(yīng)的網(wǎng)格化推算模型。

3 氣象指標(biāo)的小網(wǎng)格推導(dǎo)

3.1 原理分析

目前，湖南省內(nèi)氣象臺(tái)站基本是依照縣區(qū)分布情況規(guī)劃，大概每50 km×50 km便會(huì)設(shè)置1個(gè)臺(tái)站，若單純利用該資料開展規(guī)劃工作，精細(xì)度顯著不足。故而，要求對氣象因子實(shí)施小網(wǎng)格化，詳細(xì)規(guī)劃氣候因子與氣象災(zāi)害在空間上的分布狀況，改進(jìn)初有的推導(dǎo)模型，基于500 m×500 mm進(jìn)行單元網(wǎng)格推導(dǎo)測算。大多數(shù)情況下，空間分布的網(wǎng)格點(diǎn)地理因子影響著氣候要素指標(biāo)，如式(1)所示[2]。

Y=F(λ，φ，H，β)

(1)

式中Y——?dú)夂蛞刂?/p>

λ——經(jīng)度

φ——緯度

H——海拔高程

β——地形

在湖南省煙草種植區(qū)規(guī)劃階段，多數(shù)栽種地選擇在坡度<25°的山區(qū)旱地與稻田內(nèi)，基于地勢的特殊性，可以不計(jì)β形成的影響。因λ、φ、H對不同氣候要素、自然災(zāi)害等形成的影響程度不同，故而于小網(wǎng)格化內(nèi)應(yīng)選用差異性方法。

3.2 大田期降雨量

因湖南省煙草種植區(qū)跨越了數(shù)個(gè)緯度，外加地勢條件的影響，以致不同分區(qū)煙草大田期對應(yīng)的時(shí)間段存在較顯著區(qū)別，這是造成大田期降雨量與日照時(shí)長有別的主要原因，若直接用氣候因素與地理因子建模，相關(guān)性可能偏低。借鑒過往研究成果，先測算出大田期降雨量與全年降雨量的比例，Pj=Rj/R0(Rj、R0依次為大田期降雨量、全年降雨量)，而后采用GIS把Pj轉(zhuǎn)換為于500 m×500 mm網(wǎng)格化內(nèi)的降雨比率(Pjg)，此時(shí)小網(wǎng)格對應(yīng)的大田期降雨量Rjg=Pjg×P0g(圖1)。

3.3 大田期日照時(shí)數(shù)

選用氣象站監(jiān)測到的煙草大田期日照時(shí)數(shù)在全年日照時(shí)數(shù)比Pi進(jìn)行插值，有Pj=Si/S0(Si、S0依次為大田期日照時(shí)長、全年日照時(shí)長)，而后把Pi轉(zhuǎn)化500 m×500 mm網(wǎng)格化的日照時(shí)長比率(Pig)，而后有Sg=Pjg×S0g(圖2)。

3.4 成熟期降雨量

結(jié)合既往統(tǒng)計(jì)的氣象資料，發(fā)現(xiàn)當(dāng)湖南省內(nèi)煙草成熟期時(shí)降雨量偏小(≤400 mm)，在全年降雨量中所占比例≤30%，不同氣象站點(diǎn)煙草成熟期降雨量在年總降雨量中所占比例存在較明顯差別，若沿用大田期降雨比例插值法，則很難保證測算結(jié)果的精確度。故而擬定選用回歸模型加以測算，線性回歸分析如式(2)所示[3]。

Yr=-1 202.94+6.728λ+26.66φ+0.090 1H+γ

(2)

式中Yr——煙草成熟期降雨量，mm

式(2)中，R=0.766 4，F(xiàn)=44.11。由式(2)可知，成熟期降雨量和λ、φ、H之間存在正相關(guān)性，其中φ的貢獻(xiàn)率最大。

3.5 成熟期熱害

將煙草成熟期持續(xù)5 d最高氣溫≥35 ℃設(shè)為熱害指標(biāo)，先測算出97個(gè)站點(diǎn)成熟期的煙草熱害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，而后分別推演出各氣象站熱害率與λ、φ、H等因子對應(yīng)的線性回歸方程，如式(3)所示[4]。

Yh=-1 205.11-1.448 1λ+0.293 1φ-0.061 0H+γ

(3)

式中Yh——熱害率

式(3)中，R=0.463 0，F(xiàn)=8.36。由式(3)可知，熱害率和λ、H間呈負(fù)相關(guān)性，和φ正相關(guān)，其中λ形成的影響最為顯著，可能是因?yàn)楹鲜|部地區(qū)煙草成熟期比西部地區(qū)早1個(gè)月左右，西部地區(qū)恰恰對應(yīng)的是高溫季節(jié)(7—8月)，高溫日照時(shí)數(shù)明顯多于東部地區(qū)。

4 小網(wǎng)格的煙草氣候區(qū)劃

針對以上經(jīng)網(wǎng)格化處理的4個(gè)氣象指標(biāo)，測評它們各自對煙葉質(zhì)量形成的影響，細(xì)分為3級或4級，等同分別設(shè)定評級指數(shù)為1～4(表1)[5]。

表1 湖南省煙草栽種對應(yīng)的氣候區(qū)劃指標(biāo)

結(jié)合以上4個(gè)區(qū)劃指標(biāo)對應(yīng)的評級結(jié)果，采用GIS軟件系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)設(shè)備編程，對不同級別評級指數(shù)予以疊加處理后獲得小網(wǎng)格化對應(yīng)的整體指數(shù)，在此基礎(chǔ)上規(guī)劃了湖南煙草種植栽種分區(qū)(圖3)[6]。

(1)湖南省內(nèi)除濱湖地區(qū)之外，其他區(qū)域氣候條件均能促進(jìn)煙草栽種、生長過程。相比之下，懷化市的中南部自然氣候條件更占優(yōu)勢，可以被看成煙草產(chǎn)業(yè)規(guī)?；七M(jìn)的潛力區(qū)[7]。

(2)圖3所示的區(qū)劃圖和目前煙草現(xiàn)實(shí)種植情況作比較，衡陽、郴州、永州均和實(shí)際生產(chǎn)模式間有較高吻合度。

(3)目前，瀏陽內(nèi)煙草種植規(guī)模相對較大，但多數(shù)種植地隸屬于次適合區(qū)，站在自然氣候條件層面上分析，瀏陽市可供栽種高質(zhì)量煙葉的面積較為狹窄。

5 以土地利用信息為基礎(chǔ)分析煙葉可栽種區(qū)劃情況

把土地資源信息整合至氣候小網(wǎng)格區(qū)劃圖內(nèi)，能更真實(shí)、整齊地呈現(xiàn)出符合煙葉栽種區(qū)中現(xiàn)實(shí)可供應(yīng)用的土地資源面積，結(jié)合過往研究獲得的現(xiàn)狀圖數(shù)據(jù)，可把土地資源細(xì)化為6個(gè)類型，經(jīng)比較分析后，僅有耕地類適宜栽種煙草。

根據(jù)湖南省多個(gè)縣區(qū)內(nèi)煙葉栽種區(qū)情況，構(gòu)建了全省疊加型的土地信息煙葉栽種區(qū)規(guī)劃(圖4)，也就是有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的栽種區(qū)分布圖樣[8]。圖4內(nèi)，黑色、淺黑色、淺灰色、白色區(qū)域依次代表最適合、適合、次適合、不適合栽種區(qū)。分析后認(rèn)為湖南省適合栽種煙草的面積偏大，所占比例高達(dá)80%，次合適栽種區(qū)次之，自治州局部與懷化市中南方向大多數(shù)地方是最適合的栽種區(qū)。

通過疊加整合耕地信息后，刨除了氣候資源適合但不屬于耕地區(qū)域，能進(jìn)一步強(qiáng)化區(qū)劃結(jié)果和湖南省煙草作物真實(shí)栽種情況的契合度，可操作性更高，參照價(jià)值更大[9-11]。

6 結(jié)束語

以CIS技術(shù)為支撐，更精確地規(guī)劃煙草氣候栽種區(qū)，可達(dá)到500 m×500 m的小區(qū)，并整合了土壤使用信息，進(jìn)一步提升所得區(qū)劃結(jié)果的準(zhǔn)確度，符合湖南省煙草現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)種植要求。

利用大田期降雨量及日照時(shí)長、成熟期降雨量及持續(xù)5 d氣溫最高值≥35 ℃熱害共4指標(biāo)對煙葉氣候進(jìn)行區(qū)劃，區(qū)劃結(jié)果和現(xiàn)狀之間有較高契合度。

有機(jī)疊加、整合土壤利用數(shù)據(jù)信息和氣候區(qū)劃情況，能更為客觀地呈現(xiàn)出湖南省某個(gè)區(qū)域內(nèi)煙草可栽植規(guī)模大小，在煙葉作物種植實(shí)踐中能體現(xiàn)出較高的指導(dǎo)價(jià)值。