渝東南地區烤煙氣候適宜性評價

李昕容，劉洪斌

渝東南地區烤煙氣候適宜性評價

李昕容，劉洪斌*

（西南大學資源環境學院，重慶 400715）

為優化烤煙生產種植布局，收集渝東南多年氣象資料和烤煙生產數據，采用隸屬函數法選擇烤煙生長期間重要時段的溫度、降水和日照作為評價指標，利用主成分分析法（PCA）確定各氣候因子權重，建立烤煙適宜性綜合評價模型，分析渝東南氣候綜合適宜度及其與烤煙產量、質量之間的關系。結果表明：（1）重慶東南煙區烤煙生長發育期綜合氣候適宜度在0.51～0.92之間，其中7—8月均溫度適宜度最高，均值為0.93，對88.5%的地區而言溫度不是限制煙草生長的氣象因子；7—8月平均累計降水量較高，均值為0.80；5—8月累計日照時數適宜度次之；5月累計降水量適宜度最小，對部分地區烤煙的發育存在一定限制。（2）使用PCA法對評價指標進行權重分配，7—8月均溫、5月累計降水量、7—8月平均累計降水量、5—8月累計日照時數在綜合評價中的權重分別占0.09、0.11、0.42、0.38。（3）綜合適宜性分析得出：氣候最適宜區占該區域的1.48%，但受地形影響不適宜烤煙栽培；較適宜區占43.98%，其中最優烤煙栽培區在海拔800～1600 m的中山地帶；次適宜區占54.54%，零星分布在低山地帶，可發展一般烤煙。

隸屬函數法；氣候適宜性；烤煙；區劃

氣候條件是影響煙葉產質量及風格特色的主要因素[1-2]。在田間生產中，氣候條件無法調控，只能通過調整生產布局來適應氣候。因此研究復雜地形條件下烤煙種植的氣候適宜性，對強化烤煙生產管理及調整烤煙種植布局具有重要意義。

近年來，前人針對氣候變化對烤煙生產和品質形成的重要影響等做了大量研究。張陽等[3]發現溫度與光照的變化對湘東煙區烤煙氯、鉀含量有一定影響，而降水量變化對其影響不顯著。李承業等[4]基于隸屬函數分析吉林烤煙生產的氣候適宜條件，確定6月降水量是影響吉林煙葉的重要氣象因素，限制貢獻率為75%左右。鄧明軍等[5]利用主成分分析法、層次分析法、指數和法等進行權重計算和指數運算，對3類生態條件進行適宜性分析，為廣西靖西煙區提出科學性建議。顧欣等[6]采用主成分分析方法得出黔東南烤煙種植氣候條件變化敏感區域，是烤煙種植不適宜區。程江珂等[7]基于GIS及模糊神經網絡，為攀枝花西南山地種植烤煙區域規劃提供生態適宜性指標數據。李丹丹等[8]分析了湖北興山煙區不同海拔、不同移栽期的氣候狀況，估算了該區氣候適生性指數（CFI），并與國外優質煙區進行了氣候相似性分析。以上研究為煙草種植區的宏觀評價和規劃發揮了指導作用。

重慶煙區屬于長江中上游煙區，是典型的中間香型烤煙種植區域，是中國最適宜生產優質煙葉的區域之一。該區域年均降水量豐富但季節分配不均，日照時間短，且當地地形地貌復雜，氣溫、云霧等氣象要素季節變化較大，對烤煙生產及產業發展影響顯著。鑒于此，本研究在采取隸屬函數法[9-11]建立渝東南煙區烤煙氣象要素適宜度評價模型的基礎上，分析氣候綜合適宜度與2015—2020年烤煙產量和品質的關系，以期為東南煙區烤煙的栽培布局提供理論依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區渝東南位于重慶市東南部（圖1），包括黔江區、涪陵區、南川區、豐都縣、武隆區、石柱縣、酉陽縣、彭水縣[12]。地理坐標為106°47′～109°28′E，28°19′～30°34′N，總面積2.58í104km2，屬中亞熱帶季風濕潤氣候?？緹煷筇锷L期多年年均氣溫22 ℃，年平均降水量800 mm，年平均日照時數670 h。海拔在177～2265 m之間，地形以山地和丘陵為主。

圖1 研究區及地貌類型

1.2 數據來源

1.2.1 煙葉生產數據 2015—2020年重慶市煙草公司煙葉收購數據，包括烤煙收購量、種植單元、單位面積產量、各等級產量、烤煙種植面積及收購均價，計算上等煙比例。

1.2.2 環境數據 氣候數據來源于重慶市34個氣象站點和周邊212個氣象站點近30年（1991—2020）的氣象觀測數據，采用空間插值法獲得逐月氣溫、降水和日照時數柵格圖，空間分辨率為1 km。數字高程模型（DEM）數據來自重慶市1∶100?000地形圖，地貌類型圖來源于重慶自然資源局。

1.3 研究方法

1.3.1 數字化氣候空間分布圖 對站點的烤煙大田生育期逐日氣象觀測數據進行計算，得到月平均氣溫、月降雨量、月日照時數的數據，站點外區域的氣象數據由鄰近觀測站的觀測值進行氣象要素空間插值，依托數字高程模型（DEM）建立數字化氣候空間分布圖，考慮到數據源精度和DEM圖像匹配度，柵格實際空間大小為1 km×1 km。

平均氣溫的空間插值具體方法為：首先，對200多個氣象臺站的氣溫數據與氣象站的經緯度和海拔高度數據進行多元回歸分析并建立回歸方程得到結果1；然后，用每個氣象站的實際氣溫值減氣象站的理論氣溫值得到每個氣象站的氣溫殘差，用反距離權重插值法（IDW）把氣溫殘差從氣象站所在地區擴展到廣大的非氣象站所在地區形成結果2；最后將結果1與結果2相加得到所需要的柵格化的氣溫數據。

降水和日照時數的空間插值具體方法為：以氣象站點記錄的降水量和日照時數數據及觀測站經緯度為計算基本數據，應用ANUSPLIN軟件，采用薄盤平滑樣條插值法（TPS），對站點觀測數據進行空間化處理。首先應用其軟件模塊SPLINA或SPLINB建立降水和日照時數空間分布與站臺經緯度及高程的統計關系；其次基于所建立的統計關系，ANUSPLIN模塊LAPGRD計算目標網格點的降水值，得到柵格化的降水和日照時數數據。

在ArcGIS中使用提取分析工具按掩膜提取，得到渝東南逐月氣溫、降水和日照時數柵格圖。

1.3.2 氣候因素適宜性評價 根據前人研究結果，通過模糊數學中隸屬函數來表示氣候因素的適宜性指數及對烤煙生長的影響程度[13-14]。其中拋物線型和S型的隸屬函數計算公式分別如（1）和（2）：

其中，1、2、3、4分別為評價指標的隸屬函數拐點值，在查閱相關文獻[15-19]的基礎上，結合東南煙區實際情況，確定6項氣候數據評價指標的隸屬函數類型及其拐點值（表1）。

根據計算所得的氣候因素適宜性指數，采取4等級劃分適宜程度[20-21]（表2），適宜度0.8以上證明該區域基本滿足烤煙生長需求，適宜度0.6以下表明該區域限制烤煙生長。

1.3.3 植煙區氣候綜合適宜性評價 通過主成分分析法[22-23]確定主要氣候因子影響烤煙生長的權重，采用指數加權的方法獲得每一個柵格的烤煙氣候適宜度，建立烤煙種植區域綜合氣候適宜度模型，如公式（3）：

表1 烤煙氣候適宜性隸屬函數模型及拐點值

表2 氣候適宜度等級劃分

1.4 數據處理

統計分析和數學建模采用SPSS 25進行，TPS插值在軟件ANUSPLIN 4.3中計算，IDW插值、隸屬函數綜合評價采用ArcGIS 10.6完成。

2 結 果

2.1 研究區氣候條件描述

分析影響東南煙區烤煙生長的關鍵時期氣候因子[24]，確定優質煙葉生長的適宜條件（表3），選擇對渝東南煙區烤煙有重要影響的7—8月均溫、5月累計降水量、6月累計降水量、7—8月平均累計降水量、7—8月累計日照時數及5—8月累計日照時數這6個氣象要素來評價烤煙種植的適宜性。

研究區氣候要素指標的描述性統計結果見表3?？芍?，渝東南烤煙7—8月均溫為（24.86±1.94）℃，6月累計降水量為（195.43±18.56）mm，均屬于優質烤煙適宜條件內；5月累計降水量為（158.13±15.71） mm，7—8月平均累計降水量為（163.4±8.00） mm，7—8月累計日照時數為（356.41±23.94）h，均高于優質烤煙適宜條件；5—8月累計日照時數為（554.67±25.68） h，低于優質烤煙適宜條件；各項指標變異性均屬于弱變異（小于10%）。

表3 研究區氣候數據描述性統計分析及優質煙葉生長適宜條件

2.2 氣候因素適宜度評價

根據隸屬函數公式，計算6項氣候要素適宜度（表4）。東南煙區6月累計降水量的隸屬函數值均在0.9以上，屬于最適宜范圍，7—8月累計日照時數的隸屬函數值均為1?？梢钥闯鲞@兩個指標對烤煙產質量不存在限制，故選取7—8月均溫、5月降水量、7—8月平均累計降水量和5—8月日照時數共4項指標構建渝東南氣候適宜性評價指標體系。

表4 氣候適宜度評價結果

2.3 烤煙氣候適宜性區劃

2.3.1 主要氣象因素適宜度區劃 根據7—8月均溫、5月累計降水量、7—8月平均累計降水量、5—8月累計日照時數的分析研究，遵循既定的烤煙氣候區劃原則[20-21]，在ArcGis和ANUSPLIN軟件中進行氣象指標的空間插值，使用GIS的矢量數據和隸屬函數方程，計算各格點的適宜度值，并按照表2的標準將煙區根據不同氣象因素分為最適宜區、適宜區、次適宜區、不適宜區4類（圖2）。

結合表4和圖2可知，7—8月均溫適宜性評價均值0.93，最適宜區域（≥0.9）占總面積的72.87%。較適宜以上區域（≥0.8）占總面積的88.50%。渝東南除涪陵及豐都西北部以外的大部地區7—8月平均氣溫都是適宜烤煙種植。5月累計降水量評價均值0.74，最適宜區域（≥0.9）占總面積的0.88%。較適宜以上區域（≥0.8）占總面積的18.25%，渝東南5月降水整體偏少，導致次適宜區域占到了80%左右，嚴重影響了渝東南綜合氣候適宜性。7—8月平均累計降水量評價均值0.80，最適宜區域（≥0.9）占總面積的2.26%。較適宜以上區域（≥0.8）占總面積的48.07%，次適宜區域集中在石柱，黔江和酉陽等地。5—8月累計日照時數平均0.79，最適宜區域（≥0.9）占總面積的22.29%。較適宜以上區域（≥0.8）占總面積的41.32%，次適宜區域整體在偏南部的酉陽、南川等地域。各評價指標顯示，不適宜區域均分布較少，可忽略不計。

圖2 不同氣象因子適宜度分布圖

2.3.2 氣象綜合適宜度 利用SPSS 25對數據進行主成分分析，確定各氣候因子的權重，得到7—8月均溫、5月累計降水量、7—8月平均累計降水量、5—8月累計日照時數的權重分別是0.09、0.11、0.42、0.38。根據公式（3），建立烤煙種植綜合氣候適宜性模型，得到每一柵格的烤煙氣候生態適宜度，同時對生態適宜度進行頻率直方圖統計，獲得渝東南烤煙氣候適宜性評價分布圖并對各級別進行統計（圖3）。

圖3 渝東南烤煙種植氣候綜合適應性分析

由圖3可見，渝東南煙區氣候綜合適宜評價均值0.8，最適宜區（IAI＞0.9）分布在渝東南西北部，在豐都縣和涪陵區長江區域及其河流河谷地帶附近，約占總面積的1.48%。較適宜區（0.9＞IAI＞0.8）分布在中山地帶，主要在石柱縣東南部、黔江區南部、武隆縣、彭水縣、酉陽縣中部等地；少數在南川區涪陵區豐都縣東南部等地，約占總面積的43.98%。次適宜區（0.6＜IAI≤0.8）零星分布，以低山地帶為主，約占總面積54.54%。不適宜區域(IAI＜0.6)約占總面積0%。東南煙區烤煙種植點均分布在較適宜區域和次適宜區域。

2.4 不同適宜區的烤煙產量、質量分析

根據劃分的適宜區，分析各區域內烤煙的產量、質量情況。由表5可知，2015—2020年渝東南煙區種植單元減少31.67%，種植面積減少59.08%，煙葉產量減少55.81%。其中較適宜區分別減少24.84%、50.45%、54.21%，均低于渝東南煙區總體減幅。次適宜區域分別減少39.26%、64.51%、67.07%，均高于煙區總體減幅?？梢婋S著時間的推移，次適宜區的種植單元、烤煙種植面積和產量下降幅度遠大于較適宜區，次適宜地區的烤煙適種度減幅高于較適宜區。

表5 較適宜區和次適宜區的種植面積及產量

根據Kruskal-Wallis檢驗結果，不同適宜區烤煙收購均價之間均存在一定的差異性（＜0.001），較適宜區域均價均高于次適宜區域收購均價。2015年較適宜區域均價高于次適宜區域0.02元，2020年則高出0.87元，隨著年份的推移烤煙均價在不同適宜區差距不斷拉大。不同適宜區烤煙上等煙比例也存在差異性（＜0.001），較適宜區域上等煙比例均高于次適宜區域，2015年較適宜區上等煙比例高于次適宜區0.75%，到2020年高3.27%，上等煙比例差距也在逐年拉大。

圖4 較適宜區和次適宜區的烤煙質量

3 討 論

通過上述分析發現，重慶東南煙區較適宜區氣候光溫水匹配較優，雖然5月累計降水量成為該區氣候評價的限制因素，但當地濕度較大，彌補了降水不足的影響，并且溫度條件高，光合作用強，有利于烤煙干物質積累，符合優質烤煙的生態條件。2020年該區域烤煙產量占渝東南煙區總產量的69.5%，比2015年增加了7.5個百分點。較適宜區內烤煙質量也逐年上升，2020年較2015年相比，收購均價增加4.44元，上等煙占比增加17.08個百分點。在較適宜區域的中山地帶基本上都分布烤煙的種植區，但在渝東南煙區西北部河流河谷周邊的低山地形處不宜種植。

次適宜區雖占了渝東南總面積的一半區域，但烤煙種植面積占比較小，主要原因是降水量不足，日照時數稍低，使得烤煙成熟時期延后，造成烤煙品質欠佳，限制著該區域烤煙的發展。2020年約占全植煙區的30%，與2015年相比降低了8個百分點，但其質量逐年增強，收購均價和上等煙比例均有所提高。渝東南煙區的西南部與東南部幾乎均為次適宜區域，在酉陽縣、黔江區烤煙種植均有零星分布，但在南川區、涪陵區次適宜區域無烤煙種植點。從地貌特征來看，東南部烤煙種植點均分布在中山地帶，而西南部低山地帶分布較廣，不適宜烤煙的種植。

最適宜區在氣候配比上最優，但在地貌結構上并不支持烤煙種植。在整體上，渝東南區域并未出現不適宜區域的分布。

進行煙草氣候適宜性的綜合評價，有助于全面掌握煙區的關鍵影響因子，對合理利用氣候資源，趨利避害，提高煙葉產質量有重要的宏觀指導意義。本研究從指標權重來看，重慶東南煙區氣候關鍵因子為7—8月平均累計降水量和5—8月累計日照時數，這兩個因子的變化對烤煙的生產及質量影響十分重要，近年來，煙區氣候因子發生了較大變化，生產上可趨利避害合理利用氣候的變化調控烤煙大田生育期的時間，以控制烤煙生長過程中降水和日照的影響。此外在對東南煙區進行氣候分區時，側重關注影響煙葉產質量的氣候因素，指出較適宜和次適宜區域烤煙栽培的地形地貌，但并未充分考慮土壤、交通、地理區域的影響。因此，在進行烤煙栽培區選擇時，可在本文氣候適宜性分區基礎上，選擇較適宜的中山區域作為烤煙主栽區重點發展優質烤煙，次適宜區可作為后備選區。

4 結 論

通過隸屬度函數法選擇7—8月均溫、5月累計降水量、7—8月平均累計降水量、5—8月累計日照時數作為渝東南烤煙氣候區劃的基本指標，并通過加權指數法計算了渝東南地區的氣候綜合適宜度，結合2015—2020年該地產量、質量的影響變化趨勢，結果表明當前東南煙區實際烤煙種植情況與氣候適宜范圍相吻合，主產區為較適宜區，主要分布在武隆縣、彭水縣等地，占比67%左右，且烤煙品質逐年提升。次適宜區域降水量是限制煙葉生長發育的主要氣象因素，且該氣候區烤煙種植面積大幅減少，產量下降明顯，質量低于適宜優質煙草種植區。研究結果可為渝東南地區烤煙種植布局提供參考。

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Evaluation of Climate Suitability of Flue-cured Tobacco in Southeast Chongqing

LI Xinrong, LIU Hongbin*

(College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Aiming to optimize the planting layout of flue-cured tobacco, meteorological data and flue-cured tobacco production data in southeast Chongqing were collected. Membership function method was employed to select the temperature, precipitation and sunshine during the major growing time of flue-cured tobacco as evaluation indexes, and Principal Component Analysis (PCA) was used to determine the weight of each climatic factor. Comprehensive evaluation model of flue-cured tobacco suitability was established to analyze the climate suitability of southeast Chongqing and its relationship with the yields and quality of flue-cured tobacco. Results showed as the followings. (1)The comprehensive degree of climate suitability for flue-cured tobacco growing period in southeast Chongqing was 0.51-0.92. The average temperature suitability degree from July to August exhibited the highest, with an average of 0.93. For 88.5 % of the region, temperature was not a meteorological factor limiting tobacco growth. The average precipitation from July to August was high, with an average of 0.80, followed by the suitability of sunshine hours from May to August, and the precipitation suitability in May was the smallest, which limited the development of flue-cured tobacco in some areas. (2) PCA method was employed to assign the weight of evaluation index. The weights of the average temperature from July to August, the precipitation in May, the average precipitation from July to August, and the sunshine hours from May to August accounted for 0.09, 0.11, 0.42, and 0.38, respectively. (3) Comprehensive suitability analysis showed that the most suitable area accounted for 1.48 % of the region, but was not suitable for flue-cured tobacco production due to the effect of terrain. Suitable area accounted for 43.98 %, among which the optimal area for flue-cured tobacco production occurred at altitude of 800-1600 m in mountains. Sub-suitable area accounted for 54.54%, scattering in the lower mountainous area, and could plant general flue-cured tobacco.

membership function method; climate suitability; flue-cured tobacco; regionalization

S572.01

A

1007-5119(2023)06-0021-08

中國煙草總公司重慶市公司科技項目[A20201NY01-1303（1）]

李昕容（1999-），女，碩士研究生，主要從事煙草信息管理研究工作。E-mail：1178934163@qq.com。*通信作者，E-mail：liuhongbinswu@163.com

2023-05-23

2023-09-25

10.13496/j.issn.1007-5119.2023.06.004