通過GIS的技術(shù)對(duì)廣西金花茶進(jìn)行氣候生態(tài)適宜區(qū)的劃分,農(nóng)業(yè)推廣論文

通過GIS的技術(shù)對(duì)廣西金花茶進(jìn)行氣候生態(tài)適宜區(qū)的劃分,農(nóng)業(yè)推廣論文金花茶是山茶科〔Theaceae〕山茶屬〔Camellia〕金花茶組〔CamelliaSect.ChrysanthaChang〕植物的總稱，是茶花家族中唯一花瓣金黃色的珍稀物種，在國(guó)際上享有植物界大熊貓和茶族皇后的美譽(yù)，具有很高的觀賞價(jià)值和藥用價(jià)值。廣西是當(dāng)前世界上金花茶物種資源最豐富的地區(qū)，是金花茶組植物的地理分布中心，被譽(yù)為金花茶的故土.伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)金花茶的需求不斷增加，金花茶的市場(chǎng)培育和推廣種植越來越遭到重視，其栽培區(qū)域逐步擴(kuò)大，但受經(jīng)度、緯度、海拔高度等因素的影響，各地氣象條件有所不同，假如盲目發(fā)展不合適本地種植的農(nóng)作物，一旦發(fā)生氣象災(zāi)禍，很可能造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因而，在廣西全區(qū)進(jìn)行金花茶氣候生態(tài)適宜性區(qū)劃，對(duì)于趨利避害、充分利用當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源，優(yōu)化生產(chǎn)布局，促進(jìn)金花茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有特別重要的意義。自20世紀(jì)70年代以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)于金花茶的研究一直是熱門。很多學(xué)者已經(jīng)對(duì)金花茶的分類學(xué)、群落學(xué)、細(xì)胞學(xué)、形態(tài)解剖學(xué)、雜交育種、引種馴化、開發(fā)利用等方面進(jìn)行了一系列研究報(bào)道。但有關(guān)金花茶氣候研究方面的報(bào)道很少，從氣候角度討論金花茶的生態(tài)適宜性問題未見報(bào)道。因而，本研究根據(jù)金花茶生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣候條件的需求，結(jié)合前人調(diào)查、研究成果進(jìn)行綜合分析，確定氣候適宜度區(qū)劃指標(biāo)，應(yīng)用GIS技術(shù)和近50年氣候資料，對(duì)廣西金花茶種植適宜度進(jìn)行精細(xì)化分區(qū)，以期為金花茶種植的合理布局提供建議。研究區(qū)大概情況及資料。研究區(qū)大概情況廣西地處中國(guó)南疆，介于2054-2626N與10429-11204E之間，土地面積23.67104km2,為云貴高原向東南沿海丘陵過度地帶，具有周高中低、形似盆地，山地多、平原少，巖溶廣布的獨(dú)特地形地貌特點(diǎn)。廣西屬中、南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫16.5~23.1℃，極端最低氣溫-8.4~2.9℃，極端最高氣溫33.7~42.2℃，年平均霜日0~15天；年平均降水量1086.3~2754.5mm;年平均日照時(shí)數(shù)1168.7~2219.4h;年平均相對(duì)濕度74%~83%.據(jù)調(diào)查，金花茶植物的地理分布區(qū)，集中于廣西南部、西南部和越南北部交界的狹長(zhǎng)地帶上，地理分布范圍約在2032-2353N,104-10856主要集中分布在廣西防城、東興、龍州、邕寧、寧明、扶綏、崇左和憑祥等縣市，其次為隆安、大新、天等、武鳴、平果、田東和欽州等地。一般金花茶的垂直分布，主要在海拔50~650m之間的丘陵低山、臺(tái)地，以120~350m高度較為常見。資料來源與處理本研究使用的氣候資料來源于廣西區(qū)氣象檔案館，為廣西90個(gè)地面氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，資料年限為1961-2018年。地理信息資料采用國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1:25萬廣西基礎(chǔ)地理背景數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)通用的ARC/INFO的E00格式數(shù)據(jù)，以分幅圖形式分塊地存放在不同文件中，牽涉廣西范圍的共有20多個(gè)圖幅。因而，在資料處理上首先利用筆者二次開發(fā)的基于SuperMapObject〔5.0〕的GIS區(qū)劃應(yīng)用軟件，對(duì)E00資料進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，再通過拼接、對(duì)柵格數(shù)據(jù)重采樣、對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行分層和挑選及裁剪等系列處理，最終提取出下面區(qū)劃所需的地理信息：〔1〕廣西縣以上行政邊界；〔2〕廣西市、縣、鄉(xiāng)所在地位置和名稱；〔3〕廣西主要河流、鐵路和公路；〔4〕廣西數(shù)字高程模型〔DEM〕及經(jīng)度、緯度、海拔高度等柵格數(shù)據(jù)，所有柵格數(shù)據(jù)網(wǎng)格距均為1km1km.結(jié)果與分析。金花茶氣候生態(tài)適宜性區(qū)劃。金花茶生長(zhǎng)發(fā)育與氣候條件的關(guān)系金花茶植物屬熱帶性樹種，為喜暖熱潮濕、喜蔭耐蔭植物。當(dāng)前已被發(fā)現(xiàn)和命名的金花茶物種有40多種，不同種的生育期不盡一樣，種間與不同生育期對(duì)氣候條件的需求也有所不同，為便于敘述，筆者選取金花茶組植物中的1個(gè)種--金花茶〔CamellianitidissimaChi〕為主要研究對(duì)象，在金花茶組植物中，金花茶是數(shù)量最多、分布面積最大的種類。據(jù)研究，金花茶在不同的生育階段要求溫度也不同，種子萌芽出土和植株萌動(dòng)要求旬溫在11℃左右；植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)期多在夏、秋2季，要求氣溫較高，適宜氣溫在19~25℃之間；現(xiàn)蕾期要求的氣溫最高，約在26℃以上；開花期多在冬、春季，要求氣溫偏低，適宜氣溫在13~19℃之間。金花茶對(duì)熱量要求較高，但對(duì)低溫仍有較強(qiáng)適應(yīng)性，原產(chǎn)地可忍受-3℃短暫低溫；原生于石灰?guī)r石山的種類引種到土山的酸性土上也能正常生長(zhǎng)，同時(shí)能耐短期的-5.5℃低溫天氣而未受凍害。金花茶長(zhǎng)期生長(zhǎng)在蔭溝濕谷或溪旁邊坡森林環(huán)境下，構(gòu)成喜蔭好濕特性。金花茶營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期要求水分條件較高，花期需水較少，若花期降雨太多易造成落花。金花茶對(duì)光照要求不高，不能忍耐直射光的照射，天然分布在隱蔽的森林環(huán)境下，若在隱蔽較差環(huán)境下種植，會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)不良，葉色變黃，甚至逐步枯萎死亡?；贕IS的廣西金花茶氣候生態(tài)適宜性區(qū)劃為了進(jìn)一步了解金花茶自然生長(zhǎng)的適宜氣候條件，表1給出了廣西金花茶主要分布區(qū)的氣候大概情況。由表1可知，廣西金花茶的主要分布地區(qū)，年平均氣溫20.6℃〔天等〕~22.7℃〔東興〕；12-3月開花期平均氣溫14.2℃〔天等〕~16.8℃〔東興〕；年極端最低氣溫-2.2℃〔大新〕~2.3℃〔東興〕；年平均霜日0.2天〔東興〕~3.5天〔大新〕。年相對(duì)濕度76.8%〔崇左〕~81.7%〔東興〕；6-11月營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期降水量805.1mm〔寧明〕~2109.8mm〔東興〕；12-3月開花期降水量102.7mm〔田東〕~209.4mm〔防城〕。年平均日照時(shí)數(shù)1534.7h〔天等〕~1775.3h〔田東〕。廣西金花茶主要分布地區(qū)的氣候條件可作為劃分金花茶適宜氣候區(qū)的重要參考。生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣候條件的需求，結(jié)合前人調(diào)查、研究成果進(jìn)行綜合分析，選取與金花茶生長(zhǎng)發(fā)育與品質(zhì)較為密切的年平均氣溫、年極端最低氣溫、年平均霜日數(shù)、開花期平均氣溫、開花期降水量5個(gè)關(guān)鍵氣候因子作為區(qū)劃指標(biāo)〔見表2〕。在5個(gè)關(guān)鍵氣候因子中，前4個(gè)是影響金花茶正常生長(zhǎng)、安全越冬的主要因子，后1個(gè)因子為影響金花茶品質(zhì)的重要因素。金花茶是喜潮濕的植物，廣西各地年平均相對(duì)濕度為74%~82%,空氣濕度較大，能知足生長(zhǎng)發(fā)育需要；廣西各地6-11月降水量為685.5~2109.8mm,大部地區(qū)在800mm以上，基本上都能知足金花茶營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的需要；金花茶對(duì)光照要求不高，且不能忍耐直射光的照射。因而，相對(duì)濕度、6-11月營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期降水量和日照均未作為區(qū)劃的指標(biāo)因子。建立區(qū)劃指標(biāo)的空間分析模型金花茶只要在適宜的氣候條件下才能正常生長(zhǎng)發(fā)育、品質(zhì)好，而氣候資源由于緯度、海陸分布以及地形地貌與下墊面性質(zhì)的不同，存在明顯的空間差異。廣西境內(nèi)海拔200m以上的丘陵、山地面積約占全區(qū)總陸地面積的71%,氣候資源具有立體多樣性特征。而廣西在總面積為23.67104km2的陸地上僅分布90個(gè)氣象臺(tái)站，相當(dāng)于每個(gè)氣象站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)代表了周圍2630km2區(qū)域面積上的氣象資料，且海拔在200m以上的氣象站只要24個(gè)，800m以上的僅1個(gè)站，顯然這90個(gè)氣象站的氣候資料不能全面、真實(shí)地反映廣西氣候資源的分布情況。為了客觀描繪敘述金花茶各個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)因子在廣西的實(shí)際分布，有必要建立區(qū)劃因子的空間分析模型，以便更精細(xì)地推算出無觀測(cè)站點(diǎn)的氣候區(qū)劃因子的分布狀況。氣候區(qū)劃指標(biāo)因子與地理因子的空間分析模型可表示出為公式〔1〕。Y=f〔，，h〕+ε〔1〕式中：Y為氣候區(qū)劃因子；、、h分別為緯度、經(jīng)度、海拔高度等地理因子；f〔，，h〕函數(shù)稱為區(qū)劃指標(biāo)的氣候?qū)W方程；ε為綜合地理殘差，可看作、、h所擬合的氣候?qū)W方程的殘差部分，即公式〔2〕。ε=Y〔實(shí)測(cè)值〕-f〔，，h〕〔2〕根據(jù)區(qū)域站點(diǎn)實(shí)測(cè)的氣象數(shù)據(jù)，采用逐步回歸、多元回歸方式方法，分別建立區(qū)劃指標(biāo)因子與地理因子的空間關(guān)系模型，并對(duì)模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。利用廣西90個(gè)氣象站點(diǎn)的氣候資料和對(duì)應(yīng)站點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、海拔高度等地理信息數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)挑選得5個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)因子的空間推算模型，即5個(gè)區(qū)劃因子的氣候?qū)W方程，結(jié)果見表3.由表3可知，各方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)在0.831~0.966之間，F(xiàn)值為64.091~395.157,從回歸效果看，所有模型均通過0.001的顯著性檢驗(yàn)，表示清楚方程回歸效果好，應(yīng)用它可進(jìn)行區(qū)劃指標(biāo)因子的小網(wǎng)格推算。區(qū)劃指標(biāo)的小網(wǎng)格推算和專題圖制作根據(jù)上述各氣候區(qū)劃指標(biāo)因子的空間推算方程，可推算出每個(gè)氣候區(qū)劃因子在千米網(wǎng)格點(diǎn)上的值，再利用公式〔2〕進(jìn)行殘差訂正計(jì)算。〔1〕在GIS系統(tǒng)里提取1km1km網(wǎng)格的緯度、區(qū)劃指標(biāo)因子年平均霜日數(shù)年極端最低氣溫年平均氣溫花期平均氣溫花期降雨量模型表示出式。經(jīng)度、海拔高度h、坡向等地理數(shù)據(jù)和廣西的省級(jí)、縣級(jí)邊界以及縣級(jí)以上行政點(diǎn)等矢量數(shù)據(jù)；將提取的地理數(shù)據(jù)分別代入各氣候區(qū)劃因子推算方程中，得出1km1km網(wǎng)格點(diǎn)上各氣候區(qū)劃因子的推算值，生成千米網(wǎng)格的5個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)的柵格圖。〔2〕利用反距離權(quán)重插值法，即用公式〔2〕，以廣西90個(gè)氣象站點(diǎn)的殘差值為樣本，對(duì)殘差值進(jìn)行空間插值計(jì)算，內(nèi)插出1km1km網(wǎng)格點(diǎn)上的殘差分布值，生成千米網(wǎng)格的殘差柵格圖?！?〕將1km1km網(wǎng)格點(diǎn)上的各氣候區(qū)劃指標(biāo)柵格圖與殘差柵格圖進(jìn)行迭加運(yùn)算，得到廣西金花茶5個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)1km1km網(wǎng)格的實(shí)際分布圖。共5幅圖〔圖略〕?！?〕利用上述5個(gè)區(qū)劃指標(biāo)分布圖，采用專家打分法，根據(jù)表2中的指標(biāo)分級(jí)打分，即每一分級(jí)指標(biāo)都賦予一定的分值，如指標(biāo)年平均氣溫〔Ty〕，當(dāng)Ty在21.0~23.0之間給予分值為20分，Ty在19.0~21.0或23.0~25.0之間給予分值10分，Ty19.0或25.0時(shí)給予分值5分；其他指標(biāo)的打分按此類推，然后進(jìn)行疊加處理得到總分，再根據(jù)5個(gè)指標(biāo)總分?jǐn)?shù)的大小將金花茶劃分為適宜、次適宜和不適宜3個(gè)氣候區(qū)。最后，對(duì)不同的劃分區(qū)域賦予不同顏色，并疊加縣邊界、經(jīng)緯網(wǎng)和制作圖例等，最終制作出廣西金花茶的氣候生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃圖〔見圖1〕。結(jié)果。適宜區(qū)本區(qū)主要分布于廣西沿海一帶、桂東南和桂西南海拔較低的地區(qū)，包括北海、防城港、玉林、貴港4市大部，崇左、南寧2市西南部，左、右江河谷部分地區(qū)，以及都安、大化、橫縣、賓陽(yáng)等縣的局部區(qū)域。該區(qū)年平均氣溫為21.4~22.8℃、年極端最低氣溫為-2.0~2.8℃、年平均霜日數(shù)為0~3天、12-3月開花期平均氣溫為14.3~16.8℃、12-3月開花期降水量為102.7~209.4mm.總體上看，本區(qū)熱量資源豐富，寒害及霜凍天氣少，越冬條件較好，氣候條件適宜金花茶的生長(zhǎng)；開花期雨量較少，有利于成花及供觀賞，故可建立大面積的金花茶商品生產(chǎn)基地，以充分利用該區(qū)優(yōu)越的氣候資源，進(jìn)一步提高金花茶種植的經(jīng)濟(jì)效益。次適宜區(qū)本區(qū)包括廣西南寧、梧州2市南部，崇左市東部和北部，欽州市東北部，百色市城區(qū)，以及田陽(yáng)、平果、上思、容縣、平南、容縣等縣的部分區(qū)域。該區(qū)年平均氣溫為20.6~23.2℃，大部地區(qū)在21~23℃之間；年極端最低氣溫為-4.1~2.9℃，大部地區(qū)-2.0℃；年平均霜日數(shù)為0~5.5天；12-3月開花期平均氣溫為13.7~17.0℃，大部在14~17℃之間；12-3月開花期降水量為86.8~265.8mm,華而不實(shí)百色、田陽(yáng)降水量缺乏100mm,梧州市大部、賓陽(yáng)、上林、馬山降水量降水量210mm.本區(qū)的氣候條件雖不及適宜區(qū)，但熱量資源仍較充足，寒涼天氣比擬少，氣候條件仍能知足金花茶生長(zhǎng)發(fā)育的需要，但該區(qū)部分地區(qū)有些年份的霜日偏多，應(yīng)注意天氣變化，在霜凍天氣經(jīng)過中，應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)金花茶防寒工作。另外，金花茶花期需水量雖較少，但百色、田陽(yáng)等地的降水量仍偏少，種植金花茶，尚需加強(qiáng)保水和灌溉措施；梧州市大部、賓陽(yáng)、上林、馬山降水量略偏多，容易造成落花，應(yīng)做好一定的保衛(wèi)措施?？偠灾搮^(qū)不宜大規(guī)模栽培，只能選擇冬季暖和、霜凍少的小氣候環(huán)境進(jìn)行中、小規(guī)模種植。不適宜區(qū)本區(qū)分布在廣西北部，以及南部海拔高度較高的山區(qū)，包括桂林市、柳州市、賀州市、河池市、來賓市的大部，百色市高山地區(qū)，以及天等、大新、都安、馬山等縣東部的部分區(qū)域。該區(qū)各地年平均氣溫為16.7~20.9℃，大部地區(qū)19℃；年極端最低氣溫為-8.4~-1.0℃；年平均霜日數(shù)為1.3~14.0天，大部3~8天；12-3月開花期平均氣溫為8.0~14.4℃，大部13℃；12-3月開花期降水量為84.4~391.8mm,華而不實(shí)百色市北部山區(qū)降水量偏少，而桂林、賀州、柳州3市大部降水量偏多?？傮w而言，該區(qū)熱量資源缺乏，寒害及霜凍天氣較多，越冬條件欠佳，對(duì)金花茶的生長(zhǎng)發(fā)育不利；十分是開花期氣溫偏低、降水量偏多或缺乏，均會(huì)對(duì)金花茶的品質(zhì)及其觀賞價(jià)值產(chǎn)生不利影響，因而，該區(qū)不宜盲目發(fā)展金花茶生產(chǎn)。結(jié)論與討論〔1〕本區(qū)劃引入GIS技術(shù)，采用氣候與地形相結(jié)合的方式方法，將廣西金花茶氣候生態(tài)種植區(qū)劃分為適宜、次適宜和不適宜區(qū)，為優(yōu)化金花茶生產(chǎn)的合理布局和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了科學(xué)根據(jù)。〔2〕利用GIS制作的1kmlkm細(xì)網(wǎng)格金花茶氣候區(qū)劃圖，能夠直觀地反映出區(qū)劃指標(biāo)隨地理位置和海拔高度的立體變化特征，所得的區(qū)劃結(jié)果更細(xì)致、更精到準(zhǔn)確，也更符合廣西金花茶的實(shí)際分布；GIS的應(yīng)用也為高新技術(shù)在金花茶種植區(qū)劃研究與服務(wù)領(lǐng)域提供了新的途徑和方式方法?！?〕氣候資源由于緯度、海陸分布以及地形地貌與下墊面性質(zhì)的不同而存在明顯的空間分布差異。本區(qū)劃在建立區(qū)劃指標(biāo)推算模型時(shí)，考慮了緯度、經(jīng)度、海拔高度等地理因子的影響。因而，其結(jié)果與實(shí)際情況較為相符合?！?〕金花茶喜蔭好濕、忌長(zhǎng)期陽(yáng)光直射，在隱蔽條件差的環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)不良，葉色變黃，甚至枯萎死亡。因而，在推廣種植和栽培管理中，應(yīng)為金花茶建立遮蔭棚，蔭棚四周配植常綠闊葉喬木和攀緣植物，構(gòu)成一個(gè)類似于原產(chǎn)地環(huán)境的生長(zhǎng)環(huán)境?！?〕在影響金花茶生長(zhǎng)的眾多環(huán)境條件中，氣候條件始終是最重要的影響因素。因而，本區(qū)劃主要選擇對(duì)金花茶生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響的5個(gè)氣候因子作為區(qū)劃的指標(biāo)因子，但是對(duì)于土壤類型、土壤肥力等狀況以及影響金花茶品質(zhì)的其他因子考慮得較少，有待在今后的研究中不斷地補(bǔ)充、修正和完善。以下為參考文獻(xiàn)[1]云南省植物研究所昆明植物園。我們國(guó)家的黃茶花--金花茶[J].云南植物研究，1975〔1〕：54-58.[2]張宏達(dá)。華夏植物區(qū)系的金花茶組[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1979,19〔3〕：69-74.[3]黃錦培，鄒琦麗。金花茶染色體組型觀察[J].廣西植物，1982,2〔1〕：14-16.[4]徐峰，謝福惠，梁盛業(yè)。廣西金花茶木材解剖研究[J].廣西植物，1989,9〔3〕：249-254.[5]梁盛業(yè)。金