濟南市長清區(qū)茶樹種植適宜性農(nóng)業(yè)區(qū)劃

史春彥 張前東 張曉平 歐陽秋明 劉鵬 鄭敏

摘要：利用茶樹生育期所需的氣象條件，選擇氣候因子、地形因子和土壤因子中的10個要素作為影響種植區(qū)茶樹生長的主要因子，采用層次分析法（AHP）賦予不同權(quán)重，并進行空間分布分析，運用地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺對長清茶樹種植實現(xiàn)基于90 m×90 m格網(wǎng)的適宜性農(nóng)業(yè)區(qū)劃。結(jié)果顯示：整體茶樹種植適宜性較好， 分布具有明顯的空間差異性，呈現(xiàn)出由東南向西北遞減的趨勢。最適宜區(qū)分布不集中，主要分布在南部山區(qū)；適宜區(qū)主要分布在最適宜區(qū)周圍及西北部地區(qū)；一般適宜區(qū)在孝里鎮(zhèn)和歸德鎮(zhèn)有面積不大的零散分布。利用當?shù)夭铇浞N植氣候適宜性分析定位，實現(xiàn)精細化評價，對科學(xué)指導(dǎo)長清區(qū)茶樹種植規(guī)劃具有一定應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：長清；茶樹種植；適宜性；農(nóng)業(yè)區(qū)劃

中圖分類號：S571.104.7文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）10-0081-05

長清區(qū)位于濟南市西南部，東依泰山，西濱黃河，其地理坐標為東經(jīng)116°30′38″～117°4′14″，北緯36°14′37″～36°41′50″。長清地處泰山西北山麓至黃河之間，形成了東南高、西北低的傾斜地勢，海拔在29.4～988.6 m之間，由東南向西北依次是山區(qū)、丘陵、山前平原和黃河洼區(qū)，有“八山一洼一平原”之稱。長清區(qū)屬溫帶大陸性半濕潤季風氣候，冬季寒冷少雨雪，夏季炎熱多雨，春季升溫較快，秋季天高氣爽，與同緯度的內(nèi)陸相比，具有氣候溫和、溫差較小、雨水豐沛、光照充足、無霜期長的特點[1]。長清是全國緯度最高的產(chǎn)茶區(qū)之一，從20世紀80年代起開始恢復(fù)茶樹的栽培種植，經(jīng)過長期技術(shù)改造和品種改良形成了獨具特色的長清茶。目前，茶園種植基地覆蓋5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（辦事處）32個行政村，種植面積達400 hm2。按照長清區(qū)政府的整體規(guī)劃，2017年全區(qū)茶園面積將超過600 hm2，茶葉總產(chǎn)量500 t，建成以馬套、坡里莊為核心的萬畝國家級茶葉標準園。本研究通過分析長清區(qū)影響茶樹生長的氣候因子、土壤因子和地形因子，采用層次分析法（AHP）賦予不同權(quán)重，并進行空間分布分析和分級指標的確定，利用GIS技術(shù)構(gòu)建起長清區(qū)茶樹精細化農(nóng)業(yè)綜合區(qū)劃，提高茶樹種植區(qū)劃精度，旨在為合理種植提供重要參考依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料來源

研究所用氣候資料（1981-2010）來源于長清區(qū)氣象局，土壤資料數(shù)據(jù)來源于長清區(qū)國土資源局，地形數(shù)據(jù)來自CGIAR-CSI提供的SRTM全球高程數(shù)據(jù)，綜合區(qū)劃所用土地類型柵格數(shù)據(jù)來源于中國國家數(shù)據(jù)中心。

1.2區(qū)劃方法

本研究中季節(jié)的劃分按3-5月為春季、6-8月為夏季、9-11月為秋季、12月-翌年2月為冬季。

氣象因子均采用普通Kriging插值法。Kriging插值法是以變異函數(shù)理論和結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，在有限區(qū)域內(nèi)對區(qū)域化變量進行無偏差最優(yōu)估計的一種方法[2]，即通過對已知樣本點賦權(quán)重來求得未知樣點值。其表達式為：

Z（x0）=∑ni=1λiZ（xi）

式中，Z（x0）為未知樣點值，Z（xi）為未知樣點周圍的已知樣點值，λi為第i個已知樣本點對未知樣點的權(quán)重，n為已知樣點的個數(shù)。

采用Kriging插值法可以由山東省各市縣的氣象觀測資料獲取長清區(qū)分辨率定為90 m×90 m的柵格圖。

區(qū)劃方法采用層次分析法[3]，通過將復(fù)雜問題分解為若干層次和若干因素，在各因素之間進行簡單的比較和計算，便可以得出不同方案重要性程度的權(quán)重，為最佳方案的選擇提供依據(jù)。區(qū)劃路線如圖1。

2結(jié)果與分析

2.1影響茶樹種植的氣候條件

在自然生長條件下，茶樹全年有3次生長和休止，即：越冬芽萌發(fā)到第一次生長（春梢，3月下旬-5月上旬），第一次休止：第二次生長（夏梢，6月上旬-7月上旬），第二次休止；第三次生長（秋梢，7月中旬-10月上旬），冬季休眠[4]。茶樹的生長對氣候、地貌、土壤等條件有一定要求[5]：3月下旬氣溫達到8℃以后，從茶樹芽膨大到停止生長的220天內(nèi)要求≥10℃積溫在4 000℃以上。日平均氣溫≥10℃茶芽開始萌動，茶樹生長過程要求年平均氣溫在13℃以上，極端最低氣溫>-10℃，最高氣溫<35℃。南方茶樹種植地區(qū)年平均降水量一般介于1 000～1 400 mm，一般在茶樹生長期中，平均月降水量有100 mm就能滿足茶葉生長的需要[6]。日照百分率處于40%～50%，干燥度越低越好，相對濕度80%～90%，比較適宜茶樹生長。海拔高度為30～1 000 m的山坡地，坡度不宜過高也不易過低，茶區(qū)不可位于坡頂和坡底，土壤呈酸性或微酸性。

長清區(qū)極端最低氣溫一般出現(xiàn)在冬季12月-翌年2月，歷年平均出現(xiàn)天數(shù)為0.5天，極端最高氣溫≥35℃常出現(xiàn)在6～8月，歷年平均出現(xiàn)天數(shù)為9.8天。日平均氣溫穩(wěn)定通過10℃的起止時間為4月1日-11月4日，共計218天，期間的積溫為4 747.1℃，降水量為605.3 mm，基本滿足茶樹生育期生長的需要。

因此，本研究選擇年平均氣溫、生育期日平均相對濕度、生育期降水量、低溫冷害危險系數(shù)、生育期平均日照時數(shù)、生育期≥10℃積溫、干燥度、海拔高度、坡度、土壤腐殖質(zhì)厚度作為茶樹區(qū)劃因子。

2.2區(qū)劃因子的選擇與權(quán)重確定

根據(jù)茶樹生育期各階段所需氣象條件不同，選擇影響茶樹生長的10個要素作為茶樹種植區(qū)的影響因子，采用層次分析法（AHP）賦予不同權(quán)重，具體因子的選取及權(quán)重分配見表1。

2.3各農(nóng)業(yè)因子的空間分布及分級

2.3.1年平均氣溫空間分布特征在茶樹生長期（4-10月），茶區(qū)溫度過高抑制茶樹生長，溫度過低易發(fā)生冷害或凍害[7]，都不利于茶樹生長。年平均氣溫在長清區(qū)的空間分布呈現(xiàn)出由西北向東南遞減的趨勢。東北部的崮云湖街道辦事處最高，平安街道辦事處、文昌街道辦事處、歸德鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)、馬山鎮(zhèn)、五峰山街道辦事處和張夏鎮(zhèn)的西北部次之，而東部邊緣的萬德鎮(zhèn)以及張夏鎮(zhèn)大部分地區(qū)、五峰山街道辦事處和馬山鎮(zhèn)東南的小部分地區(qū)較低。

2.3.2相對濕度空間分布特征茶樹對相對濕度的要求較高，相對濕度為70%以上基本滿足茶葉生產(chǎn)，80%～90%最適宜茶樹生長[8]。長清區(qū)相對濕度大體呈現(xiàn)出由南向北遞減的趨勢，相對濕度最高為69.41%，最低為66.95%，相差不大。相對濕度較高區(qū)域分布在雙泉鄉(xiāng)、孝里鎮(zhèn)、馬山鎮(zhèn)，相對濕度較低區(qū)域分布在北部的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

2.3.3生育期降水量空間分布特征降水是茶園水分的主要來源。降雨量過多，強度過大，易引起水土流失，影響茶葉生長，且生長出的茶葉茶味淡薄[9]。雨量過少，茶樹生長受抑制，芽葉生長緩慢，葉形變小，葉質(zhì)粗老而硬，影響產(chǎn)量和品質(zhì)。長清區(qū)生育期降水空間分布總體呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢，東部邊緣的萬德鎮(zhèn)以及張夏鎮(zhèn)大部分地區(qū)、五峰山街道辦事處和馬山鎮(zhèn)東南的小部分地區(qū)最高。西部的平安街道辦事處、文昌街道辦事處、歸德鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)、崮云湖街道辦事處、雙泉鄉(xiāng)以及五峰山街道辦事處、馬山鎮(zhèn)和張夏鎮(zhèn)的西北部分地區(qū)較低。全區(qū)生育期降水量最高值693.4 mm，最低值562.1 mm。

2.3.4低溫冷害系數(shù)空間分布特征低溫會使茶樹受害，但品種不同，茶樹對低溫的適應(yīng)能力會有所不同，一般中、小葉品種茶樹可適應(yīng)的低溫為-15～-10℃[10]。長清區(qū)低溫冷害系數(shù)大致呈現(xiàn)由東向西減少的趨勢，其中萬德鎮(zhèn)東北部、張夏鎮(zhèn)東部低溫冷害系數(shù)最高，茶樹種植適應(yīng)性稍低，西部大部分地區(qū)低溫冷害系數(shù)較低，孝里鎮(zhèn)、歸德鎮(zhèn)、文昌街道辦事處、平安街道辦事處等地茶樹種植適應(yīng)性最低，崮云湖街道辦事處、五峰山街道辦事處、馬山鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)以及張夏鎮(zhèn)西部和萬德鎮(zhèn)西部適應(yīng)性稍高。

2.3.5生育期平均日照時數(shù)空間分布特征生育期平均日照時數(shù)會影響到茶樹生長，藍紫光利于營養(yǎng)物質(zhì)的積累[11]。長清區(qū)地處山東省中部，水汽由東面的洋面登陸，常常形成霧天，因此日照時間越長漫反射輻射量越大，對茶樹種植越有利。長清區(qū)生育期平均日照時數(shù)呈由北部向南部逐步遞減的趨勢。全區(qū)生育期平均日照時數(shù)最高值為6.5 h，最低值為6.4 h，相差不大。

2.3.6生育期≥10℃積溫空間分布特征生育期積溫對茶樹有很大影響[12]，茶樹芽自膨大到停止生長的220天內(nèi)要求≥10℃積溫在4 000℃以上，有效積溫越大生長期越長，越利于茶樹種植。長清區(qū)茶樹生育期≥10℃積溫空間分布不均衡，整體呈現(xiàn)出由西北向東南遞減的趨勢，北部偏東地區(qū)最高，其次為西南部，東南地區(qū)較低。積溫較高的地區(qū)主要包括：崮云湖街道辦事處、平安街道辦事處、文昌街道辦事處、歸德鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)以及五峰山街道辦事處、馬山鎮(zhèn)和張夏鎮(zhèn)的大部分地區(qū)。

2.3.7干燥度空間分布特征茶樹對溫度和水分要求較高，空氣中水汽含量越高越利于茶樹種植[13]，因此干燥度越小越利于茶樹種植。長清區(qū)干燥度分布呈現(xiàn)由西向東逐步減少的趨勢，總體相差不大，其中西部的平安街道辦事處、文昌街道辦事處、歸德鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)為干燥度高值區(qū)。

2.3.8土壤因子空間分布及分級長清區(qū)土壤腐殖質(zhì)厚度空間差異較大，但各鄉(xiāng)鎮(zhèn)間腐殖質(zhì)厚度相差較小，介于0～20 cm之間[14]。各級土壤腐殖質(zhì)厚度面積及所占比例如表2所示。

2.3.9海拔高度空間分布及分級長清區(qū)屬魯中丘陵，總的地勢西低東高，向西北傾斜，西部主要是平原，中部和東部地區(qū)山地、丘陵相間分布。最高點在萬德鎮(zhèn)境內(nèi)，海拔978 m。山地占總面積的15.0%，丘陵占46.7%，平原占38.3%。按照長清區(qū)海拔高度的實際情況及對茶樹生長發(fā)育的影響，將海拔高度分級并賦予分值（見表3）。

2.3.10坡度空間分布及分級按照長清區(qū)坡度的實際情況及對茶樹生長發(fā)育的影響，將坡度分級并賦予分值（見表4）。丘陵、平原占了全區(qū)的絕大部分區(qū)域，坡度在10°以上的區(qū)域分布在長清區(qū)的東部及南部，10°以下坡度主要分布在西部和北部地區(qū)。

2.4長清區(qū)茶樹適宜性綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃圖

為了使區(qū)劃更加精確，綜合以上各因子，進一步考慮長清區(qū)河流及土地利用類型[15]，即將河流及草地、林地、城鎮(zhèn)、裸地等排除，得到長清區(qū)茶樹適宜性綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃（見圖2）。

長清區(qū)茶樹種植適宜性分布具有明顯的空間差異性，總體呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢，茶樹種植最適宜、適宜區(qū)所占面積較大，整體適宜性較好。

最適宜區(qū)分布并不集中，主要分布區(qū)包括萬德鎮(zhèn)、張夏鎮(zhèn)、馬山鎮(zhèn)、歸德鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)。適宜區(qū)主要分布在最適宜區(qū)周圍及西北部的大部分地區(qū)，包括平安街道辦事處、文昌街道辦事處、歸德鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)、崮云湖街道辦事處、五峰山街道辦事處、馬山鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)。一般適宜區(qū)在孝里鎮(zhèn)和歸德鎮(zhèn)均有分布，但面積并不大。

3結(jié)論與建議

3.1在重點分析氣候因子基礎(chǔ)上，兼顧了地形因子和土壤因子對茶樹生長的影響，區(qū)劃要素的選擇和權(quán)重分配精準全面。采用層次分析法，利用格網(wǎng)化方案，使農(nóng)業(yè)區(qū)劃結(jié)果精確到90 m×90 m的柵格圖上，得出了長清茶樹種植精細化的適宜性農(nóng)業(yè)區(qū)劃。

3.2通過對長清區(qū)茶園種植基地的實地調(diào)查及同當?shù)剞r(nóng)業(yè)部門的座談與反饋意見來看，一致認為該農(nóng)業(yè)區(qū)劃是合理的，能精準反映茶樹生長的局地性差異，對科學(xué)規(guī)劃茶樹種植具有一定應(yīng)用價值。

3.3長清區(qū)1-4月易發(fā)生冬季凍害和春季倒春寒，茶園應(yīng)選擇抗寒能力強的小葉種，冬季安裝新型“下臥式”大棚或扣小拱棚，并采取在茶園上風向營造防風林、林間鋪草等措施給茶樹保溫，減輕低溫對茶樹的危害。長清區(qū)大部分茶樹種植區(qū)易發(fā)生春旱和伏旱，需大力發(fā)展灌溉設(shè)施建設(shè)，適時補充水分以滿足茶樹生長需求，同時采取培肥、地面覆膜保墑等措施給茶樹保濕、保肥，抑制水分蒸發(fā)，緩解茶園旱情。

3.4氣溫是影響茶葉品質(zhì)的重要氣候因子，與南方茶區(qū)相比，長清地區(qū)活動積溫偏小，穩(wěn)定通過≥10℃的起止時間偏短，形成了長清茶開采較遲、采摘期限較短、茶業(yè)單產(chǎn)低及茶業(yè)品質(zhì)高的特點。因此，長清茶葉生產(chǎn)應(yīng)利用氣候資源優(yōu)勢，開發(fā)中高端產(chǎn)品，培育名優(yōu)品牌，以高附加值的優(yōu)勢抵消產(chǎn)量低的不足。

參考文獻：

[1]

王新.山東四季的劃分及氣候變化特點[C]//第26屆中國氣象學(xué)會年會氣候變化分會場論文集，2009：979-987.

[2]鄭永駿，金之雁.對偶Kriging插值方法在氣象資料分析中的應(yīng)用[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2008，19（2）：201-208.

[3]程乾生.層次分析法AHP和屬性層次模型ANM[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，1997（11）：25-28.

[4]王鎮(zhèn)恒.茶樹生態(tài)學(xué)[M].第一版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999：100-118.

[5]莊晚芳，莫強，劉祖生，等.茶樹栽培學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1995.

[6]張瑋瑋，申雙和，劉敏，等.湖北省茶樹種植氣候區(qū)劃[J].氣象科技，2011，31（2）：153-159.

[7]梁軼，柏秦鳳，李星敏，等.基于GIS的陜南茶樹氣候生態(tài)適宜性區(qū)劃[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2011，27（13）：79-85.

[8]劉梅.貴州省開陽縣茶樹生長的氣候條件分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2015，35（13）：145-146.

[9]王恒明，吳凌志，周茂山.栗茶間作對北方茶樹生長及綠茶產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2005，26（2）：139-141.

[10]鄒中偉，房婉萍，張定，等.低溫脅迫下茶樹基因表達的差異分析[J].茶葉科學(xué)，2008，28（4）： 249-254.

[11]蔣宗孝，林森知，魏榮源，等.三明市茶樹氣候條件分析及氣候區(qū)劃[J].氣象科技，2004，32（增刊）：87-89.

[12]田月，趙孟，李勇，等.貴州茶樹生長季熱量資源的時空分布特征研究[J].貴州氣象，2015（2）： 1-5.

[13]張麗霞，趙淑娟，王桂雪，等.泰安市茶樹種植氣候條件分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，27（3）： 244-248.

[14]劉守琴，施洪云.山東省幾種主要土壤類型腐殖質(zhì)組成及性質(zhì)的研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1991，22（4）： 408-412.

[15]馬惠群.濟南市河流湖泊水質(zhì)數(shù)值模擬研究[D].濟南：山東大學(xué)，2007.