基于全球定位系統(tǒng)（GIS）的云南省鐵皮石斛種植適宜性區(qū)劃

劉德鋒+彭琳+郜魯濤+劉建陽(yáng)+盛立沖

摘要：云南省是我國(guó)石斛的主產(chǎn)區(qū)，其中鐵皮石斛是在云南全省乃至全國(guó)范圍種植面積最大的品種。而有關(guān)云南省鐵皮石斛種植適宜性區(qū)劃的研究還不多。為了研究鐵皮石斛在云南省的適宜生長(zhǎng)區(qū)域，根據(jù)云南省的氣候資源特點(diǎn)及鐵皮石斛對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的要求，分析確定影響鐵皮石斛生長(zhǎng)分布的適宜性區(qū)劃指標(biāo)，選取年平均溫度、年極端最低溫度、年極端最高溫度、全年≥10 ℃活動(dòng)積溫、年降水量、海拔、年平均相對(duì)濕度7個(gè)氣象因子作為種植區(qū)劃指標(biāo)，利用云南省109個(gè)氣象臺(tái)站1981—2010年的氣候資料及云南省地理信息數(shù)據(jù)，采用全球定位系統(tǒng)（GIS）空間分析技術(shù)對(duì)區(qū)劃指標(biāo)進(jìn)行細(xì)網(wǎng)格推算。結(jié)果得到云南省1 km×1 km網(wǎng)格化氣候資源的空間分布情況，并按照最適宜生長(zhǎng)區(qū)、次適宜生長(zhǎng)區(qū)、不適宜生長(zhǎng)區(qū)對(duì)云南省鐵皮石斛進(jìn)行了種植區(qū)域劃分，并給出了區(qū)劃專題圖，為云南省鐵皮石斛的合理種植提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鐵皮石斛；適宜生長(zhǎng)區(qū)域；全球定位系統(tǒng)（GIS）；氣候資源；區(qū)域劃分

中圖分類號(hào)： S127文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）04-0227-04

鐵皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）別稱黑節(jié)草、云南鐵皮，主要分布于安徽西南部、浙江東部、福建西部、廣西西北部，以及四川、云南東南部[1]。云南省是目前全國(guó)種植鐵皮石斛面積最大的地區(qū)。鐵皮石斛莖可以入藥，具有養(yǎng)胃出津、益氣補(bǔ)血、抗腫瘤、防治癌癥等功效，是中草藥種類中極其珍稀的中藥材[2]。

光照、濕度、氣候等條件稍有不適便會(huì)對(duì)鐵皮石斛的生長(zhǎng)發(fā)育造成影響。由于鐵皮石斛對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求苛刻，導(dǎo)致在自然條件下只有極少的環(huán)境適宜鐵皮石斛生長(zhǎng)，加上森林砍伐、土地開(kāi)發(fā)等導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境破壞，以及長(zhǎng)期無(wú)節(jié)制的掠奪式采挖，鐵皮石斛野生資源已經(jīng)瀕臨枯竭[3]。目前，市場(chǎng)上的鐵皮石斛產(chǎn)品主要來(lái)源于人工栽培。由于鐵皮石斛生長(zhǎng)環(huán)境的特殊性，人工栽培往往投入大、產(chǎn)量低，加上鐵皮石斛極高的藥用價(jià)值，市場(chǎng)供不應(yīng)求，其價(jià)格也在不斷攀升。在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，鐵皮石斛的種植面積也在不斷地?cái)U(kuò)大，這往往又造成了一種盲目引進(jìn)的現(xiàn)象，使云南省鐵皮石斛產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)一種“大面積小產(chǎn)業(yè)”的現(xiàn)狀[4]。在這種背景下，開(kāi)展云南省鐵皮石斛種植區(qū)劃研究，并為云南省鐵皮石斛的合理種植布局提供建議，就顯得十分必要。對(duì)鐵皮石斛進(jìn)行氣候生態(tài)適宜性區(qū)劃，可以充分利用當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y源，選擇適宜的生態(tài)種植環(huán)境[5-10]，優(yōu)化鐵皮石斛的種植結(jié)構(gòu)，避免盲目引種，減少種植成本，從而提高藥材產(chǎn)量和品質(zhì)，同時(shí)可以為種植基地的選取及資源的可持續(xù)利用提供一定的科學(xué)依據(jù)。

根據(jù)鐵皮石斛的現(xiàn)有種植區(qū)域進(jìn)行其生長(zhǎng)適宜性的研究，前人已經(jīng)做了大量工作，也取得了一定的研究成果，[JP+1]但已有區(qū)劃研究多為調(diào)查與考察結(jié)果，加上云南省地形復(fù)雜，鐵皮石斛分布區(qū)域廣泛，地域跨度大，現(xiàn)有區(qū)劃研究不能完全反映其地理分布和生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀，因此評(píng)價(jià)結(jié)果多是局部的、經(jīng)驗(yàn)性的，缺乏一定的科學(xué)性。為了科學(xué)合理地進(jìn)行云南鐵皮石斛的適宜種植區(qū)劃和評(píng)價(jià)，本研究根據(jù)云南省的氣候資源特點(diǎn)和鐵皮石斛生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)環(huán)境的要求，在總結(jié)和分析前人調(diào)查、研究成果[11-12]的基礎(chǔ)上，建立了云南省鐵皮石斛區(qū)劃指標(biāo)，利用GIS空間分析技術(shù)和云南省氣象資料及地理信息數(shù)據(jù)，對(duì)云南省鐵皮石斛進(jìn)行精細(xì)化適宜度分區(qū)，以期充分利用當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)氣候資源，為鐵皮石斛的合理種植提供依據(jù)。[JP]

1研究區(qū)概況

云南省地處中國(guó)西南邊陲，位于21°8′32″～29°15′8″N、97°31′39″～106°11′47″E之間，北回歸線橫貫云南省南部。全省東西最大橫距864.9 km，南北最大縱距900 km，總面積 39.4萬(wàn)km2。全省地形地貌中，山地約占84%，高原、丘陵約占10%，盆地、河谷約占6%；平均海拔2 000 m左右，最高海拔6 740 m，最低海拔76.4 m[13]。

低緯度、高海拔的特殊地理位置，使得該地區(qū)年平均溫度16～20 ℃，日照充足，晝夜溫差大，能夠滿足鐵皮石斛對(duì)氣候條件的要求，得天獨(dú)厚的自然資源使云南省成為我國(guó)鐵皮石斛的主要產(chǎn)地之一。但是由于云南省各類地貌之間條件差異很大，類型繁雜，地勢(shì)北高南低，因而形成了云南省復(fù)雜多樣的氣候類型。由北向南，年平均氣溫從5 ℃升至24 ℃，≥10 ℃ 活動(dòng)積溫從900 ℃升至8 220 ℃，年降水量從 500 mm 升至2 250 mm，最熱月平均氣溫為20～28 ℃，最冷月平均氣溫為8～10 ℃。云南省南北縱距900 km，幾乎涵蓋我國(guó)從海南省到東北的所有氣候類型[13]。氣候類型的復(fù)雜性使得云南省鐵皮石斛的分布也具有復(fù)雜性。

2研究方法

2.1數(shù)據(jù)收集與整理

氣候數(shù)據(jù)：來(lái)源于云南省氣象局，數(shù)據(jù)內(nèi)容為云南省境內(nèi)109個(gè)氣象站的經(jīng)、緯度坐標(biāo)，海拔，以及各站點(diǎn)記錄的溫度、降水量、相對(duì)濕度、活動(dòng)積溫等，時(shí)段為1981—2010年。

地形數(shù)據(jù)：為1 ∶[KG-*3]25萬(wàn)云南省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，包括云南省縣以上行政邊界，云南市（縣）政府所在地圖層，云南省主要河流、公路等圖層，云南省高程模型（DEM）柵格數(shù)據(jù)。

2.2區(qū)劃指標(biāo)分析

調(diào)查研究表明，鐵皮石斛的生長(zhǎng)海拔多在800～1 600 m，適宜種植在涼爽、濕潤(rùn)、空氣暢通的環(huán)境中；生長(zhǎng)適溫15～30 ℃，生長(zhǎng)期溫度以16～21 ℃為宜，休眠期16～18 ℃，夜間溫度10～13 ℃，晝夜溫差保持10～15 ℃[4]；幼苗在10 ℃以下容易受凍，在5 ℃以下開(kāi)始落葉[14]；全年≥10 ℃的有效積溫在5 000 ℃以上；年降水量1 000 mm以上；種植環(huán)境中空氣相對(duì)濕度在80%左右較適宜，忌干燥、積水[15]；最高溫度最好不要超過(guò)37 ℃，最低溫度最好不要低于-5 ℃。

為了進(jìn)一步了解鐵皮石斛在云南省的適宜生長(zhǎng)條件，表1列出了云南省鐵皮石斛主要分布區(qū)的環(huán)境因子概況，這些環(huán)境條件為云南省鐵皮石斛的生態(tài)適宜性區(qū)劃提供了重要參考依據(jù)。

根據(jù)鐵皮石斛的生長(zhǎng)特性及其他相關(guān)調(diào)查、研究資料[12，16]，選取與鐵皮石斛生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)的以下幾個(gè)因子作為云南省鐵皮石斛自然立地的適宜性區(qū)劃指標(biāo)：（1）年平均溫度（℃）；（2）年極端最低溫度（℃）；（3）年極端最高溫度（℃）；（4）全年≥10 ℃的活動(dòng)積溫（℃·d）；（5）年降水量（mm）；（6）年平均相對(duì)濕度（%）；（7）海拔（m）。各指標(biāo)的具體情況見(jiàn)表2。表2中的區(qū)劃指標(biāo)，次適宜區(qū)、最適宜區(qū)為包含、被包含的關(guān)系，即最適宜區(qū)比次適宜區(qū)要求的條件高。

2.3數(shù)據(jù)的分析與處理

2.3.1構(gòu)建區(qū)劃因子?xùn)鸥駡D對(duì)均勻分布在云南省各地區(qū)的109個(gè)氣象站收集到的連續(xù)完整的1981—2010年的氣象資料，利用ArcGIS插值法[17-20]，經(jīng)反距離權(quán)重法進(jìn)行空間數(shù)

據(jù)內(nèi)插等處理后，得到云南省全年≥10 ℃活動(dòng)積溫、年平均溫度、年降水量、年平均相對(duì)濕度等數(shù)據(jù)，并建立1 km×1 km區(qū)劃因子?xùn)鸥駡D。7個(gè)區(qū)劃因子共得到7個(gè)柵格圖層。

2.3.2分區(qū)及專題圖制作對(duì)于不同的作物和農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)，應(yīng)使用不同的分區(qū)方法，這樣才能使區(qū)劃更具有準(zhǔn)確性[21]。集優(yōu)法、逐步分區(qū)法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法、模糊數(shù)學(xué)法等是農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中常用的分區(qū)方法。在對(duì)已有分區(qū)方法[22-23]進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，本研究采用集優(yōu)法對(duì)鐵皮石斛進(jìn)行適宜性區(qū)劃。

根據(jù)表2所列出的區(qū)劃指標(biāo)、區(qū)劃等級(jí)，設(shè)Bi1、Bi2、Bi3分別為對(duì)應(yīng)的第i個(gè)因子所求得的最適宜區(qū)、次適宜區(qū)、不適宜區(qū)（i為區(qū)劃因子，且1≤i≤5）。由此可以得到相應(yīng)的區(qū)劃結(jié)果：最適宜區(qū)，S1=B11∩B21∩…∩B51；次適宜區(qū)，S2=B12∩B22∩…∩B52；不適宜區(qū)，S3=B13∪B23∪…∪B53。

將得到的分區(qū)分別賦予不同的灰度，并疊加縣邊界、圖例、指北針、經(jīng)緯網(wǎng)等，最終得到云南省鐵皮石斛的生態(tài)適宜性區(qū)劃專題。

3結(jié)果與分析

由云南省鐵皮石斛的生態(tài)適宜性區(qū)劃結(jié)果可以看出，25°N 以南的滇西南、滇南以及滇東南的絕大部分地區(qū)，即云南省南部9個(gè)地市（州）中涉及瑞麗、隴川、潞西、盈江、耿馬、瀾滄、勐海、景洪、思茅、勐臘、金平、河口、馬關(guān)、文山、西疇、廣南、富寧等40多個(gè)縣（市、區(qū)）都比較適合鐵皮石斛的生長(zhǎng)。綏江、永善、大關(guān)等滇東北地區(qū)，環(huán)境條件適宜，也比較適合鐵皮石斛的種植。在100°E以西、25°N以北的滇西地區(qū)也有少量地區(qū)適宜種植，但是由于濕度、海拔、溫度等氣候環(huán)境的限制，分布面積較小。

3.1最適宜區(qū)

從區(qū)劃結(jié)果上看，鐵皮石斛的最適宜生長(zhǎng)區(qū)主要集中在滇西南的瑞麗、隴川、盈江、潞西、梁河、滄源地區(qū)，滇東南的文山、西疇、金平、河口、屏邊、馬關(guān)、麻栗坡地區(qū)，以及滇南的勐海、勐臘等少量地區(qū)。這些地區(qū)的年平均溫度在16.1～19.0 ℃ 之間，≥10 ℃年活動(dòng)積溫在5 000 ℃·d以上，年降水量1 000 mm以上，年平均相對(duì)濕度在78%以上。溫度適宜、光照和降水量充足、空氣濕潤(rùn)，各項(xiàng)生態(tài)條件均處于鐵皮石斛生長(zhǎng)的最佳位置。因此可以將這些地區(qū)作為鐵皮石斛的重點(diǎn)種植地區(qū)，以充分利用當(dāng)?shù)貎?yōu)異的氣候資源，減少種植成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.2次適宜區(qū)

25°N以南的大部分地區(qū)、滇東北的部分地區(qū)以及滇西的極少數(shù)地區(qū)，是鐵皮石斛的次適宜生長(zhǎng)區(qū)。這些地區(qū)的氣候條件也比較適合鐵皮石斛的生長(zhǎng)，但條件沒(méi)有最適宜區(qū)好。年平均溫度在14.5～16.1 ℃或16.1～22.4 ℃之間，≥10 ℃年活動(dòng)積溫在4 500～5 000 ℃·d之間，年降水量在850～1 000 mm 之間，年平均相對(duì)濕度在73%～78%之間。各項(xiàng)條件基本滿足鐵皮石斛生長(zhǎng)的需求，亦適合大面積種植，但產(chǎn)量、質(zhì)量可能會(huì)有所降低。

3.3不適宜區(qū)

云南省的其他地區(qū)為不適宜區(qū)。這些地區(qū)由于地勢(shì)的原因，溫濕度、光照等條件達(dá)不到鐵皮石斛生長(zhǎng)的要求，因而不適合種植鐵皮石斛。

4結(jié)論

本研究根據(jù)云南省的氣候資源特點(diǎn)及鐵皮石斛對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的要求，選取了與鐵皮石斛生長(zhǎng)密切相關(guān)的7個(gè)因子作為云南省鐵皮石斛生態(tài)適宜性的區(qū)劃指標(biāo)，并利用GIS空間分析技術(shù)，按最適宜區(qū)、次適宜區(qū)、不適宜區(qū)，對(duì)云南全省進(jìn)行了鐵皮石斛的生態(tài)適宜性區(qū)劃。

本研究區(qū)劃所選取的氣象站點(diǎn)數(shù)量眾多，且基本覆蓋了云南省全境，各區(qū)劃因子對(duì)于鐵皮石斛的生長(zhǎng)也都有著至關(guān)重要的作用。因此本區(qū)劃結(jié)果有著一定的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，能夠大體反映鐵皮石斛在云南省不同地區(qū)的適宜性差異。

在眾多影響鐵皮石斛生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件中，氣候因素占主導(dǎo)地位，但在實(shí)際種植過(guò)程中，還要考慮到土壤、地質(zhì)、交通等因素的影響。為提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，這些因素在以后的研究中還須進(jìn)一步補(bǔ)充和分析。

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