基于ArcGIS的恩施州富硒有機(jī)茶最佳種植區(qū)域研究

胡良柏

摘要：通過(guò)對(duì)富硒有機(jī)茶的生長(zhǎng)環(huán)境分析，利用ArcGIS空間分析模塊，對(duì)恩施州富硒地區(qū)茶葉種植區(qū)域進(jìn)行研究。采用空間分析技術(shù)、ArcGIS的Mmodel Builder模型構(gòu)造器進(jìn)行優(yōu)化，找到了富硒有機(jī)茶的最佳適宜種植區(qū)域，并對(duì)整個(gè)恩施州的富硒有機(jī)茶種植區(qū)域進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：富硒有機(jī)茶；ArcGIS；Mmodel Builder模型；適宜性評(píng)價(jià)；空間分析；恩施州

中圖分類號(hào)：P208；S571 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）17-3231-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.17.010

Study on the Best Planting Area about Se-enriched Organic Tea

in Enshi Prefecture Based on ArcGIS

HU Liang-bai

（Tianshui Normal University， Tianshui 741000， Gansu，China）

Abstract： Through the analysis of the growth environment of Se-enriched organic tea， the planting area about Se-enriched organic tea in Enshi was studied using ArcGIS spatial analysis model. The best suitable planting areas for Se-enriched organic tea were found using spatial analysis technology and Mmodel Builder model of ArcGIS， and the whole planting area for Se-enriched organic tea in Enshi was evaluated.

Key words： Se-enriched organic tea； ArcGIS； Mmodel Builder model； suitability evaluation； spatial analysis； Enshi prefecture

恩施土家族苗族自治州（簡(jiǎn)稱恩施州）硒資源豐富，是世界天然生物硒資源最富集的地區(qū)，被譽(yù)為“世界第一天然富硒生物圈”，號(hào)稱“世界硒都”。茶葉是恩施州主要經(jīng)濟(jì)作物之一，也是部分縣市的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，恩施州富硒有機(jī)茶是當(dāng)?shù)仄髽I(yè)依據(jù)得天獨(dú)厚的自然條件打造的優(yōu)勢(shì)品牌。有研究表明，恩施州市場(chǎng)上富硒有機(jī)茶的硒含量參差不齊[1]，品牌效應(yīng)受到?jīng)_擊。究其原因有二，一是恩施州富硒是總體的相對(duì)概念，并不意味著恩施州所有地區(qū)都富硒，恩施州土壤硒含量分布不均，局部地區(qū)硒含量很高，甚至是出現(xiàn)硒中毒現(xiàn)象，也存在硒含量不足的地區(qū)；二是茶葉生長(zhǎng)受到多種生長(zhǎng)環(huán)境的影響，比如說(shuō)土壤、氣候乃至地形條件的影響，真正富硒的好茶葉是多種因素綜合影響的結(jié)果。因?yàn)樯鲜鲈驅(qū)е率袌?chǎng)上富硒有機(jī)茶的品質(zhì)良莠不齊。本研究根據(jù)茶葉的生長(zhǎng)條件，從多方面綜合考慮，結(jié)合GIS空間分析方法，找出恩施州富硒茶的最佳種植區(qū)域，為恩施州的茶葉經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)的依據(jù)。

1 富硒有機(jī)茶的主要生長(zhǎng)環(huán)境分析

茶樹(shù)是喜酸性土壤的作物，喜歡溫暖濕潤(rùn)氣候，喜光耐陰，喜濕怕澇，適宜在漫射光下生長(zhǎng)，富硒有機(jī)茶的生長(zhǎng)環(huán)境首先需要含有充足的天然生物硒資源的土壤，然后根據(jù)茶樹(shù)的生長(zhǎng)習(xí)性選擇最佳種植區(qū)域。

1.1 土壤

適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)的土壤類型較多。茶樹(shù)尤其對(duì)土壤的酸性比較敏感，適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)的理想pH為4.5～6.5，不喜鈣質(zhì)，如果土壤中含較多的石灰質(zhì)則會(huì)影響茶樹(shù)的生長(zhǎng)，要求石灰質(zhì)含量在0.2%以下。土壤結(jié)構(gòu)要求保水性、通水性良好。土壤質(zhì)地疏松、孔隙度大、有機(jī)質(zhì)含量豐富的土壤最適宜茶樹(shù)根系的生長(zhǎng)和發(fā)育。

茶樹(shù)是富集硒元素較強(qiáng)的植物。對(duì)于富硒有機(jī)茶而言，茶葉中硒含量取決于土壤中的水溶性硒含量，土壤中的水溶性硒含量與土壤全硒含量呈正相關(guān)[2]。而在富硒有機(jī)茶的種植過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)天然、綠色的有機(jī)產(chǎn)品，完全不施用任何人工合成的化肥、農(nóng)藥、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、化學(xué)食品添加劑等物質(zhì)。因此，土壤中的硒含量多少是富硒有機(jī)茶品質(zhì)的關(guān)鍵因素。

1.2 氣候

氣候條件是茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素。適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)的氣候條件主要是溫暖濕潤(rùn)的氣候。適宜的溫度有利于茶樹(shù)的生長(zhǎng)，適宜茶樹(shù)的溫度一般在18～25 ℃，用積溫作為茶樹(shù)對(duì)溫度條件的衡量指標(biāo)。光照是茶樹(shù)生長(zhǎng)的重要條件，且茶樹(shù)本身喜光耐陰，一般用年日照時(shí)數(shù)來(lái)表示。水是萬(wàn)物生長(zhǎng)之源，一方面充足的水分是茶樹(shù)本身生長(zhǎng)的條件，另一方面茶樹(shù)適宜濕潤(rùn)的氣候環(huán)境，高品質(zhì)的茶一般生長(zhǎng)在濕度較大的地理環(huán)境中，可用降雨量來(lái)衡量環(huán)境中水分的充足與否。因此，積溫、年日照時(shí)數(shù)和降雨量是影響茶樹(shù)生長(zhǎng)的重要?dú)夂蛞蛩亍?/p>

1.3 地形

由于茶樹(shù)生長(zhǎng)習(xí)性怕澇，主要是環(huán)境中積聚的水容易使茶樹(shù)的根部腐爛，所以要求茶樹(shù)的種植區(qū)域排水良好，一般適宜在坡地或者丘陵地帶生長(zhǎng)。而坡向的不同所能接收的太陽(yáng)輻射差異較大，萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，茶樹(shù)生長(zhǎng)需要充足的陽(yáng)光。因此，地形條件中的坡度與坡向是茶樹(shù)生長(zhǎng)的重要地形因素。

2 富硒茶種植適宜性評(píng)價(jià)模型

2.1 數(shù)學(xué)模型

富硒有機(jī)茶的種植區(qū)域適宜程度是由土壤、氣候、地形等因素綜合影響的結(jié)果，本研究選用一些影響富硒有機(jī)茶生產(chǎn)的關(guān)鍵因素作為評(píng)價(jià)因子。根據(jù)上述對(duì)于富硒有機(jī)茶的生長(zhǎng)環(huán)境分析，確定出富硒有機(jī)茶最佳種植區(qū)域的評(píng)價(jià)因子主要有土壤的含硒量、土壤pH、積溫、年日照時(shí)數(shù)、降雨量、坡度、坡向7個(gè)因子。根據(jù)富硒有機(jī)茶生長(zhǎng)環(huán)境分析結(jié)果，將各個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分類處理，然后根據(jù)影響大小將各個(gè)評(píng)價(jià)因子賦予相應(yīng)的權(quán)重。權(quán)重值的確定采用層次分析法確定。將各個(gè)評(píng)價(jià)因子求加權(quán)疊加后重分類，得到富硒有機(jī)茶的最佳種植區(qū)域。其數(shù)學(xué)模型：endprint

RS=∑Bi×Wi

式中，RS為求取加權(quán)疊加的結(jié)果，Bi為各個(gè)評(píng)價(jià)因子重分類后的值，Wi為各評(píng)價(jià)因子對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

2.2 分析思路

采用ArcGIS的空間分析模塊將經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)據(jù)利用ArcGIS的空間分析工具進(jìn)行分析，具體的思路為：首先將7個(gè)主要評(píng)價(jià)因子的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括空間數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)與矢量化以及屬性數(shù)據(jù)的插值運(yùn)算，將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換，統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系中；然后利用ArcCatalog建立富硒有機(jī)茶種植的數(shù)據(jù)庫(kù)，建立7個(gè)主要的評(píng)價(jià)因子的屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并錄入相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)；最后將分析工具集成到Mmodel Builder模型中進(jìn)行具體的分析處理。

2.3 數(shù)據(jù)處理

土壤的硒含量數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[3]，文獻(xiàn)[3]研究了恩施州土壤硒含量的空間分布特征，共采集442個(gè)土壤樣品進(jìn)行全硒含量的測(cè)定，并最終得到了恩施州土壤全硒含量分布圖。本研究將恩施州土壤全硒含量分布圖進(jìn)行幾何配準(zhǔn)后矢量化得到土壤的硒含量數(shù)據(jù)。土壤的pH數(shù)據(jù)參照文獻(xiàn)[4]與文獻(xiàn)[5]。

氣象數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)的《中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集》，選取恩施州的4個(gè)氣象站的數(shù)據(jù)，利用Replace Pioneer軟件從海量數(shù)據(jù)集中提取到恩施、巴東、建始、利川4個(gè)市（縣）氣象站的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)空間插值處理得到整個(gè)研究區(qū)域的氣象資料。

地形數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)的GDEMDEM30M分辨率數(shù)字高程模型，根據(jù)30 m分辨率的數(shù)字高程模型利用Arcgis的3D空間分析工具提取坡度、坡向因子。

2.4 Mmodel Builder模型設(shè)計(jì)

Mmodel Builder模型構(gòu)造器是ArcGIS進(jìn)行地理處理工作流和腳本的圖形化建模工具，通過(guò)圖解的方式將分析數(shù)據(jù)與分析工具集成在一起，實(shí)現(xiàn)地理空間問(wèn)題的自動(dòng)化處理，可以簡(jiǎn)化復(fù)雜地理處理模型的設(shè)計(jì)與實(shí)施。本研究采用Mmodel Builder模型構(gòu)造器來(lái)實(shí)現(xiàn)恩施州富硒有機(jī)茶種植區(qū)域的選擇問(wèn)題。圖1是利用模型構(gòu)造器構(gòu)造的恩施富硒有機(jī)茶種植區(qū)域分析模型。

3 富硒茶種植區(qū)域的評(píng)價(jià)結(jié)果

模型運(yùn)行后，得到恩施州富硒有機(jī)茶的種植區(qū)域的評(píng)價(jià)結(jié)果，本次將評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為最佳區(qū)域、一般區(qū)域和不良區(qū)域3類。然后利用ArcGIS輸出專題圖，得到恩施州富硒有機(jī)茶最佳種植區(qū)域分析結(jié)果（圖2）。根據(jù)分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)，恩施州富硒有機(jī)茶的最佳種植區(qū)域面積占全州總面積的比例只有20%，根據(jù)恩施州茶葉發(fā)展的實(shí)際情況，因地制宜，選擇適宜富硒有機(jī)茶生產(chǎn)區(qū)域生產(chǎn)是消除市場(chǎng)上產(chǎn)品魚(yú)龍混雜局面、提高品牌效應(yīng)的有力措施。

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)富硒有機(jī)茶的生長(zhǎng)條件進(jìn)行深入分析，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的收集、處理、模型的構(gòu)建等，最后利用ArcGIS的Mmodel Builder模型構(gòu)造器設(shè)計(jì)出針對(duì)性的分析模型。利用GIS的地學(xué)空間分析技術(shù)進(jìn)行分析，得到比較客觀的恩施州富硒有機(jī)茶種植區(qū)域的評(píng)價(jià)結(jié)果。在客觀分析的基礎(chǔ)之上，利用科學(xué)的方法，合理的規(guī)劃、決策方能解決“硒都”與富硒茶品質(zhì)不符的矛盾。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李明偉，黃飛躍，胡蔚紅.恩施茶園土壤硒含量及與茶葉吸收量的相關(guān)關(guān)系[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（4）：832-834.

[2] 劉慕凡，王敬賢，唐 璐.土壤中總硒與水溶性硒相關(guān)性的環(huán)境因素[J].能源環(huán)境保護(hù)，2003，17（5）：50-54.

[3] 馬友平.恩施土壤全硒含量分布的研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2010，24（3）：580-584.

[4] 袁家富，徐祥玉，趙書(shū)軍，等.恩施煙區(qū)土壤養(yǎng)分狀況調(diào)查[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2011，32（S）：93-98.

[5] 徐小江，崔清梅，侯偉華，等.恩施州茶園土壤養(yǎng)分狀況調(diào)查[J].中國(guó)茶葉，2013（5）：22-25.endprint