基于地統(tǒng)計學(xué)與GIS的施秉太子參種植適宜性評價

劉紅 張清海 秦維

摘要：基于GIS技術(shù)中地統(tǒng)計學(xué)方法對復(fù)雜地理環(huán)境下太子參[Pseudostellaria heterophylla （Miq.） Pax]產(chǎn)地環(huán)境適宜性評價進行研究，以貴州省施秉縣太子參種植為例，選取影響優(yōu)質(zhì)太子參種植的年有效積溫、年均降水量、海拔、坡度、坡向、土壤pH、土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、排灌保證率、交通通達度等12個評價因子，對太子參適宜性種植進行綜合評價。結(jié)果表明，施秉縣適宜太子參種植的面積為18 114.55 hm2，占全縣耕地總面積的76.75%，其中高度適宜區(qū)和適宜區(qū)面積分別為2 475.92、6 440.69 hm2，分別占全縣適宜茶葉種植面積的13.67%、35.55%。高度適宜區(qū)主要分布在牛大場鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、白垛鄉(xiāng)，其中，牛大場鎮(zhèn)高度適宜種植太子參耕地面積為1 292 hm2，占全縣高度適宜種植太子參耕地面積的52.2%。關(guān)鍵詞：GIS；地統(tǒng)計學(xué)；太子參[Pseudostellaria heterophylla （Miq.） Pax]；適宜性評價

中圖分類號：R282 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）17-0037-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.17.009 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： Based on the statistical method of GIS Technology， we conducted a research into the environmental adaptability of radix Pseudostellaria heterophylla （Miq.） Pax in complex geographical environment. Radix P. heterophylla （Miq.） Pax grown in Shibing of Guizhou Province as an example， twelve evaluation factors are chosen to evaluate the suitability to grow of radix P. heterophylla（Miq.） comprehensively，and they are effective accumulated temperature，annual rainfall，elevation，gradient，slope direction，soil pH value，soil organic matter，alkali-hydrolysable nitrogen，available phosphorus，available potassium， guarantee rate of drainage and traffic access degree which influence the quality of radix P. heterophylla （Miq.）s grown. The results indicate that the area for planting Radix P. heterophylla（Miq.） is 18 114.55 hm2 in Shibing County， which accounts for 76.75% of the countys cultivated area. For the total planting area， the acreage of highly suitable and generally suitable for planting are 2 475.92 hm2 and 6 440.69 hm2，respectively，while correspondingly，the tea crop area of the whole county they occupied are 13.67% and 35.55%. The highly suitable areas mainly distribute at Niudachang town，Chengguan town， and Baidu town. Among these，Niudachang town takes up 1 292 hm2 of the cultivated area accounting for 52.2% that of the whole country.

Key words： GIS； geostatistic； Pseudostellaria heterophylla （Miq.） Pax； suitability evaluation

太子參[Pseudostellaria heterophylla（Miq.）Pax]又名孩兒參、童參，為石竹科植物，以塊根入藥，具有補氣益血、生津、補脾胃的功效。適于久熱不退、飲食不振、肺虛、咳嗽、心悸等虛弱病癥以及病后體弱無力、自汗、盜汗、口平等癥[1]。針對太子參環(huán)境的研究主要集中在太子參化學(xué)成分本身性狀的分析研究[2-4]，影響太子參性狀的環(huán)境因素相關(guān)分析和研究[5-7]，太子參環(huán)境因素影響下的適宜性區(qū)劃[8-12]。對太子參產(chǎn)地適宜性分析的研究還相對較少，而從氣候、土壤、地形、巖石、生物、水環(huán)境等以及人類活動的角度出發(fā)，對太子參的環(huán)境適宜性的綜合評價鮮見報道。

施秉縣屬貴州省黔東南苗族侗族自治州所轄。地處貴州省東部，黔東南苗族侗族自治州西北部，位于東經(jīng)107°52′37″—108°28′47″、北緯26°46′46″—27°20′16″。20世紀(jì)90年代初期，地處貴州省黔東南苗族侗族自治州西北部的施秉縣牛大場鎮(zhèn)，從福建省柘榮縣引進太子參種植成功，由于施秉牛大場種植生產(chǎn)的太子參中總皂苷和多糖含量與原產(chǎn)地太子參中總皂苷和多糖含量相當(dāng)，微量元素中Zn、Fe、Mg、K、Rb、Ca的含量明顯高于原引種產(chǎn)地太子參，而有害元素 Pb、Cd含量低于原引種地太子參[13]。太子參的生長必須有與之相適應(yīng)的環(huán)境條件作保障。因此，開展施秉縣太子參適宜性評價，對施秉縣生產(chǎn)種植太子參進行區(qū)劃布局，以便減少太子參種植的盲目性，為施秉縣太子參種植業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 土壤樣品采集及分析方法

根據(jù)施秉縣土壤類型和面積，并兼顧不同生態(tài)條件及不同肥力水平的地塊，選取有代表性的土壤，采用GPS定位，擬按每100 hm2左右采集1個耕層（0～20 cm）土壤樣品（即土壤養(yǎng)分普查樣品）。研究區(qū)土壤樣品取樣時間均統(tǒng)一在太子參收獲后完成（2015年12月至2016年3月）。在遠離田坎、溝邊、路邊或肥堆處，每個取樣點根據(jù)田塊的形狀按蛇形或梅花形隨機布設(shè)7～10個樣點，采取表層土壤制成一個混合土樣供分析測試。每點取樣深度（0～20 cm）和數(shù)量一致，最小樣本間距為100 m，樣品充分混合后，用四分法取大約1 kg的土樣帶回實驗室進行室內(nèi)理化性質(zhì)分析，共采集樣品200個。

1.2 樣品測定方法

將采集的土壤樣品分析測定5項指標(biāo)（pH、有機質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮），具體方法參照《土壤理化分析》和《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》進行測定。

土壤pH采用電位法測定，土液比1.0∶2.5；土壤有機質(zhì)參考NY/T85-1988，采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；土壤堿解氮采用堿解擴散法測定；土壤速效鉀參考NY/T889-2004，采用乙酸銨浸提-火焰分光光度法測定；土壤有效磷參考NY/T148-1990，采用鹽酸-氟化氨提取-鉬銻抗比色法測定。

1.3 資料整理

水資源狀況資料；縣級氣象、水利等部門的基礎(chǔ)資料。基礎(chǔ)資料收集完成后，對圖件部分資料進行掃描數(shù)字化，對數(shù)據(jù)表及其他基礎(chǔ)資料，根據(jù)計量單位統(tǒng)一、來源可靠、無顯著異常、無明顯不符合實際的和特殊的數(shù)值等原則對有關(guān)數(shù)據(jù)進行嚴(yán)格的核實、篩選，以確保資料的真實可靠性。同時，將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料根據(jù)性質(zhì)、來源，統(tǒng)一編碼、分類；對不全、不可靠的資料進行記錄，以便外業(yè)補充調(diào)查時予以核實補充。

2 環(huán)境適宜性指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 環(huán)境適宜性評價單元的劃分

基于GIS的太子參環(huán)境適宜性評價以2008年施秉縣1∶10 000的土地利用變更圖為底圖，結(jié)合研究區(qū)實際。利用ArcGIS9.3的Spatial analysis功能生成柵格單元為5 m×5 m的Grid，并以此柵格單元作為評價單元，進行評價成果的統(tǒng)計分析。在評價單元圖內(nèi)統(tǒng)計采樣點，如果1個單元內(nèi)有1個采樣點，則該單元的數(shù)值就用該點的數(shù)值，如果1個單元內(nèi)有多個采樣點，則該單元的數(shù)值可采用多個采樣點的平均值（數(shù)值型取平均值，文本型取大樣本值，下同）；如果某一單元內(nèi)沒有采樣點，則該單元的值可用與該單元相鄰?fù)练N的單元值代替；如果沒有同土種單元相鄰，或相鄰?fù)练N單元也沒有數(shù)據(jù)則可用與之相鄰的所有單元（有數(shù)據(jù)）的平均值代替。

2.2 環(huán)境適宜性指標(biāo)選取

由于研究區(qū)屬云貴高原低山丘陵區(qū)，其環(huán)境適宜性評價因子與平原地區(qū)作物評價及丘陵、山地地區(qū)的普通農(nóng)作物評價有所不同，作物種植條件相對較差。因此，環(huán)境適宜性評價以資源和環(huán)境為中心。依據(jù)研究區(qū)土壤資源可持續(xù)利用的一般性評價指標(biāo)體系，結(jié)合研究區(qū)土地資源利用狀況及作物種植自身特點，堅持指標(biāo)選取的科學(xué)性、系統(tǒng)全面性和相對獨立性、可行性和針對性等原則，采用特爾斐法選取了海拔、坡度、坡向、土壤pH、土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、年有效積溫、年平均降水量、排灌保證率和交通通達度等12項指標(biāo)，作為施秉縣太子參適宜性評價的指標(biāo)，建立太子參適宜性評價指標(biāo)體系。

2.3 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

由于各評價因子對太子參生長的作用程度不同，導(dǎo)致各因子所處地位有所差異。因此，為了保證評價模型的相對客觀性、可靠性，評價過程中應(yīng)當(dāng)給予各評價因子賦予相應(yīng)權(quán)重。確定評價因子權(quán)重的方法主要有層次分析法[14]、回歸分析法[15]、特爾斐法[16]和灰色關(guān)聯(lián)度法[17]等，本研究采用層次分析法。評價過程中參考如下權(quán)重計算公式：

3 太子參環(huán)境適宜性評價指標(biāo)空間預(yù)測模型的構(gòu)建

3.1 數(shù)據(jù)探索分析

數(shù)據(jù)探索性分析，主要通過頻率分布圖、散點圖、位置圖等對地理數(shù)據(jù)統(tǒng)計分布特征作初步考察。本研究通過樣點指標(biāo)數(shù)據(jù)，基于SPSS技術(shù)平臺對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進行頻率分布圖統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如下。

通過分析環(huán)境適宜性氣候要素的年降水量、年有效積溫和土壤要素的有機質(zhì)含量、pH、有效磷、速效鉀、堿解氮7項指標(biāo)數(shù)據(jù)頻率分布（圖1），發(fā)現(xiàn)只有土壤有機質(zhì)含量、堿解氮和pH 3項指標(biāo)數(shù)據(jù)分布基本符合正態(tài)分布格局，利用普通的克里格空間插值模擬基本能夠保證環(huán)境影響要素的空間連續(xù)分布。而對于有效磷、速效鉀、年降水量，尤其是年有效積溫距離正態(tài)分布偏差較大，數(shù)據(jù)漂移情況比較嚴(yán)重，使用克里格法空間插值模擬相對比較精準(zhǔn)。

3.2 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)太子參適宜性等級面積

太子參適宜性評價結(jié)果見表2，耕地太子參適宜性等級見圖2。

施秉縣太子參高度適宜面積為2 475.92 hm2，其中牛大場鎮(zhèn)高度適宜種植太子參耕地面積最大，為1 292.00 hm2，占全縣高度適宜種植太子參耕地面積的52.2%；其次是城關(guān)鎮(zhèn)，面積為260.16 hm2，占高度適宜耕地面積的10.5%；其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積較小，最小的是楊柳塘鎮(zhèn)，面積為27.66 hm2，占高度適宜面積的1.1%。

適宜面積為6 440.69 hm2，其中牛大場鎮(zhèn)面積最大，為1 669.71 hm2，占全縣適宜種植太子參耕地面積的25.9%；其次是城關(guān)鎮(zhèn)，面積為1 507.10 hm2，占適宜耕地面積的23.4%；第三是白垛鄉(xiāng)面積為804.01 hm2，占適宜種植面積的12.5%；其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積次之，最小是甘溪鄉(xiāng)，面積為307.81 hm2，占適宜耕地面積的4.8%。

勉強適宜種植太子參耕地面積為9 197.94 hm2，其中城關(guān)鎮(zhèn)面積最大，為2 052.92 hm2，占勉強適宜面積的22.3%；其次是牛大場鎮(zhèn)，面積為1 415.65 hm2，占勉強適宜耕地面積的15.4%；第三是楊柳塘鎮(zhèn)，面積為1 412.13 hm2，占勉強適宜耕地面積的15.4%；其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積次之，面積最小的是馬溪鄉(xiāng)，面積為484.04 hm2，占勉強適宜耕地面積的5.3%。

不適宜種植太子參耕地面積為5 485.85 hm2，全縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有分布，其中分布面積最大的是城關(guān)鎮(zhèn)，面積為999.07 hm2，占不適宜耕地面積的18.2%；其次是馬號鄉(xiāng)，面積為914.30 hm2，占不適宜耕地面積的16.7%；分布面積最小的是馬溪鄉(xiāng)，面積為166.85 hm2，占不適宜面積的3.0%。

4 小結(jié)與討論

采用GIS技術(shù)，應(yīng)用累積曲線分級法確定太子參適宜性，將施秉縣太子參種植區(qū)劃分為高度適宜、適宜、勉強適宜和不適宜4個等級，客觀性強。研究結(jié)果顯示，施秉縣適宜太子參種植的面積為 18 114.55 hm2，占全縣耕地總面積的76.75%，其中勉強適宜區(qū)所占比例最高，占耕地總面積38.97%，因土壤和地形條件限制，施秉縣不適宜種植區(qū)占全縣耕地總面積的23.24%。應(yīng)根據(jù)施秉縣不同等級適宜區(qū)所面臨的具體問題，因地制宜的針對相應(yīng)限制因子制定應(yīng)對措施，科學(xué)指導(dǎo)施秉縣太子參產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

本研究基于GIS技術(shù)及多種數(shù)學(xué)模型，通過采用地統(tǒng)計學(xué)方法對復(fù)雜地理環(huán)境下太子參環(huán)境適宜性評價進行研究，并通過種植區(qū)太子參等級指標(biāo)對評價結(jié)果進行精度檢驗，進一步完善了復(fù)雜地理環(huán)境條件下區(qū)域環(huán)境適宜性評價的理論、方法。在此基礎(chǔ)上，以貴州省施秉縣太子參種植為例，結(jié)合影響優(yōu)質(zhì)太子參種植的氣象要素、地形因子、土壤條件和社會因素綜合評價太子參種植適宜性并進行了種植區(qū)劃。

環(huán)境適宜性評價所涉及的內(nèi)容廣泛，考慮到地形、氣候、土壤、交通及灌溉在空間分布特征具有相似性。本研究僅以太子參種植區(qū)環(huán)境部分理化性質(zhì)指標(biāo)及地理因子指標(biāo)來構(gòu)建環(huán)境適宜性評價體系進行評價，沒有考慮地形、氣候、土壤、交通及灌溉屬性因子之間的協(xié)同作用，不免對評價結(jié)果產(chǎn)生一定影響。因此，如何建立更加科學(xué)合理的縣級茶園適宜性評價指標(biāo)體系，減少評價過程中人為主觀因素的影響，提高評價結(jié)果的科學(xué)性和有效性，是需要進一步深入研究的地方。

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