基于GIS的赤壁市茶葉種植適宜性評(píng)價(jià)研究

姜宇榕 何國(guó)松 韓冰華 劉彥文 周霞

摘要：開展茶葉種植適宜性評(píng)價(jià)是選擇合適的茶葉種植地的首要任務(wù)。以赤壁市為研究區(qū)域，選取高程、坡度、坡向、地類、土壤、降水、氣溫、積溫8個(gè)評(píng)價(jià)因子，來構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用專家打分法，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重?；贕IS技術(shù)，采用加權(quán)疊加法對(duì)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行綜合性分析，將茶葉種植適宜性結(jié)果分為4個(gè)等級(jí)。結(jié)果表明：最適宜、較適宜、較不適宜、不適宜茶樹種植的面積分別為1680.04hm²，23970.88hm²，101044.88hm²，46504.2hm²，分別占評(píng)價(jià)面積的0.97%，13.84%，58.34%，26.85%。最后，為赤壁市茶葉種植選址提出適當(dāng)?shù)慕ㄗh，對(duì)充分發(fā)揮赤壁市茶葉種植資源優(yōu)勢(shì)具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：GIS;適宜性分析;赤壁市;評(píng)價(jià)體系

中圖分類號(hào)：$571 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）12-0045-04

1概述

近些年來隨著我國(guó)茶產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，各地紛紛制定相關(guān)發(fā)展規(guī)劃鼓勵(lì)茶葉種植。赤壁市是全國(guó)茶葉商品生產(chǎn)基地建設(shè)的示范縣市，產(chǎn)業(yè)規(guī)模大，品牌效益較咸寧市其他縣市更好。在發(fā)展的同時(shí)出現(xiàn)一些問題，為追求效益而盲目擴(kuò)張大宗茶的種植面積，忽視茶葉質(zhì)量，忽視良種茶葉的培育。如何選擇合適的茶葉種植地，尤其是優(yōu)質(zhì)茶的選址，成為了赤壁市茶葉種植的首要任務(wù)。

國(guó)內(nèi)一些學(xué)者針對(duì)氣候、土壤和地形等因素對(duì)茶葉種植的適宜性進(jìn)行研究，為優(yōu)化茶葉種植提供科學(xué)依據(jù)。本文以赤壁市為研究區(qū)域，基于GIS技術(shù)，利用土地利用、土壤、氣象、DEM等茶葉生長(zhǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，選取8個(gè)評(píng)價(jià)因子，確定各因子權(quán)重，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型，為赤壁市茶葉種植規(guī)劃提供依據(jù)，對(duì)茶葉種植綜合評(píng)估具有參考價(jià)值。

2數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1研究區(qū)概況

赤壁市位于湖北省東南部，東經(jīng)113°32'-114°13，北緯29°28'-29°55。東接咸安區(qū)，南交崇陽(yáng)縣，西隔蟠河與湖南臨湘市相鄰，東北連嘉魚縣，西北與洪湖市隔江相望。素有湖北的“南大門”之稱。赤壁市總土地面積為1732平方千米?，F(xiàn)轄9個(gè)鎮(zhèn)、1個(gè)鄉(xiāng)、3個(gè)辦事處、1個(gè)農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)、3個(gè)國(guó)有農(nóng)、林、茶場(chǎng)。總?cè)丝谟?014年統(tǒng)計(jì)為54.7萬(wàn)人。

赤壁市地形自西南向東南一帶偏高，西北到東北一帶略低，形成自南向北傾斜，山地、丘陵、崗埠、平原、湖泊依次排列，構(gòu)成“六山兩水兩分田”。南部為海拔500米左右的低山群，中部為丘陵地帶，北部長(zhǎng)江沿岸地區(qū)為海拔50米左右的沖積平原。赤壁市氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明。年均氣溫在16℃左右，降雨充沛，歷年年均降雨量為1604毫米。適宜的自然環(huán)境條件使得赤壁市成為茶葉種植大市。截至2014年12月底，全市茶葉總面積達(dá)到13.3萬(wàn)畝，茶葉年產(chǎn)量3.1萬(wàn)噸。全市茶產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值21億元，位居全國(guó)100個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)茶縣市第10位。其中，磚茶銷售市場(chǎng)占全國(guó)近35%的份額。

2.2數(shù)據(jù)來源

DEM數(shù)據(jù)是全球空間分辨率為30米的數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品，利用ASTER GDEM第一版本的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工得來。數(shù)據(jù)來源于國(guó)際農(nóng)業(yè)研究磋商組織（http：//http：//srtm.csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp）

氣候數(shù)據(jù)包括年平均氣溫、≥10℃年均積溫、年平均降雨等數(shù)據(jù)信息。氣象數(shù)據(jù)來源于人地系統(tǒng)主題數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//www.data.ac.cn/）

土壤數(shù)據(jù)由GLC2000項(xiàng)目開發(fā)的基于SPOT4遙感數(shù)據(jù)的全球土地覆蓋數(shù)據(jù)的中國(guó)子集部分。土壤數(shù)據(jù)來源于diva地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站（http：//www.diva-gis.org）

2.3研究方法

收集地形數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)因子選取原則和赤壁市茶葉種植的實(shí)際狀況，選取適合茶葉種植的主要評(píng)價(jià)因子以及確立評(píng)價(jià)因子權(quán)重，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。然后對(duì)各因子進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，并進(jìn)一步進(jìn)行加權(quán)疊加分析，得出赤壁市茶葉種植適宜性分布圖。

3赤壁市茶葉種植適宜性評(píng)價(jià)分析

3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

結(jié)合評(píng)價(jià)因子選取原則（可操作性、主導(dǎo)因子和綜合性），從地形條件、氣候條件、土地條件三個(gè)方面考慮，選取高程、坡度、坡向、降水、氣溫、積溫、地類、土壤8個(gè)因子作為主要評(píng)價(jià)因子。采用專家打分法，由專家對(duì)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重進(jìn)行概率估計(jì)。經(jīng)過多輪打分后，得到8個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，如表1所示，構(gòu)建赤壁市茶葉種植適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.2單因子評(píng)價(jià)

3.2.1高程因子分析

茶葉種植技術(shù)資料表明，大部分高山名茶的海拔均在400-700米之間。超過800米，茶葉生長(zhǎng)會(huì)因低溫而受限?；诔啾谑械暮０螤顩r，可以不考慮高海拔限制給茶葉帶來凍害的問題。以ArcGIS軟件為平臺(tái)，采用赤壁市DEM圖，將高程分為四個(gè)等級(jí)：3～100米、100～200米、200～400米、400～700米。其中，400～700米地區(qū)為最適宜地區(qū)，分布在赤壁市東南部的隨陽(yáng)鎮(zhèn)、竹山鎮(zhèn)一帶，沿赤壁市南一帶也有零星分布，可作為優(yōu)質(zhì)茶的種植地。200～400米地區(qū)為較適宜地區(qū)，分布在陸水以東的整個(gè)赤壁市東南部及南部一帶。3-100米地區(qū)為不適宜地區(qū)，100-200米地區(qū)為較不適宜地區(qū)。3～200米地區(qū)分布較廣，占整個(gè)市的3/4。

3.2.2坡度因子分析

茶葉種植技術(shù)資料表明，茶樹的種植與坡度關(guān)系密切。8。以下的緩坡土壤侵蝕的程度小，易于水土保持，可廣建茶園;15°～25°的中坡，侵蝕作用不大，可進(jìn)行梯級(jí)茶園的建設(shè);25°以上的陡坡區(qū)保水、保土和保肥能力差，遇到暴雨則會(huì)形成強(qiáng)烈的沖刷作用，不利于優(yōu)質(zhì)茶葉的種植。采用赤壁市DEM圖，利用ArcGIS軟件坡度工具生成赤壁市坡度圖。將坡度分為五個(gè)等級(jí)：0～8°、8～15°、15～25°、25～35°、35～60°。其中，0～8°地區(qū)為最適宜地區(qū)，分布范圍較廣，赤壁市東中西部均有較多分布，可作為優(yōu)質(zhì)茶的種植地。8-15°和15～25°地區(qū)為較適宜地區(qū)，分布比較分散，主要分布在南部低山群及中部丘陵附近一帶。25～35°地區(qū)為較不適宜地區(qū)。35～60°地區(qū)為不適宜地區(qū)，集中在赤壁東南及南部一帶。

3.2.3坡向因子分析

茶葉受光照影響強(qiáng)烈，所以也要考慮坡向的影響。北半球的南坡光照充足，但長(zhǎng)期的陽(yáng)光直射，會(huì)直接導(dǎo)致酚類物質(zhì)和葉綠素的氧化;而北坡和偏北坡光照相對(duì)較少，使茶葉缺乏足夠的熱量，茶多酚含量偏低。兩種坡向均會(huì)影響茶葉品質(zhì)。偏南坡既不會(huì)有長(zhǎng)時(shí)間直射，也不會(huì)缺少光照，所以優(yōu)先考慮該坡向?yàn)閮?yōu)質(zhì)茶的最佳種植區(qū)。采用赤壁市DEM圖，利用ArcGIS軟件坡向工具生成赤壁市坡向圖。將坡向劃分為8個(gè)等級(jí)：北坡、東北坡、東坡、東南坡、南坡、西南坡、西坡、西北坡（不考慮無(wú)坡向的平坡和重復(fù)的北坡）。將東南坡和西南坡視為偏南坡，除了在黃蓋湖、西涼湖及陸水湖等地區(qū)沒有分布，赤壁市內(nèi)均有分布。偏南坡為最適宜地區(qū)，南坡為較適宜地區(qū)，東坡、西坡、偏北坡為較不適宜地區(qū)，北坡為不適宜地區(qū)。

3.2.4地類因子分析

土地利用類型對(duì)茶葉的種植起著至關(guān)重要的作用。園地可規(guī)劃用來建設(shè)專門的茶產(chǎn)業(yè)園，而未利用地經(jīng)過適當(dāng)?shù)仄秸托迯?fù)后，也有可能成茶葉種植區(qū)。在茶葉種植選址中，林地、耕地受人為因素影響難以被開發(fā)利用，湖泊則無(wú)法利用。所以林地、耕地及湖泊等不能被用來作為茶葉種植地。

對(duì)GLC2000項(xiàng)目中中國(guó)片區(qū)lucc圖進(jìn)行地圖配準(zhǔn)，用掩膜工具進(jìn)行裁剪，獲取赤壁市土地覆蓋類型圖。將地類劃分為六個(gè)等級(jí)：旱地、園地、林地、未利用地、水田、湖泊。園地和未利用地分別占13.9%和0.6%，分布于東部的陸水河與黃蓋湖之間的平原地區(qū)，西部有零散分布。這兩種地類分布區(qū)可作為優(yōu)質(zhì)茶種植區(qū)。旱地約占26.9%，沿著省道217、國(guó)道107及京港澳高速呈條帶狀分布，可能是早期為了建設(shè)發(fā)展而占用部分旱地作為道路用地。水田主要分布在三大湖泊附近，約占10.3%。林地面積較廣，中南部的低山群和南部的高山地沿線分布密集。園地和未利用地為最適宜地區(qū)，林地為較不適宜地區(qū)，旱地、水田、湖泊為不適宜地區(qū)。

3.2.5土壤因子分析

茶葉種植技術(shù)資料表明，茶樹生長(zhǎng)要求酸性的土壤條件，最適宜的pH值為4.5-5.5。由于pH值數(shù)據(jù)難以收集，所以用土壤因子替代。紅壤呈酸性，表土與心土pH值為5.0-5.5，底土pH值為4.0，符合茶葉生長(zhǎng)對(duì)pH值的要求。對(duì)赤壁市土壤圖進(jìn)行分類劃級(jí)，突出紅壤部分。將土壤圖劃分為三個(gè)等級(jí)：水稻土、紅壤、潮土及水域。紅壤為最適宜地區(qū)，分布廣泛，集中在赤壁市中部及東南部。水稻土、潮土及水域?yàn)椴贿m宜地區(qū)，潮土分布在黃蓋湖、陸水、西涼湖等赤壁市境內(nèi)大小水域周邊，水稻土主要分布在水域周邊的平原區(qū)域。

3.2.6降水氣溫因子分析

茶葉種植資料表明，一般茶區(qū)的年降水量在1150～1400毫米，年均氣溫在13°C以上。由于茶葉喜溫喜濕，所以在一定范圍內(nèi)，溫度高降水多濕度大的地區(qū)更適宜茶葉種植。受數(shù)據(jù)條件限制，選擇赤壁市周邊城市武漢、仙桃、嘉魚、黃石、洪湖、崇陽(yáng)等地作為氣象站點(diǎn)。采用克里金插值法，得到赤壁市的年均降水圖和氣溫圖，并進(jìn)行分類劃級(jí)。將降水量劃分為兩個(gè)等級(jí)：1350～1400毫米、1400～1490毫米。以黃蓋湖南與西涼湖南的連線為界，以南雨量較多，可作為優(yōu)質(zhì)茶的種植地。將均溫劃分為兩個(gè)等級(jí)：16%～16.5°C、16.5°C-17°C。以陸水為界，東部年均溫相對(duì)較高，更利于茶葉生長(zhǎng)。

3.2.7積溫因子分析

資料表明，以≥10℃積溫作為考察指標(biāo)能反映茶葉種植對(duì)熱量的要求。在有水分供應(yīng)的條件下，≥10℃的年活動(dòng)積溫越高，采茶次數(shù)越多，產(chǎn)量越高。用克里金插值法，得到赤壁市年均積溫分布圖。將積溫劃分為三個(gè)等級(jí)：5200～5250°、5250～5350°、5350-5400°。以雙石水庫(kù)和楊家山的連線為界，以東的赤壁市東南部地區(qū)積溫最高。積溫5200～5250°區(qū)分布在西涼湖以西、陸水以東的赤壁市中偏北地區(qū)。而積溫較高區(qū)占赤壁市面積的2/3，分布較廣。雖然市內(nèi)年均積溫均在4500℃～5500℃，差距不大，大部分地區(qū)都滿足茶葉生長(zhǎng)所需的積溫條件，但茶葉種植對(duì)積溫的要求是越高越好。因此，5350～5400°地區(qū)為最適宜地區(qū)。5200～5250°、5250～5350°地區(qū)為較適宜地區(qū)。

3.3赤壁市茶葉種植適宜性綜合評(píng)價(jià)

在考慮權(quán)重的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)因子進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算，最后疊加分析基本表達(dá)形式可以用式（1）表示：

S=∑WiXi（1）

S是適宜性等級(jí)，xi為變量值，wi為權(quán)重，i=l，2，3，……n。

在AreGIS平臺(tái)上，運(yùn)用加權(quán)疊加工具給各個(gè)因子分配合適的權(quán)重值，調(diào)整適宜程度，得出赤壁市茶葉種植適宜性分布圖，如圖1所示。

將赤壁市茶葉種植適宜性分布圖劃分為四類：最適宜區(qū)、較適宜區(qū)、較不適宜區(qū)、不適宜區(qū)。

（1）最適宜區(qū)

最適宜種植茶葉的地區(qū)較少，面積約1680.04公頃，僅占赤壁市的0.97%，主要分布于赤壁市東南部隨陽(yáng)鎮(zhèn)及星星竹海以西一帶。這些地方高程均在400米左右，坡向?yàn)槠掀?，坡度?5°以下，年均氣溫16.5°C以上、年均降水約為1450毫米、積溫5350℃左右。由于自然環(huán)境條件皆為最佳，所以非常利于茶葉生長(zhǎng)需要和茶葉品質(zhì)的形成?？梢栽诖诵纬删植恳?guī)?；纳a(chǎn)，栽培優(yōu)質(zhì)的高山茶葉和有機(jī)茶葉。

（2）較適宜區(qū)

較適宜種植茶葉的地區(qū)面積約23970.88公頃，占13.84%，分布分散。西部主要分布在黃蓋湖以北以東的平原地帶、柳山鎮(zhèn)一帶;東部呈間斷的帶狀分布于沿京港澳高速附近地區(qū);東南在星星竹海以西、陸水湖以東一帶分布較多。這些地方的高程在200米左右，坡向不一，坡度在35。以下，氣溫降水積溫較適宜。由于較適宜區(qū)與大部分園地位置相重合，可以推斷園地的絕大部分地區(qū)是滿足茶葉種植條件的?？梢栽诖诵藿ù笠?guī)模的茶園，通過發(fā)展技術(shù)、改良因子等措施改善茶葉的種植。

（3）較不適宜區(qū)

較不適宜種植茶葉的地區(qū)最廣，約101044.88公頃，占58.34%。整個(gè)赤壁市境內(nèi)均有分布。通過對(duì)比地類圖與適宜性分布圖可以看出，較不適宜區(qū)與林地和耕地范圍相吻合。這些地方受高程、氣象等因子影響不大，符合大部分自然種植條件。但在土地利用過程中，耕地和林地的開發(fā)要求極為嚴(yán)格，難以被開發(fā)用于茶葉種植。

（4）不適宜區(qū)

不適宜種植茶葉的地區(qū)約46504.2公頃，占26.85%。集中分布于西北部的黃蓋湖片區(qū)、東北部的西涼湖片區(qū)及中南部的河流湖泊區(qū)。受地類影響最大，說明湖泊與耕地是限制性因子。在規(guī)劃和選址過程中盡量避免在這些地方種植茶葉。

4討論

針對(duì)茶葉種植布局提出建議：（1）充分發(fā)揮赤壁市獨(dú)特的自然資源優(yōu)勢(shì)條件，合理選擇茶葉種植區(qū)。對(duì)于較少的最適宜區(qū)，由于附近開發(fā)程度小，自然生態(tài)條件較好，在不破壞環(huán)境的條件下，可以進(jìn)行優(yōu)質(zhì)茶葉的種植。（2）較適宜區(qū)占赤壁市面積廣，主要受地類影響較大。較適宜區(qū)大部分與園地分布相吻合，可考慮通過進(jìn)行局部土地修復(fù)或平整，對(duì)小氣候的改善使其更適宜茶葉種植。