不同氣候適宜區(qū)的橡膠產(chǎn)膠潛力研究

劉少軍，張京紅，李偉光，陳小敏，佟金鶴

（海南省氣象科學研究所／海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海口 570203）

引言

中國屬于非傳統(tǒng)橡膠種植區(qū)，橡膠樹在生長周期內(nèi)不可避免會受低溫、臺風、季節(jié)性干旱等的影響，氣候因子是影響橡膠生產(chǎn)的關鍵因素之一［1］。目前，由于橡膠產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外環(huán)境的變化，種植橡膠壓力加大，生產(chǎn)成本逐漸增加，傳統(tǒng)種植橡膠生產(chǎn)模式競爭力大幅下降［2］，追求橡膠單量的增加成為迫切需求。因此，了解不同氣候適宜區(qū)橡膠產(chǎn)膠潛力的差異，對開展合理的橡膠生產(chǎn)布局和種植規(guī)劃具有重要意義。橡膠產(chǎn)膠潛力直接影響到橡膠產(chǎn)量的高低，因此選擇合理的氣候適宜區(qū)種植橡膠樹是保障橡膠穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的必備條件。目前，關于橡膠氣候適宜性區(qū)劃已經(jīng)取得了很大進展［3-7］，根據(jù)以上區(qū)劃成果，可充分利用氣候資源的優(yōu)勢開展橡膠樹的種植。在氣象條件對橡膠產(chǎn)量影響方面，不少學者通過建立氣象條件與橡膠產(chǎn)量的關系模型［1，8-12］，開展氣象因子對產(chǎn)量的影響研究；李國堯等［1］從氣象因子、土壤成分、病蟲害、品種和膠園管理等方面歸納了影響橡膠樹產(chǎn)膠量的因素；田耀華等［13］，Canham 等［14］，Wilson［15］分別開展了不同海拔梯度對橡膠樹產(chǎn)量的影響。在橡膠產(chǎn)膠潛力模型方面，李海亮等［16-17］提出了基于NPP 的橡膠產(chǎn)膠潛力模型并開展了海南橡膠產(chǎn)膠潛力研究；劉少軍等［18-19］開展了中國橡膠樹主產(chǎn)區(qū)橡膠產(chǎn)膠能力研究；Yang 等［20］開展了氣候變化對橡膠潛在產(chǎn)量影響研究。目前關于我國不同氣候適宜區(qū)橡膠產(chǎn)膠潛力的差異分析未見報道。本研究利用橡膠樹種植氣候適宜性區(qū)劃的研究成果和遙感反演的中國橡膠主產(chǎn)區(qū)橡膠產(chǎn)膠潛力數(shù)據(jù)，分析不同氣候適宜區(qū)橡膠產(chǎn)膠潛力的差異及不同高程上橡膠產(chǎn)膠能力的差異特征，以期為開展中國橡膠產(chǎn)量預估、橡膠園的品種更新和配置提供技術支撐。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

中國橡膠產(chǎn)區(qū)主要分布在海南、云南、廣東、廣西、福建等5 省區(qū)（圖1），由于福建和廣西橡膠產(chǎn)量的總量約占全國總產(chǎn)量的0.06%左右［18］，因此在本研究中僅考慮海南、云南、廣東的橡膠樹種植范圍。2000—2015 年MODIS NPP 數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)站（http：／ ／www.ntsg.umt.edu／project／mod17＃data-product）；DEM 數(shù)據(jù)來源于http：／ ／srtm.csi.cgiar.org／。

1.2 方法

主要采用ArcGIS 10.1 分別提取中國橡膠氣候適宜性分區(qū)和橡膠產(chǎn)膠潛力分布數(shù)據(jù)，然后開展分析，具體步驟如下：

（1）根據(jù)研究區(qū)橡膠種植分布（圖1），在中國橡膠樹種植氣候適宜性區(qū)劃的成果圖［7］的基礎上，利用ArcGIS 10.1 中裁切功能，提取研究區(qū)橡膠氣候適宜性等級分布。

圖1 研究區(qū)橡膠種植分布圖

（2）在2000—2015 年MODIS NPP 數(shù)據(jù)的基礎上，利用橡膠產(chǎn)膠潛力模型（1）［16-18］，計算研究區(qū)不同年份橡膠產(chǎn)膠潛力數(shù)據(jù)集。

式中為天然橡膠產(chǎn)膠能力（g·m-2），NPP 為橡膠林凈初級生產(chǎn)力（gc·m-2），Hi為橡膠樹的干物質分配率，本研究中的干物質分配率取值范圍21.0%～28.5%［16-17］。

（3）采用ArcGIS 10.1 中ArcToolbox 的Spatial Analyst Tools 功能實現(xiàn)，主要使用con 函數(shù)，提取不同氣候適宜區(qū)對應的橡膠產(chǎn)膠潛力；提取不同氣候適宜區(qū)、不同高程橡膠產(chǎn)膠潛力數(shù)據(jù)等。

2 結果與分析

2.1 橡膠產(chǎn)膠潛力時空分布規(guī)律

根據(jù)中國橡膠現(xiàn)狀分布，提取了橡膠主產(chǎn)區(qū)2000—2015 年年產(chǎn)膠潛力。以2000 年、2005 年、2010 年、2015 年年產(chǎn)膠潛力分布圖為例（圖2），橡膠主產(chǎn)區(qū)平均年產(chǎn)膠潛力分別為99.71g·m-2、93.36g·m-2、96.3g·m-2、101.36g·m-2。從圖2 看出，中國主要橡膠種植區(qū)的產(chǎn)膠潛力存在明顯的差異，云南橡膠的產(chǎn)膠潛力整體高于海南，海南整體上高于廣東。不同省份不同區(qū)域在年產(chǎn)膠潛力上也存在較大差異（表1）：2005—2015 年，云南橡膠年產(chǎn)膠潛力在112.57～130.06g·m-2之間，海南橡膠年產(chǎn)膠潛力在87.47～95.88g·m-2之間，廣東橡膠年產(chǎn)膠潛力在58.62～64.03g·m-2之間。云南橡膠年產(chǎn)膠潛力明顯高于整個橡膠主產(chǎn)區(qū)平均值；海南、廣東橡膠年產(chǎn)膠潛力低于主產(chǎn)區(qū)平均值。海南2000—2015 年橡膠產(chǎn)膠潛力在波動中呈增加趨勢，線性增長率為0.24g·m-2·a-1，增加趨勢不顯著，從2000 年87.47g·m-2增加到2015年95.8g·m-2；廣東2000—2015 年橡膠產(chǎn)膠潛力在波動中呈增加趨勢，線性增長率為0.3g（m2·a）-1，增加趨勢不顯著，從2000 年58.47g·m-2增加到2015 年64.03g·m-2；云南2000—2015 年橡膠產(chǎn)膠潛力在波動中呈微弱減小趨勢，線性減少率為0.07g（m2·a）-1，減少趨勢不顯著，橡膠產(chǎn)膠潛力從2000 年130.06g·m-2減少到2015 年123.75g·m-2。

圖2 年產(chǎn)膠潛力分布圖（單位：g·m－2）

表1 不同年份不同區(qū)域橡膠產(chǎn)膠潛力（單位：g·m－2）

2.2 不同氣候適宜區(qū)空間分布

圖3 橡膠樹種植氣候適宜性區(qū)

根據(jù)研究區(qū)橡膠種植分布圖和中國橡膠樹種植氣候適宜性區(qū)劃圖，提取了中國橡膠主產(chǎn)區(qū)的氣候適宜區(qū)，按照等級標準劃分為高、中、低氣候適宜區(qū)（圖3）。高適宜區(qū)：主要分布在海南定安、儋州、保亭、樂東、澄邁；廣東徐聞、雷州、湛江、陽江；云南景洪、勐臘；福建詔安、云霄。中適宜區(qū)：主要分布在海南萬寧、東方、瓊中、瓊海、昌江等地；廣東潮州、惠來、茂名、信宜、廉江、高州；云南瑞麗、舊過。低適宜區(qū)：主要分布在云南盈江、永德、思茅、屏邊等一線；廣東陽春、海豐、陸河等地［7］。從圖3 看出，目前中國橡膠種植區(qū)主要分布在高適宜區(qū)、中適宜區(qū)，而低適宜區(qū)種植的量非常少。因此，本研究著重分析高適宜區(qū)、中適宜區(qū)橡膠的產(chǎn)膠潛力現(xiàn)狀。

2.3 不同氣候適宜區(qū)橡膠產(chǎn)膠潛力分布

根據(jù)2000—2015 年橡膠年產(chǎn)膠潛力遙感數(shù)據(jù)集，統(tǒng)計2000—2015 年16a 橡膠產(chǎn)膠潛力平均值，根據(jù)橡膠樹種植氣候適宜性區(qū)分布，利用ArcGIS 10.1 提取橡膠高氣候適宜區(qū)產(chǎn)膠潛力分布，高氣候適宜區(qū)產(chǎn)膠潛力的平均值為103.25g·m-2；中氣候適宜區(qū)橡膠潛力的平均值為99.92g·m-2（圖4）。

圖4 2000—2015 年不同氣候適宜區(qū)橡膠年平均產(chǎn)膠潛力分布

2.4 不同適宜區(qū)不同高程情況下橡膠產(chǎn)膠潛力分布

圖5 橡膠種植區(qū)高程分布

根據(jù)橡膠種植區(qū)高程分布圖5 和圖3 橡膠樹種植氣候適宜性區(qū)劃，利用ArcGIS 10.1 中con 函數(shù)功能，提取不同適宜區(qū)和不同高程條件下，橡膠產(chǎn)膠潛力的差異。高適宜區(qū)：當高程小于500m，橡膠產(chǎn)膠潛力最大值為130.38g·m-2，最小值為39.24g·m-2，平均值為87.18g·m-2；當高程在500～800m 之間，橡膠產(chǎn)膠潛力最大值為137.09g·m-2，最小值為90.1g·m-2，平均值為126.59g·m-2。中適宜區(qū)：當高程小于500m，橡膠產(chǎn)膠潛力最大值為127.33g·m-2，最小值為50.91g·m-2，平均值為75.13g·m-2；當高程在500～800m 之間，橡膠產(chǎn)膠潛力最大值為127.35g·m-2，最小值為99.58g·m-2，平均值為117.35g·m-2。可以看出，在高程500～800m 的氣候高適宜區(qū)、中適宜區(qū)，橡膠年平均產(chǎn)膠潛力均優(yōu)于500m 以下區(qū)域。

3 結論與討論

3.1 結論

本研究基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和橡膠樹種植氣候適宜性區(qū)劃的研究成果，分析了不同氣候適宜區(qū)橡膠產(chǎn)膠潛力的分布特征：

（1）針對中國橡膠主產(chǎn)區(qū)2000-2015 年16a 橡膠產(chǎn)膠潛力平均值而言，中氣候適宜區(qū)橡膠產(chǎn)膠能力整體低于高氣候適宜區(qū)，高適宜區(qū)橡膠產(chǎn)膠能力比中氣候適宜區(qū)平均值高3.33g·m-2?？臻g分布上，云南橡膠年產(chǎn)膠潛力較高，其次為海南，最低為廣東。

（2）在氣候高適宜區(qū)和中適宜區(qū)，均存在海拔高度不超過1000m 情況下，橡膠的產(chǎn)量隨著海拔升高而提高，在高程500～800m 區(qū)域橡膠樹產(chǎn)膠潛力優(yōu)于500m 以下區(qū)域。

3.2 討論

根據(jù)高、中氣候適宜區(qū)橡膠樹在不同高程上的產(chǎn)膠潛力的差異分析，橡膠樹在高程500～800m 區(qū)域橡膠產(chǎn)膠潛力優(yōu)于500m 以下區(qū)域。這說明在一定的海拔范圍內(nèi)，隨著海拔梯度的升高，橡膠的產(chǎn)量會提高，這與前人的研究結論一致［13-15］。主要原因可能是隨著橡膠品種的改良，在氣候適宜區(qū)，橡膠樹具備較高的產(chǎn)量水平和抗逆能力。在高程500～800m區(qū)域，隨著海拔梯度的升高，光照強度增加，橡膠樹將更多的碳分配到葉和莖內(nèi)，有效捕獲光能提高橡膠樹本身生長速率，同時將足夠的碳分配到根部，從而提高橡膠產(chǎn)量［13］。當然，目前的橡膠種植線一般不能超過海拔1000m，因為高海拔區(qū)域存在熱量不足，會從一定程度上影響橡膠樹的生長和產(chǎn)膠潛力。橡膠樹產(chǎn)膠潛力的高低受多種因素的影響，既有氣候原因，也有橡膠樹品種、樹齡、管理等方面的原因。本研究僅從宏觀上反映了近16a 中國橡膠樹產(chǎn)膠潛力的空間差異，并結合氣候適宜性區(qū)劃成果，從橡膠氣候適宜性的角度簡要分析了高、中氣候適宜區(qū)橡膠產(chǎn)膠能力的差異。因此，可以根據(jù)研究結果有針對性地開展不同區(qū)域橡膠產(chǎn)膠潛力的提升工作。