甘肅省馬鈴薯種植適宜性評價及影響因素分析

張美蘭 郭世乾 賈蕊鴻 頓志恒 陳偉 馮守疆 俄勝哲 張麗 吳世蓉 張玉霞 董星晨

摘要：甘肅省作為我國馬鈴薯主要產(chǎn)區(qū)，探索其種植科學性及適宜性，對優(yōu)化我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)布局具有重要意義。通過布設采樣點對甘肅省馬鈴薯產(chǎn)區(qū)水、熱、光等氣象資源、立地條件以及土壤理化性狀數(shù)據(jù)進行調查，利用SPSS26.0、GS+軟件對調查數(shù)據(jù)進行分析，用Arcgis10.8普通克里格插值法對相關數(shù)據(jù)進行插值處理，用拉斐爾法構建評價指標體系對馬鈴薯種植區(qū)域進行適宜性評價。結果顯示，甘肅省馬鈴薯種植高度適宜區(qū)、適宜區(qū)、勉強適宜區(qū)和不適宜區(qū)的面積分別為98.86萬hm2、213.36 萬hm2、120.00萬hm2、88.75萬hm2，分別占全省耕地總面積的18.98%、40.95%、23.03%和17.04%。影響甘肅省馬鈴薯適宜性分布的主要因素為海拔、年降水量和年平均氣溫。

關鍵詞：馬鈴薯；適宜性評價； 影響因素； 甘肅省

中圖分類號：S532? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2097-2172（2023）08-0731-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.08.009

Suitability Assessment of Potato Production in Gansu Province and

Analysis of Its Influencing Factors

ZHANG Meilan 1， 2， GUO Shiqian 1， JIA Ruihong 1， DUN Zhiheng 1， CHEN Wei 3， FENG Shoujiang 4，

E Shengzhe 4， ZHANG Li 1， WU Shirong 1， ZHANG Yuxia 1， DONG Xingchen 1

（1. General Station of Gansu Cultivited Land Quality Construction and Protection， Lanzhou Gansu 730020， China; 2. Northwest Institute of Eco-environment and Resources， Chinese Academy of Sciences， Lanzhou Gansu 730000， China; 3. Institute of

Agricultural Economics and Information， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China;

4. Instituteof Soil Fertilizer and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences，

Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Gansu Province is China's primary potato producing region. Exploring the suitability of potato cultivation is of great significance for optimizing the layout of China's potato industry. Thus， this study investigated the potato farming region in Gansu Province， examined factors such as water， heat， light， and other meteorological resources， as well as site conditions and physical and chemical soil characteristics. Data analysis was performed using SPSS 26.0 and GS+. And the Arcgis 10.8 ordinary kriging interpolation was used for interpolation， the Raphael's method was applied to construct an evaluation indicator system for suitability evaluation of potato production areas. Results showed that the highly suitable， suitable， barely suitable and unsuitable areas for potato production in Gansu were 988 600 ha， 2.1336 million ha， 1.20 million ha and 887 500 ha， respectively， corresponding to 18.98%， 40.95%， 23.03% and 17.04%of the Gansu Province's total cultivated area， respectively. Several key factors influenced the distribution of potato suitability in Gansu Province， namely altitude， annual precipitation and annual average temperature.

Key words： Potato; Suitability assessment; Influencing factor; Gansu Province

收稿日期：2023 - 08 - 01

基金項目：甘肅省現(xiàn)代絲路寒旱農(nóng)業(yè)發(fā)展項目（甘農(nóng)財發(fā)〔2020〕12號）。

作者簡介：張美蘭（1982 — ），女，甘肅隴南人，農(nóng)藝師，主要從事耕地質量監(jiān)測評價與GIS應用、環(huán)境微生物研究工作。Email： 46904686@qq.com。

通信作者：郭世乾（1980 — ），男，甘肅永昌人，正高級農(nóng)藝師，主要從事耕地質量提升技術推廣工作。Email： 58719422@qq.com。

馬鈴薯（Solanum tuberosum）耐寒、耐旱、耐瘠薄，適應性廣，是糧菜飼兼用型高產(chǎn)農(nóng)作物，廣泛種植于世界各地［1 ］。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）最新報告顯示，目前馬鈴薯已超越玉米，成為世界第三大糧食作物［2 ］。甘肅省種植馬鈴薯已有400多年歷史［3 ］。2020年全省馬鈴薯種植面積68.67萬hm2，占我國馬鈴薯種植面積的12.9%，位居第3；鮮薯產(chǎn)量1 550萬t，產(chǎn)量占全國馬鈴薯產(chǎn)量的17.2%［4 ］，位居第2。甘肅發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)具有得天獨厚的生長環(huán)境，馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)大部分處于年降水量不足350 mm、7 — 9月降水量占全年60%以上的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)［5 ］。甘肅氣候冷涼、土層深厚疏松、耕地養(yǎng)分富鉀、晝夜溫差大，雨熱分布特征與馬鈴薯塊莖膨大期吻合。因此，甘肅省發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)具有良好的生態(tài)適宜性，是全國馬鈴薯的重要產(chǎn)區(qū)［6 ］。

定西市作為甘肅省乃至西北區(qū)優(yōu)質馬鈴薯產(chǎn)地之一，常年種植面積達20.00萬 hm2［7 ］，且有逐年擴大的趨勢，該區(qū)馬鈴薯制成的大眾主食產(chǎn)品成為人們餐桌上的“搶手貨”［8 ］。但是眾多學者［9 - 10 ］的研究表明，連作障礙導致馬鈴薯減產(chǎn)，土壤生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益凸顯。謝奎忠［11 ］研究表明，長期連作導致該區(qū)馬鈴薯土傳枯萎病日益加劇，對馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展造成嚴重影響；胡新元等［12 ］的研究揭示，連續(xù)種植馬鈴薯會干擾土壤微生物群落的結構。近年來隨著地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System， GIS）廣泛應用［13 - 15 ］，利用GIS開展農(nóng)業(yè)適應性評價較為普遍［16 ］。王棟［17 ］利用GIS技術，結合專家打分法和層次分析法評價出云南省馬鈴薯最適宜區(qū)域分布在滇東北區(qū)域和滇西北高海拔生態(tài)區(qū)域；朱婭秋等［18 ］運用技術評價出吉林省馬鈴薯最適宜區(qū)主要分布在中西部平原及丘陵地區(qū)；王萍等［19 ］認為黑龍江省松嫩平原的東部和北部更適宜馬鈴薯的生長，且影響適宜度的主要因子為降水。盡管已有學者對甘肅省縣域馬鈴薯適宜性有所研究［20 - 21 ］，但對省域范圍研究較少。為探索甘肅省馬鈴薯適宜種植區(qū)域，我們將處于西北干旱半干旱區(qū)的定西市安定區(qū)馬鈴薯最適宜區(qū)的氣象因素、立地條件、土壤養(yǎng)分，作為甘肅省干旱半干旱區(qū)馬鈴薯適宜性評價模型依據(jù)，以評價甘肅省干旱半干旱區(qū)馬鈴薯適宜種植區(qū)域，為甘肅省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)布局提供數(shù)據(jù)支撐，對西北干旱半干旱區(qū)馬鈴薯種植區(qū)劃具有重要意義。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究區(qū)概況

甘肅?。?2° 11′～42° 57′N，92° 13′～108° 46′ E）位于黃河上游，分屬黃河、長江、內(nèi)陸河三大流域。全省土地總面積42.58萬km2。省域內(nèi)山地、高原、平原、丘陵、沙漠、戈壁交錯分布，以山地和高原為主。土壤類型多達37個，主要糧食作物為小麥、玉米和馬鈴薯。

1.2? ?數(shù)據(jù)來源

2020年布設產(chǎn)地環(huán)境評價采樣點600個，獲取了海拔高度、坡度、坡向、地貌類型、地形部位等立地條件數(shù)據(jù)，同時檢測土壤有機質、pH、有效磷、速效鉀含量。根據(jù)甘肅省第二次土壤普查資料獲取有效土層厚度、成土母質、土壤質地等數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)來源：（1）甘肅省1∶50萬土壤類型圖，shp格式；（2）土地利用數(shù)據(jù)，來源于甘肅省測繪局，shp格式。

1.3? ?評價方法

利用ArcGIS10.8中的“Intersect”命令將甘肅省土壤圖與耕地利用類型圖進行疊加，生成耕地-土壤圖，作為評價底圖來保證評價對象的可比? ? 性［22 ］。利用SPSS 26.0對數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計和方差分析，利用GS+軟件進行統(tǒng)計分析，確定空間插值的模型。然后用普通克里格插值方法對樣點數(shù)值型數(shù)據(jù)進行插值，建立甘肅省馬鈴薯種植適宜性評價耕地-土壤數(shù)據(jù)庫。

用特爾斐法建立甘肅省馬鈴薯種植適宜性評價指標體系，用層次分析法確定指標權重，用隸屬函數(shù)法確定數(shù)值型指標隸屬度，用專家打分法確定概念型指標的隸屬度，計算耕地-土壤圖斑適宜性綜合指數(shù)。

P =∑（Ci×Fi）

式中，P為耕地適宜性綜合指數(shù)，Ci為第i個評價指標的組合權重，F(xiàn)i為第i個評價指標的隸屬度。根據(jù)評價區(qū)的作物種植和生長情況，結合農(nóng)業(yè)專家建議，將耕地-土壤圖斑綜合指數(shù)曲線劃分為4個等級：P值在0.660 00～0.794 14劃分為高度適宜，P值在0.600 00～0.659 99劃分為適宜，P值在0.500 00～0.600 00劃分為勉強適宜，P值在0.346 46～0.499 99劃分為不適宜。

2? ?結果與分析

2.1? ?馬鈴薯評價指標體系的構建

根據(jù)馬鈴薯的生長習性，結合馬鈴薯種植專家的建議，用特爾斐法將年平均氣溫、年降水量、海拔、有機質、有效磷、速效鉀等6個指標作為評價的指標，構建了馬鈴薯種植適宜性評價層次分析模型（圖1）。

2.2? ?甘肅省馬鈴薯種植適宜性評價

利用特爾斐法建立甘肅省馬鈴薯種植適宜性評價層次分析模型，計算獲得各指標組合權重（表1）；利用專家打分法建立甘肅省馬鈴薯種植適宜性評價指標隸屬函數(shù)模型（表2）。在此基礎上構建了甘肅省馬鈴薯種植適宜性評價模型，并獲得甘肅省馬鈴薯種植適宜性分布圖（圖2）。結果顯示，甘肅省內(nèi)絕大多數(shù)耕地適合馬鈴薯生產(chǎn)，其中高度適宜種植區(qū)耕地面積為98.86萬hm2，占總耕地面積的18.98%，主要集中在分布在隴中黃土高原區(qū)的定西市安定區(qū)、通渭縣、隴西縣、渭源縣、臨洮縣、會寧縣、東鄉(xiāng)縣等縣區(qū)，以及河西地區(qū)的古浪縣、永昌縣、民樂縣、山丹縣、天?？h等的高海拔區(qū)域，此外，還包括永登縣、廣河縣、康樂縣、臨夏縣、張家川縣及隴東黃土高原的莊浪縣、靜寧縣等小部分地區(qū)也有分布。適宜種植區(qū)耕地面積213.36 萬hm2，占全省總耕地面積的40.95%，主要分布在定西市、平?jīng)鍪?、天水市、隴南市、臨夏州、蘭州市、白銀市、武威市、金昌市等地的低海拔區(qū)域。勉強適宜種植區(qū)耕地面積為120.00萬hm2，占全省總耕地面積的23.03%，主要在慶陽市、隴南市、甘南州、蘭州市、白銀市等地的低海拔區(qū)域。不適宜種植區(qū)耕地面積為88.75萬hm2，占全省總耕地面積的17.04%，主要分布在酒泉市、張掖市、嘉峪關市、武威市民勤縣和金昌市金川區(qū)等地的低海拔區(qū)域。

2.3? ?適宜種植區(qū)的特征

甘肅省馬鈴薯種植高度適宜、適宜區(qū)主要分布在隴中黃土高原區(qū)（圖2），此區(qū)域主要土壤類型有黃綿土、灰鈣土、栗鈣土、黑壚土等，耕地土壤質地多為壤土，有效土層較厚，晝夜溫差大。土壤pH平均值為8.2，土壤耕層含有機質16.300 g/kg、全氮0.932 g/kg、有效磷18.7 mg/kg、速效鉀184.0 mg/kg、堿解氮75.2 mg/kg。年降水量445 mm，>10 ℃年積溫2 787 ℃，海拔674～3 725 m。

2.4? ?甘肅省馬鈴薯種植適宜性影響因素

通過專家打分與層次分析法相結合構建甘肅省馬鈴薯種植適宜性評價指標體系， 確定區(qū)劃指標分級， 再運用層次分析法和隸屬函數(shù)法對甘肅省馬鈴薯生種植適宜性綜合評價。層次分析法結果顯示，影響甘肅省馬鈴薯種植適宜性的主要因素為氣象因素，權重為53%；其次是土壤養(yǎng)分，權重為34%；最后是立地條件，權重為13%。通過隸屬函數(shù)法分析顯示，馬鈴薯適宜性評價指標的權重由大到小依次為海拔、年降水量、年平均氣溫、速效鉀、有機質、有效磷，分別為56.24%、17.34%、14.45%、4.48%、4.02%、3.47%（圖3）。

3? ?討論與結論

本次區(qū)劃評價包含的區(qū)劃指標層數(shù)較多。在指標權重方面，采用主客觀相結合的辦法，基于各專家打分及層次分析法計算指標權重，兼顧了馬鈴薯生物學特性和統(tǒng)計指標發(fā)生概率計算權重。在綜合評價的過程中，將各指標權重值納入主成分分析法對氣象因素、土壤養(yǎng)分、立地條件等準則層進行綜合分析，與盧其棟等［23 ］在四川省、黃宜海等［24 ］在山東省及王錫朝等［25 ］在河北省等地區(qū)進行評價研究時采用的方法基本一致。但本研究僅為甘肅省馬鈴薯種植的適宜性區(qū)劃，除未考慮經(jīng)濟政策、科技推廣的因素外，還缺乏對各產(chǎn)區(qū)農(nóng)戶種植意愿、種植方式的考慮［26 ］。希望后續(xù)研究可建立更為全面的綜合區(qū)劃指標模型，補充、修正和完善目前的區(qū)劃指標體系。

研究結果表明，甘肅省馬鈴薯種植高度適宜區(qū)、適宜區(qū)、勉強適宜區(qū)和不適宜區(qū)的面積分別為98.86萬hm2、213.36 萬hm2、120.00萬hm2、88.75萬hm2，分別占全省耕地總面積的18.98%、40.95%、23.03%和17.04%。甘肅省馬鈴薯最適宜種植區(qū)域為隴中黃土高原區(qū)的安定、會寧、通渭、隴西、渭源、臨洮、東鄉(xiāng)等縣區(qū)，以及河西地區(qū)的古浪、永昌、民樂、山丹、天祝等縣的高海拔區(qū)域；此外，還包括永登、廣河、康樂、臨夏、張家川及隴東黃土高原的莊浪、靜寧等小部分地區(qū)的高海拔區(qū)域。影響甘肅省馬鈴薯適宜種植區(qū)域的主要因素為海拔、年降水量、年平均氣溫，權重分別為56.24%、17.34%、14.45%。

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