摘要：根據(jù)煙草生長發(fā)育生態(tài)條件，以地形地貌作為煙草種植適宜性評價的指標(biāo)，借助GIS技術(shù)平臺，利用層次分析法和探測法，得到云南省烤煙種植適宜區(qū)劃數(shù)據(jù)，為云南省烤煙種植基地優(yōu)選提供科學(xué)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：烤煙；生態(tài)適宜性；GIS；評價
1    烤煙生長生態(tài)適宜性地形地貌條件分析
地形地貌不僅對光、熱、水進行再分配，而且還控制土壤類型的發(fā)生及其在空間上的分布規(guī)律，從而影響和決定著煙草的生長發(fā)育及煙葉質(zhì)量。從世界煙草生產(chǎn)情況看，優(yōu)質(zhì)煙均產(chǎn)自排水良好的山地丘陵地區(qū)，如日本、美國種植左陵地帶的煙葉質(zhì)量最優(yōu)，津巴布韋烤煙則多種植在多山的高原。一般來說，丘陵山區(qū)自然坡度15度以下的耕地為宜煙耕地，平地次之，洼地最差。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)烤煙的土壤條件以山坡地、山麓和丘陵地的坡腳為好。地勢高，排水好，地下水位低，土壤通透性好，土壤有效鉀含量高，煙株通風(fēng)透光良好。分析各因子：
1.1海拔
海拔高度是影響氣溫的最重要、最直接因素，而氣溫是影響烤煙生長的重要因素。云南省地處高原山區(qū)，山地面積約占84%，高原、丘陵約占10%，盆地、河谷約占6%，因此，海拔高度是煙葉種植評價的一個非常重要的指標(biāo)。
1.2坡向
在山地條件下是影響光照的重要因素之一。對于北半球，在烤煙生長期（7-8月份），北緯25度線（云南省主要煙區(qū)），正南北坡向15度的耕地上，正午12點時，太陽光線入射角θ1可用（1）式計算，南向、北向入射角分別是0°、30°，北向光照僅為南向的0.86倍。
cosθ1=sin（φ－α）sinδ＋cos（φ－s）cosδcosω（1）
式中：φ——地理緯度；
α——耕地坡度；
δ——太陽赤緯；
ω——太陽時角。
除此以外，坡向還影響降雨。在云南中西部地區(qū)，主要受西南暖濕氣流影響，西坡為迎風(fēng)坡，東坡為背風(fēng)坡，一般情況下西坡降水量多于東坡；東南部地區(qū)受東南暖濕氣流、西南暖濕氣流影響，南坡為迎風(fēng)坡，北坡為背風(fēng)坡，一般情況下南坡降水量多于北坡；滇東北地區(qū)東北坡為迎風(fēng)坡，西南坡為背風(fēng)坡，一般情況下東北坡降水量多于西南坡。
1.3坡度
從農(nóng)業(yè)種植適宜性上，坡度影響水、養(yǎng)份、耕層堆積厚度等指標(biāo)。例如25度以上極易造成水土流失，對煙草生長不利，這也是當(dāng)前國家推行的退耕還林區(qū)。而坡度太小的平原或低洼地區(qū)，易于水處聚集，水肥過剩，也不適宜煙草生長的需要。理想的煙草生長條件為緩緩起伏的坡地，一般坡度以5%為最宜。這類緩坡地不僅土層較厚，而且排水通暢，空氣流通。如在冬季夜間溫度降低，冷空氣順坡下注，聚集于谷地中，而坡上空氣則比較溫暖，利于煙草生長。
上述三個指標(biāo)可用連續(xù)的空間分布數(shù)值來描述，具有穩(wěn)定性、基本不隨時間的變化，每個空間柵格數(shù)值可以準(zhǔn)確地從DEM（數(shù)字高程模型）計算推導(dǎo)。因此，選擇海拔高度、坡度、坡向三項作為評價的主導(dǎo)指標(biāo)，滿足穩(wěn)定性、主導(dǎo)性、可量化性、可獲取原則，是理想的地形地貌評價指標(biāo)。

2指標(biāo)權(quán)值的確定
權(quán)值確定通常有專家咨詢法（DELPHI）、層次分析法（AHP）。這里用AHP法，層次分析法(Analytia1HierarchyProcess，簡稱AHP)是美國匹茲堡大學(xué)教授A．L．Saaty于20世紀(jì)70年代提出的一種系統(tǒng)分析方法。用AHP分析問題大體要經(jīng)過以下五個步驟：(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型；(2)構(gòu)造判斷矩陣；(3)層次單排序；(4)層次總排序；(5)一致性檢驗。這里由于因素較少，僅作步驟（2）、（3）、（5）。
1）構(gòu)造判斷矩陣，構(gòu)造判斷矩陣是AHP的關(guān)鍵一步。假設(shè)有B1、B2、…Bn因素，咨詢并請專家打分，兩兩比較其重要性：
其中：bij是bi對bj的相對重要性，通常取1，2，3，…，9及它們的倒數(shù)，其含義為：
bij=1表示Bi與Bj一樣重要，bij=2表示Bi與Bj稍重要
bij=3表示Bi比Bj重要一點，bij=5表示Bi比Bj重要
bij=7表示Bi比Bj重要得多，bij=9表示Bi與Bj極端重要
顯然bij=1，bij=1/bji，因此僅需給出上或下三角矩陣。
2）層次單排序，即根據(jù)判斷矩陣計算各因素的重要性次序的權(quán)值，可以歸結(jié)為計算判斷矩陣的特征根和特征向量問題，即對判斷矩陣B，計算滿足BW＝λmaxW的特征根與特征向量，式中λmax為B的最大特征根，W為對應(yīng)于λmax的正規(guī)化特征向量，W的分量Wi是相應(yīng)因素單排序的權(quán)值。特征根和特征向量的計算方法有多種：冪法、方根法、和積法，這里采用方根法。
i）    B元素按行相乘
ii）    所得的乘積開n次方
iii）    將方根向量正規(guī)化，得特征向量
iv）    計算判斷矩陣最大特征根
3)一致性檢驗，CI=(λmax-n)/(n-1)，如果CI＝0表示完全一致，CI越大，一致性越差。

表1是用地形地貌三項主導(dǎo)指標(biāo)、按上述方法和步驟計算的結(jié)果，CI=7.5E-7,一致性較好。
表1地形地貌權(quán)值計算表
    海拔    坡度    坡向    權(quán)值    特征向量
海拔    1    3    6    0.667    1.999
坡度    1/3    1    2    0.222    0.666
坡向    1/6    1/2    1    0.111    0.333

3評價處理和結(jié)果
3.1空間數(shù)據(jù)處理
1）    海拔空間數(shù)據(jù)，可從測繪部門直接獲取數(shù)字高程模型（DEM）。DEM是測繪生產(chǎn)地形圖時，從航測攝影、構(gòu)成立體像對、直接測量獲取的結(jié)果，具有直接測量、精確及穩(wěn)定不變的特點，已經(jīng)是空間柵格數(shù)據(jù)格式。根據(jù)精度需求，有不同分辨率（柵格大�。┑腄EM可供選用，太大，不能滿足空間精度要求；太小，數(shù)據(jù)量大增，造成數(shù)據(jù)資源、存儲空間、分析計算的無謂浪費。對云南全省來說，地形起伏較大、變化劇烈，結(jié)合DEM的原始分辨率，選90米x90米、每單元接近1公頃，即考慮到宏觀面、也照顧微觀面的實用性，是合適的選擇。根據(jù)概述中云南省東西寬865千米、南北長990千米，柵格數(shù)據(jù)層的單元數(shù)是9600x11000超過1億個，數(shù)據(jù)量大小已十分可觀。
2）    坡度、坡向數(shù)據(jù)：可由DEM逐點精確計算，有多種算法，如梯度法、中心點8方向法。這里選用的是后一種，為保持坡度、坡向結(jié)果總體趨勢一致性，避免結(jié)果太零碎，需要事先對DEM進行一定平滑處理。
3.2指標(biāo)定量評價
1）指標(biāo)定量評價的意義：參與評價的各因子量綱、物理意義、單位大小等不一致，有的是以數(shù)字表達(dá)，有些是字符型。如果不進行處理，后續(xù)的評價分析難以進行，因此，需要對各因素進行分值化處理。過程是：確定指標(biāo)要素值域范圍，確定打分標(biāo)準(zhǔn)，給出分值化函數(shù)和參數(shù)，分值化處理。
2）打分標(biāo)準(zhǔn)：為便于實際評分操作，常先設(shè)置評價分段數(shù)，一般常設(shè)置4段：最適宜、適宜、次適宜、不適宜或優(yōu)、良、中、差。為拉伸評分值段、細(xì)化評價結(jié)果，并考慮到可操作性，分段數(shù)可適當(dāng)增加，這里在上下段各加一段、分為6個段：最適宜+、最適宜、適宜、次適宜、不適宜、完全不適宜。“最適宜+”是最好的參數(shù)段，對應(yīng)100分值；“不適宜”則是一灰色過度帶，因考慮到有的地方不會因為一項因子的不適宜就使煙草農(nóng)作物完全絕收；“完全不適宜”是一票否決制，只要一項因子的不適宜就不適宜種植煙草作物。分值化有多種方式：直線型、指數(shù)型，本文主要采用指數(shù)型，即遵照傳統(tǒng)：60以上為合適，80以上為良好，故：最適宜+、最適宜、適宜、次適宜、不適宜、完全不適宜六個級別段的分值對應(yīng)：100、100-95、95-80、80-60、60-40、40-0。
3）分值化函數(shù)和參數(shù)：重點是分段拐點的參數(shù)。拐點的參數(shù)確定后，分值化函數(shù)可用樣條、折線等函數(shù)。拐點參數(shù)的確定可請有經(jīng)驗的專家給出，或利用前人研究的成果，或?qū)Ρ忍綔y法。對比探測法的主要思路是：先將經(jīng)驗值作為初始分級值，然后分別對各因子進行評價，用實際觀測的樣本數(shù)據(jù)與評價結(jié)果進行比較，看評價結(jié)果是否與實際樣本數(shù)據(jù)相符，這樣循環(huán)進行，直到評價結(jié)果與實際樣本數(shù)據(jù)非常相近為止。


圖1探測法的流程圖

    首先設(shè)置種植適宜的級別段數(shù)為：最適宜、適宜、次適宜和不適宜四個級別。根據(jù)經(jīng)驗值分別設(shè)置各指標(biāo)的分級段的數(shù)值，見表2。
表2各指標(biāo)分級段數(shù)值
分級    單位    最適宜    適宜    次適宜    不適宜
海拔（DEM）    米    1400--2000    2000--2200
1400--1200    2200--2400
1200--800    <800or>2400
坡度（DEG）    度    <10    0--15    0--25    >25
坡向（ASP）    （方位）度    90--270    45-315    0--360    
    在上述參數(shù)探測評價的基礎(chǔ)上，再按六個級別段的分值細(xì)化，經(jīng)過多次循環(huán)、探測、比較，海拔（DEM）、坡度、坡向的三項因子的評價參數(shù)見表3：
表3海拔、坡度、坡向的三項因子評價參數(shù)
分值    100    100-95    95-80    80-60    60-40    0
海拔（DEM）米    1600--1800    1800—2000
1600--1400    2000--2200
1400--1200    2200--2300
1200--800    2300—2400
800--700    >2400
<700
坡度（DEG）
度    0-5    5-10    10--15    15--25        >25
坡向（ASP）
（方位）度    135-215
-1    215-270
90-135    270-315
45-90    315-360
0--45        
    
4）綜合評價，即進行個指標(biāo)要素的空間疊加分析，模型表達(dá)式為（2）；

    式中S——每個評價單元的適宜性綜合評價指數(shù)；
        ——第i個評價因子的相對權(quán)重；
        ——第i個評價因子的指標(biāo)定量評價；
        n——為評價因子數(shù)。

5）、分級定性評價，為便于區(qū)劃、統(tǒng)計分析及指導(dǎo)實踐，需要對評價連續(xù)分值結(jié)果進行分級、定性評價，
3.3評價結(jié)果分析
地形要素綜合評價結(jié)果統(tǒng)計見表4
表4地形要素綜合評價結(jié)果統(tǒng)計表
    最適宜    適宜    次適宜    不適宜
面積（KM2）    ７６４０５    １３４２５５    ４９８４１    １２２７１５
百分比（%）    ２０％    ３５％    １３％    ３２％
從表4看出，僅考慮地形地貌的基本要素時，全省有一半左右的國土面積是適宜烤煙種植的，最適宜的面積大概占五分之一，不適宜的面積大概占三分之一。從分布范圍看，最適宜區(qū)域在中部緯度，主要集中的區(qū)域是滇東部分，昆明、玉溪、紅河、曲靖、文山幾個地州，其次是楚雄、昭通、大理、保山，這與傳統(tǒng)的煙區(qū)分布是一致的。用全省基本煙田分布疊加后檢查，全部位于由于最適宜、適宜區(qū)域，說明評價結(jié)果是可靠的。
放大圖形窗口來看，即使在比較集中的最適宜區(qū)域，也還是夾有許多不適宜的小塊，這主要是云南的地形破碎，而評價柵格單元是90米x90米，這也放映了這次評價的精細(xì)性�？傮w來看，由于數(shù)據(jù)采集的困難性，該評價只選取了地形地貌的幾項基本要素，沒考慮微觀環(huán)境多方面的因素，實際的最適宜、適宜區(qū)域應(yīng)比這結(jié)果要小一些。
參考文獻
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研究方向：“3S”集成與應(yīng)用

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