基于GIS的河南省烟草生态适宜性综合评价外文翻译资料

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基于GIS的河南省烟草生态适宜性综合评价

CHEN Hai-sheng1, 2, LIU Guo-shun1, YANG Yong-feng1, YE Xie-feng1and SHI Zhou3

1 National Tobacco Cultivation and Physiological and Biochemical Center, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, P.R.China

2 Zhejiang Tongji Science and Technology Vocational College, Hangzhou 311231, P.R.China

3 Institute of Agricultural Remote Sensing and Information Technology, College of Environment and Resource Science, Zhejiang University,Hangzhou 310029, P.R.China

摘要

烟草生长对环境因素十分敏感。烟草生产受区域耕地严格限制。根据层次分析和模糊数学原理以及地理信息系统（GIS）技术，结合整个河南烟区的实际情况，对烟草生态适宜性综合评价进行了研究。采用专家调查法从气候，土壤和地形三个方面选取17个评价指标，建立河南烟区烟草生态适宜性评价指标体系。此外，根据各生态因素对烟草适宜性生长和质量的影响建立隶属函数。运用定量分析方法，运用层次分析法（AHP）确定指标权重。然后利用GIS软件mapGIS绘制河南烟区的烟草生态适宜性图谱。发现河南省西部和南部大部分地区是最适宜区，占河南烟草种植面积的22.52％。这是因为该地区存在适中的气温，日照和降雨量，适中的土壤pH值和高含量的土壤有机质。此外，地形为山地和丘陵，海拔高度在150-800米之间。河南南部和中部的部分地区是适宜的，占河南烟叶种植面积的34.99％。这是因为这些地区降雨充足，气温适中，土壤中有效氮和有效钾含量较高。由于干旱，pH值和Cl^-在土壤和灌溉水中含量过高，研究区北部和东部的适宜区域较少，占整个区域的35.54％。通过GIS支持，可以结合层次分析法和隶属函数对烟草生态适宜性进行快速准确的综合评价。河南省烟草种植大部分地区的生态适宜度均处于中等以上。计算出的烟草生态适宜性分布与实际烟叶生产力完全一致。

关键词：GIS，烤烟，评价因子，层次分析法，生态适宜性

绪论

烟草生态适宜性评价是指对特定地区的烟叶气候，土壤和地形适宜性进行综合评价。为了合理探索和可持续利用河南省烟草种植场，定量客观地评价烟草作物的生态适宜性具有重要意义。烟草作物对环境的适应性很大。但是，优良的烟叶生产严格受区域耕地限制（Han 1991）。例如，美国的烟叶大多集中在东海岸平原，而巴西的烟草集中在该国南部。这是因为烟叶的香气大都受到生态条件的制约。烟叶与果实和种子不同， 是最具活性的器官。它不能摊销环境变化的影响（刘，2003）。李（1990）的调查表明，不同地区烟叶中低脂肪酸的组成和含量存在较大差异，这与烤烟的香气有很大关系。他认为这是在不同产区形成不同风格烟叶的主要原因。张（2003）在六个生产区域收集和研究了不同等级的烟草样品，结果表明不同产地的东方烟草的化学成分和风味物质存在很大差异。与其他作物相比，烤烟的生长对环境条件的变化更为敏感（刘，2003）。

地理信息系统（GIS）有能力管理不均匀分布的空间资源。它可以将采样土壤的属性日期与大量的地理日期结合起来（Ni和Huang，1992）。近年来，它已被普遍用于土壤肥力的适宜性评估（Shi 2002; Zhang H 2003; Huang 2004; Li 2005）。塞菲诺等人（1999）利用GIS空间决策支持系统对巴西圣保罗的甘蔗种植进行适宜性评估。在GIS软件ArcView的支持下，Tang和Liu（2002）建立了一个多元线性回归的适宜性评估模型，评估云南澜沧江下游地区96个乡镇基本评估单元的14个热带经济作物的适宜性，中国，分析这些热带经济作物适宜性的空间分布。 Wang（1997）基于GIS软件Arc / info开发了3个亚洲城市热带作物的土地适宜性评估模型。但是，将GIS应用于烟草作物的生态适宜性评价和合理布局的研究鲜有报道。烟草行业对高质量烟叶需求的不断增加以及资源短缺刺激了对复杂适宜性评估方法的需求，以帮助决策者和农民既保存和探索更适合的领域，又满足生产者增加利润的需求。本研究采用GIS软件mapGIS进行空间数据的采集，处理和分析。通过德尔菲方法，从气候，土壤和地形三个方面选择了17个评价指标，建立了烟草生态适宜性评价指标体系。通过定量分析应用层次分析法（AHP）确定每个评价因素的权重。对河南省烟草生态适宜性进行综合评价，合理布局和合理开发烟叶种植领域，为烟草生产的可持续发展提供科学依据。

材料与方法

河南省位于黄河中下游。它位于中国北部大平原的南部。它位于北纬31°23和北纬36°22之间，东经110°21和东经116°39之间，是北亚热带到暖温带的过渡带。山，山，平原，盆地等地貌类型多种多样。年平均气温为13-15°C。年实际日照时数为2 000-2 600小时。该地区总活跃温度（10°C）为4 200-4 900°C，年降水量为600-1 200 mm。一年内光合有效辐射总量为230-260千焦耳厘米-2。全年平均降水量600-1 200毫米。那里的昼夜温差很大。并且有丰富的水，热和阳光资源。这是重要的香烟风格的烤烟产区。该地区有793.60times;104公顷的耕地。烟草种植面积8.67万公顷，占河南省耕地总面积的1.21％。

资料来源

土壤类型和土壤物理性质的数据来自河南省第二次一般详细土壤调查。 土壤类型的具体特征是土壤属性，包括耕层厚度和犁沟质地。 从河南省650个样点采集土壤养分数据，包括有机质，全氮，速效磷，速效钾，pH值，微量元素如Cu，Fe，Mn，Zn，Cl等。

气象资料来自国家气象局，包括河南省48个气象台站1971-2005年的气温，光照，降水量和相对湿度。

这里还有其他数据，其中包括河南省1：25万地形，地貌类型和目前的土地利用图。

研究方法

气象和营养数据处理

方法 通过ARC / INFO插值，克里金用于具有正态分布和强自相关的指标。 否则，应使用反距离方法进行插值。 结果将以1公里times;1公里GRD表示。

数字化 使用ARC / INFO软件对地图进行数字化处理，图形编辑，地图误差校正，地图边缘匹配和拓扑错误检测。 访问被用于属性数据库。

DTM分析 应用TIN模块，利用ARC / INFO软件支持的数字化轮廓线设置数字化高程。

评估单位和任务的划分 评估单位被GIS叠加分割。 空间位置分配（用于矢量数据）和分区统计（用于网格数据）用于评估单元分配。

建立评估指标体系 专家调查法应用于选择评估指标。 指标权重由AHP确定。 根据各生态因素对烟叶适宜性生长和品质的影响建立隶属函数。

评估方法 每个评估的综合价值是通过乘以因子权重乘得到的产品总和得到的。

结果

评估单位的划分

评估单元是指评估生态适宜性的基本区域。 它是影响生态适宜性的主要因素构成的基本空间单元。 评价单位的划分应客观反映生态适宜性的时空变化（Xing et al.2002）。 我们覆盖土壤，呈现河南省土地利用和行政区划图，并划分为评估单位。 总共有11 449个评估单元。

选择评估指标

评价指标是根据显着性，实用性，主导性，区域多样性和可操作性原则选择的（Shen and Zou 2004）。 采用德尔菲法，从气候，土壤和地形3个方面选取了17个评价指标，建立了河南省烟草生态适宜性评价指标体系（表1）。

权重分配

建立烤烟作物评价因子模糊隶属度后，计算适宜度等级。为此，分配不同评估因素的权重非常重要。

因子权重是评价因素对烟草生长和品质影响的贡献程度。许多评估因素存在差异。确定评价因素权重的方法有很多，如Delphi，AHP，灰色模型，回归分析方法和主成分分析。为减弱主观影响，本研究利用层次分析法确定了影响烟草作物土壤肥力适宜性的评价因子权重，如图1所示。

最初开发研究复杂多属性问题的AHP方法是一种多目标决策方法，既有定量计算也有定性分析。它被用来证明购买战略技术，评估战略项目，描绘许多作物的生态适宜性等等（Saaty 1980; Sun et al.2004）。

层次分析法在河南省烟草种植领域的应用需要事先深入研究该研究体系。完成后，确定影响评估的关键因素，然后将其划分为与不同评估等级相对应的不同层级。专家们被质疑要评估较低等级中每个因素相对于较高等级中相应因素的相对重要性。然后可以计算与每个层级中的所有因素的相对重要性对应的权重。因此，可以根据重量等级以及计算的重量结果和等级来提供建议。

基于AHP的方法涉及以下主要步骤：

制定影响最终决策的因素层次结构，即AHP决策模型树;

在成对的基础上确定一个因素相对于上层元素的相对重要性;

对判断矩阵形式进行一致性验证;

计算每个因素的相对重要性并对每个层的总体评分进行加权;

根据得分指标体系和当地情况对每个因素进行评分，以获得最终结果。

特征值及其特征向量的最大值应该通过相干指数一致性比（CR）来计算和验证。如果CR值小于0.10，则认为应该允许方差。否则，矩阵必须再次调整。在本研究中，CR值为0.04，小于0.10。表2给出了层次分析结果。

确定评估因素的阈值

烤烟是温季作物之一。烟株对气温的要求在早期较低，后期较高，有利于同化生产的积累。烟草生长期间温度范围为8-38°C，而田间烟草生长的最佳温度为25-28℃。在成熟阶段，最适温度为20〜25℃，持续30 d以上（Liu，2003）。在河南烟区，最佳无霜期应大于150 d，不少于120 d。总温度应该超过2 800°C并且不低于2600°C

活动温度（10°C）。对于平均白天温度（20°C）的总有效连续天数，应该超过85天，不少于70天。

为了产生优良的烟叶，烟草植物必须具有充足的阳光照射条件并且不强​​烈。如果日照太强，烟叶会变得粗糙粗糙，烟油就会不足。一般来说，田间烟叶生长的最佳日照时间为600-800小时。不应该大于1 000 h，日照时间不得少于500 h（Liu 2003）。

田间烟叶生长的最佳降水量为500-600毫米。它不应该小于300毫米和800毫米以上。在快速生长阶段之前，每月的最佳降水量范围为80至100毫米。在快速生长阶段，每月的最佳降水量范围为100至200毫米。在成熟阶段，最佳降水量

每月是100毫米。田间烟草生长期间的最佳相对空气湿度范围为65-75％。它不应该低于50％和超过90％（刘2003）。

地形不仅可以控制光热，水资源的再分配，还可以控制土壤类型的空间分布。它有很大的潜力影响烟草植物的生长并确定烟叶的质量。从世界烟草生产的角度来看，高质量的烟叶全部来自高山和丘陵，排水和灌溉良好。例如，美国和日本生产的优质烟叶全部集中在丘陵地带，烟草种植区大多集中在津巴布韦的山地高原上（Zhao et al。2005）。

海拔高度对烟叶香气含量有很大影响。 Han等人的研究。 （1993）研究表明随着海拔的升高，苯甲醛，-大马酮等的相对含量增加，而茄蓝素和其他化合物的相对含量减少。从较低海拔到较高海拔，烟叶中多酚和类胡萝卜素含量增加。统计分析表明，烟叶总糖随着海拔800m（= 21.64 0.006x）的限制而升高，烟叶总糖随海拔上升超过800m而下降。

高品质的烟叶通常由坡度lt;25°的田地生产。国务院制定的政策规定，必须从耕作归还到森林，坡度lt;25°。

桑迪壤土是最适合种植烟草作物的土壤，因为它具有松散的聚集体结构，这可以增加从那里产生的烟叶中的香气含量。粘土含有大量的有机物质，可增加烟草生育后期的施肥量，降低烟叶的香气含量。

犁层的厚度对烟叶的质量和产量有很大的影响。如果耕层太薄，烟草根系就不能生长。一般来说，深层土壤有利于烟草的生长。在一定程度上，犁层厚度对根系生长的影响超过土壤质地。在河南省的烟草种植场中，不能低于15厘米，而合适的犁层约为25厘米深。

土壤pH值对土壤物理性质，微生物活性，养分转化和土壤有效性有很大影响。烟草作物对土壤pH有很强的适应性。它们将在pH 3.5-9.0的土壤中正常生长。从综合来看，许多国家烟草作物生长的适宜土壤pH值为pH5.5-7.0（Hu等，2000）。如果土壤的pH值变得太高，烟叶的杂质，刺激和香气就会降低。我们的调查采用了这个指数范围。为确保烟叶的高品质生产，在种植烤烟作物时应避免高pH值的土壤。

对于普通作物而言，较高含量的土壤有机质表明土壤肥力富集。然而，对于烟草作物，如果土壤有机质含量较高，烟叶不能正常变黄，烟碱和蛋白质含量过高，颜色变差，质量会降低（Han 1991; Hu等2000）。因此，在这些给定地区，土壤有机质不应超过2.5％。但是，如果土壤有机质含量低于0.8％，烟草作物生长不好。烟草作物土壤有机质的适宜含量在1.4％至1.8％之间。

氮在烟草作物中以蛋白质，核酸，叶绿素和尼古丁的

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