基于GIS的凤丹牡丹在重庆地区栽植适应性评价

朱恒星，戴前莉，彭月，唐佳佳，张宏

(重庆市林业科学研究院，重庆400036)



基于GIS的凤丹牡丹在重庆地区栽植适应性评价

朱恒星，戴前莉，彭月，唐佳佳，张宏

(重庆市林业科学研究院，重庆400036)

摘要：利用Arc-GIS 9.3软件，分别从海拔、降雨量、坡度、坡向等因子角度结合凤丹牡丹适生条件，经过评价模型建立、因子标准化、专家打分确定因子权重对凤丹牡丹在重庆地区的栽植做适应性评价，并就不同因子制作适宜分级图。结果表明，海拔因子、坡度因子和年均温度因子的评价结果类似，凤丹牡丹在渝东南和渝东北的适应性较高；而降雨量因子和土壤酸碱度因子的适宜分级图有一定的相似性。各因子权重分配后得出凤丹牡丹在渝地区适应性较高的地区主要集中在渝东北的城口、巫溪、巫山和奉节一带以及南川地区。这与实际的引种栽植试验结果一致。

关键词：凤丹牡丹；Arc-GIS 9.3软件；适应性评价；海拔；降雨量;坡度；年均温度；土壤酸碱度

油用牡丹，芍药科(Paeoniaceae)芍药属(Paeonia)牡丹组多年生灌木，结实能力强，能够用来生产种籽、加工食用牡丹籽油的牡丹类型。目前，在中国具有良好油用表现的主要为凤丹牡丹(PaeoniaostiiT.Hong et J.X.Zhang)和紫斑牡丹(PaeoniarockiiT.Hong & J.J.Li)[1]。其中，凤丹牡丹系属江南牡丹品种群[2]，因主要分布于安徽省铜陵凤凰山和南陵西山一带而得名[3]，具有植株高大、根系浅、耐湿热、花量大、结实多、萌蘖少、生态适应性强、病虫害少的特点[4]。目前，在山东、河南、安徽、湖北、重庆等地均有凤丹牡丹的栽植[2]。

凤丹牡丹喜相对温暖湿润的气候，耐高温多湿，种植海拔范围为50～1 500m，年均气温13℃～25℃，可短期耐受高温。极限最低温度为-12℃，年降水量500mm地区能正常生长，适于在黏性不重、排水良好的沙壤、黄壤以及紫色土中生长，pH5.5～8.5、坡度10°～45°均可生长，以15°～25°缓坡最好。

本文利用Arc-GIS 9.3软件，应用海拔、湿度、坡度、坡向等数据结合凤丹牡丹适生气候条件，对凤丹牡丹在重庆地区的栽植做适应性评价，为其种植基地选择及科学布局提供科学依据。

1研究区概况

重庆市地处内陆西南部，28°10′～32°13′N，105°17′～110°11′E，长江上游地区。境内地貌以丘陵、山地为主，其中山地占62.20%，丘陵占27.22%，台地及平原仅占10.58%。全境最高海拔2 796.8m，最低海拔73.1m，属亚热带季风性湿润气候，年平均气温16～18℃，常年降雨量1 000～1 450mm，温暖湿润。各地受地形、海拔等因子的影响大，气候垂直差异大，立体气候明显[5]。重庆境内多亚热带气候条件下形成的黄壤和红壤，但地貌条件复杂，又有垂直变化和区域差异，土壤类型丰富多样[6]。

2数据收集与处理

本研究所需材料的纸质图件扫描后导入GIS系统，统一坐标系配准后，保存到GIS数据库中。气象数据以气象站台为统计单位，分别统计温度、降雨量和日照时数。地理信息数据中的矢量数据主要为森林资源二类调查数据、土地利用现状数据、土地利用规划数据等。栅格数据主要为数字高程模型数据(DEM)，为国际地球科学数据共享平台下载的ARSTER DEM产品，分辨率为30m×30m。

3适应性评价指标

3.1评价依据

近年来，“3S”技术广泛应用于农林业生产方面，其在某种程度上满足了农林业的精准要求，对自然资源的开发利用，合理调整农林业生产种植结构，有效指导农林业发展起到积极作用。本文基于Arc-GIS 9.3软件，进行凤丹牡丹在重庆地区的栽植适应性评价，评价内容主要从以下8个方面着手。

(1)温度凤丹牡丹适宜年均温度13～20℃，可短期耐受35℃高温。

(2)湿度降雨量影响湿度，凤丹牡丹耐旱怕渍[5]。

(3)坡度一般坡度越小，越适宜栽植。

(4)坡向喜阳，耐日晒[6]，多生长在阳坡。

(5)光照凤丹牡丹喜光照充足。

(6)海拔海拔主要影响花期，一般随海拔增加，花期相应推迟。

(7)土壤酸碱度凤丹牡丹栽植土壤酸碱度一般为pH 5.5～8.5。

(8)土壤有机质一般有机质含量高、土壤养分好，适宜凤丹牡丹生长。

3.2评价单元

为了方便图形的空间叠加和面积统计，综合考虑各因子数据间的统一性、各因子作用分值的计算精度、软硬件的性能状况等，最终评价单元确定为1km×1km。

3.3评价模型

4适应性评价过程

4.1数据库建立

纸质图件扫描后，利用Arc-GIS 9.3进行数字化。

(1)气象数据

气象数据来源于中国气象局2013年重庆市内气象站点的坐标、各站点的地面日均气温、日降雨量、日照时间。经克里金插值等处理后，得到重庆市平均气温、降雨量和日照的平均数据。

1.1 室验说明：以下两项试验使用的测试液配方均为EIAJ RC-2364标准中皮膜耐压测试液；高气压水煮后的皮膜耐压测试方法亦采用EIAJ RC-2364方法。

(2)地形数据

来源于国际科学共享数据平台的ASTER DEM数据产品，精度为30m，从中提出评价区的DEM数据。利用其空间分析功能，得出评价区的坡度、坡向等数据。

(3)土壤数据

来源于扫描数字化的重庆市土壤图。

4.2因子的标准化

本文主要采取以下几种方法将评价因子标准化至0～1之间。

(1)正向因子量化

Sr=(Xr-Xmin)/(Xmax-Xmin),式中，Xr为研究区内任意评价单元的因子r的实际值，Xmax、Xmin分别为研究区内该因子的最大值和最小值。

Sr=(1-Xr/Xmax)×100,式中，Xr为研究区内任意评价单元的因子r的实际值，Xmax为研究区内该因子的最大值。

(3)分级取值量化

这类因子的需求范围存在一个适宜区间，过多或过少都会成为限制因素。但是在适宜区间内，适宜程度很难用数理公式来表达其变化规律，需要遵循评价依据划分成不同的级别。

(4)定性因子量化

定性因子一般很难用连续的数值来描述或表达，其量化或需用间接的方法或实际经验加以判断。

4.3权重的确定

本文采用特尔斐法确定各参评因子的权重，参与打分的专家共计有18人，包括长期在林业一线的技术人员、高校教师和研究院所科研人员，涉及专业有土壤学、生态学、植物学、森林培育学和林学。因子的权重见表1。

表1　因子的权重表

本文中，采用负向因子量化的有坡度和海拔，采用分级量化标准的因子为坡向(表2)。凤丹牡丹生长生态适应程度评价结果见表3。

表2　分级取值量化表

表3　凤丹牡丹生长生态适应程度评价表

5综合评述

5.1分因子评述

由以上评价方法、指标得到凤丹牡丹在重庆地区的适宜因子分级图，具体包含海拔因子、坡度因子、坡向因子、平均温度因子、光照因子、降雨量因子、土壤酸碱度因子和有机质含量因子。

其中，对于海拔因子(图1)，最适宜凤丹牡丹栽植的地区主要分布在渝东北和渝东南“两翼地区”的城口、巫溪、巫山、奉节、云阳、万州和南川、武隆、彭水、石柱、黔江、酉阳、秀山等地，这些区县地形以山地为主，海拔范围为73.1～2 796.8m，海拔高差为2 723.7m。对于坡度因子(图2)，凤丹牡丹适生坡度在45°以下均可，15°～25°缓坡最好，与海拔因子类似，最适宜凤丹牡丹栽植的地区主要分布在渝东北地区的开县、云阳、奉节、万州、忠县和丰都以及渝东南的綦江、南川、武隆、彭水、黔江、酉阳、秀山。

图1　凤丹牡丹分布海拔因子适宜分级图

图2　凤丹牡丹分布坡度因子适宜分级图

对于坡向因子(图3)，凤丹牡丹喜光照充足的阳坡，因此，南坡最适宜，但南偏东和南偏西坡也因有相对较长时间的光照，同样适宜凤丹牡丹栽植。对于年均温度因子(图4)，重庆年平均气温16℃～18℃，最适宜凤丹牡丹栽植，但部分地区因海拔、纬度等因素年平均温度出现差异，如长江河谷的巴南、綦江等地较高，渝东北海拔较高的城口相对较低。本文中含渝北、北碚、渝中、九龙坡、南岸、巴南等在内的“主城九区”以及璧山区对凤丹牡丹的适宜性最低，南川最南部、涪陵北部和万州对凤丹牡丹的适宜性次之，最适宜凤丹牡丹栽植的主要位于渝东北的城口、巫溪、巫山、奉节、梁平和渝东南的秀山、酉阳、彭水、武隆、石柱在内的“两翼地区”以及江津南部、永川南部和涪陵南部地区。

图3　凤丹牡丹分布坡向因子适宜分级图

图4　凤丹牡丹分布年均温因子适宜分级图

对于降雨量因子(图5)，重庆市平均降水较丰富，且降水多集中在5-9月，从图5可知，重庆大部分地区适宜进行凤丹牡丹栽植，其中最适宜地区为潼南、大足、荣昌、永川和铜梁地区，秀山、酉阳和黔江东南部适应性较低，其余区县的适应性介于二者之间。对于光照因子(图6)，重庆地区年均光照时数为适应性最高的地区位于渝东北的城口、巫溪、巫山和奉节，荣昌、大足、潼南西部和綦江、彭水南部适应性相对较低。

图5　凤丹牡丹分布降雨量因子适宜分级图

Fig.5Suitability classification figure on mean annual

precipitation factor ofP.ostiiT.Hong et J.X.Zhang

图6　凤丹牡丹分布光照因子适宜分级图

factor ofP.ostiiT.Hong et J.X.Zhang

对于土壤酸碱度因子(图7)，由于凤丹牡丹适宜土壤酸碱度范围为5.5～8.5，相对适应性较广，因此重庆地区仅少部分地区如黔江北部、武隆北部和最南部、石柱中部偏东的狭长带以及城口、巫溪最北部的狭长地带、潼南、大足、永川、江津、綦江、南川等的少部分地区的土壤不适宜栽植凤丹牡丹，可能需要后期土壤改良等措施。对于土壤有机质含量因子(图8)，仅忠县、丰都、梁平和潼南西北部等的部分地区土壤有机质含量尚未达到适宜凤丹牡丹栽植的要求。

图7　凤丹牡丹分布土壤酸碱度因子适宜分级图

图8　凤丹牡丹分布有机质因子适宜分级图

5.2综合因子评述

各因子进行权重分配后，对凤丹牡丹在重庆地区的栽植适应性作综合因子评价。由图9可以看出，适应性较高的地区主要集中在渝东北的城口、巫溪、巫山和奉节一带以及南川的部分地区。这与实际的引种栽植试验结果一致。此外，南川和丰都现尚有保存完好的20世纪60年代引种的凤丹牡丹，结实表现良好，表明这两个地方的综合因子条件完全能适宜凤丹牡丹栽植，这与图中结果相符。

图9　凤丹牡丹生长适应性评价指数

综上所述，重庆地区含渝东南和渝东北在内的大部分地区适宜凤丹牡丹栽植，但对凤丹牡丹适应性最高的地区主要集中在渝东北地区。在分因子评价中，除光照、温度、降雨量等人为不可控因素外，土壤酸碱度、土壤有机质含量均可以通过后期土壤改良、增施有机肥等措施增加土壤的可利用性，减弱土壤因子对凤丹牡丹生长的影响。

参考文献：

[1]李育材.中国油用牡丹工程的战略思考[J].中国工程科学,2014,16(10):58-63.

[2]周琳,王雁.我国油用牡丹开发利用现状及产业化发展对策[J].世界林业研究,2014,7(1):68-71.

[3]覃逸明,黄雨清,聂刘旺,等.凤丹种胚组培苗的自毒作用研究[J].核农学报,2009,23(1):75-79.

[4]董兆磊.‘凤丹’(Paeoniaostii_‘Feng Dan’)生殖生物学的初步研究[D].北京：北京林业大学,2010.

[5]丁博.重庆市自然保护区景观格局变化研究——以重庆市6个市级自然保护区为例[D].重庆：西南大学,2013.

[6]陈杰华.重庆市农田土壤有机碳库现状、变化趋势及固氮潜力研究[D].重庆：西南大学,2013.

[7]张涛,高天姝,白瑞英,等.油用牡丹利用与研究进展[J].重庆师范大学学报(自然科学版),2015,32(2):143-149.

[8]王莲英,袁涛.中国牡丹与芍药[M].北京:金盾出版社,1999:45.

Evaluation of Paeonia ostii T.Hong et J.X.Zhang’s Cultivation Adaptability in Chongqing Area Based on Arc-GIS

ZHU Heng-xing,DAI Qian-li,PENG Yue,TANG Jia-jia,ZHANG Hong

(Chongqing Academy of Forestry,Chongqing 400036，P.R.China)

Abstract:Cultivation adaptability of P.ostii T.Hong et J.X.Zhang in Chongqing area were evaluated and the appropriate classification figures of different factors were developed based on evaluation modelling,standardization of influence factors,and expert scoring from different factors such as altitude, precipitation,slope and aspect by using Arc-GIS 9.3 software.The evaluation of altitude,slope and annual average temperature factors had similar results that this species had higher adaptability for cultivation in southeast and northeast of Chongqing,while the evaluation of mean annual precipitation and soil pH factors showed similarity to some extent in appropriate classification figures.The most suitable areas for P.ostii ’cultivation were mainly distributed in Wuxi,Wushan,Fengjie and Kaixian that located in northeast Chongqing based on factor-weight distribution evaluation.This result was consisted with actual field experiments of species introduction and cultivation.

Key words:Paeonia ostii;Arc-GIS 9.3;adaptability evaluation;altitude;mean annual precipitation,slope;mean annual temperature;soil pH

中图分类号：S 685.11

文献标识码：A

文章编号：1672-8246(2016)02-0140-06

通讯作者简介：张宏(1963-)男，教授级高级工程师，主要从事油用牡丹引种、繁殖及育种方面的研究。E-mail:371125316@qq.com

第一作者简介：朱恒星(1984-)男，高级工程师，博士，主要从事油用牡丹引种、繁殖、推广及遗传育种方面的研究。E-mail:starring85@sina.com

基金项目：重庆市油用牡丹产业发展战略研究(渝林科研2014-9)。

*收稿日期：2015-09-16