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采用GIS技术对茶树气候生态区划

2012-08-17 15:45 来源:农业 人参与在线咨询

 

茶树是一种多年生的常绿植物,对气候条件有一定的要求,主要分布在亚热带和热带地区,但是茶树经过人工栽培后,它的适应范围已远远超过原始生长地区的条件。我国是茶树的原产地,人工栽培茶树有史稽考的已有3000多年历史。仙居有着悠久的种茶制茶历史,有“中国有机茶之乡”的美称。有关茶叶的生态区划研究已有一些相关报道,如黄寿波的我国主要高山名茶产地生态气候的研究[1];周子康的浙江丘陵山地茶树生态气候优势层域初探[2]等对影响茶叶的气候生态条件作了较为详细的分析;金志凤等借助地形数据,应用GIS技术研究了基于GIS的浙江省茶树栽培气候区划[3],陈守智等对云南省杨梅生态区划的研究等[4]。分辨尺度在100m或1km以上,我们利用1∶10000的数学高程模型,结合近期设置的中尺度气象哨监测数据,内插出更高精度的气候生态要素空间模型,采用GIS技术对仙居茶树适宜栽培区进行气候生态精细区划[5],为茶树的合理栽培布局提供科学依据。

 

1研究区概况

 

仙居县位于浙江省东部,地处括苍山山脉中段北麓,介于北纬28°28′~28°59′和东经120°17′~120°55′之间。全县土地总面积2000.30km2。地势从外向内倾斜,略向东倾。临近东海,其气候属于典型的亚热带气候,温暖湿润,四季分明,年平均气温l7.2℃。来自太平洋的季风带来丰沛的雨水,平均年降水量达1443.8mm。仙居既具有典型的内陆性山区气候特征又受海洋性气候影响,复杂多样的气候生态条件,为茶树生长提供优质的条件。

 

仙居靠近东海,有丰富的水分条件,生长季3~9月份月雨量都在100mm以上;又是一个“八山一水一分田”的山区县,山上云雾缭绕、散射光多,适宜生产优质茶叶;夏季的高温伏旱,很多年份7、8月雨量在50mm以下,平原地区空气干燥,对茶叶的品质又造成严重影响;海拔1000m以上的高山地区,年极端最低气温可达-l4℃以下,对茶树的生存有着致命的影响[1,2,4]。

 

2资料的收集与评价单元

 

2.1资料的收集

 

根据选定的评价因子对数据源的要求,收集的基础资料主要有1∶10000仙居县2004年乡镇行政区划图、数字高程模型(DEM);1∶50000数字化土壤图以及中尺度气象哨的降水、湿度和气温等要素,海拔高度、坡度图用GIS工具从DEM中提取[6]。

 

2.2评价单元的确定

 

区划中的评价单元是气候生态区划最基本的单元,它直接关系到区划成果的精细程度和区划工作量的大小。据文献介绍,选择合适的评价单元,既要最大限度地保证同一评价单元内各区划因子基本属性的一致性,又要避免区划单元选取过细造成的数据运算量过大[7],所以此次分析采用20m×20m的栅格大小。

 

3评价因子的选择与区划

 

3.1评价因子的选取和分级量化

 

确定气候资源评价因子,选取评价指标,是气候资源评价的核心。气候资源评价因子,是指影响茶叶生长发育的一系列气候因素。从气候生态条件能否满足生育要求的角度来看,这些评价因子亦称为限制因子[8]。

 

目前世界上各茶区大于10℃的年活动积温,少的在3000℃左右,多的地区在7000℃以上。在降水量保证时,茶树生长期内的活动积温越多,产量越高。从茶树开始生长到第一次采摘,活动积温约为600℃左右,大于10℃有效积温:头茶为150℃,二茶为210℃,三茶为240℃,所以积温的多少关系着茶叶产量的高低的经济效益的大小。

 

茶树在生长期内每月需要有100mm的雨量,如果连续几个月在50mm以下,茶叶生产就要遭受严重损失。最适于茶树栽培的土壤湿度是土壤最大持水量的60%。空气相对湿度在73%~85%时对提高茶叶产量和品质均有利。本地生长季各月的平均雨量都在100mm以上,生存条件不存在问题,而湿度大小则是茶叶优质的主要限制条件之一。

 

茶树是一种喜光耐荫的作物:单株茶苗光补偿点为0.03卡/厘米分,光饱和点0.4~0.5卡/厘米分,成年树为0.7卡/厘米分。世界上不少茶园夏季晴天午后光照超过1.2卡/厘米分,有遮荫的必要。

 

分析我国主要高山名茶产地的生态环境表明:茶园大多位于山地的半山腰,高于地面(相对高度)在200~500m,高山顶主峰高度在1000~2000m,坡度平缓,有的在避风的山坞或谷地,周围自然植被保护好。

 

根据选择评价因子的基本原则和仙居茶叶生产的实际情况,采用特尔斐法,征求茶叶种植栽培方面专家的意见,选取了≥10℃积温、年降水、年散射辐射、4~10月干燥度、7~8月干燥度、4月份升温率等6个评价因子,如表1所示。

 

各区划因子对茶叶的影响不是孤立存在的,为了便于分析和最后结果的量化表达,将各种区划因子进行量化处理,并给各个等级赋予具体的分值[9]。各等级分值的量化是在查阅资料、依据专家经验和实地调查的基础上进行,如表1所示。运用GIS工具,将评价因子的矢量图转换成栅格图,参照分级表,将各区划单元分等定级后的结果用不同颜色在栅格图中表示出来(如图1所示)。

 

3.2气候区划指标和空间分析模型的建立

 

2004年以来,仙居县逐步建立了19个中尺度自动气象站,能够自动记录、发送温度、降水、风、气压等气象数据。根据逐日的气温、降水资料,可以统计出≥10℃积温(℃•日)、降水量、4~10月干燥度、7~8月干燥度[10]及4月份升温率(℃/月),结合各中尺度自动气象站的经纬度、海拔高度,模拟出各指标的空间分布模型,应用朱寿燕等的山区辐射的微网格插值方法初探[11]提取年散射辐射分布模型。基于经度、纬度和海拔高度栅格图,在ArcMap的空间分析模块中,通过“rastercalculator”命令,生成单个气候区划指标的栅格图,并根据区划指标等级,参照其等级分值,按等级在栅格图中表示出来,即形成各个单因子的气候区划分级图(图1为≥10℃积温分布图,其余图略)。

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