基于多因子分析的高原山區火龍果種植適宜性評價

　　摘要 目前，全國的火龍果種植已達一定規模。但已有的火龍果種植適宜性評價研究往往僅考慮氣候條件，未能考慮地形、土地利用類型、生態保護限制開發區等因素。[目的]為針對貴州省復雜的生境背景，改進火龍果種植適宜性評價方法。[方法] 研究選用溫度、光照、土壤 pH 值、地形地貌和土地利用等生境因子，構建包括地形、氣象、土地利用、生態保護等多因子評價指標體系，通過 ArcGIS 進行空間疊加分析，并以縣域和鄉鎮空間尺度劃分貴州高原山區火龍果種植適宜分區。[結果] 結果表明：①通過該方法分析顯示，貴州省火龍果種植適宜區為 35 205hm2，次適宜區為 5 695hm2，適宜區和次適宜區分別占全省國土面積 0.20%、0.03%;②羅甸縣、貞豐縣、望謨縣為推薦種植縣，適宜綜合種植面積分別為 13 979hm2、9 060 hm2、6 568hm2;冊亨縣、鎮寧縣和關嶺縣為一般種植縣，適宜種植面積分別為 5 413hm2、3 357hm2、1 123hm2;安龍縣、平塘縣為分散種植縣，可種面積分別為 311hm2、1 089hm2;③推薦種植縣中，適宜區在羅甸縣中部和南部、貞豐縣東南部、望謨縣南部分布較多，涵蓋 30 個鄉鎮;一般種植縣中，適宜區集中于冊亨縣東部、鎮寧縣南部、關嶺縣東南部地區的 20 個鄉鎮。[結論]本研究的過程中使用了充分考慮貴州高原山區土地資源實際情況的多因子評價，彌補了以往單因子研究的不足，可為為山地農業產業布局和適宜性評價體系的構建提供了參考。

　　關鍵詞：火龍果;種植適宜性;多因子評價;高原山區;貴州省

　　彭睿文; 周忠發; 黃登紅; 黎前霞; 胡靈炆 中國農業資源與區劃2021-12-02

　　火龍果(學名：Hylocereus undatus 'Foo-Lon')果實營養豐富，產量較高，掛果期長，鮮果和加工品在市場上都有較高價值，其是貴州省推動現代山地農業發展的特色優勢水果之一。至2020年，全國火龍果種植面積約30多萬畝，貴州省種植面積達到10.8萬畝，居全國第一位。2013年，貴州“羅甸火龍果”獲國家質檢總局地理標志保護產品，成為全國首個火龍果地理標志保護產品。種植火龍果是綜合治理石漠化的方式之一，也能促進群眾增收。在產業脫貧攻堅和鄉村振興中起到了有效支撐作用。國內外對火龍果的研究報道較多, 但大多數研究集中在火龍果的栽培[1-3]、品種選育[4-6]、病蟲害防治[7 -8]、生產再加工和經濟價值[9-11]等方面，針對火龍果生長適宜環境以及種植區劃的研究較少，選擇評價因子較為單一，往往只考慮氣候因素[12-14]，而火龍果種植與發展分區通常會受到氣候、土地利用、自然地貌等多種因素的限制。且已有研究中基于多因子的種植適宜性分析多為針對水稻、蔬菜等主要農作物[15-16]，面向火龍果種植適宜性評價的研究較為少見。貴州省自然環境較為復雜，省內各地區土地資源差異顯著，氣候變化較大，部分地區因平均溫度未達到火龍果生長溫度、極端溫度低于致死低溫、土地利用和海拔限制等原因不適宜種植火龍果，因此開展貴州火龍果種植適宜性評價對其產業規劃和精細化發展具有重大意義。

　　因此，研究以典型高原山區省份——貴州省為研究區，選定特色優勢水果火龍果為研究對象，構建適用于高原山區復雜環境作物種植適宜性多因子評價指標體系，結合多源遙感數據和空間評價技術，從縣域和鄉鎮2個尺度評價和分析貴州省火龍果種植適宜性分區，以期為火龍果精細化種植、產業發展和提質增效提供參考。與現有的火龍果種植適宜性評價研究相比，本研究的研究過程中使用了多因子評價，根據貴州土地資源的實際情況，不僅考慮氣候、土壤等自然生境情況，同時還將受限的土地利用類型(建設用地、森林、水體、永久基本農田、其他難利用地等)以及自然保護區劃用地進行了面積扣除，提高了貴州省火龍果種植適宜性評價的準確度和合理性。

　　1 研究區與數據

　　1.1 研究區域

　　貴州省位于北緯24°37′~29°13′，東經103°36′~109°35′，總面積1 761.67萬hm2，海拔147.8~2 900.6m，地處長江、珠江上游，是典型的喀斯特高原山地省份。境內屬亞熱帶濕潤季風氣候，全年無酷暑，年均溫 14~16℃，大部分地區年日照時數1 200~1 600h，太陽輻射3 149.16~4 594.80MJ•m-2。降雨量在1 100~1 300m，汛期5~9月。土層薄，至2018年，石漠化面積為247萬hm2。截止2020年，貴州全省地區生產總值17 826.56億元。其中，第一產業增加值2 539.88億元，第二產業增加值6 211.62億元，第三產業增加值9 075.07億元，第一產業增加值占地區生產總值的比重為14.2%。貴州省持續重視特色水果產業，2020年末果園面積達1 169.20萬畝，水果種植面積排名全國第7，全年園林水果產量478.58萬噸，比上年增長30.4%。

　　1.2 數據來源

　　土地利用數據選用清華大學逐年30m分辨率土地利用(覆蓋)數據集(http://data.ess.tsinghua.edu.cn/)，精度為30m，貴州省生態保護地相關矢量數據集(來源：貴州省自然資源廳)，通過與野外勘察獲取的人工調研、無人機數據相結合，對該數據的分類結果進行精度修正，修正后的解譯圖像的Kappa系數大于0.9，滿足省域研究精度要求。氣候氣象數據選取2010—2019年1—12月的氣象數據，數據來源于中國氣象數據網的中國地面氣候資料日值數據集(http://data.cma.cn/)，包括平均氣溫、日照時長、平均相對濕度、最高平均氣溫、最低平均氣溫等顯著影響火龍果生長和生產的氣候指標，其數據來源于貴州省及周邊省份共計84個基本站及自動站，經克里金(Kriging)插值分析、重采樣等處理，輸出圖像分辨率為30m。

　　地形地貌數據使用了貴州省空間分辨率30m的DEM數據(http://gdex.cr.usgs.gov/gdex/)為基礎，分析提取海拔、坡度數據。土壤數據來自貴州省測土配方數據(來源：貴州省農業農村廳)，包含來自3348個采樣點的pH值數據，經克里金插值分析插值后形成面數據，輸出精度為30m。

　　2 研究方法

　　2.1 研究思路

　　研究思路與方法：①通過文獻調研、專家咨詢等方式，選擇與分析評價因子;②通過調查、統計等方式獲取基礎的評價因子(氣溫、光照、坡度、海拔、土地利用、自然保護區、土壤pH值等)數據;③空間化評價因子數據，利用ArcGIS進行疊加分析，輸出適宜區空間分布圖;④分別結合省、縣、鄉鎮行政區進行應用，實施適宜性評價分析。

　　2.2 評價因子選擇與分析

　　評價因子又稱限制因子，確定作物種植適宜性評價的因子和選擇評價指標是作物種植適宜性評價的核心。綜合考慮已有研究成果[17-19]、專家知識和土地管理相關法律法規，限制火龍果生長的主要有地形地貌、氣候條件因子及土地利用因子，其中地形地貌主要有海拔、坡度等因素;氣候條件主要有水分、溫度、光照等因素;土壤條件主要包括土壤pH值。

　　(1)水分與土壤含水量：適量的水分是火龍果健康生長的必要條件。火龍果生長一般要求土壤中的相對含水量在70%～80%，且保證每棵植株每3天應保有0.5kg的水分攝入[17]。在火龍果種植中，現代火龍果種植園區管理中可通過人工方式對火龍果進行水分管理，因此在本研究中不將水分因素作為適宜區的評價因子。

　　(2)氣溫：火龍果從幼苗生長到開花結果各個階段均要求光線充足，溫暖濕潤，最適宜氣溫在25~35℃，溫度<10℃將休眠停止生長，溫度<5℃出現幼苗、葉片凍傷或凍死[18]。結合專家咨詢結果和貴州省的火龍果種植實際狀況，按主要生產期(4—10月)均溫≥22℃、21~22℃、20~21℃、<20℃，最冷月(1月)均溫≥9℃、 8~9℃、7~8℃、<7℃，最熱月(7月)均溫≥27、26~27℃、25~26℃、<25℃劃分種植最適宜區、適宜區、次適宜區和不適宜區。

　　(3)光照：火龍果屬喜陽、喜光植物，光照強度大和日照時間長有利于光合作用的有機物的合成和積累，從而促進植株生長和果實品質的提高[17]。當主要生長季單日平均光照條件達到8~10h，最適宜火龍果的生長發育，在此光照條件下，光合作用強，有機物合成積累多，莖粗色綠，花多果大，果實口感好、果品優質。如果主要生長季單日平均光照低于6小時，則會影響火龍果的生長。 (4)pH值：火龍果適應土壤pH值能力較強，火龍果植株在5.5~7.5的土壤中皆可生長。 (5)坡度：在坡度過大地區種植作物既無法保證產量且會增加水土流失風險，依據《中華人民共和國水土保持法》將25°以上的坡地列為坡度限制區。 (6)海拔：貴州省火龍果的立地海拔在600m以下，海拔過高或者過低都不適宜火龍果的生長[19]。 (7)土地利用：根據《中華人民共和國土地管理法》，建設用地、森林、水體、永久基本農田、難利用地為限制種植區。 (8)根據《中華人民共和國土地管理法》，水源涵養地、生態保護地等自然保護區域為限制種植區。

　　2.3 評價因子量化分級

　　將火龍果種植適宜性評價和適宜區遷移指標分為兩層：現狀限制層和生長適宜層[20]，現狀限制層指火龍果生長的惰性自然限制條件，包括坡度、海拔、土地利用限制、自然保護區域限制等;生長適宜層是火龍果種植的主要生境影響因素，主要包括pH值和各氣候類變化，包括生長期均溫、年最低氣溫、年最高氣溫、光照時長等。通過結合以往學者的研究成果[12-19]和貴州省火龍果種植專家知識，量化得出火龍果生長適宜等級表如表1所示：

　　3 結果與分析

　　3.1 總體空間分布

　　該方法下的評價結果顯示，貴州全省可種植區以南部地區為主，可種植火龍果的適宜區為 35 205hm2，次適宜區為 5 695hm2，不適宜區面積為 1 578.23 萬 hm2，無最適宜區(表 2、圖 3)，適宜區和次適宜區分別占全省國土面積的 0.20%、0.03%，不適宜種植區占比高達 99.77%，貴州不適合大規模種植火龍果。從空間分布上看，適宜區主要集中于貴州省南部地區的羅甸縣、望謨縣、貞豐縣，其他適宜區零星分布在冊亨縣、平塘縣、安龍縣、關嶺布依族苗族自治縣(以下簡稱關嶺縣)和鎮寧布依族苗族自治縣(以下簡稱鎮寧縣)。羅甸縣的適宜區面積分布最大，可種面積占全縣國土面積的 4.64%。

　　3.2 縣域適宜性評價

　　以縣為基本單元，按火龍果可種面積(適宜、次適宜面積之和)占其總面積比，將全省火龍果種植劃分為推薦種植縣、一般種植縣、分散種植縣和不推薦種植縣 4 個類型區。

　　3.2.1 推薦種植縣

　　推薦種植縣包括羅甸縣、貞豐縣和望謨縣共 3 個縣，可種面積分別為 13 979hm2、9 060hm2、6 568hm2，占各縣行政區面積的 4.64%、4.61%和 3.01%。該類型區是適宜種植地塊的主要分布區，可種植面積較廣，生境條件較優，受災風險性小。火龍果在該產區種植能夠保證果實產量和質量，適合規模化生產，可作為主要農業產業發展。

　　3.2.2 一般種植縣

　　一般種植縣包括冊亨縣、鎮寧布依族苗族自治縣和關嶺布依族苗族自治縣共 3 個縣，可種面積分別為 5 413hm2、3 357hm2、1 123hm2，分別占行國土面積的 2.08%、1.96%和 0.74%。相較于推薦種植區縣，冊亨縣、鎮寧縣、關嶺縣的火龍果種植受限制條件影響較大，除施肥、澆灌等常規生境保證外，應嘗試在緩坡地區通過設置大棚、太陽能聚光設施等手段，保證植株關鍵生長節點光照和溫度。由于可種植面積有一定規模，在保障生境條件前提下，可開發作為火龍果產業區，同時在該區設立示范性工程，通過引種馴化和雜交選育出適合本地生長的優良品種，促進火龍果種植業發展。

　　3.2.3 分散種植縣

　　分散種植縣包括安龍縣和平塘縣，可種面積分別為 311hm2、1 089hm2，分別占行政區面積的 0.11%和 0.49%，該產區應考慮實際情況，采用小面積集中式生產，優選已馴化以及適應性較強的品種種植，不適宜大面積栽培。除上述區縣外，貴州省其他縣都是不推薦種植地區，受制約因素較多，若通過技術手段投入改善種植環境條件，耗時耗力，產出量較少，投入與產出不成正比，不推薦種植火龍果。

　　3.3 鄉鎮單元適宜性評價

　　推薦種植縣和一般種植縣是貴州省火龍果產業的重點發展地區，是未來貴州省火龍果規模化發展、提質增效的主要實施地點。因此，有必要以鄉鎮為單位，分析推薦種植縣和一般種植縣的適宜區具體空間分布情況，為產業落地實施提供科學參考。

　　3.3.1 推薦種植縣適宜鄉鎮空間分布情況

　　火龍果產業推薦種植縣主要在羅甸縣、貞豐縣和望謨縣。以鄉鎮為基本單元，其火龍果種植適宜性的空間分布情況如下：

　　(1)羅甸縣，以中部和南部地區為主，種植火龍果的適宜區為 13 228hm2，次適宜區為 751hm2，適宜區和次適宜區分別占全縣國土面積的 4.39%、0.25%。該縣適宜區國土面積占比較高，可將火龍果作為主導產業發展的鄉鎮包括紅水河鎮(31.38hm2 )、龍坪鎮(39.57hm2 )、鳳亭鄉(14.22hm2 )、茂井鎮(16.38hm2 )等 4 個鄉鎮，沫陽鎮(13.66hm2 )、逢亭鎮(14.22hm2 )、羅悃鎮(10.69hm2 )2 個鄉鎮也可規模化種植，邊陽鎮和木引鎮可實施分散化種植(圖 5-6)。

　　(2)貞豐縣，火龍果種植適宜區以東南部地區為主，可以種植火龍果的適宜區為 6 500hm2，次適宜區為 68hm2，適宜區和次適宜區分別占全縣國土面積的 4.56%、0.05%(圖 5-6)。該縣推薦集中發展火龍果產業的城鎮包括白層鎮(1 845hm2 )、魯容鄉(1 684hm2 )、沙坪鎮(1 340hm2 )、魯貢鎮(1 288hm2 )共 5 個鄉鎮，北盤江鎮、者相鎮、連環鄉、永豐街道、新寨等 5 個鄉鎮，可種面積較小，可實施分散種植(圖 5-6)。

　　(3)望謨縣，火龍果種植適宜區以南部地區為主，在西部地區有少量分布。可以種植火龍果的適宜區為 8 783hm2，次適宜區為 277hm2，適宜區和次適宜區分別占全縣國土面積的 2.92%、0.09%。推薦集中種植火龍果的鄉鎮包括昂武鎮(1 633hm2 )、樂元鎮(1 467hm2 )和油邁鎮(1 142hm2 )、遮香鎮(1 528hm2 )、平洞街道 (1 047hm2 )。桑郎鎮、邊饒鎮、石屯鎮、大觀鎮、麻山鎮、樂忘鎮等 6 個鎮雖然也可開展火龍果種植，但可種面積相對較小，僅可實施小規模、分散化種植(圖 5-6)。

　　3.3.2 一般種植縣適宜鄉鎮空間分布情況

　　火龍果產業一般種植縣主要包括冊亨縣、鎮寧布依族苗族自治縣和關嶺布依族苗族自治縣，與羅甸縣、貞豐縣和望謨縣相比，一般種植鄉鎮可種植火龍果的面積較小，且較分散。貴州省火龍果產業一般種植縣適宜性空間分布情況如下：

　　(1)冊亨縣,全縣以東部地區為主，可以種植火龍果的適宜區為 3 677 hm2，次適宜區為 1 736 hm2，適宜區和次適宜區分別占全縣國土面積的 1.42%、0.67%。從空間分布上看巖家鎮(929hm2 )、白口鄉(1 010hm2 )、巧馬鎮(835km2 )、雙江鎮(959hm2 )共 4 個鄉鎮擁有較大的宜種面積，可以實施火龍果集中種植和重點發展。者樓街道、八渡鎮、丫他鎮、坡妹鎮、弼佑鎮和冗渡鎮等鎮宜種面積總量較小，較為分散，不建議大規模種植(圖 5-6)。 (2)鎮寧縣,全縣以南部地區為主，火龍果種植適宜區為 1 782hm2，次適宜區為 1 575hm2，適宜區和次適宜區分別占全縣國土面積的 1.04%、0.92%。從空間分布上看，適宜區主要分布在鎮寧縣南部，主要分布在簡嘎鄉(1 130hm2 )、良田鎮(1 320hm2 )、馬六鎮(901hm2 )等 3 個鄉鎮;在沙子鄉內有較少的分布(圖 5-6)。 (3)關嶺縣,全縣以東南部地區為主，火龍果種植適宜區為 860hm2，次適宜區為 263hm2，適宜區和次適宜區分別占全縣國土面積的 0.56%、0.17%。從空間分布上看，適宜區主要分布在花江鎮(778hm2)，上關鎮、關索街道、崗烏鎮、新蒲鎮和普力鄉等鄉鎮內有少量的分布(圖 5-6)。

　　4 結論

　　(1)本研究充分考慮貴州省復雜的生境條件，通過野外調查典型火龍果園、資料收集以及專家咨詢等方式篩選和分析包括氣溫、坡度、海拔、土地利用、生態保護用地在內的多種火龍果種植適宜性限制因子，應用 GIS 空間疊加分析模塊得出縣域—鄉鎮級別的火龍果種植土地適宜性評價結果;另外，貴州山區地表復雜多變，本研究的成果僅供參考。因此在落實園區建設過程中需通過實際環境條件的監測與評價相結合的方式，才能獲得較為客觀的火龍果種植的適宜區域。 (2)自然生長條件下，貴州省火龍果種植適宜性評價的結果顯示：適宜區為 35 205hm2，次適宜區為 5 695hm2，不適宜區面積為 1 578.23 萬 hm2，適宜區和次適宜區分別占全省面積的 0.20%、0.03%，貴州不適合大規模種植火龍果，但仍具有發展火龍果產業的巨大潛力和優勢。該評價結果將為貴州省火龍果種植提供科學依據，并為貴州火龍果產業的未來發展找尋可操作的土地后備資源。 (3)本研究以縣域和鄉鎮單元對火龍果種植適宜性開展了評價，其中火龍果推薦種植縣包括羅甸縣、貞豐縣、望謨縣，可種面積分別為 13 979hm2、9 060hm2、6 568hm2，可將火龍果產業作為重點產業，開展規模化種植。一般種植縣包括冊亨縣、鎮寧布依族苗族自治縣和關嶺布依族苗族自治縣共 3 個縣，可種面積分別為 5 413hm2、3 357hm2、1 123hm2，可以將火龍果作為特色產業進行發展。分散種植縣包括安龍縣和平塘縣，可種面積分別為 311hm2、1 089hm2，該產區不適宜大面積栽培，應考慮實際情況，采用小面積集中式生產;同時，本研究針對推薦種植縣和一般種植縣等火龍果重點種植區域，開展了鄉鎮單元的種植適宜性評價，為火龍果產業項目的落地實施提供了參考。