毕节市烤烟气候适宜性研究及区划

Research and Zoning on the Suitability of the Tobacco Curing Climate in Bijie City

摘要: 研究毕节市烤烟气候适宜性特征，对促进烤烟持续稳定发展具有重要意义。利用毕节市8个国家站及98个多要素自动站观测资料，基于烤烟气候适宜性评价隶属函数模型，运用ArcGIS技术对毕节市烤烟气候适宜性特征进行分析及区划。结果表明：毕节市大部地区温度能满足烤烟各生育期生长需求；移栽–团棵期、旺长期市南部、成熟期全市大部降水偏多；大田期日照充足，相对湿度适宜性除大方县东北部，纳雍县大部、织金县西部及赫章县大部偏低以外，其余地区适宜性较好。毕节市烤烟气候条件总体适宜，最适宜区主要分布在海拔1500 m以下的低山丘陵河谷地带，适宜区主要分布在海拔在1500~2200 m山区，不适宜区主要分布在西部韭菜坪等海拔2200 m以上高山地区；气候变暖有利于毕节市烤烟生产。

Abstract: Analyzing the climate suitability for tobacco curing in Bijie is essential for ensuring the ongoing and stable growth of the tobacco curing industry. Using observational data from eight national stations and 98 multi-element automatic stations in Bijie City, this study analyzes the climate suitability characteristics for tobacco curing using a membership function model based on climate suitability evaluation. ArcGIS technology is employed to conduct the analysis and zoning of the climate suitability for tobacco curing in Bijie City. The result shows that the majority of Bijie City’s regions have temperatures that meet the growth requirements of tobacco curing at various stages of development. During the transplanting-to-budding phase and the vigorous growth period, the southern part of the city experiences excessive rainfall; during the maturity period, most parts of the city also have excessive rainfall. Throughout the field period, sunlight is abundant and relative humidity is generally suitable, except for the northeastern part of Dafang County, most of Nayang County, the western part of Zhijin County, and most of Hezhang County, where it is somewhat low. Overall, the climate conditions in Bijie City are suitable for tobacco curing. The most suitable areas are primarily distributed in the low mountain and hilly river valley zones below 1500 meters in altitude. Suitable areas are mainly located in mountainous regions with altitudes between 1500 and 2200 meters. Unsuitable regions are chiefly found in high mountain areas above 2200 meters in altitude, such as Jiucaiping in the west. Climate warming is beneficial to tobacco production in Bijie City.

1. 引言

毕节是贵州省四大优质烟叶产区，也是全国排行前十的烟叶种植大区(市)，种植面积达50万亩，烟叶生产规模超过100万担，烤烟是该地区农业经济重要的支柱产业之一。近年来，气候变化及其影响在烤烟生产方面影响较为突出，但气象因素难以人为控制和改变，烤烟生产只能适应气候变化，趋利避害。相关研究表明，1960~2019年毕节市年平均气温、年平均日最高气温均呈上升趋势[1]，农业气候资源正逐步发生变化。

烤烟生长对环境极为敏感，气候、土壤等环境条件对烤烟长势、质量、产量、化学成分、致香物质含量的影响甚至大于品种因素[2]。研究发现，适宜的高砂粒和低黏粒含量土壤有利于烟叶优良品质形成，而质地黏重的土壤会抑制烤烟生长发育，并影响烟叶的产量与质量[3]。毕节市烟区植烟土壤耕层容重平均为1.2 g·cm⁻³，有利于烤烟根系发育从而促进生长[4]，土壤条件相对稳定，气象因子是影响毕节市烤烟生产最主要的环境因素。

国内学者在气象因子与烤烟质量和产量方面做了大量的研究，认为气温、降水、日照、相对湿度是影响烤烟产量的主要气象因子，适宜的气象条件有利于提高烤烟的产量[5] [6]。梁颖[7]等认为气象因子与烤烟的烟碱和钾含量存在一定的相关关系，从而影响烤烟口感与品质。气候变暖背景下，影响烤烟种植的气候资源发生了很大变化，不少专家学者对烤烟种植的气候适宜性条件、时空变化特征及精细化区划进行大量的研究[8]-[12]。对毕节市烤烟已有的研究认为，气候变暖将导致毕节烟区降水减少，烤烟的气候适生性和大田可用日数也将增加[2]，对该地区烤烟生产有利。李德章[13]、莫建国[14]等认为毕节市七星关区烤烟最适宜区分布在北部海拔1200 m以下河谷坝丘区，中部、南部为适宜区，西部为次适宜区。在气候变化背景下，影响烤烟各个气象因子的分布特征、烤烟气候适宜性变化及种植精细化评估区划是当下研究的重点及难点。因此，探究毕节市烤烟的气候适宜性特征及精细化评估区划，对调整烤烟种植区域，促进烤烟持续稳定发展具有重要指导意义。

2. 资料及方法

2.1. 研究区域概况

毕节市位于贵州省西北部，云、贵、川三省交界的乌蒙山腹地，地跨26˚21'N~27˚46'N，103˚36'E~106˚43'E，境内地势西高东低，平均海拔1600 m，属于低纬度高海拔山区，被誉为“贵州屋脊”的韭菜坪位于毕节市赫章县境内。毕节市地形复杂，包含山地、丘陵、小盆地等多种地貌形态，境内冬无严寒、夏无酷暑，降水、日照充足，昼夜温差大，立体气候特征突出，山地农业气候资源丰富。

2.2. 资料来源

本研究气象数据来源于贵州省气象数据查询与显示系统，包括毕节8个国家气象观测站1960~2022年气温、降水、日照时数和相对湿度资料及98个多要素自动站近10 a气温、降水和相对湿度资料，站点分布如图1所示。

Figure 1. Topography and meteorological station distribution in Bijie City

图1. 毕节市地形与气象站点分布

2.3. 烤烟生育期时段

毕节市烤烟大田期为4月上旬至10月上旬，烤烟种植区域主要分布在海拔900~2300 m之间[15]。由于东西部海拔高差较大，种植时间存在一定差异。根据毕节市烟草公司近年烤烟种植计划安排，东部县市区烤烟移栽一般始于4月上旬，西部威宁、赫章稍晚于东部县10 d左右，因此将烤烟生育期划分为：移栽–团棵期(4月上旬~5月下旬)、旺长期(6月上旬~6月下旬)、成熟期(7月上旬~9月下旬)，威宁、赫章2县生育期在以上生育期时间上顺延10 d。

2.4. 适宜性评估方法

参考龙怀玉[16]等建立的烤烟气候适宜性评价隶属函数模型(下式1、2)、气象因子指标拐点及权重(表1)，对烤烟生育期各个气象因子进行分析。根据各个气象因子赋予的权重，采用综合指数法计算烤烟生育期综合适宜性指数(CSI，下式3)，利用ArcGIS克里金插值法，对各个气象因子及综合气候适宜性进行评估区划。函数模型、指标拐点、综合适宜性指数(CSI)及区划指标如下：

隶属函数模型包含抛物线型和S型，模型如下式(1)、(2)：

抛物线形函数

$f\left(x\right)=\{\begin{array}{ll}1\hfill & x_2\le x\le x_3\hfill \\ 0.9\times \left(x-x_1\right)/\left(x_2-x_1\right)+0.1\hfill & x_2<x<x_3\hfill \\ 0.9\times \left(x_4-x\right)/\left(x_4-x_3\right)+0.1\hfill & x_3<x<x_4\hfill \\ 0.1\hfill & x\le x_1,x\ge x_4\hfill \end{array}$ (1)

式中$x_1,x_2,x_3,x_4$ 分别为各个气象因子的下限值、最优下限值、最优上限、上限值。

S形函数

$f\left(x\right)=\{\begin{array}{ll}1\hfill & x\ge x_2\hfill \\ 0.9\times \left(x-x_1\right)/\left(x_2-x1\right)+0.1\hfill & x_1<x<x_2\hfill \\ 0.1\hfill & x\le x_1\hfill \end{array}$ (2)

式中$x_1,x_2$ 分别为各个气象因子的下限值和上限值。

烤烟生育期综合适宜性指数(CSI)计算方法及权重参考文献[16]，各气象要素权重见表1。CSI计算公式：

$CSI={\displaystyle {\sum }_{i=1}^{n}Ni\times Wi}$ (3)

式中N_i为第i个气象因子的适宜性指数，W为第i个气象因子的权重系数。

将综合适宜性指数划分为三个等级：最适宜(0.8 ≤ CSI ≤ 1)，适宜(0.6 ≤ CSI < 0.8)，不适宜(CSI < 0.6)。

Table 1. Evaluation indicators for tobacco curing climate suitability and inflection points and weights of membership functions

表1. 烤烟气候适宜性评价指标和隶属函数拐点及权重

气象因子	隶属函数类型	x1	x2	x3	x4	权重
移栽–团棵期平均气温(℃)	抛物线型	13	18	28	35	0.161
旺长期平均气温(℃)	抛物线型	16	20	28	35	0.114
成熟期平均气温(℃)	抛物线型	16	18	25	35	0.196
移栽–团棵期降水量(mm)	抛物线型	20	80	100	300	0.039
旺长期降水量(mm)	抛物线型	50	100	200	400	0.097
成熟期降水量(mm)	抛物线型	30	80	120	320	0.038
大田期积温≥10℃积温(℃)	抛物线型	1200	2000	3500	4200	0.074
大田期平均湿度(%)	抛物线型	60	70	80	90	0.074
大田期日照时数(h)	S型	400	600			0.215

2.5. 气候适宜性评价指标

2.5.1. 温度

烤烟是喜温作物，温度直接影响烟叶品质的优劣，优质烤烟种植要求为前期气温低、中后期气温高[8]。研究表明烤烟生长发育前期，气温低于13℃会抑制其生长，造成早花，若长期生长在适宜温度下，也会造成烤烟植株纤维偏弱，影响烤烟品质[9]。烤烟生长的温度范围较大，且不同生育期对温度的需求不相同，其中大田期温度低于13℃或高于35℃ (10℃以上的积温低于1200℃或高于4200℃)对其生长发育不利，成熟期以18~25℃为宜，气温低于16℃或高于35℃将影响烟叶的香型口感[17]。≥10℃积温小于1200℃或高于4200℃。

2.5.2. 降水

烤烟的整个生长期对水的需求量较大，水分供应不足会导致植株老化、叶片早黄或枯死，水分过多不利于根系发育，且易诱发病害。烤烟生长的不同阶段对水的需求不同，移栽初期80~100 mm的降水最为适宜，湿润的土壤有利于根系生长，旺长期100~200 mm的降水能促进烤烟的快速生长，提高产量，成熟期雨水过多则不利于烟叶成熟落黄[12] [18]。

2.5.3. 日照

烤烟是喜光作物，大田期日照时数以400~600 h为宜，充足而不强烈的光照促进植株光合作用，增加有机物质的合成，若光照不足，烟叶的光合作用不足，植株发育不良，烟碱和淀粉等叶片干物质积累减少，导致烟叶品质差，产量低[19]。

2.5.4. 相对湿度

相对湿度是影响烤烟产量和品质的重要因素，不同地区、不同烤烟品种对相对湿度的需求也不同。总的来说，相对湿度在70~80%之间对烤烟的产量及品质最为适宜。梁颖[6] [7]等研究吉林烤烟相对湿度与烟碱、钾元素及产量之间的相关关系发现，相对湿度与吉林烤烟的烟碱含量与相对湿度呈正相关，与烟钾含量呈负相关，湿度过大对烤烟的产量有负面影响。

3. 结果分析

3.1. 烤烟生育期各气象因子适宜性

3.1.1. 生育期温度与积温适宜性

毕节烤烟大田期平均气温为15.6 (威宁)~21.3℃ (金沙)，成熟期平均气温威宁(16.3℃)偏低，烤烟以清香型为主，其余县平均气温为19.5 (大方)~23.4℃ (金沙)，且毕节昼夜温差较大，烟叶含糖量高，烟叶品质好。图2是毕节市烤烟各生育期气温和大田期日平均气温≥10℃积温适宜性分布。烤烟各生育期气温适宜性指数分布特征显示，移栽–团棵期温度适宜性指数较高区主要集中在东部的织金县以东以北乡镇，大方县南部乡镇以及黔西、金沙大部；旺长期除威宁县大部，赫章县西北部及南部，七星关区西部、中部，大方县东北部，纳雍县、织金县西部等高海拔乡镇外，其余地区温度适宜性指数较高；成熟期除威宁县中部、南部高海拔乡镇及赫章县南部的韭菜坪及西北部高海拔乡镇以外，其余大部分地区温度适宜。大田期日平均气温≥10℃积温适宜性指数分布显示，全市≥10℃积温适宜性指数平均值为0.93，除金沙县东部、黔西市东北部与韭菜坪适宜性指数较低以外，其余大部地区积温适宜性指数在0.9以上，主要原因为金沙县及黔西市东北部低海拔地区大田期积温过高，而西部韭菜坪高山站近10 a ≥ 10℃积温平均值为1211.69℃，积温不足所致。综合上所述，毕节市烤烟各生育期气温适宜性东部好于西部，≥10℃积温东部金沙县大部、黔西市东部受高温影响偏差，其余大部地区适宜。

3.1.2. 生育期降水适宜性

图3是毕节市烤烟各生育期降水适宜性分布。由图可看出，移栽–团棵期、旺长期降水适宜性指数小于0.5的区域分布在南部的织金、纳雍两县，主要是由于南部降水过多导致。成熟期除七星关区东北部、大方县北部乡镇外适宜性指数大于0.7以外，其余地区降水过多，适宜性指数偏低。总之，毕节市烤烟大田生育期内，各地相继进入雨季，烤烟降水适宜性分布差异明显，南部的降水适宜性始终偏差。因此，织金、纳雍两县种植烤烟宜做好开沟排水防涝措施，全市大部烤烟成熟后应及时采收烘烤以减少降水导致成熟的烟叶返青。

(a)

(b)

(c)

(d)

Figure 2. Distribution of suitability indices for temperature during the transplanting-to-budding phase (a), vigorous growth period (b), maturity period (c), and total heat during the field period (d) for tobacco curing in Bijie City

图2. 毕节市烤烟移栽–团棵期(a)、旺长期(b)、成熟期(c)温度与大田期积温(d)适宜性指数分布

(a)

(b)

(c)

Figure 3. Distribution of precipitation suitability indices during the transplanting-to-budding phase (a), vigorous growth period (b), and maturity period (c) for tobacco curing in Bijie City

图3. 毕节市烤烟移栽–团棵期(a)、旺长期(b)、成熟期(c)降水适宜性指数分布

3.1.3. 大田期日照适宜性

毕节各县近10 a烤烟大田期日照时数在737 (金沙)~902 h (大方)，平均日照时数为792.5 h，日照充足，根据S型隶属函数模型，毕节各县日照因子气候适宜性指数均为1，即毕节市烤烟大田生长期日照条件适宜。

3.1.4. 大田期相对湿度适宜性

图4为毕节市烤烟大田生育期相对湿度适宜性分布。近10 a，毕节市烤烟大田期相对湿度在71.5%~89.7%之间，平均相对湿度为81.4%，相对湿度条件较好。由图4可看出，除大方县东北部，纳雍县大部、织金县西部及赫章县大部以外，其余大部地区相对湿度适宜性指数在0.8以上，总之，毕节市烤烟大田生长期相对湿度的适宜性差异偏大。

Figure 4. Distribution of relative humidity suitability indices during the field period for tobacco curing in Bijie City

图4. 毕节市烤烟大田期相对湿度适宜性指数分布

3.2. 综合气候适宜性指数时间变化特征及空间区划

3.2.1. 综合适宜性指数时间变化特征

图5是根据1960~2022年毕节市8个国家站观测数据，计算出的近63 a毕节市烤烟综合气候适宜性指数变化趋势，结果显示，毕节市烤烟综合气候适宜性指数平均为0.867，最小值为0.763 (2001年)，最大值为0.948 (1998年)，呈波动上升趋势，变化倾向率为0.0007/a，说明气候变暖背景下，气候条件在向有利于该地区烤烟生产的趋势演变。

Figure 5. Characteristics of changes in the comprehensive climate suitability index for tobacco curing in Bijie City

图5. 毕节市烤烟综合气候适宜性指数变化特征

Figure 6. Zoning of comprehensive climate suitability for tobacco curing in Bijie City

图6. 毕节市烤烟综合气候适宜性区划

3.2.2. 综合气候适宜性区划评述

图6为毕节市烤烟综合气候适宜性区划图，可以看出，全市大部地区适合种植烤烟，结合地形海拔特征可看出，最适宜区主要集中在中东部县区、威宁县北部、赫章县大部海拔在1500 m以下乡镇；适宜区主要分布在海拔1500~2200 m的乡镇，即：威宁县大部乡镇，赫章县西北部河镇镇、安溪乡、德卓镇，南部妈姑镇、兴发乡、水塘堡乡及松林坡乡，七星关区青场镇、野角乡、撒拉溪镇及八寨镇，大方县百纳乡、普底乡、星宿乡和绿塘乡，纳雍县南部曙光镇、骔岭镇、百兴镇、张家湾镇、阳长镇、新房乡，织金县西南部鸡场乡、阿弓镇、白泥镇、熊家场镇、珠藏镇、后寨乡。不适宜区主要分布在西部威宁县雪山镇、赫章韭菜坪等海拔2200 m以上高山地区。

4. 结论与讨论

本文利用毕节市8个国家气象观测站1960~2022年观测资料及98个多要素自动站近10 a观测资料，基于烤烟气候适宜性评价模型，运用ArcGIS技术完成对毕节市烤烟气候适宜性特征进行分析，按照最适宜，适宜，不适宜3个等级进行区划，得出如下结论：

1) 毕节市除海拔较高地区温度偏低，积温偏少外，其余大部分地区温度均能较好满足烤烟各个生育期所需的温度需求。烤烟移栽–团棵期、旺长期南部的织金县和纳雍县降水过多，应做好排水措施，其余大部分地区降水均能较好地满足烤烟生长需求，成熟期全市大部地区降水过多，应对成熟烟叶及时采收烘烤以防止烟叶返青。

2) 全市大田期日照充足，能满足烤烟生长对日照的需求；大田期相对湿度条件较好，大方县东北部，纳雍县大部、织金县西部及赫章县大部以外，其余大部地区相对湿度适宜性指数较高。

3) 气候变暖将使温度上升，积温增加，又利于高海拔地区烤烟生产外，同时使得低海拔地区的积温适宜性指数降低，但总体上，气候条件在向有利于该地区烤烟生产的趋势演变。

4) 毕节市烤烟种植最适宜区主要分布在海拔1500 m以下的低山丘陵河谷地带，适宜区主要分布在海拔在1500~2200 m山区，不适宜区主要分布在西部韭菜坪等海拔2200 m以上高山地区。

毕节市地形复杂，海拔落差大，本研究所用站点较少，利用ArcGIS克里金插值法进行评估区划不能精确反映海拔与各气象要素间的变化关系，且烤烟气候资源分布受下垫面多种因素影响，不同品种烟型生长所需的气象条件存在差异，因此该研究在一定程度上能反映烤烟气候资源分布及变化特征，烤烟种植精细化规划还应该进一步结合土壤性质、坡度、坡向，烤烟品种等因素开展研究，得出更科学的种植区划。

基金项目

毕节市气象局科研业务项目(BJKD[2022]12-02号)：毕节市烤烟气候适宜性研究及区划。

NOTES

^*第一作者。