基于多因子分析的高原山区火龙果种植适宜性评价

　　摘要 目前，全国的火龙果种植已达一定规模。但已有的火龙果种植适宜性评价研究往往仅考虑气候条件，未能考虑地形、土地利用类型、生态保护限制开发区等因素。[目的]为针对贵州省复杂的生境背景，改进火龙果种植适宜性评价方法。[方法] 研究选用温度、光照、土壤 pH 值、地形地貌和土地利用等生境因子，构建包括地形、气象、土地利用、生态保护等多因子评价指标体系，通过 ArcGIS 进行空间叠加分析，并以县域和乡镇空间尺度划分贵州高原山区火龙果种植适宜分区。[结果] 结果表明：①通过该方法分析显示，贵州省火龙果种植适宜区为 35 205hm2，次适宜区为 5 695hm2，适宜区和次适宜区分别占全省国土面积 0.20%、0.03%;②罗甸县、贞丰县、望谟县为推荐种植县，适宜综合种植面积分别为 13 979hm2、9 060 hm2、6 568hm2;册亨县、镇宁县和关岭县为一般种植县，适宜种植面积分别为 5 413hm2、3 357hm2、1 123hm2;安龙县、平塘县为分散种植县，可种面积分别为 311hm2、1 089hm2;③推荐种植县中，适宜区在罗甸县中部和南部、贞丰县东南部、望谟县南部分布较多，涵盖 30 个乡镇;一般种植县中，适宜区集中于册亨县东部、镇宁县南部、关岭县东南部地区的 20 个乡镇。[结论]本研究的过程中使用了充分考虑贵州高原山区土地资源实际情况的多因子评价，弥补了以往单因子研究的不足，可为为山地农业产业布局和适宜性评价体系的构建提供了参考。

　　关键词：火龙果;种植适宜性;多因子评价;高原山区;贵州省

　　彭睿文; 周忠发; 黄登红; 黎前霞; 胡灵炆 中国农业资源与区划2021-12-02

　　火龙果(学名：Hylocereus undatus 'Foo-Lon')果实营养丰富，产量较高，挂果期长，鲜果和加工品在市场上都有较高价值，其是贵州省推动现代山地农业发展的特色优势水果之一。至2020年，全国火龙果种植面积约30多万亩，贵州省种植面积达到10.8万亩，居全国第一位。2013年，贵州“罗甸火龙果”获国家质检总局地理标志保护产品，成为全国首个火龙果地理标志保护产品。种植火龙果是综合治理石漠化的方式之一，也能促进群众增收。在产业脱贫攻坚和乡村振兴中起到了有效支撑作用。国内外对火龙果的研究报道较多, 但大多数研究集中在火龙果的栽培[1-3]、品种选育[4-6]、病虫害防治[7 -8]、生产再加工和经济价值[9-11]等方面，针对火龙果生长适宜环境以及种植区划的研究较少，选择评价因子较为单一，往往只考虑气候因素[12-14]，而火龙果种植与发展分区通常会受到气候、土地利用、自然地貌等多种因素的限制。且已有研究中基于多因子的种植适宜性分析多为针对水稻、蔬菜等主要农作物[15-16]，面向火龙果种植适宜性评价的研究较为少见。贵州省自然环境较为复杂，省内各地区土地资源差异显著，气候变化较大，部分地区因平均温度未达到火龙果生长温度、极端温度低于致死低温、土地利用和海拔限制等原因不适宜种植火龙果，因此开展贵州火龙果种植适宜性评价对其产业规划和精细化发展具有重大意义。

　　因此，研究以典型高原山区省份——贵州省为研究区，选定特色优势水果火龙果为研究对象，构建适用于高原山区复杂环境作物种植适宜性多因子评价指标体系，结合多源遥感数据和空间评价技术，从县域和乡镇2个尺度评价和分析贵州省火龙果种植适宜性分区，以期为火龙果精细化种植、产业发展和提质增效提供参考。与现有的火龙果种植适宜性评价研究相比，本研究的研究过程中使用了多因子评价，根据贵州土地资源的实际情况，不仅考虑气候、土壤等自然生境情况，同时还将受限的土地利用类型(建设用地、森林、水体、永久基本农田、其他难利用地等)以及自然保护区划用地进行了面积扣除，提高了贵州省火龙果种植适宜性评价的准确度和合理性。

　　1 研究区与数据

　　1.1 研究区域

　　贵州省位于北纬24°37′~29°13′，东经103°36′~109°35′，总面积1 761.67万hm2，海拔147.8~2 900.6m，地处长江、珠江上游，是典型的喀斯特高原山地省份。境内属亚热带湿润季风气候，全年无酷暑，年均温 14~16℃，大部分地区年日照时数1 200~1 600h，太阳辐射3 149.16~4 594.80MJ•m-2。降雨量在1 100~1 300m，汛期5~9月。土层薄，至2018年，石漠化面积为247万hm2。截止2020年，贵州全省地区生产总值17 826.56亿元。其中，第一产业增加值2 539.88亿元，第二产业增加值6 211.62亿元，第三产业增加值9 075.07亿元，第一产业增加值占地区生产总值的比重为14.2%。贵州省持续重视特色水果产业，2020年末果园面积达1 169.20万亩，水果种植面积排名全国第7，全年园林水果产量478.58万吨，比上年增长30.4%。

　　1.2 数据来源

　　土地利用数据选用清华大学逐年30m分辨率土地利用(覆盖)数据集(http://data.ess.tsinghua.edu.cn/)，精度为30m，贵州省生态保护地相关矢量数据集(来源：贵州省自然资源厅)，通过与野外勘察获取的人工调研、无人机数据相结合，对该数据的分类结果进行精度修正，修正后的解译图像的Kappa系数大于0.9，满足省域研究精度要求。气候气象数据选取2010—2019年1—12月的气象数据，数据来源于中国气象数据网的中国地面气候资料日值数据集(http://data.cma.cn/)，包括平均气温、日照时长、平均相对湿度、最高平均气温、最低平均气温等显著影响火龙果生长和生产的气候指标，其数据来源于贵州省及周边省份共计84个基本站及自动站，经克里金(Kriging)插值分析、重采样等处理，输出图像分辨率为30m。

　　地形地貌数据使用了贵州省空间分辨率30m的DEM数据(http://gdex.cr.usgs.gov/gdex/)为基础，分析提取海拔、坡度数据。土壤数据来自贵州省测土配方数据(来源：贵州省农业农村厅)，包含来自3348个采样点的pH值数据，经克里金插值分析插值后形成面数据，输出精度为30m。

　　2 研究方法

　　2.1 研究思路

　　研究思路与方法：①通过文献调研、专家咨询等方式，选择与分析评价因子;②通过调查、统计等方式获取基础的评价因子(气温、光照、坡度、海拔、土地利用、自然保护区、土壤pH值等)数据;③空间化评价因子数据，利用ArcGIS进行叠加分析，输出适宜区空间分布图;④分别结合省、县、乡镇行政区进行应用，实施适宜性评价分析。

　　2.2 评价因子选择与分析

　　评价因子又称限制因子，确定作物种植适宜性评价的因子和选择评价指标是作物种植适宜性评价的核心。综合考虑已有研究成果[17-19]、专家知识和土地管理相关法律法规，限制火龙果生长的主要有地形地貌、气候条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;气候条件主要有水分、温度、光照等因素;土壤条件主要包括土壤pH值。

　　(1)水分与土壤含水量：适量的水分是火龙果健康生长的必要条件。火龙果生长一般要求土壤中的相对含水量在70%～80%，且保证每棵植株每3天应保有0.5kg的水分摄入[17]。在火龙果种植中，现代火龙果种植园区管理中可通过人工方式对火龙果进行水分管理，因此在本研究中不将水分因素作为适宜区的评价因子。

　　(2)气温：火龙果从幼苗生长到开花结果各个阶段均要求光线充足，温暖湿润，最适宜气温在25~35℃，温度<10℃将休眠停止生长，温度<5℃出现幼苗、叶片冻伤或冻死[18]。结合专家咨询结果和贵州省的火龙果种植实际状况，按主要生产期(4—10月)均温≥22℃、21~22℃、20~21℃、<20℃，最冷月(1月)均温≥9℃、 8~9℃、7~8℃、<7℃，最热月(7月)均温≥27、26~27℃、25~26℃、<25℃划分种植最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区。

　　(3)光照：火龙果属喜阳、喜光植物，光照强度大和日照时间长有利于光合作用的有机物的合成和积累，从而促进植株生长和果实品质的提高[17]。当主要生长季单日平均光照条件达到8~10h，最适宜火龙果的生长发育，在此光照条件下，光合作用强，有机物合成积累多，茎粗色绿，花多果大，果实口感好、果品优质。如果主要生长季单日平均光照低于6小时，则会影响火龙果的生长。 (4)pH值：火龙果适应土壤pH值能力较强，火龙果植株在5.5~7.5的土壤中皆可生长。 (5)坡度：在坡度过大地区种植作物既无法保证产量且会增加水土流失风险，依据《中华人民共和国水土保持法》将25°以上的坡地列为坡度限制区。 (6)海拔：贵州省火龙果的立地海拔在600m以下，海拔过高或者过低都不适宜火龙果的生长[19]。 (7)土地利用：根据《中华人民共和国土地管理法》，建设用地、森林、水体、永久基本农田、难利用地为限制种植区。 (8)根据《中华人民共和国土地管理法》，水源涵养地、生态保护地等自然保护区域为限制种植区。

　　2.3 评价因子量化分级

　　将火龙果种植适宜性评价和适宜区迁移指标分为两层：现状限制层和生长适宜层[20]，现状限制层指火龙果生长的惰性自然限制条件，包括坡度、海拔、土地利用限制、自然保护区域限制等;生长适宜层是火龙果种植的主要生境影响因素，主要包括pH值和各气候类变化，包括生长期均温、年最低气温、年最高气温、光照时长等。通过结合以往学者的研究成果[12-19]和贵州省火龙果种植专家知识，量化得出火龙果生长适宜等级表如表1所示：

　　3 结果与分析

　　3.1 总体空间分布

　　该方法下的评价结果显示，贵州全省可种植区以南部地区为主，可种植火龙果的适宜区为 35 205hm2，次适宜区为 5 695hm2，不适宜区面积为 1 578.23 万 hm2，无最适宜区(表 2、图 3)，适宜区和次适宜区分别占全省国土面积的 0.20%、0.03%，不适宜种植区占比高达 99.77%，贵州不适合大规模种植火龙果。从空间分布上看，适宜区主要集中于贵州省南部地区的罗甸县、望谟县、贞丰县，其他适宜区零星分布在册亨县、平塘县、安龙县、关岭布依族苗族自治县(以下简称关岭县)和镇宁布依族苗族自治县(以下简称镇宁县)。罗甸县的适宜区面积分布最大，可种面积占全县国土面积的 4.64%。

　　3.2 县域适宜性评价

　　以县为基本单元，按火龙果可种面积(适宜、次适宜面积之和)占其总面积比，将全省火龙果种植划分为推荐种植县、一般种植县、分散种植县和不推荐种植县 4 个类型区。

　　3.2.1 推荐种植县

　　推荐种植县包括罗甸县、贞丰县和望谟县共 3 个县，可种面积分别为 13 979hm2、9 060hm2、6 568hm2，占各县行政区面积的 4.64%、4.61%和 3.01%。该类型区是适宜种植地块的主要分布区，可种植面积较广，生境条件较优，受灾风险性小。火龙果在该产区种植能够保证果实产量和质量，适合规模化生产，可作为主要农业产业发展。

　　3.2.2 一般种植县

　　一般种植县包括册亨县、镇宁布依族苗族自治县和关岭布依族苗族自治县共 3 个县，可种面积分别为 5 413hm2、3 357hm2、1 123hm2，分别占行国土面积的 2.08%、1.96%和 0.74%。相较于推荐种植区县，册亨县、镇宁县、关岭县的火龙果种植受限制条件影响较大，除施肥、浇灌等常规生境保证外，应尝试在缓坡地区通过设置大棚、太阳能聚光设施等手段，保证植株关键生长节点光照和温度。由于可种植面积有一定规模，在保障生境条件前提下，可开发作为火龙果产业区，同时在该区设立示范性工程，通过引种驯化和杂交选育出适合本地生长的优良品种，促进火龙果种植业发展。

　　3.2.3 分散种植县

　　分散种植县包括安龙县和平塘县，可种面积分别为 311hm2、1 089hm2，分别占行政区面积的 0.11%和 0.49%，该产区应考虑实际情况，采用小面积集中式生产，优选已驯化以及适应性较强的品种种植，不适宜大面积栽培。除上述区县外，贵州省其他县都是不推荐种植地区，受制约因素较多，若通过技术手段投入改善种植环境条件，耗时耗力，产出量较少，投入与产出不成正比，不推荐种植火龙果。

　　3.3 乡镇单元适宜性评价

　　推荐种植县和一般种植县是贵州省火龙果产业的重点发展地区，是未来贵州省火龙果规模化发展、提质增效的主要实施地点。因此，有必要以乡镇为单位，分析推荐种植县和一般种植县的适宜区具体空间分布情况，为产业落地实施提供科学参考。

　　3.3.1 推荐种植县适宜乡镇空间分布情况

　　火龙果产业推荐种植县主要在罗甸县、贞丰县和望谟县。以乡镇为基本单元，其火龙果种植适宜性的空间分布情况如下：

　　(1)罗甸县，以中部和南部地区为主，种植火龙果的适宜区为 13 228hm2，次适宜区为 751hm2，适宜区和次适宜区分别占全县国土面积的 4.39%、0.25%。该县适宜区国土面积占比较高，可将火龙果作为主导产业发展的乡镇包括红水河镇(31.38hm2 )、龙坪镇(39.57hm2 )、凤亭乡(14.22hm2 )、茂井镇(16.38hm2 )等 4 个乡镇，沫阳镇(13.66hm2 )、逢亭镇(14.22hm2 )、罗悃镇(10.69hm2 )2 个乡镇也可规模化种植，边阳镇和木引镇可实施分散化种植(图 5-6)。

　　(2)贞丰县，火龙果种植适宜区以东南部地区为主，可以种植火龙果的适宜区为 6 500hm2，次适宜区为 68hm2，适宜区和次适宜区分别占全县国土面积的 4.56%、0.05%(图 5-6)。该县推荐集中发展火龙果产业的城镇包括白层镇(1 845hm2 )、鲁容乡(1 684hm2 )、沙坪镇(1 340hm2 )、鲁贡镇(1 288hm2 )共 5 个乡镇，北盘江镇、者相镇、连环乡、永丰街道、新寨等 5 个乡镇，可种面积较小，可实施分散种植(图 5-6)。

　　(3)望谟县，火龙果种植适宜区以南部地区为主，在西部地区有少量分布。可以种植火龙果的适宜区为 8 783hm2，次适宜区为 277hm2，适宜区和次适宜区分别占全县国土面积的 2.92%、0.09%。推荐集中种植火龙果的乡镇包括昂武镇(1 633hm2 )、乐元镇(1 467hm2 )和油迈镇(1 142hm2 )、遮香镇(1 528hm2 )、平洞街道 (1 047hm2 )。桑郎镇、边饶镇、石屯镇、大观镇、麻山镇、乐忘镇等 6 个镇虽然也可开展火龙果种植，但可种面积相对较小，仅可实施小规模、分散化种植(图 5-6)。

　　3.3.2 一般种植县适宜乡镇空间分布情况

　　火龙果产业一般种植县主要包括册亨县、镇宁布依族苗族自治县和关岭布依族苗族自治县，与罗甸县、贞丰县和望谟县相比，一般种植乡镇可种植火龙果的面积较小，且较分散。贵州省火龙果产业一般种植县适宜性空间分布情况如下：

　　(1)册亨县,全县以东部地区为主，可以种植火龙果的适宜区为 3 677 hm2，次适宜区为 1 736 hm2，适宜区和次适宜区分别占全县国土面积的 1.42%、0.67%。从空间分布上看岩家镇(929hm2 )、白口乡(1 010hm2 )、巧马镇(835km2 )、双江镇(959hm2 )共 4 个乡镇拥有较大的宜种面积，可以实施火龙果集中种植和重点发展。者楼街道、八渡镇、丫他镇、坡妹镇、弼佑镇和冗渡镇等镇宜种面积总量较小，较为分散，不建议大规模种植(图 5-6)。 (2)镇宁县,全县以南部地区为主，火龙果种植适宜区为 1 782hm2，次适宜区为 1 575hm2，适宜区和次适宜区分别占全县国土面积的 1.04%、0.92%。从空间分布上看，适宜区主要分布在镇宁县南部，主要分布在简嘎乡(1 130hm2 )、良田镇(1 320hm2 )、马六镇(901hm2 )等 3 个乡镇;在沙子乡内有较少的分布(图 5-6)。 (3)关岭县,全县以东南部地区为主，火龙果种植适宜区为 860hm2，次适宜区为 263hm2，适宜区和次适宜区分别占全县国土面积的 0.56%、0.17%。从空间分布上看，适宜区主要分布在花江镇(778hm2)，上关镇、关索街道、岗乌镇、新蒲镇和普力乡等乡镇内有少量的分布(图 5-6)。

　　4 结论

　　(1)本研究充分考虑贵州省复杂的生境条件，通过野外调查典型火龙果园、资料收集以及专家咨询等方式筛选和分析包括气温、坡度、海拔、土地利用、生态保护用地在内的多种火龙果种植适宜性限制因子，应用 GIS 空间叠加分析模块得出县域—乡镇级别的火龙果种植土地适宜性评价结果;另外，贵州山区地表复杂多变，本研究的成果仅供参考。因此在落实园区建设过程中需通过实际环境条件的监测与评价相结合的方式，才能获得较为客观的火龙果种植的适宜区域。 (2)自然生长条件下，贵州省火龙果种植适宜性评价的结果显示：适宜区为 35 205hm2，次适宜区为 5 695hm2，不适宜区面积为 1 578.23 万 hm2，适宜区和次适宜区分别占全省面积的 0.20%、0.03%，贵州不适合大规模种植火龙果，但仍具有发展火龙果产业的巨大潜力和优势。该评价结果将为贵州省火龙果种植提供科学依据，并为贵州火龙果产业的未来发展找寻可操作的土地后备资源。 (3)本研究以县域和乡镇单元对火龙果种植适宜性开展了评价，其中火龙果推荐种植县包括罗甸县、贞丰县、望谟县，可种面积分别为 13 979hm2、9 060hm2、6 568hm2，可将火龙果产业作为重点产业，开展规模化种植。一般种植县包括册亨县、镇宁布依族苗族自治县和关岭布依族苗族自治县共 3 个县，可种面积分别为 5 413hm2、3 357hm2、1 123hm2，可以将火龙果作为特色产业进行发展。分散种植县包括安龙县和平塘县，可种面积分别为 311hm2、1 089hm2，该产区不适宜大面积栽培，应考虑实际情况，采用小面积集中式生产;同时，本研究针对推荐种植县和一般种植县等火龙果重点种植区域，开展了乡镇单元的种植适宜性评价，为火龙果产业项目的落地实施提供了参考。