摘要：根據煙草生長發育生態條件，以地形地貌作為煙草種植適宜性評價的指標，借助GIS技術平臺，利用層次分析法和探測法，得到云南省烤煙種植適宜區劃數據，為云南省烤煙種植基地優選提供科學依據。
關鍵詞：烤煙；生態適宜性；GIS；評價
1    烤煙生長生態適宜性地形地貌條件分析
地形地貌不僅對光、熱、水進行再分配，而且還控制土壤類型的發生及其在空間上的分布規律，從而影響和決定著煙草的生長發育及煙葉質量。從世界煙草生產情況看，優質煙均產自排水良好的山地丘陵地區，如日本、美國種植左陵地帶的煙葉質量最優，津巴布韋烤煙則多種植在多山的高原。一般來說，丘陵山區自然坡度15度以下的耕地為宜煙耕地，平地次之，洼地最差。生產優質烤煙的土壤條件以山坡地、山麓和丘陵地的坡腳為好。地勢高，排水好，地下水位低，土壤通透性好，土壤有效鉀含量高，煙株通風透光良好。分析各因子：
1.1海拔
海拔高度是影響氣溫的最重要、最直接因素，而氣溫是影響烤煙生長的重要因素。云南省地處高原山區，山地面積約占84%，高原、丘陵約占10%，盆地、河谷約占6%，因此，海拔高度是煙葉種植評價的一個非常重要的指標。
1.2坡向
在山地條件下是影響光照的重要因素之一。對于北半球，在烤煙生長期（7-8月份），北緯25度線（云南省主要煙區），正南北坡向15度的耕地上，正午12點時，太陽光線入射角θ1可用（1）式計算，南向、北向入射角分別是0°、30°，北向光照僅為南向的0.86倍。
cosθ1=sin（φ－α）sinδ＋cos（φ－s）cosδcosω（1）
式中：φ——地理緯度；
α——耕地坡度；
δ——太陽赤緯；
ω——太陽時角。
除此以外，坡向還影響降雨。在云南中西部地區，主要受西南暖濕氣流影響，西坡為迎風坡，東坡為背風坡，一般情況下西坡降水量多于東坡；東南部地區受東南暖濕氣流、西南暖濕氣流影響，南坡為迎風坡，北坡為背風坡，一般情況下南坡降水量多于北坡；滇東北地區東北坡為迎風坡，西南坡為背風坡，一般情況下東北坡降水量多于西南坡。
1.3坡度
從農業種植適宜性上，坡度影響水、養份、耕層堆積厚度等指標。例如25度以上極易造成水土流失，對煙草生長不利，這也是當前國家推行的退耕還林區。而坡度太小的平原或低洼地區，易于水處聚集，水肥過剩，也不適宜煙草生長的需要。理想的煙草生長條件為緩緩起伏的坡地，一般坡度以5%為最宜。這類緩坡地不僅土層較厚，而且排水通暢，空氣流通。如在冬季夜間溫度降低，冷空氣順坡下注，聚集于谷地中，而坡上空氣則比較溫暖，利于煙草生長。
上述三個指標可用連續的空間分布數值來描述，具有穩定性、基本不隨時間的變化，每個空間柵格數值可以準確地從DEM（數字高程模型）計算推導。因此，選擇海拔高度、坡度、坡向三項作為評價的主導指標，滿足穩定性、主導性、可量化性、可獲取原則，是理想的地形地貌評價指標。

2指標權值的確定
權值確定通常有專家咨詢法（DELPHI）、層次分析法（AHP）。這里用AHP法，層次分析法(Analytia1HierarchyProcess，簡稱AHP)是美國匹茲堡大學教授A．L．Saaty于20世紀70年代提出的一種系統分析方法。用AHP分析問題大體要經過以下五個步驟：(1)建立層次結構模型；(2)構造判斷矩陣；(3)層次單排序；(4)層次總排序；(5)一致性檢驗。這里由于因素較少，僅作步驟（2）、（3）、（5）。
1）構造判斷矩陣，構造判斷矩陣是AHP的關鍵一步。假設有B1、B2、…Bn因素，咨詢并請專家打分，兩兩比較其重要性：
其中：bij是bi對bj的相對重要性，通常取1，2，3，…，9及它們的倒數，其含義為：
bij=1表示Bi與Bj一樣重要，bij=2表示Bi與Bj稍重要
bij=3表示Bi比Bj重要一點，bij=5表示Bi比Bj重要
bij=7表示Bi比Bj重要得多，bij=9表示Bi與Bj極端重要
顯然bij=1，bij=1/bji，因此僅需給出上或下三角矩陣。
2）層次單排序，即根據判斷矩陣計算各因素的重要性次序的權值，可以歸結為計算判斷矩陣的特征根和特征向量問題，即對判斷矩陣B，計算滿足BW＝λmaxW的特征根與特征向量，式中λmax為B的最大特征根，W為對應于λmax的正規化特征向量，W的分量Wi是相應因素單排序的權值。特征根和特征向量的計算方法有多種：冪法、方根法、和積法，這里采用方根法。
i）    B元素按行相乘
ii）    所得的乘積開n次方
iii）    將方根向量正規化，得特征向量
iv）    計算判斷矩陣最大特征根
3)一致性檢驗，CI=(λmax-n)/(n-1)，如果CI＝0表示完全一致，CI越大，一致性越差。

表1是用地形地貌三項主導指標、按上述方法和步驟計算的結果，CI=7.5E-7,一致性較好。
表1地形地貌權值計算表
    海拔    坡度    坡向    權值    特征向量
海拔    1    3    6    0.667    1.999
坡度    1/3    1    2    0.222    0.666
坡向    1/6    1/2    1    0.111    0.333

3評價處理和結果
3.1空間數據處理
1）    海拔空間數據，可從測繪部門直接獲取數字高程模型（DEM）。DEM是測繪生產地形圖時，從航測攝影、構成立體像對、直接測量獲取的結果，具有直接測量、精確及穩定不變的特點，已經是空間柵格數據格式。根據精度需求，有不同分辨率（柵格大小）的DEM可供選用，太大，不能滿足空間精度要求；太小，數據量大增，造成數據資源、存儲空間、分析計算的無謂浪費。對云南全省來說，地形起伏較大、變化劇烈，結合DEM的原始分辨率，選90米x90米、每單元接近1公頃，即考慮到宏觀面、也照顧微觀面的實用性，是合適的選擇。根據概述中云南省東西寬865千米、南北長990千米，柵格數據層的單元數是9600x11000超過1億個，數據量大小已十分可觀。
2）    坡度、坡向數據：可由DEM逐點精確計算，有多種算法，如梯度法、中心點8方向法。這里選用的是后一種，為保持坡度、坡向結果總體趨勢一致性，避免結果太零碎，需要事先對DEM進行一定平滑處理。
3.2指標定量評價
1）指標定量評價的意義：參與評價的各因子量綱、物理意義、單位大小等不一致，有的是以數字表達，有些是字符型。如果不進行處理，后續的評價分析難以進行，因此，需要對各因素進行分值化處理。過程是：確定指標要素值域范圍，確定打分標準，給出分值化函數和參數，分值化處理。
2）打分標準：為便于實際評分操作，常先設置評價分段數，一般常設置4段：最適宜、適宜、次適宜、不適宜或優、良、中、差。為拉伸評分值段、細化評價結果，并考慮到可操作性，分段數可適當增加，這里在上下段各加一段、分為6個段：最適宜+、最適宜、適宜、次適宜、不適宜、完全不適宜。“最適宜+”是最好的參數段，對應100分值；“不適宜”則是一灰色過度帶，因考慮到有的地方不會因為一項因子的不適宜就使煙草農作物完全絕收；“完全不適宜”是一票否決制，只要一項因子的不適宜就不適宜種植煙草作物。分值化有多種方式：直線型、指數型，本文主要采用指數型，即遵照傳統：60以上為合適，80以上為良好，故：最適宜+、最適宜、適宜、次適宜、不適宜、完全不適宜六個級別段的分值對應：100、100-95、95-80、80-60、60-40、40-0。
3）分值化函數和參數：重點是分段拐點的參數。拐點的參數確定后，分值化函數可用樣條、折線等函數。拐點參數的確定可請有經驗的專家給出，或利用前人研究的成果，或對比探測法。對比探測法的主要思路是：先將經驗值作為初始分級值，然后分別對各因子進行評價，用實際觀測的樣本數據與評價結果進行比較，看評價結果是否與實際樣本數據相符，這樣循環進行，直到評價結果與實際樣本數據非常相近為止。


圖1探測法的流程圖

    首先設置種植適宜的級別段數為：最適宜、適宜、次適宜和不適宜四個級別。根據經驗值分別設置各指標的分級段的數值，見表2。
表2各指標分級段數值
分級    單位    最適宜    適宜    次適宜    不適宜
海拔（DEM）    米    1400--2000    2000--2200
1400--1200    2200--2400
1200--800    <800or>2400
坡度（DEG）    度    <10    0--15    0--25    >25
坡向（ASP）    （方位）度    90--270    45-315    0--360    
    在上述參數探測評價的基礎上，再按六個級別段的分值細化，經過多次循環、探測、比較，海拔（DEM）、坡度、坡向的三項因子的評價參數見表3：
表3海拔、坡度、坡向的三項因子評價參數
分值    100    100-95    95-80    80-60    60-40    0
海拔（DEM）米    1600--1800    1800—2000
1600--1400    2000--2200
1400--1200    2200--2300
1200--800    2300—2400
800--700    >2400
<700
坡度（DEG）
度    0-5    5-10    10--15    15--25        >25
坡向（ASP）
（方位）度    135-215
-1    215-270
90-135    270-315
45-90    315-360
0--45        
    
4）綜合評價，即進行個指標要素的空間疊加分析，模型表達式為（2）；

    式中S——每個評價單元的適宜性綜合評價指數；
        ——第i個評價因子的相對權重；
        ——第i個評價因子的指標定量評價；
        n——為評價因子數。

5）、分級定性評價，為便于區劃、統計分析及指導實踐，需要對評價連續分值結果進行分級、定性評價，
3.3評價結果分析
地形要素綜合評價結果統計見表4
表4地形要素綜合評價結果統計表
    最適宜    適宜    次適宜    不適宜
面積（KM2）    ７６４０５    １３４２５５    ４９８４１    １２２７１５
百分比（%）    ２０％    ３５％    １３％    ３２％
從表4看出，僅考慮地形地貌的基本要素時，全省有一半左右的國土面積是適宜烤煙種植的，最適宜的面積大概占五分之一，不適宜的面積大概占三分之一。從分布范圍看，最適宜區域在中部緯度，主要集中的區域是滇東部分，昆明、玉溪、紅河、曲靖、文山幾個地州，其次是楚雄、昭通、大理、保山，這與傳統的煙區分布是一致的。用全省基本煙田分布疊加后檢查，全部位于由于最適宜、適宜區域，說明評價結果是可靠的。
放大圖形窗口來看，即使在比較集中的最適宜區域，也還是夾有許多不適宜的小塊，這主要是云南的地形破碎，而評價柵格單元是90米x90米，這也放映了這次評價的精細性。總體來看，由于數據采集的困難性，該評價只選取了地形地貌的幾項基本要素，沒考慮微觀環境多方面的因素，實際的最適宜、適宜區域應比這結果要小一些。
參考文獻
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研究方向：“3S”集成與應用