重庆植烟区生态条件与烤烟产质量关系的研究

【摘要】烤烟是我国主要的经济作物之一,生态条件是决定烟叶风格特色及质量高低的重要因素,是特色烤烟形成的基础。重庆植烟区地理环境复杂,山区面积大,复杂的地形地貌,显著的海拔差异,引起了气候、土壤等生态因子的变化。因此有必要对重庆植烟区生态因子(包括气候、土壤和海拔高度)的分布特征进行研究,并在此基础上分析生态因子对烤烟产质量的影响。本研究以重庆植烟区土地利用现状图(比例尺1：10000)、近年来重庆烤烟的收购数据以及近30年来(1983-2012)的212个气象站点日气象观测数据和重庆植烟区测土配方施肥土壤样点化验分析数据为基础,通过模型预测、系统聚类、K-均值聚类、CART算法和相关分析等方法,揭示重庆地区土壤养分、气候和海拔高度等生态条件对烤烟亩产、均价及上中等烟比例的影响,筛选出最重要的生态因子。同时,明确生态条件与烤烟评吸质量(香气质、香气量、余味、杂气、刺激性和总分)的关系,得出各生态因子对烤烟评吸质量影响的相对重要性。研究的主要结论如下：(1)经精度检验选取最优土壤养分预测方法,选择IDW法(土壤碱解氮)和Kriging法(土壤pH和土壤有效磷选取球形模型对半方差函数进行拟合,土壤有机质用高斯模型拟合,土壤速效钾选取线性模型拟合)为土壤养分空间分布的预测方法。重庆市2012年烤烟总种植面积为642757亩。土壤pH值主要在5.5-6.5和6.5-7.5范围内,分布面积分别占植烟总面积的57.58%、27.16%；土壤有机质含量主要在20-30g/kg和10-20g/kg范围内,分布面积分别占植烟总面积的66.1%、17.51%；土壤碱解氮含量主要在120-150mg/kg和90-120mg/kg范围内,分布面积分别占植烟总面积的40.22%、37.85%；土壤有效磷含量主要在10-20mg/kg和20-40mg/kg范围内,分布面积分别占植烟总面积的59.73%、32.54%；土壤速效钾含量主要在100-150mg/kg和50-100mg/kg范围内,分布面积分别占植烟总面积的46.59%、35.87%。烤烟亩产、均价及上中等烟比例随土壤养分含量的变化呈现出不同的变化趋势,表现为植烟区土壤pH值在6.5-7.5、土壤碱解氮含量在90-120mg/kg、土壤有效磷含量在5-10mg/kg范围内,烤烟亩产、均价以及上中等烟比例为最高；随着植烟土壤有机质含量和土壤速效钾含量的提高,烤烟亩产、均价和上中等烟比例均提高。(2)以重庆植烟区年均温、年总日照、年总降水量、年总积温(≥0℃)、大田期均温、大田期总日照、大田期降水量和大田期总积温(≥0℃)8个气候因子为指标,通过系统聚类分析将重庆植烟区气候类型分为4类。第1类气候特征表现为“气温、降雨适中,日照少”,包括石柱、南川、彭水和武隆4个烟区；第2类气候特征表现为“气温高、日照长,降雨适中”,包括丰都、涪陵、万州和巫山4个烟区；第3类气候特征表现为“高温,降雨、日照适中”,包括奉节和巫溪2个烟区：第4类气候特征表现为“低温寡照、多雨”,包括酉阳和黔江2个烟区。在4类不同气候特征烟区中,亩产、均价及上中等烟比例从高到低的顺序均为：第2类>第1类>第3类>第4类,由方差分析可知,第1、2、3类气候特征烟区与第4类进行比较,烤烟亩产和上中等烟比例有显著性差异,表现为第1、2、3类气候特征区域优于第4类区域,而均价间却没有显著性差异。(3)将植烟区海拔高度分为<600m、600-800m、800-1000m、1000-1200m、1200-1400m、>1400m六个等级,从2009-2012年,海拔1000m以上区域烤烟种植面积占植烟总面积的比例分别为57.41%、57.74%、61.41%、64.09%,说明重庆烤烟种植区域有向高海拔(>1000m)区域转移的趋势。比较不同海拔高度对烤烟亩产、均价及上中等烟比例,结果表明单位面积产量随着海拔高度的增加而提高,海拔>1000m烟区的亩产要比海拔<1000m区域平均高出9.73%；收购均价和上中等烟比例则随海拔高度的增加而提高。(4)不同生态因子对烤烟亩产、收购均价及上中等烟比例影响的相对重要性不同。生态因子对烤烟亩产影响的相对重要性顺序为：土壤有机质>土壤速效钾>大田期最低温>海拔高度>土壤碱解氮>大田期均温>大田期最高温>大田期降雨量>大田期日照>土壤有效磷>土壤pH；生态因子对烤烟收购均价影响的相对重要性顺序为：大田期日照>土壤碱解氮>十壤有效磷>大田期降雨量>土壤pH>大田期均温>土壤有机质>大田期最高温>土壤速效钾>海拔高度>大田期最低温；生态因子对烤烟上中等烟比例影响的相对重要性排序为：大田期日照>大田期降雨量>土壤碱解氮>海拔高度>大田期最低温>大田期均温>土壤pH>大田期最高温>土壤有机质>土壤有效磷>土壤速效钾。综合结果表明,生态因子对烤烟亩产影响的相对重要性为：十壤因子>地形因子>气候因子；对烤烟收购均价影响的相对重要性为：气候因子>土壤因子>地形因子；对烤烟上中等烟比例影响的相对重要性为：气候因子>地形因子>土壤因子。(5)不同的生态因子与烤烟评吸质量的相关性存在显著差异。土壤有机质与香气质、余味、杂气、刺激性和总分均呈极显著正相关,土壤碱解氮和有效磷与刺激性呈显著正相关,土壤速效钾与香气质和刺激性呈显著正相关；大田期降雨量与评吸指标均呈极显著负相关,而大田期日照时数与香气质、香气量、余味和杂气呈极显著正相关；烟区海拔高度与香气质、香气量、杂气和总分呈极显著正相关,而与余味呈极显著负相关。通过K-均值聚类方法,将烤烟感观评吸质量指标得分(包括香气质、香气量、余味、杂气得分及总分)分为高、中、低3类质量等级。将各生态因子作为输入变量,3类不同质量等级的烤烟作为分类变量,构建CART模型。采用CART算法计算得到生态因子对烤烟评吸质量的相对重要性为：大田期最高温>大田期最低温>大田期均温>海拔高度>大田期日照时数>大田期降雨量>土壤有机质>土壤碱解氮>土壤有效磷>士壤pH>土壤速效钾。综合结果表明大田期气候条件是影响烤烟评吸质量的最重要因素,其次是海拔高度和土壤条件。
【作者】杜国伟；
【导师】刘洪斌；
【作者基本信息】西南大学，土壤学，2014，硕士
【关键词】重庆植烟区；烤烟；生态因子；产质量；CART模型；

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