基于CART的重庆烟区生态因子对烤烟经济性状的影响

摘要

烤烟是一种对生长环境十分敏感的经济作物，生态条件是烤烟生长发育及风味、品质形成的基本。重庆烟区是我国最适宜生产优质烟叶的产区之一，但重庆地理环境复杂，各生态因子均存在较大差异，烤烟经济性状水平参差不齐，使得明确各生态因子对烤烟经济性状的影响显得尤为重要。然而由于植烟村及可植烟旱地空间分布缺失，使其生态数据与植烟点位置难以对应，增加研究难度；相关系统性研究中缺乏按照烤烟在不同生育期对光照、气温和降水需求的不同，将气候因子分类的工作；且现代烟草农业建设对信息化技术和区域化管理需求也日益迫切。针对上述问题，本文通过调查研究、地统计学、相关分析、模糊 c-均值聚类、单因素ANOVA检验和CART决策树等研究方法，系统分析了重庆烟区生态环境特征，将气候因子按烤烟生育期进行分类，进一步明确各生态因子与烤烟经济性状的关系。通过 CART计算结果，将重庆烟区各生态因子对烤烟经济性状影响的相对重要性进行排序，进而筛选出烤烟生长的限制因子，为制定与当地生态条件配套的栽培管理及生产技术提供参考，有利于提高重庆烤烟资源的合理配置。主要结果如下：
　　1.构建了重庆烟区气候因子、地质背景、地形地貌和土壤养分及烤烟经济性状的空间数据库并分析其特征，进而筛选出与烤烟经济性状显著相关的生态因子。
　　重庆植烟村大田期的平均月日照时数为122.5 h，平均月均温为19.0℃，月均降水量为150.2 mm。各时期日照时数均表现为渝东北高于渝东南；均温以渝东南和少数渝东北地区较高，渝中相对偏低；降水量表现为南川、武隆和彭水较低，黔江和酉阳较高，巫溪的还苗伸根期降水量较低而成熟期降水量偏高。在海拔区间为600-1400 m的重庆植烟村旱地中，共包含30种地质岩层类型，三叠系大冶组灰岩白云岩面积最大，占总植烟面积的45.22％，其次为二叠系梁山组-吴家坪组灰岩白云岩；平均海拔为1010 m，平均坡度为17°，平均剖面曲率为5.21°，渝东南地区半阴坡和半阴坡所占比例较大，渝东北地区阴坡、阳坡大面积集中分布较多。土壤养分变异系数分析表明各养分空间差异较大。各时期日照和均温，成熟期和大田期降水，海拔，土壤pH值、总磷、有效S、有效Fe、有效Cu和有效Mn含量与烤烟产量呈极显著或显著相关；各时期日照，成熟期均温，成熟期和大田期降水，海拔、坡向、土壤pH值、交换性Mg、有效S、Cl、有效Zn和有效Mn含量与烤烟上中等烟比例呈极显著或显著相关。
　　2.分别对烤烟产量、上中等烟比例进行分类，探讨了各生态因子对分类结果影响的相对重要性，从而明确了烤烟经济性状提高的限制因子。
　　采用模糊 c-均值聚类法，分别将烤烟产量、上中等烟比例分为3类。高产组具有日照时数和大田期降水较多、成熟期均温较低，海拔高，土壤pH、总磷和有效 S含量较高且 Mn含量较低的特征。优质组具有旺长期日照时数、成熟期降水较高，成熟期均温较低，海拔较高、阳坡半阳坡较多，土壤pH、交换性Mg含量较高且有效Mn含量较低的特征。高产或优质烤烟的地质岩层中灰岩白云岩所占比例均在70%以上。CART计算结果表明，各因子对烤烟产量影响的相对重要性排序为旺长期日照＞成熟期均温＞有效Mn＞pH＞海拔＞大田期降水＞有效S＞总磷＞地质背景＞有效 Zn＞有效 Cu＞有效 Fe，各因子对烤烟上中等烟比例影响的相对重要性排序为旺长期日照＞成熟期降水＞地质背景＞有效 Mn＞成熟期均温＞海拔＞pH＞坡向＞交换性Mg＞还苗伸根期降水＞Cl＞有效S＞有效Zn。
　　3.与烤烟经济性状呈极显著或显著相关的各生态因子在9类烤烟经济性状组合间均存在不同程度的显著差异，明确了其在具有不同产量（或上中等烟比例）特征的烟区中，对烤烟上中等烟比例（或产量）影响的生态因子相对重要性。
　　高产优质、中产优质和中产中质样本比例较高，低产低质样本仅占总样本的1.64%。空间上，巫山高产优质烤烟样本比例最高（96.83%）。各植烟区县包含的烤烟类别越少，表明区域烤烟经济性状水平越集中、稳定，相反则表明该区域烤烟经济性状水平差异较大，应分别采取不同措施对烟田种植进行管理。在具有高产特征的经济性状组合中，气候条件和土壤养分对烤烟上中等烟比例的影响大于地形地貌和地质背景。在具有中产特征的经济性状组合中，气候条件对烤烟上中等烟比例的影响仍最大，但地形地貌因子和地质背景的影响要高于土壤养分。在具有低产特征的经济性状组合中，气候因子、土壤养分和地形地貌因子对烤烟上中等烟比例的影响相当。在具有优质和中质特征的经济性状组合中，地形地貌和气候因子是产量分类的主要原因。在具有低质特征的经济性状组合中，土壤养分成为影响烤烟产量分类的主要因素，地质背景对烤烟产量分类贡献最小。
　　综上所述，本文通过分析重庆烟区生态因子与烤烟经济性状之间的关系，表明烤烟生长期的日照时数、降水量、海拔和土壤有效Mn含量对烤烟生长的影响较大。分析了各生态因子在不同产量、上中等烟比例分类及两者组合中的特征，明确了气候因子、地质背景、地形地貌和土壤养分对烤烟经济性状的影响，进一步筛选了导致烤烟经济性状差异的限制因素并对其贡献率排序，为重庆烟区优质特色烟叶的生产布局优化提供了重要参考。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1气候对烤烟产质量的影响

1.2土壤对烤烟产质量的影响

1.3地质背景对烤烟产质量的影响

1.4地形地貌对烤烟产质量的影响

第2章 绪论

2.1研究背景和意义

2.2研究内容

2.3技术路线

第3章 研究区域与数据分析

3.1研究区概况

3.2数据来源与数据处理

第4章 重庆烟区生态环境特征分析

4.1气候特征及空间分布

4.2地质特征及空间分布

4.3地形地貌特征及空间分布

4.4土壤养分特征及空间分布

4.5小结

第5章 重庆烟区生态因子与烤烟产量的关系

5.1烤烟产量分类

5.2不同烤烟产量分类间生态因子综合特征

5.3相对重要性排序

5.4小结

第6章 重庆烟区生态因子与烤烟上中等比例的关系

6.1烤烟上中等烟比例分类

6.2烤烟上中等烟比例分类间生态因子综合特征

6.3相对重要性排序

6.4小结

第7章 重庆烟区生态因子对经济性状的影响

7.1烤烟经济性状分类

7.2烤烟经济性状分类间生态因子综合特征

7.3相对重要性排序

第8章 结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

致谢

发表论文与参加课题