基于TM和OLI數(shù)據(jù)的近10年云南文山三七種植區(qū)遙感提取與變化分析

吳風(fēng)志，鄭買(mǎi)紅，胡文英，胡國(guó)賢，王 酈，董興欣，盧艷萍

(1.文山學(xué)院 環(huán)境與資源學(xué)院，云南 文山 663000； 2.文山學(xué)院 地理信息技術(shù)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)基地與創(chuàng)新服務(wù)中心，云南 文山 663000；3.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500；4.云南省高校資源與環(huán)境遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500；5.云南省地理空間信息工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650500；6.云南省氣象局 文山州氣象局，云南 文山 663000；7.云南省氣象局 文山州文山市氣象局，云南 文山 663000)

三七(Panaxnotoginseng(Burk.)F.H.Chen)又名田七，具有良好的活血化瘀、消腫定痛功效，為中國(guó)特有珍稀名貴中藥材。受苛刻的生境條件限制，在全球范圍內(nèi)，三七種植生產(chǎn)的天然生態(tài)適宜帶極稀少，主要分布在中國(guó)西南部云南、廣西、貴州三省(區(qū))交界地，而又以位于云南省東南邊疆的文山州最為適宜[1-4]。云南省文山州有著久遠(yuǎn)的三七栽種與加工歷史，但由于地處邊疆少數(shù)民族地區(qū)，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后影響，三七的種植生產(chǎn)與加工長(zhǎng)期處于零散、小規(guī)模的發(fā)展階段。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，伴隨地方經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及三七產(chǎn)品市場(chǎng)需求持續(xù)擴(kuò)大，區(qū)域土地資源被大面積開(kāi)發(fā)用于三七生產(chǎn)種植，而由于三七栽種存在嚴(yán)重的連作障礙問(wèn)題，因此，近10余年來(lái)，云南文山三七種植區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)了明顯的空間轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，造成了三七品質(zhì)逐漸下降、市場(chǎng)波動(dòng)頻繁、土壤與土地生態(tài)環(huán)境破壞等不利影響，對(duì)三七種植及加工產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重威脅。充分利用遙感、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，整合與分析多源地學(xué)信息，探索云南文山近年來(lái)三七種植區(qū)在空間上的轉(zhuǎn)移趨勢(shì)、規(guī)律，對(duì)區(qū)域三七種植及加工產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、三七種植適宜性評(píng)價(jià)與分區(qū)、三七產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等具有重要意義。對(duì)于遙感、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)在中草藥種植監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)分析等中的應(yīng)用，近年來(lái)許多學(xué)者都開(kāi)展了研究：周應(yīng)群[5]使用SPOT-5、LandSat-5等衛(wèi)星影像，通過(guò)影像解譯與實(shí)地勘測(cè)，對(duì)云南文山4個(gè)三七主產(chǎn)縣的三七種植面積、蘊(yùn)藏量和產(chǎn)量等進(jìn)行了測(cè)量；張小波等[6]基于江蘇茅山蒼術(shù)的遙感監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，討論了野生稀有藥用植物遙感監(jiān)測(cè)的原理、方法；孫志群等[7]通過(guò)調(diào)查伊利貝母物候、生長(zhǎng)及分布特點(diǎn)，基于Worldview-2衛(wèi)星影像采用多種方法提取了新疆莫乎爾鄉(xiāng)伊犁貝母種植區(qū)分布信息；森巴提·巴合都拉[8]以新疆人工種植的紅花和伊利貝母為研究對(duì)象，利用Worldview-2、ZY-3等多衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，對(duì)兩種藥用植物采用遙感解譯方法進(jìn)行了探索；黃靈光等[9]基于ZY-3、ZY-1(02C)等衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，通過(guò)樣點(diǎn)的測(cè)量，建立蔓荊子光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合多種遙感分類(lèi)方法，開(kāi)展了江西蔓荊子空間分布與變化分析研究；史婷婷等[10]以GF-1衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，依據(jù)地物波譜特征構(gòu)建決策樹(shù)模型，對(duì)云南文山三七種植區(qū)分布信息進(jìn)行了遙感提取與分析；戴晨曦等[11]基于2010～2015年間的4期Landsat系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)，綜合考慮三七種植區(qū)NDVI、光譜等特征，使用SVM模型對(duì)云南文山、紅河的三七種植區(qū)空間分布信息進(jìn)行了提取和分析；李煜[12]基于光譜差異建立判別指數(shù)，探討了應(yīng)用GF-6衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)識(shí)別白芷、蒼術(shù)等的方法；白吉慶等[13]基于ZY-3、GF-1等衛(wèi)星的多時(shí)點(diǎn)遙感影像數(shù)據(jù)，綜合形狀、紋理等特征，建立解譯標(biāo)志，通過(guò)目視解譯提取了陜西寧陜縣白芨種植區(qū)分布信息?？傮w而言，遙感、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)在中草藥種植監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)分析等中的應(yīng)用已相對(duì)成熟，對(duì)于三七種植區(qū)的遙感提取與分析，當(dāng)前主要是基于三七種植區(qū)特殊的影像光譜特征、生境特征等，利用NDVI、NDWI、BI、海拔等指標(biāo)數(shù)據(jù)建立分類(lèi)決策樹(shù)模型，實(shí)現(xiàn)三七種植區(qū)信息的遙感提取。而在信息提取的基礎(chǔ)上，從水平、海拔、坡度、坡向等多尺度上分析討論三七種植區(qū)的空間轉(zhuǎn)移規(guī)律的有關(guān)研究還比較缺乏，無(wú)法較好地為三七產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃發(fā)展提供參考。

1 三七種植區(qū)遙感提取

1.1 數(shù)據(jù)資料

結(jié)合研究目標(biāo)，本研究所使用的數(shù)據(jù)資料包括：研究區(qū)2010、2015、2019冬末春初30 m分辨率TM/OLI影像12景，用于提取不同時(shí)點(diǎn)三七種植區(qū)分布信息；研究區(qū)Google Earth歷史無(wú)偏移影像數(shù)據(jù)，用于輔助TM/OLI影像選取分類(lèi)樣本及精度驗(yàn)證樣本；研究區(qū)30 m分辨率DEM數(shù)據(jù)，用于提取坡度、坡向等地形信息，通過(guò)空間疊加分析，探索三七種植區(qū)在垂直方向上的分布變化規(guī)律；研究區(qū)1∶50萬(wàn)三級(jí)行政區(qū)化(州、縣、鄉(xiāng))數(shù)據(jù)，用于分析三七種植區(qū)在水平方向上的分布變化規(guī)律。TM/OLI影像的元數(shù)據(jù)信息見(jiàn)表1。

1.2 三七種植區(qū)遙感提取原理與方法

三七植株對(duì)光極為敏感，忌直射光照，故三七種植園區(qū)通常搭建有遮陽(yáng)蔭棚，用以調(diào)節(jié)光照。三七蔭棚通常使用聚烯烴樹(shù)脂材質(zhì)的拉絲編織遮陽(yáng)網(wǎng)作為遮陽(yáng)材料，由于其對(duì)波長(zhǎng)介于0.38 ～0.76 μm的可見(jiàn)光有天然強(qiáng)吸收作用，導(dǎo)致三七種植園區(qū)在TM/OLI真彩色影像上通常呈深黑色，光譜特征明顯區(qū)別于其他地物，為基于TM/OLI影像快速提取三七種植區(qū)的分布及變化信息提供了依據(jù)。對(duì)于三七種植區(qū)提取的具體方法，結(jié)合參考相關(guān)研究成果[10-11，14]，主要有監(jiān)督分類(lèi)法、基于閾值的決策樹(shù)分類(lèi)法及面向?qū)ο蟮姆诸?lèi)法等。這些方法各有優(yōu)劣，監(jiān)督分類(lèi)法操作簡(jiǎn)單、速度快，但受三七種植園區(qū)面積小、生境復(fù)雜，以及異物同譜等的綜合影響，提取結(jié)果精度較低；基于閾值的決策樹(shù)分類(lèi)法是基于TM/OLI圖像上三七種植園區(qū)的光譜信息來(lái)源于蔭棚的遮陽(yáng)材料和棚下三七植株的混合反射，受三七植株反射光譜信息影響，三七種植園區(qū)的NDVI值要遠(yuǎn)大于水域邊緣、裸石灰?guī)r及農(nóng)村居民地等相似光譜地物區(qū)的NDVI值，且受三七特殊生境條件限制，三七種植區(qū)在海拔、坡度等的分布上通常介于特定區(qū)間范圍內(nèi)，故可綜合利用TM/OLI影像、NDVI、海拔、坡度等多源地學(xué)數(shù)據(jù)，建立分類(lèi)判別規(guī)則，通過(guò)決策樹(shù)提取三七種植區(qū)的分布數(shù)據(jù)。該方法有規(guī)則強(qiáng)、精度相對(duì)較高的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)分布在自然環(huán)境相對(duì)復(fù)雜、圖斑面積較小的三七種植區(qū)的識(shí)別、提取效果較差；而基于對(duì)象的分類(lèi)法主要考慮到TM/OLI影像上三七種植區(qū)與相鄰地物區(qū)邊緣明顯的像元灰度梯度差及三七種植區(qū)特殊紋理特征，這對(duì)識(shí)別三七種植區(qū)極為有利，但由于該方法對(duì)分類(lèi)影像的分辨率要求通常較高，故使用該方法基于TM/OLI影像提取三七種植區(qū)分布信息，其劣勢(shì)與基于閾值的決策樹(shù)分類(lèi)法相似。綜合考慮以上3種方法的優(yōu)劣勢(shì)，本研究選擇將監(jiān)督分類(lèi)法和基于閾值的決策樹(shù)分類(lèi)法相結(jié)合，首先通過(guò)監(jiān)督分類(lèi)法基于TM/OLI影像對(duì)三七種植區(qū)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行粗提??；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合三七種植區(qū)圖像NDVI和地形分布特征，構(gòu)建決策樹(shù)，對(duì)監(jiān)督分類(lèi)粗提取結(jié)果進(jìn)行修正，達(dá)到高精度快速提取三七種植區(qū)分布數(shù)據(jù)的目標(biāo)。具體流程如圖1所示。

1.3 三七種植區(qū)提取及結(jié)果

1.3.1 樣本選取與分類(lèi) 研究所用TM/OLI影像經(jīng)預(yù)處理后，再使用監(jiān)督分類(lèi)法對(duì)三七種植區(qū)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行粗提取，結(jié)合區(qū)域地理大環(huán)境特征、影像地物光譜特征及影像地物區(qū)分度等，將地表(物)劃分為三七種植區(qū)、水域區(qū)、居民區(qū)、陰影區(qū)、裸巖區(qū)、農(nóng)種區(qū)、植被區(qū)(包括林地、草地等)以及其他區(qū)八大類(lèi)型。在進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)時(shí)，訓(xùn)練樣本選取的精度直接決定了分類(lèi)結(jié)果精度，為有效提升分類(lèi)樣本選取精度，本研究采用將分類(lèi)TM/OLI影像與Google Earth歷史無(wú)偏移影像相對(duì)照的方式進(jìn)行樣本選取，各類(lèi)別樣本數(shù)量在70～120個(gè)不等，選取的樣本在空間分布上盡量均勻。完成訓(xùn)練樣本選取后，需對(duì)樣本進(jìn)行分離度檢測(cè)，為保障結(jié)果的精度，設(shè)定各類(lèi)別兩兩間的分離度≥1.85(表2)。

1.3.2 分類(lèi)結(jié)果及修正 分類(lèi)樣本通過(guò)檢驗(yàn)后，分別對(duì)研究區(qū)多時(shí)點(diǎn)TM/OLI影像進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，在眾多的分類(lèi)模型中，最大似然模型對(duì)三七種植區(qū)的敏感度最高，故選擇使用最大似然模型實(shí)施影像的監(jiān)督分類(lèi)。為提升監(jiān)督分類(lèi)結(jié)果的精度，使用三七種植區(qū)NDVI、海拔、坡度等的分布閾值，通過(guò)決策樹(shù)對(duì)監(jiān)督分類(lèi)提取的三七種植區(qū)分布結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，其中，NDVI分布閾值通過(guò)將監(jiān)督分類(lèi)樣本中的三七種植區(qū)類(lèi)別樣本與研究區(qū)多時(shí)點(diǎn)NDVI數(shù)據(jù)疊加后，通過(guò)空間統(tǒng)計(jì)分析確定，海拔和坡度分布閾值則通過(guò)實(shí)地調(diào)查、測(cè)量并參照《文山州三七種植技術(shù)規(guī)程(DG 5326/T 5.1～5.7—2016)》相關(guān)參照值確定，為確保精度，實(shí)際修正閾值坡度上下各外推5°、高程上下各外推50 m，具體修正閾值信息如表3所示，修正后的效果見(jiàn)圖2，修正結(jié)果則見(jiàn)圖3～圖5所示。

a:分類(lèi)前。b:修正后。圖2 三七種植區(qū)遙感提取效果圖

表3 三七種植區(qū)解譯結(jié)果修正閾值信息統(tǒng)計(jì)表

1.3.3 精度驗(yàn)證 利用分類(lèi)TM/OLI影像對(duì)應(yīng)時(shí)點(diǎn)Google Earth歷史無(wú)偏移影像，選取驗(yàn)證樣本，對(duì)修正后的三七種植區(qū)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證，結(jié)果顯示，修正后的三七種植區(qū)分布數(shù)據(jù)總體精度較高，平均生產(chǎn)精度達(dá)91.69%，2019年結(jié)果精度最高，達(dá)到95.86%，2010年結(jié)果精度最低，為88.41%(表4)。其中，2010年結(jié)果精度相對(duì)較低的主要原因有以下兩點(diǎn)：(1)用于分類(lèi)的研究區(qū)2010年TM影像，因衛(wèi)星過(guò)境時(shí)點(diǎn)，地表反射條件相對(duì)較差，導(dǎo)致影像上存在大量山體陰影區(qū)，其影像光譜特征與三七種植區(qū)有一定的相似性，導(dǎo)致了分類(lèi)提取的三七種植區(qū)分布數(shù)據(jù)精度相對(duì)較低；(2)用于提取驗(yàn)證樣本的Google Earth影像，在獲取時(shí)點(diǎn)上與分類(lèi)TM影像沒(méi)有絕對(duì)統(tǒng)一，而由于三七種植生長(zhǎng)周期為2～3年，同一年份三七的種植與采挖頻繁交替，三七采挖時(shí)，遮陽(yáng)蔭棚被拆除，導(dǎo)致三七種植區(qū)在影像上的光譜特征在蔭棚拆除前后發(fā)生較大差異，若用于提取驗(yàn)證樣本的Google Earth歷史影像與分類(lèi)TM影像在獲取時(shí)點(diǎn)上有間隔偏差，勢(shì)必會(huì)對(duì)結(jié)果的驗(yàn)證精度造成一定的影響。

表4 修正結(jié)果精度驗(yàn)證信息統(tǒng)計(jì)

1.3.4 三七種植區(qū)面積與分布 對(duì)修正后的三七種植區(qū)分布成果數(shù)據(jù)進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)2010、2015及2019年冬末春初3個(gè)時(shí)點(diǎn)的三七種植面積分別為：487.32、8063.82、8576.84 hm2(表5)。從三七的種植規(guī)模上看，近年來(lái)研究區(qū)三七種植規(guī)模呈現(xiàn)出不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)，而在種植的模式上，結(jié)合多個(gè)時(shí)點(diǎn)的三七種植區(qū)分布圖(圖3～圖5)，呈現(xiàn)出了由早期的農(nóng)戶(hù)零散小規(guī)模分散種植向集中大規(guī)模連片種植模式轉(zhuǎn)變的態(tài)勢(shì)，這主要是由于近年來(lái)具備一定產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)值規(guī)模的中草藥企業(yè)入駐研究區(qū)后，開(kāi)展了較大規(guī)模的土地流轉(zhuǎn)，用于三七的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化種植。而三七種植區(qū)在空間分布上，主要集中在研究區(qū)的中西部、西北與西南部等區(qū)域。

表5 2010、2015、2019年冬末春初三七種植區(qū)面積信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2 三七種植區(qū)分布變化及影響因子分析

2.1 水平分布變化分析

從水平方向分布及變化上來(lái)看，2010年云南文山三七種植區(qū)集中分布于轄區(qū)內(nèi)丘北縣的南部、硯山縣的西部、文山市及馬關(guān)縣的北部等區(qū)域；2015年種植區(qū)開(kāi)始向丘北縣中部、硯山縣東部、廣南縣中西部及西南部、西疇縣和麻栗坡縣西部，以及馬關(guān)縣東北部等地區(qū)擴(kuò)張；2019年則在2015年的基礎(chǔ)上，繼續(xù)向丘北縣北部及廣南縣中部等區(qū)域延伸。故在水平方向的空間分布上，近10年來(lái)，研究區(qū)三七種植區(qū)呈現(xiàn)出了由區(qū)域的西部向西北部、西南部及中部持續(xù)轉(zhuǎn)移的態(tài)勢(shì)。結(jié)合研究區(qū)北高南低、西高東低、整體由西北向東南呈階梯狀傾斜的地勢(shì)特征，近年來(lái)云南文山三七種植區(qū)在水平方向上呈現(xiàn)的空間轉(zhuǎn)移變化趨勢(shì)，實(shí)際上反映出了三七種植區(qū)逐漸向中部、西南部的較高氣溫區(qū)及西北部的較低氣溫區(qū)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。溫度是影響三七種植的重要生境因子，溫度較低不利于三七植株生長(zhǎng)發(fā)育和藥用成分的累積，溫度較高則會(huì)導(dǎo)致植株抵御病害的能力降低，故三七種植區(qū)向低溫區(qū)和高溫區(qū)轉(zhuǎn)移，勢(shì)必會(huì)對(duì)三七產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量等都造成重大影響。

2.2 垂直分布變化分析

2.2.1 海拔分布變化分析 將各時(shí)點(diǎn)三七種植區(qū)遙感提取數(shù)據(jù)與研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，按30 m×30 m像元統(tǒng)計(jì)三七種植區(qū)的海拔分布信息數(shù)據(jù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在海拔分布上，2010年研究區(qū)的三七種植區(qū)海拔分布介于999～2268 m，平均為1549.35 m；2015年介于980～2301 m，平均1561.19 m；2019年則介于969～2300 m，平均1563.16 m。近10年，研究區(qū)三七種植區(qū)在海拔上總體呈現(xiàn)出了向1200 m以下的低海拔、2000 m以上的高海拔地區(qū)逐步擴(kuò)展、轉(zhuǎn)移的態(tài)勢(shì)(圖6)。這些轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)相較于早期的三七栽種區(qū)域，在氣溫、降水、濕度及土壤的類(lèi)型與理化性質(zhì)等條件上存在明顯的差異，必然會(huì)對(duì)三七種植過(guò)程中植株生長(zhǎng)與發(fā)育、藥用有效成分的形成與累積等造成較大影響，最終導(dǎo)致生產(chǎn)的三七在品質(zhì)上相較于早期產(chǎn)品存在較大差異。

圖6 研究區(qū)3個(gè)時(shí)點(diǎn)三七種植區(qū)海拔分布圖

2.2.2 坡度分布變化分析 與海拔相似，將各時(shí)點(diǎn)三七種植區(qū)遙感提取數(shù)據(jù)與研究區(qū)坡度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，并按30 m×30 m像元統(tǒng)計(jì)三七種植區(qū)的坡度分布信息數(shù)據(jù)。在坡度分布上，研究區(qū)3個(gè)時(shí)點(diǎn)三七種植區(qū)的坡度集中分布于5°～30°，平均值分布在11°～14°，未表現(xiàn)出明顯變化特征，但相較于2010年，在2015、2019年，部分三七種植區(qū)在坡度分布上，已高于50°，總體呈現(xiàn)出了逐步向地勢(shì)起伏更大的區(qū)域擴(kuò)展延伸的態(tài)勢(shì)(圖7)。坡度通過(guò)影響土壤保濕、養(yǎng)分積累等對(duì)三七的種植造成影響。坡度較小，有利于土壤保濕和養(yǎng)分積累，但在出現(xiàn)極端天氣過(guò)程時(shí)，易發(fā)生洪澇災(zāi)害；坡度較大，則不利于土壤保濕和養(yǎng)分積累，從而對(duì)三七植株生長(zhǎng)及藥用有效成分的積累造成一定的影響，但適當(dāng)?shù)牡匦纹鸱?，能夠形成良好的排水條件，使三七種植園區(qū)不易積水，避免出現(xiàn)極端天氣過(guò)程時(shí)三七植株有氧呼吸受到抑制、光合作用降低，導(dǎo)致植株死亡。故三七種植區(qū)坡度的差異，也會(huì)對(duì)三七種植過(guò)程中植株生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)品質(zhì)量等造成一定影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)土地及土壤生態(tài)環(huán)境造成影響。

圖7 研究區(qū)3個(gè)時(shí)點(diǎn)三七種植區(qū)坡度分布圖

2.2.3 坡向分布變化分析 與海拔、坡度類(lèi)似，將各時(shí)點(diǎn)三七種植區(qū)遙感提取數(shù)據(jù)與研究區(qū)坡度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，并按30 m×30 m像元統(tǒng)計(jì)三七種植區(qū)的坡向分布信息數(shù)據(jù)。在坡向的分布上，2010年研究區(qū)的三七種植區(qū)主要分布于北坡(陰坡)，而南坡(陽(yáng)坡)、東北坡、東南坡、西南坡、西部坡(半陰坡或半陽(yáng)坡)等分布則相對(duì)較少；在2015年后，三七北坡種植減少、南坡種植大幅增加，呈現(xiàn)出由陰坡面集中種植向陽(yáng)坡及半陰坡面集中種植轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，研究區(qū)三七種植區(qū)在坡向上的分布及變化規(guī)律見(jiàn)圖8。坡向?qū)ι降丨h(huán)境微觀生態(tài)差異的形成與發(fā)展有決定性影響，在不同的坡向上，光照、降水等自然環(huán)境條件差異較大，北坡上的土壤日照短、強(qiáng)度小，濕度較大，比較適合耐陰、濕作物生長(zhǎng)；南坡由于受到較長(zhǎng)且強(qiáng)的光照，溫度較高、蒸發(fā)量大，土壤相對(duì)較干旱，適合耐陽(yáng)、干作物生長(zhǎng)；而東、西兩坡則介于南、北兩坡之間。三七性喜溫濕，忌強(qiáng)光照，比較適宜生長(zhǎng)于陰坡、半陰坡的溫濕環(huán)境中，三七種植區(qū)從陰坡面、半陰坡面向陽(yáng)坡面的集中轉(zhuǎn)移，會(huì)對(duì)三七種植工藝提出更高的要求，同時(shí)對(duì)三七產(chǎn)品的質(zhì)量造成重要影響。

圖8 研究區(qū)3個(gè)時(shí)點(diǎn)三七種植區(qū)坡向分布圖

2.3 三七種植區(qū)轉(zhuǎn)移影響因子分析

在三七種植區(qū)分布及變化上，總體而言，近10年來(lái)，研究區(qū)的三七種植園區(qū)無(wú)論在水平方向上，還是在垂直方向上，都呈現(xiàn)出了明顯的空間轉(zhuǎn)移趨勢(shì)，究其原因，客觀上主要是受到了三七連作障礙影響，所謂三七連作障礙，是指一宗土地，在栽種過(guò)一茬三七后，在一定時(shí)間周期內(nèi)(一般為5～8年)，無(wú)法再栽三七的現(xiàn)象[15-16]。三七的連作障礙，是由于栽種過(guò)程中三七植株殘留在土壤中的特殊菌落破壞了土壤的微生態(tài)環(huán)境，致使土壤無(wú)法為再栽三七提供適宜的生境條件所導(dǎo)致[17-19]。而造成三七種植區(qū)短期內(nèi)發(fā)生明顯轉(zhuǎn)移的根本原因，則是由于地方產(chǎn)業(yè)決策部門(mén)在進(jìn)入新的歷史時(shí)期后，未能結(jié)合市場(chǎng)變化對(duì)三七的種植及加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出客觀準(zhǔn)確定位及制定科學(xué)的發(fā)展規(guī)劃。在云南文山三七種植史上，在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，三七的生產(chǎn)種植主要集中在區(qū)域西部及西南部地區(qū)，以小規(guī)模零散種植為主，三七品質(zhì)好，市場(chǎng)供需和價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，土壤與土地生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定。進(jìn)入新世紀(jì)后，伴隨三七藥用價(jià)值研究的不斷深入、加工技術(shù)的提升及產(chǎn)品市場(chǎng)需求的急劇增長(zhǎng)，云南文山三七種植在缺乏科學(xué)種植規(guī)劃、引導(dǎo)與監(jiān)管下，短期內(nèi)三七種植面積爆棚式擴(kuò)張，大范圍的土地資源被開(kāi)發(fā)后用于三七的種植生產(chǎn)，造成生產(chǎn)資料浪費(fèi)的同時(shí)，也對(duì)本來(lái)脆弱的土地生態(tài)環(huán)境造成了急劇破壞。這樣的模式持續(xù)多年后，栽種三七所需的土壤與土地生態(tài)被徹底破壞，最終導(dǎo)致三七種植區(qū)不得不從最宜種植區(qū)急速向次宜種植區(qū)轉(zhuǎn)移。

3 結(jié)論與討論

三七種植及加工產(chǎn)業(yè)是云南省高原特色農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢(shì)部分，確保該產(chǎn)業(yè)的健康、穩(wěn)定及可持續(xù)發(fā)展對(duì)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。本研究基于云南文山Landsat系列衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，綜合考慮三七種植區(qū)特殊影像光譜特征、生境特征等，通過(guò)將遙感監(jiān)督分類(lèi)法與基于閾值的決策樹(shù)分類(lèi)法相結(jié)合，提取研究區(qū)多時(shí)點(diǎn)三七種植區(qū)空間分布信息數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，分析了近十10年研究區(qū)三七種植區(qū)在水平、海拔、坡度及坡向等尺度上呈現(xiàn)出的空間轉(zhuǎn)移趨勢(shì)及規(guī)律。得出以下研究結(jié)論：(1)基于TM/OLI影像、DEM等多源數(shù)據(jù)，綜合考慮三七種植區(qū)特殊影像光譜特征、生境特征等，將監(jiān)督分類(lèi)法與基于閾值的決策樹(shù)分類(lèi)法相結(jié)合，可以快速對(duì)三七種植區(qū)的空間分布信息進(jìn)行提取，且結(jié)果的精度較高，能夠滿(mǎn)足研究、應(yīng)用等的要求；(2)研究區(qū)2010、2015及2019年冬末春初3個(gè)時(shí)點(diǎn)的三七種植面積分別為487.32、8063.82和8576.84 hm2，在種植模式上呈現(xiàn)由小規(guī)模農(nóng)戶(hù)零散種植模式向大規(guī)模連片集中產(chǎn)業(yè)化種植模式轉(zhuǎn)變趨勢(shì)；(3)三七種植區(qū)在水平分布上呈現(xiàn)出了由西部向西北、西南部、中部等擴(kuò)張的特征；在海拔分布上呈現(xiàn)出向1200 m以下低海拔、2000 m以上高海拔地區(qū)擴(kuò)展的特征；在坡度分布上呈現(xiàn)逐步向地勢(shì)起伏更大的區(qū)域擴(kuò)展延伸態(tài)勢(shì)；在坡向分布上則呈現(xiàn)由陰坡面集中種植向陽(yáng)坡及半陰坡面集中種植轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)；(4)近10年云南文山三七種植區(qū)分布所呈現(xiàn)的時(shí)空變化特征，主要是受到三七種植連作障礙影響，促使三七種植區(qū)由最宜種植區(qū)逐漸向次宜種植區(qū)轉(zhuǎn)移所導(dǎo)致的?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)論，為確保研究區(qū)三七種植及加工產(chǎn)業(yè)的健康與可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)有針對(duì)性地采取如下措施：(1)整合資源，開(kāi)展三七種植區(qū)適宜性評(píng)價(jià)與區(qū)劃。充分調(diào)研，整合研究區(qū)的氣象氣候、地形、土壤等多源農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)資料，開(kāi)展三七種植區(qū)適宜性評(píng)價(jià)與等級(jí)區(qū)劃，在此基礎(chǔ)上，制定出相對(duì)長(zhǎng)遠(yuǎn)、科學(xué)的產(chǎn)業(yè)建設(shè)與發(fā)展規(guī)劃，并以此為根本依據(jù)，采取必要的措施對(duì)地方三七的種植與加工產(chǎn)業(yè)進(jìn)行科學(xué)、有效的引導(dǎo)與監(jiān)管，促使三七種植及加工產(chǎn)業(yè)逐步向健康穩(wěn)定及可持續(xù)的方向發(fā)展；(2)強(qiáng)化農(nóng)業(yè)科技研究，解決限制產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。三七的連作障礙問(wèn)題，是客觀上限制三七產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸因子，截至目前，盡管已經(jīng)開(kāi)展了大量相關(guān)的科學(xué)研究，但仍未探索出有效的問(wèn)題解決辦法。故進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)科技研究的投入，積極推進(jìn)對(duì)三七連作障礙問(wèn)題的系統(tǒng)性研究，探索出生態(tài)性好、效果明顯的問(wèn)題解決途徑，才能從根本上克服限制三七種植及加工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。