烟草是产量和质量并重的特殊叶用经济作物,气候、地形、地质、土壤是影响烟叶产量、品质及风格特色的主要生态环境要素。掌握烟区生态环境条件是提高烤烟产质量和彰显烟叶特色的基础。由于重庆烟区地形地貌复杂,海拔差异大,其烟田的详细空间分布尚不清楚,对应的土壤、地质、地形等生态因子也尚未全面获取。同时,植烟区气象观测站少,难以反映复杂地形条件下的气候状况。上述生态因子的缺失,使得综合分析各生态因子对烤烟产质量的影响,揭示烤烟产质量的限制生态因子等研究难以开展,制约了重庆优质特色烟叶的彰显和烟叶质量的提高。本文采用地理系统技术和空间分析方法,在统一坐标系的情况下,结合重庆烟叶产区的气候条件、农业地质背景调查、土壤特性调查与分析,研究了重庆复杂地形条件下优质烟叶形成的土壤、地质、气候条件特征以及生态因子效应。结合产区烟叶产量和等级结构、综合质量数据,分析了重庆烟叶产区的生态特征及影响烟叶产质量的主要生态因子。明确了气候因子对烤烟香型的影响,揭示了重庆植烟区不同生态因子对烤烟产质量的相对重要性,为重庆特色优质烟叶的生产和规划布局提供科学依据。(1)重庆植烟区数字高程模型的构建与烟田的空间分布采集重庆烟叶产区地形数据,构建数字地形图,获得了植烟区域的地形地貌等基础地理信息。以植烟区县、乡镇、村、组社为数据获取单元,建立了重庆植烟区烟田空间分布数据库。(2)探讨了重庆烟区复杂地形条件下气候因子的空间数据获取方法,分析了重庆植烟区主要气候因子特征基于大陆气象观测站多年气候数据,建立了气候因子空间插值的地形校正模型,探讨了重庆植烟区温度、日照、太阳辐射的区域估计方法。对比7种常用的空间插值模型,发现薄板光顺样条法(Thin Plate Spline,TPS)是表现最优的日照时数空间模拟方法。采用地理参数和TPS插值法模拟的日照时数进一步构建了太阳辐射插值的多元线型回归方程。通过“多元回归方程+残差”,对重庆植烟区的温度进行了区域估计;采用ANUSPLIN 4.3,对重庆植烟区的降水量进行了区域估计。基于上述最优模型,分析了重庆植烟区大田生长期的气温、日照时数、降水量的气候特征。重庆植烟区气候总体特征为温度适宜,降水量偏高、日照时数和太阳辐射偏少。对重庆不同海拔梯度4-5月侯均温的分析发现,海拔<800 m区域烤烟的最早移栽期为4月上旬,800-1200 m区域为4月16-20日,1200-1400 m区域为4月26-30日,>1400 m区域为5月6-10日,为不同区域烤烟适时移栽提供了科学依据。(3)分析了重庆烟区地质、土壤、海拔、坡度等生态因子,明确了其特征及空间分布以重庆植烟区组/社烟田空间分布为基础,与地质图、土壤图、DEM等叠加,提取了重庆植烟区的地质岩层、土壤类型、海拔、坡度等因子。采集2777个根层土壤样品,分析了土壤的理化特性,明确了土壤肥力状况。结果表明,重庆植烟区地质岩层有32类,种植面积在667 hm2(1万亩)以上的地质岩层有7类,占烤烟种植总面积的90.48%,主要包括三叠系大冶组灰岩白云岩、二叠系梁山组-吴家坪组灰岩白云岩等。植烟土壤类型主要包括黄壤(70.0%),石灰(岩)土(19.4%)等,主要发育于三叠纪和二叠纪的灰岩白云岩;重庆植烟区烟田主要分布在海拨800-1400m,约占73%,近几年来有向高海拨区域转移趋势;有28.11%的植烟土壤分布在25°-35°的陡坡,有25.4%分布在<5°的缓坡平地。植烟土壤以酸性为主,土壤有机质含量适中,氮素含量偏高,应精确控制烤烟氮素用量。土壤有效磷和钾偏低、偏高和适宜的土壤并存,建议分区进行磷钾肥配方;土壤钙、镁缺乏的土壤占68%和41%。有效铜、锌、铁、锰含量丰富,但硼、钼、氯普遍缺乏。应针对上述问题,因地制宜进行植烟土壤的改良培肥和补充中微量元素。(4)探索了利用烤烟化学成分含量对烤烟香型类别进行分类的可行性,明确了烟叶总糖和烟碱含量是区分清香型、中间香型和浓香型的主要指标采用支持向量机对159个样本所属香型进行判别与归类并对比不同烤烟香型化学成分特征。结果表明利用烤烟化学成分含量对烤烟香型进行分类是可行的,烟叶总糖和烟碱含量是区分清香型、中间香型和浓香型的主要指标。清香型烟叶样品的化学成分特征表现为较高的总糖、还原糖、K2O和衍生变量(钾氯比、糖碱比、氮碱比和两糖差)。中间香型表现为较高的烟碱含量、总氮和钾氯比,以及较低的氯含量,糖碱比和氮碱比。浓香型样表现为较高的氯离子、糖碱比和氮碱比,以及较低的烟碱、总氮、K2O和两糖差。(5)探索了气候因子对烤烟香型空间分布的作用,明确日照是判别区域烤烟香型类别的关键因子采用分类回归树(CART)方法分析了气候因子对烤烟香型空间分布的重要性。日照时数、平均温度和降水量是判别清香型、中间香型和浓香型烟叶样本的关键因子,以日照时数最为关键。清香型典型烤烟种植区具有较低的日照时数、月均温,降水量则较高;浓香型烤烟种植区具有较高的日照时数、月均温,降水量则较低;中间香型烤烟种植区日照时数、月均温和降水量均介于清香型和浓香型烤烟种植区的上述气候因子范围之间。尽管重庆烤烟种植区被划为了中间香型烟叶产区,但更偏向于清香型区域的气象条件。(6)利用分类回归树模型,分析了生态因子对烟叶产量与等级结构的重要性,明确了制约重庆烤烟产量与等级的关键生态因子重庆植烟区生态因子对烤烟单位面积产量的相对重要性为土壤因子>气候因子>地形因子>地质类型。在土壤因子中,烤烟产量受土壤微量元素硼、锰的制约最为明显,这与重庆植烟土壤大面积缺硼、有效锰过量有关。在气候因子中则以烤烟大田生长期(4-9月)日照时数的作用最为明显。烤烟单产随海拨高度的升高而增加,基本以海拨1000 m为界,海拨1000 m以下,烤烟单产较低。重庆植烟区生态因子对烤烟上中等烟比例的相对重要性为气候因子>土壤因子>地形因子>地质类型。在气候因子中以烤烟大田生长期(4-9月)的日照时数、降水量的作用最为明显,而在土壤因子中则以土壤的微量元素和中量元素(土壤锰、镁、氯、钙、硼含量)的作用最为明显。烤烟上中等烟比例随着海拨高度的升高而增加,基本以海拨1000 m为界,海拨1000 m以下,烤烟上中等烟比例较低。(7)分析确定重庆植烟区主要生态因子对烤烟品质的重要性选取中部烟叶等级为C3F的烟叶样品,采用CART算法分析了各生态因子对烤烟综合品质影响的相对重要性。生态因子对烤烟综合品质的影响大小顺序为气候因子>土壤因子>地形因子>地质类型。在气候因子中对烤烟综合品质的影响大小顺序为日照、降水量、均温等;土壤因子影响大小顺序为有机质、有效铁、有效硼、有效锰等,这进一步说明土壤微量元素对烤烟综合品质的影响作用越来越明显;地形因子和地质类型对烤烟综合品质的影响小于气候和土壤的作用。综上,本文通过获取高精度气候因子空间数据集,结合烤烟收购、地质地貌等数据库,以及土壤样品与烟叶样品的采集与测定,为系统分析主要生态因子对烤烟香型、品质和产量的影响提供了一种有效途径。通过各生态因子对烤烟香型、品质和产量的相对重要性分析,明确了日照时数、平均温度和降水量是判别烤烟香型的关键气候因子,尤以日照时数最为关键;主要限制生态因子为日照、降水量,以及土壤有机质、有效硼、有效锰等。明确了重庆植烟区众多生态因子中影响烤烟品质的限制因子,为因地制宜利用该地区生态资源、优化烤烟种植布局、提高特色优质烟叶生产水平提供了一种决策参考,也为其它烟区开展类似研究提供了借鉴。