焦作市懷山藥氣候適宜性種植區劃研究

摘要 根據溫縣2001～2011年溫度、光照、降水等氣象資料和當地土壤類型等數據，采用1∶25萬河南省基礎地理數據，運用ArcGIS技術將1∶25萬等高數據轉化成數字地形模型;在此基礎上進行定量分類研究，采用克里金方法將各要素進行空間插值，得到各要素的空間分布圖;利用層次分析法來評價各因子的權重，確定焦作懷山藥精細化氣候區劃分級指標。基于ArcGIS軟件對焦作市懷山藥種植區氣候適宜性進行空間分析，得出焦作全區沿黃河一帶的溫縣、武陟大部分地區及沁陽、孟州的部分地區為懷山藥適宜種植區，也是懷山藥的主要產區。

關鍵詞 懷山藥;氣候適宜性;種植區劃;層次分析法;空間分析

中圖分類號 S161 "文獻標識碼 A "文章編號 0517-6611（2014）32-11446-03

Precise Comprehensive Suitable Planting Area Division for Huaiqing Yam in Jiaozuo City

ZHANG Xingang， WANG Yuan， HAN Wensheng et al

（Jiaozuo Meteorological Office， Jiaozuo， Henan 454002）

Abstract According to the temperature， light， precipitation and other eteorological data as well as the local soil type data of Wenxian from 2001 to 2011， adopt 1∶250 000 basic geographic data of Henan Province and transform 1∶250 000 data to digital terrain model by ArcGIS technology. On this basis， do quantitative classification research and use Kriging Interpolation Method to do spatial interpolation， then get spatial distribution of each factors. The index of the precise comprehensive suitable planting area division for Huaiqing yam was established by using analytic hierarchy process to evaluate the weight of each factor. Suitable climate of Huaiqing yam growing areas of Jiaozuo City was analyzed based on ArcGIS software in order to get that the most areas of Wenxian， Wuzhi along and a part areas of Qinyang， Mengzhou is the suitable planting area of Huaiqing yam， also the main producing areas of Huaiqing yam.

Key words Huaiqing yam; Climate suitability; Planting area division; Analytic hierarchy process; Spatial analysis

焦作市地處北溫帶，屬暖溫帶大陸性季風型氣候，氣候溫和，四季分明。春暖而干旱;夏熱而多雨;秋清而氣爽;冬冷而少雪。北部有山區。各縣市年平均氣溫14.3～14.5 ℃，年降水量584.8～590.5 mm，日照時數2 107.5～2 444.9 h，穩定通過10 ℃的初日一般在3月底，終日在11月上旬，持續期220～226 d，≥10 ℃積溫為4 653～4 960 ℃·d[1]，全年無霜期220 d左右。焦作市四大懷藥種植面積近20 000 hm2，年產值近40億元，已成為促進當地農民增收的支撐點之一。氣象條件是影響四懷山藥生長發育、產量形成和質量品質的關鍵因素之一，筆者通過分析懷山藥產區的氣象特性，確定了懷山藥生長適宜氣象指標，基于GIS并綜合運用氣象和土壤資料開展了懷山藥種植區劃，生成專題圖，為懷山藥種植戶和政府決策提供依據，促進當地社會經濟的發展。

1 資料與方法

1.1 資料與處理 懷山藥氣候適宜性種植區劃需要根據氣候、土壤等數據資料，通過分析影響懷山藥生長的各因素，利用地理信息系統（GIS）的加工與處理能力，綜合評價懷山藥的種植適宜性[2]。區劃使用的地理信息資料采用國家基礎地理信息中心提供的1∶25萬河南省基礎地理背景數據。運用地理信息系統（GIS）技術將1∶25萬等高線數據轉成分辨率（1 000 m×1 000 m）的數字地形模型（DEM），在此基礎上進行數字地形定量分類技術研究。土壤數據來源于全國1∶4 000 000基礎地理信息數據。氣象數據來源于焦作市氣象局，為了便于空間分析，將數據采用克里金方法[3]進行空間插值，得到氣象要素空間分布圖。

1.2 區劃方法

充分考慮焦作市懷山藥生產、農業氣候及土壤類型特點，選取懷山藥種植區劃因子，按照適宜區、次適宜區和不適宜區進行分級。利用層次分析法來評價各因子的權重[4-5]。選取幾個指標，首先確定第一層次因子的各個權重，確定每2個因子i和j之間的相對重要性，為此設計了幾個等級值（假定i和j至少同等重要），即1（i和j同等重要）、3（i比j稍微重要）、5（i比j明顯重要）、7（i比j強烈重要）、9（i比j絕對重要），它們之間的數2、4、6、8及各數的倒數具有相應的類似意義。任何判斷矩陣均應滿足aii=1，且若aij=k，那么aji=1k。根據研究的因子的作用，對各因子構造判斷矩陣，根據判斷矩陣，利用和積法計算各因子的權重值。將判斷矩陣每一列正規化，即aij=aijnk=1akj（i，j=1，2，…，n），每一列經正規化后的判斷矩陣按行相加得到Wi=nj=1aij（j=1，2，…，n），將所得向量W=[W1，W2，…，Wj]T正規化得nj=1Wj=W1+W2+…+Wj、W1=W1nj=1Wj，則W=[W1，W2，…，Wj]T為所求特征向量，W1，W2，…，Wj為各因子的權重。對第二層次的因子，分別按照以上方法進行計算，所得出結果值與其上一層因子權重的乘積即為該因子的權重。懷山藥種植適宜度指數是影響懷山藥產量的各個因子與其各自權重的乘積之和，用公式表達為A=5i=1wixi，其中，wi表示各指標權重值，xi表示各個指標標準化以后的值。將7個氣象站點的歷史氣象資料分別與區劃指標進行比較，得出各站相應的分值Bi，將Wj×Bi，得出各站最后總得分，最后根據計算結果，結合焦作當地實際種植情況，確定焦作懷山藥精細化氣候區劃分級標準。

1.3 空間分析 基于ArcGIS軟件平臺，將氣象數據、土壤數據空間分布圖按照適宜評價指數A進行疊加，生成適宜指數分布圖，并按照種植區劃分級標準對指數分布圖進行分類，最終得到區劃圖。

2 結果與分析

2.1 懷山藥種植土壤類型

懷山藥生長土壤類型為潮土，由黃沁河歷史上的多次泛濫決口而形成。主要分布在由黃河沁河交匯形成的三角地帶，位于以青風嶺崗地為界的黃河河漫灘高灘地與黃沁河沖積平原的中東部（34°48′10″～35°29′30″N、112°01′50″～113°38′30″ E）。該區為暖溫帶大陸性季風氣候，一年內四季分明，冬春干旱、夏秋季多雨。光熱源豐富，雨量充沛，無霜期時間長，可以充分滿足懷山藥的生長發育。

土壤母質為黃河、沁河的沖積沉積物，多為粉砂土、粉砂質粘土及砂礫石層。焦作土壤呈中性或微堿性，且土壤肥沃，有機質含量豐富[6]。懷山藥生長土壤為黃沁河沖積沉積物，在產區氣候條件、地貌組合等生態環境下成為適宜懷山藥生長的土壤。按照母質類型與沖積沉淀母質的機械組成特征潮土亞類分為砂質潮土、壤質潮土、粘質潮土3個土屬，褐土化潮土亞類同樣以此分類，但懷山藥種植區主要為壤質褐土化潮土土屬。4個土屬中面積最大的土種分別為砂壤土、小兩合、淤土和褐土化兩合土[7-8]。

砂壤土質，物理粘粒含量較低，地輕，沙性重，肥力較低，養分缺乏，所產懷山藥品質和產量較低;小兩合土，質地適中，耕性良好，但養分較缺乏，所產懷山藥冬產量高，但干物質積累較少，水分含量大，是種植懷山藥的次適宜土壤;淤土，質地偏重，養分含量較高，但土壤通透性差，雖懷山藥折干率高，產量較低，不適懷山藥種植。褐土化兩合土，耕作歷史悠久，熟化程度較高，土體構型、理化特性均佳，有機質及各種礦質養分含量較高，所產懷山藥產量高，品質佳，成為最適宜懷山藥生長的土壤，也是當地現今懷山藥主產區。

2.2 懷山藥生長發育與氣象條件的關系

懷山藥全生育期（4～11月）活動積溫在4 400～4 650 ℃·d，降水量500～600 mm，日照時數1 300～1 550 h。整個生育期共180～200 d，休眠期5個多月。主要發育期有栽種期（播種期）、出苗期、蔓伸長期、根莖形成期、成熟期5個發育期。在懷山藥的整個生育期內，氣候條件復雜多變，溫度冷熱無常，旱澇極難掌握。懷山藥是喜溫作物，最適宜的生長溫度是日平均氣溫20～30 ℃，但不同生育期對溫度的要求也不相同，地上部分和地下部分對溫度的要求也有差異[9-10]。

2.2.1 溫度。

懷山藥是喜溫作物，春季升溫的早晚和快慢將直接影響到種子的發芽早晚和出苗的質量。溫度條件是制約懷山藥出苗早晚和幼苗生長的主要影響因子。懷山藥在幼苗期具有較強的耐寒能力，能抵抗5 ℃以下的最低氣溫。幼苗期適宜日平均氣溫為15～20 ℃。在生長盛期適宜日平均氣溫25～28 ℃，日平均氣溫降到10 ℃以下便會停止生長。當最高氣溫超過35 ℃時生長緩慢，超過40 ℃就會停止生長，葉片就會出現燒灼現象。懷山藥根莖形成期適宜日平均氣溫20～24 ℃。當日平均氣溫降到20 ℃以下時，膨大速度就會減緩;日平均氣溫超過24 ℃時，懷山藥就會隨著溫度的升高而呼吸作用加快，養分消耗過多，影響根莖的膨大。地溫降到3 ℃以下時，根莖便停止膨大。

2.2.2 水分。

保證懷山藥全生育期的適宜墑情，是達到優質高產的一個關鍵點。

長期無降水或降水偏少，容易使懷山藥種栽無法萌芽出苗，或使懷山藥體內水分虧缺，影響正常生長發育;雨水過多，土壤含水量過高，懷山藥根系因受水漬而染病腐爛，導致植株死亡，還可能使懷山藥感染各種病害，最終導致產量下降的氣象現象。

懷山藥從栽種到出苗的土壤重量含水量一般應保持在15%～18%，當土壤重量含水量超過25%就會引起根系染病腐爛。7月上中旬，懷山藥進入整個生育期中的最重要時期——地下根莖膨大盛期，根莖形成期光合作用進入盛期，此時需要一定的溫度和較多的水分。

2.2.3 光照。

充足的光照是綠色植物生存和正常生長結實的必須條件，光照不足影響懷山藥葉片、枝條、根系等營養器官的生長發育，使其形態及功能發生改變，降低產量及品質。

2.3 焦作懷山藥精細化氣候區劃

2.3.1 懷山藥種植區劃因子的權重。充分考慮焦作市懷山藥生產、農業氣候及土壤類型特點，選取土壤類型（砂壤土、淤土、小兩合土、褐土化兩合土）、溫度（全生育期平均氣溫、≥10 ℃積溫、播種-出苗期平均氣溫）、根莖膨大期的降水和蔓伸長期的日照作為懷山藥種植區劃因子，按照適宜區、次適宜區和不適宜區進行分級（表1）。首先確定第一層次因子的各個權重，即土壤、溫度、降水、日照4個因子的權重。根據研究的因子的作用，對土壤、溫度、降水、日照構造判斷矩陣，根據判斷矩陣利用和積法計算各因子的權重值。將判斷矩陣每一列正規化，得到表2。每一列經正規化后的判斷矩陣按行相加W1=nj=1aij=0.437+0.418+0.438+0.438=1.730，…，W=[1.730，1.236，0.786，0.247]T，將所得向量W=[1.730，1.236，0.786，0.247]T正規化得nj=1Wj=1.730+1.236+0.786+0.247=4、W1=W1nj=1Wj=1.730/4=0.433、W2=1.236/4=0.309、W3=0.786/4=0.197、W4=0.247/4=0.062，則W=[0.433，0.309，0.197，0.062]T為所求特征向量，即土壤、溫度、降水、日照的權重分別為0.433、0.309、0.197、0.062。

對第二層次的因子，如土壤類型下的砂壤土、小兩合土、褐土化兩合土（淤土不適合種植，此處直接不參與計算），溫度因子下的3個因子分別按照以上方法進行計算，所得出結果值與其上一層因子權重的乘積即為該因子的權重。如此得到褐土化兩合土、小兩合土、砂壤土的權重分別為0.253、0.108、0.072，全生育期平均氣溫、≥10 ℃積溫、播種出苗期平均氣溫的權重分別為0.155、0.103、0.051。

2.3.2 懷山藥種植適宜度指數。將懷山藥各區劃因子的權重代入公式A=5i=1wixi，即得到適宜評價指數A=0.253C1+0.108C2+0.072C3+0.0C4+0.155C5+0.103C6+0.051C7+0.019 7C8+0.062C9，式中，C1代表褐土化兩合土，C2代表小兩合土，C3代表砂壤土，C4代表淤土，C5代表全生育期平均氣溫，C6代表全生育期≥10 ℃積溫，C7代表播種-出苗期平均氣溫，C8代表根莖膨大期降水，C9代表蔓伸長期日照。

2.3.3 懷山藥精細化氣候區劃分級標準。根據計算結果，結合焦作當地實際種植情況，確定焦作懷山藥精細化氣候區劃分級標準分別為適宜區分值B≥1.9、次適宜區分值1.6≤B≤1.8、不適宜區分值B≤1.5。

2.3.4 懷山藥種植區劃圖。基于上述資料與方法，得到焦作市懷山藥種植區劃圖（圖1），由圖1可知，焦作全區沿黃河一帶的溫縣、武陟大部分地區及沁陽、孟州的部分地區為懷山藥適宜種植區，也是懷山藥的主要產區;再向北一部分地區為次

適宜地區;一直到北部及孟州西部的丘陵地區為不適宜地區，主要因為這部分地區的土壤為沙壤土，及焦作北部多為山區，也不適宜懷山藥種植。

表1 焦作市懷山藥農業氣候區劃指標

因子適宜區次適宜區不適宜區

土壤類型褐土化兩合土小兩合土、砂壤土淤土

平均溫度（全生育期）16～28 ℃12～16 ℃lt;12 ℃或

gt;32 ℃

≥10 ℃積溫（全生育期）≥4 600

℃·d4 200～4 600

℃·d≤4 000

℃·d

平均溫度（播種-出苗期）≥20 ℃12～20 ℃≤10 ℃

降水量（根莖膨大期）220～380 mm200～220 mm

或380～420lt;200 mm

或gt;420 mm

日照時數（蔓伸長期）≥550 h400～550 h≤400

分值（B）321

表2 因子判斷矩陣及其正規化值

因子土壤溫度降水日照因子土壤溫度降水日照

土壤17/57/37土壤0.4370.4180.4380.438

溫度5/715/35溫度0.3120.2990.3130.313

降水3/73/513降水0.1870.2240.1880.188

日照1/71/51/31日照0.0620.0600.0630.063

圖1 焦作市懷山藥種植區劃圖

3 結論

懷山藥生長土壤類型為潮土，全生育期（4～11月）活動積溫在4 400～4 650 ℃·d，降水量500～600 mm，日照時數1 300～1 550 h。整個生育期共180～200 d，休眠期5個多月。焦作市沿黃河一帶的溫縣、武陟大部分地區及沁陽、孟

州的

部分地區為懷山藥適宜種植區，再向北一部分地區為次適宜地區，一直到北部及孟州西部的丘陵地區為不適宜地區。

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