基于小麥全生育期氣象條件精細化分析

田家波

(山東省濟南市長清區氣象局，山東濟南 250300)

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基于小麥全生育期氣象條件精細化分析

田家波

(山東省濟南市長清區氣象局，山東濟南 250300)

[目的]根據小麥生產對氣象條件的要求，確定山東省濟南市長清區小麥的氣候區劃指標和相應分區。[方法]利用1971～2010年長清區氣象局本站和區域自動站氣象資料，采用Kriging插值法、因子標準化、加權綜合評價法內插技術對溫度、降水、日照、相對濕度等氣候指標要素柵格化，形成長清區冬小麥品種生態氣候適宜性精細化區劃圖，并進行分區評述。[結果]長清區小麥生長可以劃分為一般適宜區、適宜區、最適宜區3個分區，其中一般適宜區包括平安街道辦事處100%、文昌街道辦事處100%、崮云湖街道辦事處90%、五峰街道辦事處30%、馬山鎮10%、歸德鎮100%、孝里鎮80%、張夏鎮10%；適宜區包括孝里鎮20%、雙泉鎮97%、馬山鎮95%、五峰街道辦事處70%、張夏鎮80%、萬德鎮10%；最適宜包括萬德鎮90%、張夏鎮10%。[結論]氣象因子適宜適應性整體上對小麥生產有很好的指導作用。

小麥；全生育期；氣象條件；精細化；區劃

我國農業人口眾多，社會經濟的發展和人民生活水平的提高對農業經濟增長的規模和效益要求越來越高，需要實現農業經濟的機構轉變。小麥是人類最重要的糧食作物之一，也是我國三大作物之一，全國從南到北、從平原到山區均有種植。山東省是我國小麥生產第二大省，小麥生產光熱資源充足，地力水平較高，但近些年山東省小麥連年遭遇突發性自然災害，嚴重影響了小麥產量的提高[1]。而由于城鎮化、工業化發展的原因，通過增加耕地面積來提高糧食產量這一途徑比較困難[2]，因此充分利用農業氣候資源，優化小麥生產布局、改進種植制度和制定小麥種植布局就成為當前增加糧食種植面積、提高糧食產值的有效途徑之一。筆者利用山東省濟南市長清區氣象局本站和區域自動站的氣象資料，采用Kriging插值法、因子標準化、加權綜合評價法[3-4]內插技術對氣候指標要素柵格化，形成長清區冬小麥品種生態氣候適宜性精細化區劃圖，并進行分區評述，以期為當地優化小麥生產和種植布局、改進種植制度來應對氣候變化提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源 所有資料均來源于1971～2010年山東省濟南市長清區氣象局本站和區域自動站以及農業局土壤肥料站，氣象資料包括溫度(平均溫度、極端最高、最低溫度)、降水(降水總量、極端降水)、日照時數、相對濕度等，土壤資料包括長清區土壤類型、土壤質地和腐殖質層厚度。

1.2 分析方法

1.2.1 Kriging插值法[3]。Kriging插值法是以變異函數理論和結構分析為基礎，在有限區域內對區域化變量進行無偏差最優估計的一種方法。通過對已知樣本點賦權重來求得未知樣點值，其表達式為：

(1)

式中，Z(x0)為未知樣點值，Z(xi)為未知樣點周圍的已知樣點值，λi為第i個已知樣本點對未知樣點的權重，n為已知樣點的個數。采用Kriging插值法可以由其他市縣的氣象觀測資料獲取山東省濟南市長清區分辨率為90m×90m的柵格圖。

1.2.2 因子標準化[3-4]。在區劃過程中，由于所選因子的量綱不同，所以需要將因子進行標準化。在此區劃根據具體情況，采用極大值標準化和極差標準化方法，其表示式分別為：

(2)

(3)

式中，Xij為去量綱后的第i個因子的第j項指標；Xmin、Xmax為該指標的最小值和最大值。公式(2)和公式(3)是根據區劃中因子與作物種植的適宜程度的關系而選擇的。如果因子與作物種植的適宜程度成正比，選用式(2)；反之，選用公式(3)。

1.2.3 加權綜合評價法[4]。加權綜合評價法綜合考慮了各個因子對總體對象的影響程度，是把各個具體的指標綜合起來，集成為一個數值化指標，用以對評價對象進行評價對比。因此，這種方法特別適用于對技術、策略或方案進行綜合分析評價和優選，是目前最為常用的計算方法之一。用公式表達為：

(4)

式中，Cvj為評價因子的總值，Qvij為對于因子j的指標i(Qii≥0)，Wci為指標i的權重值(0≤Wci≤1)，m為評價指標個數。

將影響小麥生長發育的關鍵氣候因子進行累加，其表達式為：

(5)

式中，Y氣象表示小麥氣候因子的種植適宜程度，Xi為精細化氣候因子，λi為權重，n為所選取的影響小麥生長發育的關鍵氣候因子個數[5-6]。

2 結果與分析

2.1 小麥全生育期各月份精細化氣象因子及權重分配情況分析 采用加權綜合評價法綜合考慮了各個因子對總體對象的影響程度，根據小麥生育期各階段所需氣象條件不同[7-10]，選擇了最可能影響小麥生長的8個氣象要素作為小麥種植區的影響因子(圖1)。

圖1 山東省濟南市長清區小麥精細化氣象因子及權重分配Fig.1 Fining meteorological factor and weight allocation of wheat in Changqing District，Jinan City,Shandong Province

2.2 小麥全生育期各月份精細化氣象因子的空間分布及分級指標的確定

2.2.1 全生育期≥10 ℃積溫。全生育期≥10 ℃積溫是小麥生長發育和產量形成的關鍵熱量因子。從圖2可看出，山東省濟南市長清區小麥全生育期≥10 ℃積溫分布特征基本表現為西高東低的特點。全區最高值為2 332.5 ℃·d，平安街道辦事處、文昌街道辦事處、歸德鎮、孝里鎮等鄉鎮較高；逐漸向東部減少，最低值為2 011.7 ℃·d；全區積溫相差320.8 ℃·d。萬德鎮、張夏鎮屬于相對低值區。

圖2 山東省濟南市長清區小麥全生育期≥10 ℃積溫空間分布Fig.2Spatial distribution of ≥ 10 ℃ accumulated temperature in the whole growth stage of wheat in Changqing District ，Jinan City,Shandong Province

2.2.2 冬前≥0 ℃積溫(10月1日～12月10日)。據研究，冬前≥0 ℃積溫直接影響小麥的前壯苗葉齡指標和安全越冬，因此對小麥產量的提高具有十分重要的作用。長清區小麥冬前≥0 ℃積溫總體來看西部高于東部，全區積溫范圍為592.8～645.9 ℃·d；平安街道辦事處、文昌街道辦事處、歸德鎮、孝里鎮、雙泉鎮屬于相對高值區(圖2)。

2.2.3 12月～次年2月負積溫。長清區小麥12月～次年2月負積溫分布區域性明顯，整體呈現由南向北遞減的趨勢，中心局部達到最高值，負積溫范圍為-279.5～-135.7 ℃·d，崮云湖街道辦事處處于高值區。造成這種情況的原因是因為受緯度、地形的影響。

2.2.4 2月下旬～3月上旬日平均溫度。2月下旬～3月上旬日平均溫度穩定通過3 ℃的日期主要影響小麥返青的早晚。長清區2月下旬～3月上旬日平均溫度穩定通過3 ℃的日期出現時間自西北向東南方向逐漸延遲，最早出現在3月6日，最晚在3月14日，全區相差8 d左右。2.2.5 3月下旬～4月≤0 ℃天數。3月下旬～4月≤0 ℃天數是春季小麥受低溫冷害影響的關鍵指標。長清區3月下旬～4月≤0 ℃天數自西北向東南方向逐漸增多，萬德鎮日數最多；全區3月下旬～4月出現≤0 ℃的日數很少，相差不大。2.2.6 輕干熱風日數(5月11日～6月5日)。干熱風是影響山東小麥生長及產量形成的主要農業氣象災害。長清區輕干熱風日數(40年總和)呈現由西向東遞減的趨勢，其中西南部區域最多，主要包括孝里鎮、歸德鎮；東南部萬德鎮、張夏鎮最少。長清區輕干熱風出現的日數為6.1～7.8 d，相差1.7 d。2.2.7 重干熱風日數(5月11日～6月5日)。長清區小麥重干熱風出現的日數(40年總和)總體表現由北向南遞減的趨勢，以北部平安街道辦事處、文昌街道辦事處、崮云湖街道辦事處為最多，以南部雙泉鎮、萬德鎮最少。長清區重干熱風40年內出現最多為0.4 d，東部最少區域出現0.3 d；全區出現日數很少，相差不大。

2.2.8 全生育期降水量。由圖3可見，長清區小麥全生育期降水量自北部向南部逐漸增加，生育期降水量最高出現在萬德鎮東部，最低出現在東北部崮云湖街道辦事處、平安街道辦事處、文昌街道辦事處，全區降水量為1 769.4～2 559.1 mm，相差約789.7 mm。

圖3 山東省濟南市長清區小麥全生育期降水量空間分布Fig.3 Spatial distribution of precipitation in the whole growth period of wheat in Changqing District，Jinan City,Shandong Province

2.3 小麥氣象因子適宜性精細化分析 利用公式(5)將影響小麥生長發育的關鍵氣候因子進行累加，該研究中將所有氣候因子的權重均賦予0.125。從小麥氣象因子分析區劃結果(圖4)可以看出，長清區小麥生長可以劃分為一般適宜區、適宜區、最適宜區3個分區，其中一般適宜區包括平安街道辦事處100%、文昌街道辦事處100%、崮云湖街道辦事處90%、五峰街道辦事處30%、馬山鎮10%、歸德鎮100%、孝里鎮80%、張夏鎮10%；適宜區包括孝里鎮20%、雙泉鎮97%、馬山鎮95%、五峰街道辦事處70%、張夏鎮80%、萬德鎮10%；最適宜區包括萬德鎮90%、張夏鎮10%。

圖4 山東省濟南市長清區小麥氣象因子精細化分析適宜性程度空間分布Fig.4 Spatial distribution of suitability degree of fining analysis of meteorological factors in Changqing District，Jinan City,Shandong Province

3 結論

利用山東省濟南市長清區氣象局本站和區域自動站的氣象資料，采用Kriging插值法、因子標準化、加權綜合評價法內插技術對溫度(平均溫度、極端最高、最低溫度)、降水(降水總量、極端降水)、日照、相對濕度等指標要素柵格化，形成長清區冬小麥品種生態氣候適宜性精細化區劃圖，并進行分區評述。結果表明，長清區小麥生長可以劃分為一般適宜區、適宜區、最適宜區3個分區，其中一般適宜區包括平安街道辦事處100%、文昌街道辦事處100%、崮云湖街道辦事處90%、五峰街道辦事處30%、馬山鎮10%、歸德鎮100%、孝里鎮80%、張夏鎮10%；適宜區包括孝里鎮20%、雙泉鎮97%、馬山鎮95%、五峰街道辦事處70%、張夏鎮80%、萬德鎮10%；最適宜區包括萬德鎮90%、張夏鎮10%?？傮w來看，氣象因子適宜性研究整體上對指導小麥全生育期管理具有一定的科學性。針對當地的氣候特點，適時采取抗旱、防蟲、防災措施，趨利避害，以促進小麥的穩產、高產，提高經濟效益。

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Fine Analysis of the Whole Growth Stage of Wheat Based on the Meteorological Conditions

TIAN Jia-bo

(Meteorological Bureau of Changqing District,Jinan,Shandong 250300)

[Objective] To determine the climate division index and corresponding division of wheat in Changqing District in Jinan City of Shandong Province according to the requirements of wheat production to meteorological condition.[Method] The meteorological data of Meteorological Bureau of Changqing District and the regional automatic weather station from 1971 and 2010, Kriging interpolation method, factor standardization, and interpolation technique of comprehensive weighted assessment method were used for the rasterization of climate index elements, such as temperature, precipitation, sunshine and relative humidity.Fine zoning map of ecoclimatic suitability of winter wheat variety was formed in Changqing District.And partition was evaluated.[Result] Wheat growth in Changqing District could be divided into generally suitable area, suitable area, and the optimal area.Among them, generally suitable area included Pingan Street Office 100%, Wenchang Street Office 100%, Guyun Lake Street Office 90%, Wufeng Street Office 30%, Mashan Town 10%, Guide Town 100%, Xiaoli Town 80%, and Zhangxia Town 10%.Suitable area included Xiaoli Town 20%, Shuangquan Town 97%, Mashan Town 95%, Wufeng Street Office 70%, Zhangxia Town 80% and Wande Town 10%.The optimal area included Wande Town 90% and Zhangxia Town 10%.[Conclusion] Adaptability of meteorological factors provides good guidance for wheat production.

Wheat; Whole growth period; Meteorological condition; Fining; Division

田家波(1963- )，男，山東齊河人，工程師，從事農業氣象服務和氣象災害研究。

2016-08-10

S 162

A

0517-6611(2016)28-0183-03