基于高筋含量的寧夏優質小麥農業氣候區劃

張德有 ，李陽 ，王勇

（1.中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏氣象防災減災重點實驗室，寧夏 銀川 750000；3.中衛市沙坡頭區氣象局，寧夏 中衛 755000；4.寧夏氣象科學研究所，寧夏 銀川 750000；5.寧夏氣象臺，寧夏 中衛 755000）

寧夏是西北地區重要的商品糧生產基地，也是中國五大平原灌區之一。近幾年，隨著寧夏圍繞“提質增效轉方式、穩糧增收可持續”的農業發展主線，大力發展優質糧，深入推進綠色高產高效增產模式，“十三五”期間逐步形成不同區域各具特色的優質小麥產業格局。但影響小麥品質的因素有很多，如選種、種植區域、農業技術等。優質品種種植在適宜區域，實施科學的種植管理技術，才能實現優質小麥的高效生產。寧夏回族自治區優質糧食產業發展“十三五”規劃中，將寧夏劃分為以引黃灌區為主的中強筋適宜種植區和中南部山區中筋適宜種植區2個分區[1]，為發揮區域資源優勢，優化小麥品種布局，因地制宜發展優質小麥提供了科學依據。但是寧夏地處西北內陸高原，地形構造復雜，氣候差異較大，在實際生產過程中急需進一步細化與完善優質小麥區。

1 材料與方法

1.1 數據來源

數據主要包括氣象數據、地理信息數據和灌溉數據。氣象數據來源于寧夏氣象局，主要包括1981～2017年寧夏國家級地面觀測站的降水、氣溫、日照時數；地理信息數據來源于寧夏國土資源局，主要有寧夏境域內1∶25萬等高線數據；灌溉數據來源于寧夏水利廳，主要包括2018年寧夏境域內農田灌溉條件。

1.2 研究方法

（1） 建立數字地形模型。運用地理信息系統（GIS） 技術將寧夏1∶25萬等高線數據轉成1 km×1 km的高分辨率數字地形模型（DEM），在此基礎上進行數字地形定量分類技術研究。

（2）各要素指標確定。在參考已有優質小麥區劃研究成果的基礎上，充分考慮寧夏優質小麥生產和農業氣候特點以及文獻資料，按照提高產業效益、優化品質結構、合理配置資源的原則，提出寧夏優質小麥農業氣候區劃指標。

（3）區劃等級標準確定。根據實際生產情況，確定強筋適宜區、中筋適宜區和弱筋適宜區3個類型區。采用專家打分法對影響優質小麥品質的氣象指標進行評估打分，并對3個區域類型賦值：強筋適宜區3分，中筋適宜區2分，弱筋適宜區1分。建立區劃指標空間推算模型，推算出每個區劃指標在1 km×1 km格點網的分布，對每個網格點上的所有區劃指標得分進行加權疊加處理得到總分值，并將結果分級歸類（表 1）。

表1 基于高筋含量的寧夏優質小麥精細化農業氣候區劃等級Table 1 Fine agro-climatic division grade of high quality wheat in Ningxia based on high gluten content

2 結果與分析

2.1 氣象指標文獻綜述

寧夏小麥生育期間的總體氣候特點是氣溫日差大，日照時間長，太陽輻射強，大部分地區晝夜溫差為12～15℃；全年平均氣溫5～9℃。引黃灌區在研究區域的高溫區，年平均降水量為157 mm，以春小麥種植為主，播種期集中在3月上旬，7月上旬收獲。南部山區在研究區域的低溫區，年平均降水量為400 cm，以冬小麥種植為主，播種期在9月下旬，翌年7月中上旬收獲。研究表明，小麥的品質取決于品種與環境相互作用的影響，環境因素包括氣象條件、土壤狀況、種植技術等，其中氣象條件對品質性狀的影響更為敏感[2]。因此，確定研究區域的氣象指標成為精準劃分類型的重要部分。

2.1.1 溫度 開花期至成熟期是決定小麥子粒產量和品質的關鍵時期。研究表明，小麥灌漿期，日平均氣溫為15～30℃時，子粒蛋白質含量與氣溫呈正相關，表現為隨著溫度升高，子粒干物質積累以及氮和磷的累積速度加快，蛋白質含量明顯提高[3～5]；日平均氣溫＞30℃時，對提高子粒蛋白質含量產生不利影響。小麥子粒蛋白質含量與開花期至成熟期的氣溫日較差呈正相關[6]。

2.1.2 日照 小麥整個生育期都會受到日照因素的影響。研究表明，播種期至拔節期，長日照有利于小麥蛋白質含量的提高；開花期至成熟期，小麥蛋白質含量隨著日照時數的減少而增加；抽穗至成熟期，總輻射量與小麥子粒濕面筋含量呈極顯著負相關[7]。

2.1.3 水分 小麥生育期間的水分狀況受自然降水和灌溉的影響。研究表明，小麥灌漿成熟期，土壤水分含量越高，子粒的蛋白質含量越低[8]。小麥成熟前40～55 d，子粒蛋白質含量與降雨量的相關系數為-0.70；抽穗后15 d內，每降雨12.5 mm，子粒蛋白質含量降低0.75%。輕度干旱脅迫有利于提高小麥子粒容重和濕面筋含量。

2.2 區劃指標及指標值確定

在已有的研究成果上，根據研究區域生態特點以及既定的研究目標，在梳理大量相關參考文獻的基礎上，選取7個氣候要素作為優質小麥農業氣候區劃因子（表1）。需要說明的是，寧夏種植的小麥有春小麥和冬小麥，且種植面積都很大，引用的區劃指標為河南、山東、河北等地區的冬小麥氣候區劃指標[9]，該指標的數據時段主要集中在4～6月，并且其中的全生育期指標得分不會因種植春、冬小麥而產生不同結果，只與其地理信息有關，因此，該指標是可以適用于冬、春小麥混種模式下的寧夏優質小麥農業氣候區劃探索。

2.3 區劃指標空間分布模型建立

寧夏土地面積6.64萬km2，全區現有26個國家級地面氣象觀測站數據不能真實、全面地反映寧夏境內的氣候特征，也無法滿足優質小麥精細化農業氣候區劃要求。所以，本文利用多元回歸方法將23個（3個高山站除外）氣象觀測站氣象要素與經度、緯度和海拔進行相關性分析，并建立以經緯度和海拔為自變量，區劃指標為因變量的氣候要素網格推算的多元回歸數據方程。將精度為1 km的網格經緯度和海拔數據信息帶入數據方程，推算出區劃指標因子的格點值。區劃指標因子推算方程見表3。

表2 基于高筋含量的寧夏優質小麥精細化農業氣候區劃指標Table 2 Fine agro-climatic division index of high quality wheat in Ningxia based on high gluten content

表3 基于高筋含量的寧夏優質小麥農業氣候區劃指標空間推算模型Table 3 Spatial prediction model of agro-climatic division index of high quality wheat in Ningxia based on high gluten content

2.4 區劃結果分析

根據以上計算方法，得到寧夏境內1 km×1 km格點網上的區劃指標總得分，并根據區劃等級標準，制作出寧夏優質小麥精細化農業氣候區劃圖（圖1）。

圖1 基于高筋含量的寧夏優質小麥精細化農業氣候區劃Fig.1 Fine agroclimatic division of high quality wheat based on high gluten content in Ningxia

2.4.1 強中筋適宜區 強中筋上等適宜區包括石嘴山、銀川、中衛北部、吳忠西北部，地處引黃灌區，屬春小麥種植區。該區小麥生育期內≥0℃積溫均在1 800 d·℃以上，日照時數1 100 h左右，全生育期降水量90～100 mm。該區域光照熱量條件充足，拔節期大風日數較多，土壤水分消耗較快，容易出現干旱，有利于小麥品質的提升；由于灌溉條件較好，能緩解降水量偏少的矛盾，不會出現影響小麥品質的旱情；灌漿期少雨且氣溫日較差大。該區域屬于寧夏引黃灌區平原地帶，土壤質地多為壤黏土和沙壤土，土壤肥力較高，灌溉條件良好，生產水平較高，適合大規模種植優質強中筋小麥，可作為優質小麥的主產區。

強中筋下等適宜區位于寧夏中部干旱帶，主要包括中衛中部、紅寺堡、鹽池一帶地區，地處揚黃灌區，屬春小麥種植區。該區小麥全生育期≥0℃積溫均為1 700～1 800 d·℃，降水量180 mm左右，日照時數1 000 h左右。該區域小麥灌漿期平均氣溫日較差為12℃，降水量為50～60 mm，日照充足，灌溉條件一般，種植區以山地為主，可作為優質強中筋小麥的輔助產區。

2.4.2 中筋適宜區 中筋上等適宜區主要分布在海原、西吉、原州區和彭陽地區，屬冬小麥種植區。該區域春季降水較少，光照充足，對穗粒形成較為有利。該區域小麥灌漿期氣溫日較差為12℃左右，有利于千粒重的提高；存在的主要問題是灌溉條件較差，降水時空分布不均，在小麥生長發育期內容易出現中度以上干旱，影響小麥的正常生長。因此，該區域可作為優質中筋小麥的主產區。

中筋下等適宜區主要分布在隆德和涇源地區，屬冬小麥種植區。該區域為寧夏降水大值區，存在的主要問題是多雨年份連陰雨天氣較多，少雨年份容易發生干旱，灌溉條件較差，影響小麥穩定高產；收獲期降水偏多，會導致豐產不豐收。因此，該區域可作為優質中筋小麥的輔助產區。

3 結論與討論

本研究在以小麥全生育期氣候特點的基礎上，考慮灌溉條件因素，采用GIS技術將寧夏優質小麥劃分為2個大區、4個小區的適宜種植區，較之前的區劃結果更為精細化，對各地合理優化農業資源配置具有更強的指導意義。

本次區劃結果與當前寧夏優質小麥種植分布較為一致，即寧夏中北部灌區是優質強中筋小麥主產區，南部山區是優質中筋小麥主產區。從區劃結果來看，基于氣候條件下的區劃結果與寧夏地區優質小麥產業發展布局基本一致，但氣候區劃更加精細，具有更強的參考價值。

大力發展優質小麥種植產業，可以提升寧夏優質小麥的市場競爭力和綜合生產力，并且可以成為寧夏產業扶貧的重要組成部分，從而實現產業提質增效、農民增收，推動農業可持續、現代化健康發展。