GIS在果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃的應(yīng)用概述

王達(dá)菲 王璽 李敏生 孫慧英 李亮

摘?要：本文簡單介紹了GIS在果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀，找出存在的問題并提出適當(dāng)合理的解決辦法，為今后的果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃研究提供理論參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：GIS;果樹;生態(tài)適應(yīng)性;區(qū)劃

文章編號(hào)：2096-8108（2020）06-0079-03??中圖分類號(hào)：S66??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Overview of Application on Ecological Adaptation of Fruit Tree

WANG Dafei， WANG Xi， LI Minsheng， SUN Huiying， LI Liang

（Pomology Institute， Shanxi Agricultural University， Taiyuan 030031， China）

Abstract：The application status of GIS on the study of regional planning of ecological adaptation of fruit tree were introduced. By finding out existing problems and putting forward reasonable solutions， theoretical reference and basis for regional planning of ecological adaptation of fruit tree for the future were provided.

Keywords：Geographic Information System; fruit tree; ecological adaptation;regional planning

1?GIS的概念及特點(diǎn)

GIS（geographic information system），全稱地理信息系統(tǒng)，是一種采集、存儲(chǔ)、分析、管理、顯示、應(yīng)用數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)，是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測繪遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)為一體的新興邊緣學(xué)科[1，2]。GIS用于地理數(shù)據(jù)采集時(shí)，以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，通過獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行豐富、補(bǔ)充，使得GIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)變得連貫、完整、全面。也可用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，原始數(shù)據(jù)入庫之后發(fā)生轉(zhuǎn)化進(jìn)行合理性修正，可有效篩選無效數(shù)據(jù)，使整個(gè)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)合理化、更富有邏輯，提供多種空間的、動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究及地理決策服務(wù)[3]。

2?GIS在果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃分析的應(yīng)用

果樹的生態(tài)適應(yīng)性，主要包括果樹對(duì)氣候、土壤和地形的適應(yīng)性。GIS在國外果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃的研究已十分成熟廣泛，我國也逐步開始將GIS應(yīng)用于研究果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃。研究范圍涉及到原產(chǎn)中國各地及從國外引種馴化的果樹樹種。研究方向除了果樹的適生區(qū)規(guī)劃，還包括某些品種與生態(tài)適應(yīng)性相關(guān)的環(huán)境變異、對(duì)某地區(qū)域化的自然災(zāi)害發(fā)生進(jìn)行預(yù)測、對(duì)長期研究過程中可能發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行研究等。這些研究的方向更加動(dòng)態(tài)化、全面化、立體化，研究的結(jié)果也更具有參考價(jià)值。

2.1?GIS在果樹用地規(guī)劃的應(yīng)用

果樹用地規(guī)劃，需要對(duì)預(yù)栽果樹的適生條件加以研究，并對(duì)規(guī)劃地的生態(tài)特征進(jìn)行分析。根據(jù)規(guī)劃地滿足預(yù)栽果樹適生條件的程度、社會(huì)因素和相關(guān)政策進(jìn)行區(qū)域等級(jí)劃分，達(dá)到因地制宜、合理規(guī)劃、提質(zhì)增產(chǎn)的目的。

在整個(gè)果樹用地規(guī)劃過程中，GIS的作用主要為：1）對(duì)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，得到柵格圖層數(shù)據(jù);2）對(duì)柵格圖層進(jìn)行矩陣加權(quán)運(yùn)算，生成多因素的完整果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃示意圖。

梁軼[4]等通過分析中陽木棗對(duì)黃土高原氣候的適應(yīng)性、黃土高原中陽木棗在典型豐產(chǎn)年和受災(zāi)年的氣象條件，選擇年平均氣溫、≥10 ℃積溫、年降水量、脆熟采收期降水量和花期降水量5個(gè)因子為區(qū)劃指標(biāo)，建立黃土高原丘陵區(qū)中陽木棗的氣候適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系;再使用GIS技術(shù)，完成研究區(qū)域內(nèi)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的精細(xì)空間小網(wǎng)格模擬推算，結(jié)合地形柵格數(shù)據(jù)層進(jìn)行疊加分析，為黃土高原丘陵區(qū)中陽木棗的生產(chǎn)提供用地規(guī)劃和評(píng)價(jià)。

秦公偉[5]等選擇海拔、坡度、年均降水量、年均氣溫、≥10 ℃積溫、≥0 ℃積溫、土壤類型、土壤質(zhì)地、植被覆蓋指數(shù)、土壤侵蝕程度等10個(gè)指標(biāo)，綜合應(yīng)用線性加權(quán)求和法、判斷矩陣法、GIS空間分析法和聚類分析法對(duì)陜南地區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)劃分，得分最高的為陜南地區(qū)藍(lán)莓潛在適生區(qū)，為產(chǎn)業(yè)管理部門提供了科學(xué)種植意見和規(guī)劃方法。

2.2?GIS在果樹性狀環(huán)境變異研究的應(yīng)用

果樹的目標(biāo)性狀除了受多基因控制、可通過遺傳育種手段改良之外，還受不同環(huán)境因素顯著影響，適宜的種植環(huán)境可以大大提升果樹的品質(zhì)和產(chǎn)量。因此，研究果樹目標(biāo)性狀對(duì)環(huán)境因子的變異響應(yīng)機(jī)制十分必要。

研究果樹性狀的環(huán)境變異，需要從不同的環(huán)境中取樣，通過公式分析出變異的規(guī)律，篩選引起變異的關(guān)鍵環(huán)境因子，建立綜合區(qū)劃評(píng)估模型。GIS的作用主要為：1）對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到柵格數(shù)據(jù);2）用空間分析模塊進(jìn)行計(jì)算，得到柵格單元環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指數(shù);3）運(yùn)用空間分析模塊制圖，計(jì)算不同環(huán)境種植地的分布面積。

王少雄[6]在全國山杏分布地采集了75個(gè)具有代表性的地理種源樣本，并收集這些樣本對(duì)應(yīng)種源地的環(huán)境因子，分析引起山杏種實(shí)性狀、油脂含量、脂肪酸組成、生物柴油特征值變異的9個(gè)關(guān)鍵環(huán)境因子：1月均溫、7月均溫、≥10℃積溫、年均溫、年降水量、海拔、坡度、坡向、土壤pH值，闡明其影響規(guī)律，構(gòu)建評(píng)價(jià)模型。利用GIS技術(shù)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換和重采樣預(yù)處理，得到統(tǒng)一坐標(biāo)的柵格數(shù)據(jù);利用GIS技術(shù)對(duì)選取的9個(gè)因子的柵格屬性運(yùn)用RECLASSIFY命令重新劃分因子適應(yīng)性等級(jí)，生成各因子精細(xì)化空間適宜分布圖;最后運(yùn)用GIS空間分析模塊，生成不同生長環(huán)境的面積分布圖，并與我國土地邊際圖疊加，確定我國山杏的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.3?GIS在果樹區(qū)域化自然災(zāi)害預(yù)測的應(yīng)用

自然災(zāi)害對(duì)果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)有巨大的影響。使用GIS對(duì)災(zāi)害區(qū)劃因子數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、對(duì)可能遭受的自然災(zāi)害繪制風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃專題圖，預(yù)測種植地自然災(zāi)害的發(fā)生，適時(shí)做好防護(hù)措施;也可據(jù)此調(diào)整種植區(qū)域，預(yù)防或減少損失。

李敬源[7]等對(duì)蒼梧各縣進(jìn)行低溫冷害分析，篩選影響該地砂糖桔生產(chǎn)的4個(gè)低溫冷害區(qū)劃關(guān)鍵氣候因子：年極端最低氣溫、1-3月日平均氣溫、1-3月日平均氣溫≤12 ℃持續(xù)天數(shù)、≤8 ℃的積寒量。利用GIS對(duì)經(jīng)過歸一化和加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法處理的4個(gè)因子進(jìn)行不同風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分，繪制蒼梧縣砂糖桔低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃專題圖。并分別對(duì)各低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了具體評(píng)述，提出相應(yīng)預(yù)防辦法和保護(hù)措施，包括加強(qiáng)低溫冷害預(yù)報(bào)、合理選擇品種、搞好種植園基本建設(shè)、采取現(xiàn)代人工智能和生物防治技術(shù)等。

2.4?GIS在果樹區(qū)劃動(dòng)態(tài)變化特征研究的應(yīng)用

適宜區(qū)并不是一成不變的，長期研究的適宜區(qū)分界線會(huì)發(fā)生變化，氣候變化直接影響種植地果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究果樹區(qū)劃的動(dòng)態(tài)變化特征，適時(shí)調(diào)整種植方案，使區(qū)域規(guī)劃過程更加嚴(yán)謹(jǐn)。

馬麗娜[8]以1981年、2001年為界，將1961-2010年的時(shí)間序列分為3個(gè)時(shí)段，對(duì)比分析了這3個(gè)時(shí)段我國龍眼適宜區(qū)南北界線的地理位移、演變特征和影響因素。利用GIS對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格計(jì)算，進(jìn)行氣候傾向率的檢驗(yàn)，對(duì)溫度指標(biāo)進(jìn)行多元線性回歸和檢驗(yàn)，采用空間分析方法，建立溫度適宜性模型。并利用GIS獲取溫度要素的空間分布圖、經(jīng)緯度圖層、殘差圖層，對(duì)中國南部龍眼等溫線的時(shí)空變動(dòng)和適宜區(qū)的南北界線發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了分析。

3?存在問題及解決方案

有關(guān)GIS在果樹生態(tài)適應(yīng)性的研究，主要還存在以下問題。

第一，在與GIS相關(guān)的果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃研究中，對(duì)于相應(yīng)指標(biāo)的確定還不夠科學(xué)、系統(tǒng)、合理。由于氣象站建設(shè)沒有實(shí)現(xiàn)長年系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)也有缺失，總存在必要數(shù)據(jù)不全不準(zhǔn)確的問題。相關(guān)的經(jīng)費(fèi)、人力和時(shí)間投入還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要引起足夠重視。

第二，對(duì)指標(biāo)因子的篩選過于粗略，考慮的指標(biāo)大多為最常見的靜態(tài)因子，基本很少考慮到自然災(zāi)害對(duì)生態(tài)適應(yīng)性的潛在影響，也經(jīng)常忽略一些影響力較小的因子，但這些因子很可能在一些地區(qū)的生態(tài)適應(yīng)性中起著非常重要的作用。

第三，很多研究僅僅局限于自然因素，而不去考慮具體的社會(huì)因素，如交通便利性、與政策的對(duì)接、種植地密集程度、人口密度等等，使得相關(guān)的研究停留在了理論層面，無法指導(dǎo)實(shí)際的生產(chǎn)。

針對(duì)存在的問題，提出以下解決辦法。

第一，豐富數(shù)據(jù)來源渠道。除了查閱相關(guān)官方數(shù)據(jù)庫，還應(yīng)結(jié)合實(shí)地調(diào)研，使用GPS儀獲取樣點(diǎn)最真實(shí)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和補(bǔ)足。無法獲取的數(shù)據(jù)，不要隨便找其他數(shù)據(jù)代替，而應(yīng)該利用Google Earth等網(wǎng)站進(jìn)行重新定位，并盡可能落實(shí)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單位。對(duì)于極個(gè)別站點(diǎn)某些日期或連續(xù)一段時(shí)間無觀測值的情況，可采用附近時(shí)間或站點(diǎn)的數(shù)據(jù)回歸補(bǔ)插[7]。最關(guān)鍵的是加強(qiáng)相關(guān)測量基地的建設(shè)，定期維護(hù)保養(yǎng)，這需要更多相關(guān)領(lǐng)域科技工作者的努力和相關(guān)政策資金的大力支持，真正做到實(shí)現(xiàn)果樹產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、精細(xì)化、系統(tǒng)化。

第二，不要輕易刪去自認(rèn)為不重要的數(shù)據(jù)和指標(biāo)，要多查閱相關(guān)國內(nèi)外研究，全方位考慮各種因素對(duì)果樹生態(tài)適應(yīng)性的影響。可能研究的工作量會(huì)變大，但不能輕易地降低研究的準(zhǔn)確性。

第三，要緊密與實(shí)踐相結(jié)合，了解GIS在其他領(lǐng)域的優(yōu)秀應(yīng)用并加以學(xué)習(xí)。了解當(dāng)?shù)嘏c果樹生態(tài)適應(yīng)性相關(guān)的政策，并結(jié)合城鄉(xiāng)居民對(duì)果樹的市場需求，進(jìn)行合理范圍內(nèi)的調(diào)整。如建立相關(guān)保護(hù)設(shè)施、建立觀光采摘園，改善當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境、地形環(huán)境、小氣候環(huán)境等，真正地做到因地制宜。

參考文獻(xiàn)

[1]陳述彭，魯學(xué)軍，周成虎.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[2]饒衛(wèi)民，章家恩，肖紅生，等.地理信息系統(tǒng)（GIS）在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用現(xiàn)狀概述[J].云南地理環(huán)境研究，2004，16（2）：13-17.

[3]王永杰，高?駿，周振紅.基于GIS的環(huán)境分析評(píng)價(jià)[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，25（2）：63-65.

[4]梁?軼，景?紅，屈振江，等.黃土高原丘陵區(qū)中陽木棗精細(xì)化氣候適宜性區(qū)劃[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2016，32（10）：132-138.

[5]秦公偉，張?靜，王艷龍，等.基于GIS的陜南藍(lán)莓潛在適生區(qū)域研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，10（5）：109-117.

[6]王少雄.山杏種實(shí)形狀與油脂特性的地理變異及其適宜性評(píng)價(jià)[D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[7]李敬源，鐘曉云，葉?瑜，等.蒼梧縣砂糖桔低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].氣象研究與應(yīng)用，2014，35（1）：63-66.

[8]馬麗娜.基于DEM插值的中國南部龍眼溫度適宜區(qū)南北界線變動(dòng)研究[D].廣東：廣州大學(xué)，2013.