基于GIS的五蓮縣櫻桃種植農業氣候區劃研究

朱秀紅

（山東省五蓮縣氣象局，山東日照 262300）

0 引言

五蓮縣處于魯東南山區，櫻桃栽培歷史達2000年以上，是中國最早種植櫻桃的地區之一，“五蓮櫻桃”被評為國家農產品地理標志品牌，2019年全縣櫻桃種植面積5000 hm2，當地果農把種植櫻桃作為增收致富的重要手段。櫻桃生長發育期易受低溫、干旱、暴雨等惡劣天氣影響，造成凍害、落果、裂果等現象[1-3]，有些果農不考慮氣候、果園地形、地貌等實際情況，盲目發展櫻桃園，導致效益不高。2006年姚圣賢[4]建立了泰安市數字高程模型(DEM)，結合小網格推算方法和氣候要素地理推算模型編制了新泰櫻桃種植農業氣候區劃。魏國芹[5]采用模糊聚類方法將山東省劃分為6個甜櫻桃生態栽培區。張春山利用灰色定權聚類分析法對新疆地區櫻桃栽培進行氣候區劃分析。前人研究中的櫻桃種植區劃只是對山東有關地區進行編制，尚未見過針對五蓮縣櫻桃種植區劃編制的研究，因此啟動了本項研究，擬為五蓮縣合理種植櫻桃及優化推廣提供理論依據。

1 資料與方法

氣象資料來源于日照市氣象局。地形、土壤資料、河流矢量數據來源于五蓮縣農業農村局、五蓮縣統計局、五蓮縣自然資源和規劃局[6]。五蓮縣13個鄉鎮區域氣象站建站時間不一致，第1批鄉鎮區域站建于2006年5月，第2批建于2011年12月，第3批建于2012年4月，為了最大限度延長資料收集年限，本研究采用的氣象資料開始年份沒有進行統一，以建站時間為準。

利用Kriging插值法，由五蓮縣各鄉鎮區域站觀測資料獲取分辨率為100 m×100 m的柵格圖，將相關因子進行極大值和極差標準化，通過加權綜合評價法對區劃編制有影響的各因子進行綜合，并集成影響因素數值指標，然后利用層次分析法對影響因素進行對比和計算，得出不同權重，利用GIS技術獲得魯東南山區櫻桃種植精細化綜合區劃圖[7-8]。

2 區劃因子選擇與權重確定

影響五蓮縣櫻桃區劃編制的因子主要有氣候因子、地形因子和土壤因子[6]，對其分別賦予0.6、0.15、0.25權重。櫻桃全生育期分為萌芽、開花、果實發育、成熟、分化等[10]，選擇影響櫻桃生長的8個密切相關氣象因子作為種植區劃影響因子，各因子權重如下：開花期日最低氣溫＜-1℃日數0.27，幼果期日最低溫度＜-1.1℃日數0.22，休眠期日最低溫度＜-10℃日數0.17，果實發育至成熟期日較差0.11，果實發育至成熟期日最高溫度＞35℃日數0.09，果實發育至成熟期平均相對濕度0.06，全生育期總降水量0.05，全生育期總日照時數0.03。地形因子和土壤因子的不同權重數值通過層次分析法(AHP)賦值[11-12]，海拔高度、坡度、坡向3個地形因子權重均為0.33，土壤類型、質地、腐殖質厚度3個土壤因子權重分別為0.35、0.15、0.5。

3 櫻桃精細化區劃因子和分級指標分析

3.1 氣候因子

3.1.1 開花期日最低溫度＜-1℃日數 櫻桃不抗霜凍，五蓮縣櫻桃開花期（3月下旬—4月上旬）日最低氣溫＜-1℃的日數分布特征為西北部高，東南部低。高值區在西北部，最高值為13.1天。低值區在東南部，最小值為11.3天，全縣平均為12.4天。

3.1.2 幼果期日最低氣溫＜-1.1℃日數 櫻桃在幼果期抗凍能力比開花期弱，五蓮縣櫻桃幼果期日最低氣溫＜-1.1℃的日數高值區分布在于里鎮、汪湖鎮和石場鄉等西部地區，低值區出現在中部和東部鄉鎮，變化范圍為0.3～0.7天，平均值0.5天，相差0.4天，變化較小。

3.1.3 休眠期日最低溫度＜-10℃日數 五蓮縣櫻桃休眠期（12月上旬—次年3月中旬）日最低氣溫＜-10℃的日數呈現西北部高于東南部的特點，最高值為5.4天，最小值為2.6天，最大相差2.8天，平均日數為4.4天。高值區主要包括西北部、北部和中部地區，低值區主要包括東南部地區。

3.1.4 櫻桃果實發育至成熟期日較差 五蓮縣櫻桃果實發育至成熟期（4月下旬—5月上旬）日較差呈西北部高，其他地區低的分布特點。最高值為10.8℃，分布在汪湖鎮、于里鎮等西北地區；最低值為10.6℃，分布在洪凝街道、松柏鎮等地區。均值10.7℃，最高最低值相差0.2℃，差值不大。

3.1.5 櫻桃果實發育至成熟期日最高溫度＞35℃日數 五蓮縣櫻桃果實發育至成熟期（4月下旬—5月上旬）日最高溫度＞35℃日數空間分布特點為西北部、東部高于中部、南部地區。全縣＞35℃日數平均值為2.9天，最高為3.1天，最低為2.7天，相差0.4天。

3.1.6 櫻桃果實發育至成熟期平均相對濕度 五蓮縣櫻桃果實發育至成熟期平均相對濕度空間分布相對較均勻，東南略高，西北部略低。最大值為63%，最小值是61%，平均值為62%，全縣總體來看相對濕度相差不大。

3.1.7 櫻桃全生育期降水量 五蓮縣櫻桃全生育期（3月下旬—11月下旬）降水量分布呈現由南向北逐漸遞減的規律，范圍在675～699 mm，相差24 mm，平均降水量為690.6 mm。南部中部地區降水量較多，屬高值區，低值區出現在北部。

3.1.8 櫻桃全生育期日照時數 櫻桃喜光，五蓮縣櫻桃全生育期日照時數分布由北向南逐漸遞減，最高值為1481.6 h，最低值為1449.2 h，全縣平均值為1465.3 h，最高值和最低值相差32.4 h。其中西部、北部、中部地區屬于高值區，西南、南部和東南地區為低值區。

3.2 地形因子

3.2.1 海拔高度 五蓮縣海拔高度起伏較大，范圍在14～662 m之間，多山地丘陵[2-3]。全縣大小山丘3000余個。海拔高度作為重要的地形因子，對櫻桃生長有著重要影響，櫻桃適宜在海拔較低的地方生長，本研究在計算時將此因子進行極小值標準化。

3.2.2 坡度 五蓮縣境內地形起伏大。當坡度大于10°時，對櫻桃生長會有一定影響，當坡度大于30°時，不適宜種植櫻桃，在計算時將此因子進行極小值標準化。

3.2.3 坡向 坡向通過影響光照和溫度影響櫻桃生長，將五蓮縣坡向進行分級，并賦值，無坡為1，北、東北、西北坡為2，東、西坡為3，東南、西南、正南坡為4。

3.3 土壤因子

3.3.1 土壤類型 五蓮縣土壤類型主要包括石質土、風沙土、新積土和棕壤土[6]。其中石質土主要分布在東北、中部、西南、南部和東南部地區；風沙土分布在西北、北部、中部、東南部地區，南部街頭鎮有少量風沙土；新積土和棕壤在全縣零星分布。

3.3.2 土壤質地 五蓮縣壤土分布最廣，其次為壤質砂土、砂壤土、砂質粘土壤，粘土和粘質壤土最少且零星分布在西部、中南部地區。

3.3.3 土壤腐殖質厚度 五蓮縣絕大部分土壤腐殖質厚度為0～3 cm，最厚的為5～10 cm，東部、南部、西北部等鄉鎮土壤腐殖質厚度大，其他地區土壤肥力低。

4 五蓮縣櫻桃精細化區劃

4.1 五蓮縣櫻桃氣候因子精細化區劃

將影響櫻桃生長發育的關鍵氣候因子進行累加[13-17]，如式(1)。

式中，Y氣候表示櫻桃氣候因子的種植適宜程度，Xi為氣候因子，λi為權重。

將五蓮縣櫻桃氣候適宜度分成適宜、次適宜、不適宜3個級別，將8個氣候因子加權計算[18-20]，得到五蓮縣櫻桃氣候因子精細化區劃（圖1）。結果表明，適宜度由東南向西北依次降低，3種類型面積相差不大。適宜區主要包括潮河鎮、叩官鎮、戶部鄉東部、街頭鎮東南大部地區和松柏鎮東南小部地區，次適宜區主要包括洪凝街道、石場鄉、街頭鎮西北部、戶部鄉西北部和許孟鎮大部地區，不適宜區主要包括汪湖鎮、于里鎮、高澤鎮、中至鎮大部、許孟鎮西北部。

圖1 五蓮縣櫻桃氣候因子精細化區劃圖

4.2 五蓮縣櫻桃地形因子精細化區劃結果

將3個地形因子加權計算，如式(2)。

式中，Y地形表示櫻桃地形因子種植適宜程度，X1、X2、X3分別表示坡度、海拔高度、坡向，λ1、λ2、λ3對應權重均為0.33，得到五蓮縣櫻桃地形因子區劃圖（圖2）。結果顯示，五蓮縣櫻桃種植地形適宜度總體較高。全縣除了零星分布的少部分不適宜地區之外，其他絕大部分均為適宜、次適宜地區。

圖2 五蓮縣櫻桃地形因子區劃圖

4.3 五蓮縣櫻桃土壤因子區劃結果

將3個土壤因子標準化并乘以對應權重后進行加權計算，如式(3)。

式中，Y土壤表示櫻桃土壤因子種植適宜程度，X1、X2、X3分別表示土壤類型、土壤質地、土壤腐殖質層厚度，λ1、λ2、λ3表示對應權重0.35、0.15、0.5，得到五蓮縣櫻桃土壤因子區劃圖（圖3）。從土壤因子的角度，五蓮縣櫻桃種植適宜度一般，空間分布極不均勻，西北部、中部和東南部存在少部分適宜區。適宜區面積最少，次適宜區面積次少，不適宜區面積最大，3種類型零星交錯分布在全縣各地。

圖3 五蓮縣櫻桃土壤因子區劃圖

4.4 五蓮縣櫻桃農業綜合氣候區劃結果

用GIS軟件對影響櫻桃生長的氣候、地形、土壤等14個影響因子進行加權疊加分析[21-23]，如式(4)。

式中，λ1為0.60，λ2為0.15，λ3為0.25。利用自然間斷點分級方法將綜合指數劃分成一般適宜、適宜、最適宜3個等級[24-25]，得到五蓮縣櫻桃農業氣候區劃圖（圖4）。

圖4 五蓮縣櫻桃農業氣候區劃圖

五蓮縣櫻桃種植適宜度呈現自東南向西北遞減的趨勢，適宜區所占面積為394.0 km2，約占全縣的26.3%；次適宜區面積占708.7 km2，約占47.2%；不適宜區所占面積為397.2 km2，約占全縣的26.5%。五蓮縣櫻桃種植適宜區主要分布在東南部的街頭鎮、叩官鎮、潮河鎮和戶部鄉，次適宜區主要分布在中部和北部的許孟鎮、洪凝街道、松柏鎮、石場鎮等部分地區，不適宜區主要分布在于里鎮、高澤鎮、汪湖鎮和中至鎮。綜合考慮氣象、地形、土壤因子，全縣大部分區域適宜櫻桃種植，具有較廣的區域性和較強的適宜性。

5 討論

孫玉剛曾用數學統計方法對影響甜櫻桃生長的關鍵氣象因子進行模糊聚類分析，并將五蓮縣作為30個聚類樣本之一，結論是五蓮縣屬甜櫻桃最適宜栽培區，跟本研究的結論基本一致，不同的是本研究將全縣櫻桃種植區劃進行了細化，全縣絕大多數地區屬于櫻桃種植適宜或次適宜區，西北地區屬于不適宜區。區劃結果能夠反映五蓮縣實際櫻桃種植狀況特征，并且可根據各區域適宜性程度對櫻桃種植區域做出調整和優化。五蓮縣櫻桃種植產業除了適當擴大種植面積外，還應該結合山區春季易發生干旱和倒春寒的氣候特點，選擇抗旱、抗凍品種。櫻桃不耐儲藏，但營養豐富，需要進行產品深加工，建議向生產櫻桃汁、櫻桃酒、櫻桃化妝品等方向發展，幫助果農提高產品附加值。