基于GIS的慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植氣候適宜性區(qū)劃

摘要 利用慶陽(yáng)市7縣1區(qū)8個(gè)氣象站1968—2020年氣象資料，采用線性趨勢(shì)分析、累積距平及GIS空間插值方法，對(duì)影響蘋(píng)果種植的關(guān)鍵氣候因子（年平均氣溫、6—8 月平均最低氣溫、1月平均氣溫和年降水量）進(jìn)行時(shí)空變化特征分析，結(jié)合蘋(píng)果種植區(qū)劃指標(biāo)，研究慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植氣候適宜性區(qū)劃。結(jié)果表明：慶陽(yáng)市1968—2020年年平均氣溫、6—8月平均最低氣溫、1月平均氣溫顯著升高，年降水量波動(dòng)增加；空間分布受海拔高度影響，年平均氣溫和6—8月平均最低氣溫具有東北低西南高的特點(diǎn)，1月平均氣溫由南到北逐漸降低，年降水量隨著海拔的降低而增加。蘋(píng)果最適宜種植區(qū)為寧縣大部、西峰南部、鎮(zhèn)原東南部、合水西南部、慶城南部、正寧西部等海拔800～1 400 m的塬地和川地；適宜和次適宜種植區(qū)為西峰中北部、鎮(zhèn)原西部、正寧大部、合水東北部和環(huán)縣中南部、華池大部等地海拔1 400～2 000 m的山地及塬地；不適宜種植區(qū)是環(huán)縣西部等地2 000 m以上的高海拔山地。

關(guān)鍵詞 蘋(píng)果種植；GIS；適宜性；氣候區(qū)劃；慶陽(yáng)市

中圖分類號(hào)：S162.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）03–0111-03

近年來(lái)，氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響主要體現(xiàn)在農(nóng)作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量、種植制度與農(nóng)作物品種分布、農(nóng)業(yè)氣候資源利用等方面。蘋(píng)果是典型的溫帶落葉果樹(shù)，光、熱、水等氣候條件是蘋(píng)果地帶性適生分布和品質(zhì)優(yōu)劣的前提和基礎(chǔ)[1]。吳星宇等[2-4]通過(guò)GIS研究了云南、遼寧省的蘋(píng)果種植氣候適宜性區(qū)劃，關(guān)清等[5-6]研究了伊吾縣、秦安縣蘋(píng)果種植氣候區(qū)劃，認(rèn)為蘋(píng)果適宜生長(zhǎng)在海拔在1 200～1 800 m的區(qū)域。氣候變化造成熱量資源增加，蘋(píng)果種植區(qū)隨之發(fā)生變化，張山清等[7]研究發(fā)現(xiàn)新疆蘋(píng)果1997年后適宜種植區(qū)縮小，次適宜區(qū)擴(kuò)大，不適宜區(qū)縮小。

慶陽(yáng)市位于甘肅省東部，黃土高原溝壑區(qū)，土層深厚，質(zhì)地疏松，富含鉀、鈣、鎂、鋅、硒等多種微量元素，擁有種植高品質(zhì)蘋(píng)果的自然條件，是全國(guó)蘋(píng)果最佳優(yōu)生區(qū)之一[8]。作為慶陽(yáng)市的特色致富產(chǎn)業(yè)，蘋(píng)果相關(guān)的研究很多，車向軍等[9]研究發(fā)現(xiàn)氣候變化對(duì)隴東地區(qū)蘋(píng)果生長(zhǎng)以負(fù)面影響為主；張紅妮[10]等研究蘋(píng)果全生育期所發(fā)生的氣象災(zāi)害防御，而針對(duì)慶陽(yáng)市蘋(píng)果基于GIS的高分辨率蘋(píng)果種植氣候適宜性精細(xì)區(qū)劃研究并未報(bào)道過(guò)。因此，利用1968—2020年慶陽(yáng)市氣象站資料，分析影響蘋(píng)果生長(zhǎng)的氣候因子，利用GIS空間插值方法對(duì)慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植適宜性進(jìn)行精細(xì)化區(qū)劃研究，為氣象防災(zāi)減災(zāi)和農(nóng)業(yè)種植區(qū)劃調(diào)整提供參考，這不僅能促進(jìn)當(dāng)?shù)貙?duì)氣候資源的合理開(kāi)發(fā)利用，還能促進(jìn)種植業(yè)空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

研究所用氣象數(shù)據(jù)選用慶陽(yáng)市7縣1區(qū)8個(gè)氣象站點(diǎn)1968—2020年逐日氣溫、降水觀測(cè)資料，地理信息資料為慶陽(yáng)市1∶50萬(wàn)數(shù)字高程模型，來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心。

1.2 研究方法

基于慶陽(yáng)市1968—2020年氣象資料和蘋(píng)果物候資料，選取影響蘋(píng)果種植的關(guān)鍵氣候因子，采用線性傾向率、累積距平分析各指標(biāo)的時(shí)間變化趨勢(shì)和突變特征[11-12]。

利用氣象資料和DEM數(shù)據(jù)，借助GIS獲得慶陽(yáng)市的縣、鄉(xiāng)邊界線和經(jīng)緯度、海拔的矢量數(shù)據(jù)，通過(guò)層次分析法確定影響蘋(píng)果種植的區(qū)劃指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、空間分析、重分類和疊加計(jì)算，得出慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植氣候適宜性區(qū)劃[13]。

2 蘋(píng)果種植農(nóng)業(yè)氣候條件

2.1 熱量條件

蘋(píng)果是喜溫果樹(shù)，熱量條件不僅決定著蘋(píng)果種植的分布區(qū)域，還制約著蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育、生理活動(dòng)和品質(zhì)糖分[14]。慶陽(yáng)市蘋(píng)果發(fā)育期在每年的4—10月，開(kāi)花期在4月中下旬，氣溫越高，開(kāi)花時(shí)節(jié)越早[15]。在蘋(píng)果生長(zhǎng)階段，溫度過(guò)高，會(huì)造成蘋(píng)果灼燒和果肉硬度下降，溫度過(guò)低，蘋(píng)果無(wú)法成熟。適宜蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育所需的溫度狀況是年平均氣溫為8～14 ℃。隨著氣候變暖，前期溫度高容易使蘋(píng)果遭受霜凍災(zāi)害。冬季最低氣溫不得低于-5 ℃，冬季溫度太低果樹(shù)會(huì)出現(xiàn)“抽條”或凍害，不能安全過(guò)冬。

2.2 水分條件

蘋(píng)果種植要求適宜年平均降水量500～800 mm，相對(duì)濕度為60%～70%[16]。蘋(píng)果生長(zhǎng)分為萌芽期、開(kāi)花期和成熟期，每個(gè)生長(zhǎng)階段所需要的水分不同。慶陽(yáng)市年降水量400～750 mm，基本能滿足生長(zhǎng)所需水分。但是，考慮到慶陽(yáng)市海拔北高南低，降水分布極為不均，雨量集中在夏季，蘋(píng)果成熟期降水多會(huì)影響蘋(píng)果著色和口感，因此，降水需要適時(shí)、適量。

2.3 光照條件

蘋(píng)果喜光，充足的光照是保證其正常生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)佳的必要條件。一般情況下，蘋(píng)果生長(zhǎng)要求年日照時(shí)數(shù)2 200～2 800 h，其中8—9月果實(shí)成熟期要求日照時(shí)數(shù)在300 h以上[17]。慶陽(yáng)市年總?cè)照諘r(shí)數(shù)為2 310～2 558 h，8—9月日照時(shí)數(shù)均＞300 h，完全滿足蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育的需求。

2.4 蘋(píng)果種植區(qū)劃指標(biāo)選取

綜合考慮蘋(píng)果種植所需的水分、熱量、光照等氣象條件和上述蘋(píng)果種植農(nóng)業(yè)氣候條件分析結(jié)果，選取年降水量、6—8月平均最低氣溫、1月平均氣溫和年平均氣溫作為慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植區(qū)劃指標(biāo)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際劃分出最適宜區(qū)、適宜區(qū)、較適宜區(qū)和不適宜區(qū)，具體區(qū)劃指標(biāo)見(jiàn)表1[18-19]。

3 結(jié)果與分析

3.1 蘋(píng)果氣候區(qū)劃指標(biāo)因子的時(shí)空分布

3.1.1 年平均氣溫時(shí)空分布 由圖1可知，1968—2020年慶陽(yáng)市年平均氣溫9.3 ℃，以0.31 ℃/10年的趨勢(shì)增長(zhǎng)，年值在8.0～10.5 ℃之間變化。累積距平呈現(xiàn)出“V”型變化，在1997年之前，年平均氣溫均＜10.0 ℃，1997之后升溫明顯。

慶陽(yáng)市年平均氣溫分布主要受海拔影響，整體呈現(xiàn)從東北向西南隨著海拔的降低而逐漸增加的空間分布（圖2）。華池縣和環(huán)縣平均氣溫小于9.0 ℃，正寧、西峰年平均氣溫為9.0～9.6 ℃，鎮(zhèn)原、慶城熱量資源豐富，年平均氣溫較高，可達(dá)9.6 ℃以上。3.1.2 6—8月平均最低氣溫空間分布 由圖3可知，慶陽(yáng)市1968—2020年6—8月平均最低氣溫為14.7 ℃，與年平均氣溫增幅相同，在2006—2020年波動(dòng)較大，氣溫最高值出現(xiàn)在2006年，為17.6 ℃，高于平均值2.9 ℃。

近53年慶陽(yáng)市6—8月平均最低氣溫與年平均氣溫空間分布趨于相似（圖4）。海拔1 700 m以上的華池縣和環(huán)縣6—8月平均最低氣溫＜15.5 ℃，海拔1 400～1 700 m的寧縣、正寧6—8月平均最低氣溫為15.5～15.8 ℃，此溫度適宜，能滿足蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育的需求，海拔＜1 400的鎮(zhèn)原、慶城、西峰和合水年平均氣溫較高，可達(dá)15.8 ℃以上。

3.1.3 1月平均氣溫空間分布 由圖5可知，1月平均氣溫-5.0 ℃，升溫速率為0.33 ℃/10年，較年平均氣溫升溫明顯，整體波幅較大，最高值出現(xiàn)在2002年，為-1.9 ℃，高于常年3.2 ℃，最低值出現(xiàn)在2011年，為-9.0 ℃，低于常年-3.9 ℃。

近53年慶陽(yáng)市1月平均氣溫呈現(xiàn)出從北向南逐漸升高的趨勢(shì)（圖6）。海拔＞1 700 m的華池縣和環(huán)縣1月平均氣溫小于-5.5 ℃，海拔1 400～1 700 m的寧縣、慶城1月平均氣溫為-5.5～-4.9 ℃，海拔＜1 400 m的鎮(zhèn)原、正寧、西峰和合水1月平均氣溫較高，可達(dá)-4.9 ℃以上，可以保證蘋(píng)果安全越冬。

3.1.4 年降水量空間分布 由圖7可知，慶陽(yáng)市1968—2020年年降水量為526.8 mm，2003年降水量達(dá)到最大，為743.3 mm，1997年降水量最小，只有362.4 mm，1994—2020年降水量小于均值。整體呈現(xiàn)出波動(dòng)增加趨勢(shì)，增加速率為5.0 mm/10年。

慶陽(yáng)市年降水量整體由東南向西北依次遞減（圖8）。海拔＞1 700 m的環(huán)縣年降水量＜511.9 mm，海拔1 400～1 700 m的鎮(zhèn)原、慶城、西峰年降水量為511.9～534.9 mm，海拔＜1 400 m的寧縣、正寧和合水年降水量豐富，可達(dá)534.9 mm以上。

3.2 基于GIS的慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植氣候適宜性區(qū)劃

基于GIS的慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植氣候適宜性區(qū)劃如圖9所示。

3.2.1 最適宜種植區(qū) 慶陽(yáng)市蘋(píng)果最適宜種植區(qū)主要分布在以寧縣為中心的西峰大部、鎮(zhèn)原東南部、合水西南部、慶城南部、正寧西部等海拔800～1 400 m的塬地和川地，上述地區(qū)光照充足、降水量多，氣溫適宜，蘋(píng)果花期受凍害的風(fēng)險(xiǎn)小，生長(zhǎng)期內(nèi)熱量和水分適宜，可作為慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植的重點(diǎn)戰(zhàn)略種植區(qū)。

3.2.2 適宜種植區(qū)和次適宜種植區(qū) 慶陽(yáng)市蘋(píng)果適宜和次適宜種植區(qū)主要分布在西峰中北部、鎮(zhèn)原西部、正寧大部、合水東北部和環(huán)縣中南部、華池大部等地海拔1 400～2 000 m的山地和半山區(qū)。該地區(qū)海拔較低，降水量偏多，果實(shí)生長(zhǎng)期熱量和降水量較為適宜，蘋(píng)果產(chǎn)量和含糖量較高，可作為慶陽(yáng)市蘋(píng)果的規(guī)模擴(kuò)大種植區(qū)。

3.2.3 不適宜種植區(qū) 慶陽(yáng)市蘋(píng)果不適宜種植區(qū)主要分布在環(huán)縣西北部等地高于2 km的高海拔山地。該地區(qū)地勢(shì)不平，降水和熱量資源少，且分布不均。低溫使蘋(píng)果越冬期受到凍害影響，降水量少使蘋(píng)果生長(zhǎng)得不到水分的補(bǔ)充，2種因素嚴(yán)重影響了蘋(píng)果的生長(zhǎng)，不宜作為經(jīng)濟(jì)作物栽培。

4 結(jié)論

（1）慶陽(yáng)市1968—2020年年平均氣溫、6—8月平均最低氣溫、1月平均氣溫分別以0.31、0.31、0.33 ℃/10年的速率升溫，年降水量以速率為5.0 mm/10年波動(dòng)增加。

（2）受地形和海拔高度的共同影響，近53年慶陽(yáng)市氣象要素空間分布差異明顯，年平均氣溫和6—8月平均最低氣溫分布相似，呈現(xiàn)東北低、西南高的特點(diǎn)，1月平均氣溫由南到北逐漸降低，年降水量空間分布隨著海拔高度的降低而增加。

（3）影響慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植的各指標(biāo)時(shí)空分布表明慶陽(yáng)市呈現(xiàn)出暖濕化特征，該特征有利于作物適宜種植區(qū)的擴(kuò)大和提質(zhì)增產(chǎn)。

（4）慶陽(yáng)市蘋(píng)果最適宜種植區(qū)為寧縣，其余以寧縣為中心的絕大多數(shù)地區(qū)屬于蘋(píng)果種植適宜區(qū)或較適宜區(qū)，慶陽(yáng)市環(huán)縣西北地區(qū)屬于不適宜區(qū)。區(qū)劃結(jié)果能夠反映出慶陽(yáng)市實(shí)際蘋(píng)果種植狀況特征，并且可根據(jù)各區(qū)域適宜程度對(duì)蘋(píng)果種植區(qū)域做出調(diào)整和優(yōu)化。

（5）蘋(píng)果適宜種植的區(qū)劃指標(biāo)除了與氣象條件密切相關(guān)，還與土壤土質(zhì)條件、地表水資源等種植條件息息相關(guān)。該研究只研究了影響蘋(píng)果生長(zhǎng)的氣候條件，未研究蘋(píng)果生長(zhǎng)階段所遭受的災(zāi)害和影響蘋(píng)果品質(zhì)和口感的其他因子，在今后的研究中，要進(jìn)一步探索不同生育期內(nèi)蘋(píng)果的受災(zāi)情況，使適宜性的評(píng)價(jià)得到全面反映，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀、準(zhǔn)確。此研究的開(kāi)展可為氣候變化背景慶陽(yáng)蘋(píng)果種植合理布局提供理論依據(jù)。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Study on Climatic Suitability Zoning of Apple Planting in Qingyang City Based on GIS

Wang Juan et al（Qingyang City Meteorological Bureau， Qingyang， Gansu 745000）

Abstract Based on the meteorological data of 8 meteorological stations in 7 counties and 1 district of Qingyang City from 1968 to 2020， using linear trend analysis， cumulative anomaly and GIS spatial interpolation methods， the spatio-temporal change characteristics of key climatic factors （annual average temperature， average minimum temperature in June August， average temperature in January and annual precipitation） affecting apple planting were analyzed， and the climatic suitability zoning of apple planting in Qingyang City was studied in combination with apple planting zoning indicators. The results show that the annual average temperature， the average minimum temperature from June to August， and the average temperature in January in Qingyang City from 1968 to 2020 have significantly increased， and the fluctuation of annual precipitation has increased; The spatial distribution is affected by the altitude. The annual average temperature was similar to the average minimum temperature from June to August， which is low in the northeast and high in the southwest. The average temperature in January decreases gradually from south to north， and the annual precipitation increases with the decrease of altitude. The most suitable planting areas for apples are tableland and Sichuan land with an altitude of 800～1400m， such as most of Ningxian County， the south of Xifeng， the southeast of Zhenyuan， the southwest of Heshui， the south of Qingcheng， and the west of Zhengning. The suitable and sub suitable planting areas are the mountains and tablelands with an altitude of 1400～2000m in the middle and north of Xifeng， the west of Zhenyuan， most of Zhengning. the northeast of Heshui， the middle and south of Huanxian County， and most of Huachi; The unsuitable planting area was the high altitude mountain area above 2000 m in the west of Huanxian County.

Key words Apple; GIS; Suitability; Climate zoning; Qingyang

基金項(xiàng)目 甘肅省氣象局科研項(xiàng)目“氣候變化對(duì)慶陽(yáng)市蘋(píng)果種植氣候適宜性的影響”（2122rczx-縣局業(yè)務(wù)技術(shù)帶頭人-10）。

作者簡(jiǎn)介 王娟（1991—），女，甘肅環(huán)縣人，工程師，主要從事大氣科學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象研究。

收稿日期 2023-01-06