基于GIS的越西甜櫻桃氣候適宜性分布研究

謝東志,胥欣誠

(1.四川省越西縣氣象局,四川 越西 616650,2.成都信息工程大學,成都 610225)

甜櫻桃,又名車厘子,品種屬于歐洲櫻桃。我國的山東、遼寧、河南、湖北、四川等地已有甜櫻桃果樹的引種,形成了多品種的中國大櫻桃,甜櫻桃是我國早春上市最早的水果之一,號稱“早春第一果”,具有皮薄汁多,肉厚味甜的特點,深受當代年輕人喜歡,是最近很火的網紅水果。越西種植甜櫻桃歷史較長,據越西縣東方農業發展有限公司相關數據顯示,自從2003年引進到2020年已經發展種植到25個自然村,年產量超過10000t,因越西甜櫻桃成熟期早,同一品種比省內甜櫻桃主產區早10～15d,比北方甜櫻桃主產區早25～30d,并且越西的甜櫻桃肉厚汁多,味道甘美,在西博會上榮獲“最受歡迎展品獎”和“特色農業展覽最暢銷產品獎”。隨著鄉村振興的號角正式吹響,為進一步提升越西縣甜櫻桃產業的發展潛能,為鄉村振興提供堅實后盾,防止越西縣甜櫻桃產業無序化,零散化發展,因此,開展越西縣甜櫻桃氣候適宜性區劃很有必要,它能有效利用越西縣的氣候優勢資源,有益于甜櫻桃的科學種植,提升品質,打造良好的產業生態鏈,對農戶增收也有重要意義。

目前,學術上關于甜櫻桃的研究主要還是集中在甜櫻桃的種植管理技術,彭榮元等[1]提出大櫻桃品種和栽培技術的方法,注意防水排澇以及防范氣象災害,主要是冰雹等。曾黎瓊等[2]發現不同品種的甜櫻桃生物學特性、產量、果實品質有所差異,此外甜櫻桃的研究是以北方產區為主[3-5],例如山東、陜西等地,四川包括汶川、漢源甜櫻桃的主要產區都未針對甜櫻桃進行氣候適宜性研究。

甜櫻桃的種植與生態環境和氣象因素有很大聯系。劉慶泰等[3]對山東等地的甜櫻桃種植進行研究發現,甜櫻桃抗寒力較弱,喜溫暖而潤濕的氣候,適宜在年平均氣溫13～14℃的地方栽培。與年平均溫度,以及3～4月的低溫4～10月的日照時數和年降水量還有地形都有緊密的聯系。影響其產量的主要因素是溫度和降水量。周洲[6]則發現甜櫻桃裂果與降水量關系不大,主要影響裂果的因素是空氣濕度。而氣候適宜性區劃在四川主要集中在水稻、玉米等糧食作物上,涼山等地區對秋蕎以及塊菌進行了氣候適宜性區劃,沒有專門針對甜櫻桃進行區劃分析。

本文結合越西縣氣象局以及14個國家區域氣象觀測站資料,綜合分析氣溫、降水量以及日照等指標,采取層次分析法(APH)對越西縣的甜櫻桃氣象適應性區劃分布進行研究,以便更好的為越西縣甜櫻桃產業的可持續性和產業化發展提供科學依據。

1 資料和方法

1.1 資料來源

本文所使用的氣象資料主要是越西縣1971-2018年逐日氣象要素序列,包括氣溫、降水、日照等,還有14個越西縣區域國家氣象觀測站2011-2022年逐日氣象要素(包括氣溫、降水、日照、相對濕度)全部來自于越西縣氣象局,研究的站點分布如圖1所示。地理空間高程數據(DEM)來自地理空間數據云官網,空間分辨率為30m×30m。

甜櫻桃2011～2020年的產量和種植面積以及甜櫻桃的生長發育期資料來源于越西縣農業農村局果樹站。

1.2 甜櫻桃的氣象產量分離

根據影響作物最終產量形成的各種自然和非自然因素,可按影響性質和時間尺度劃分為兩部分,即:

圖1 主要研究范圍和氣象站點分布情況

Yi=Yt+Yw(1)

(1)式中Yi為作物實際單產;Yt為趨勢產量,是反映歷史時期生產力水平的產量分量;Yw為氣象產量,是受氣象條件變化影響的產量分量。根據越西縣甜櫻桃實際單產的變化趨勢為曲線形式,將甜櫻桃實際產量隨時間的變化用正交多項式模擬更接近實際產量的變化趨勢。即:趨勢產量模擬為正交多項式:

yt=a0+a1xt+a2xt2+a3xt3(2)

(2)式中хt時間。設 хt=ω1(хt), хt2=ω2(хt), хt3=ω3(хt), 則(2)式用新變量ωi(хt)表示為多元線性回歸方程:

yt=b0+b1ω1(xt)+b2ω2(xt)+b3ω3(xt)(3)

用(3)式模擬產量趨勢項,進行方差分析,用F檢驗確定多項式的項數,建立越西縣甜櫻桃趨勢產量模擬方程:

yt=0.143X3+6.55X2+106X-24.88**(4)(**表示通過a=0.05顯著性檢驗)

根據式(4)計算得到 越西甜櫻桃趨勢產量Yt,將Yt代入(1)式即算出主產縣氣象產量Yw。

2 氣候適應性區劃指標的確定

根據越西縣農業農村局果樹站研究和生產實際調研得,以2月下旬至5月下旬作為越西甜櫻桃的平均生育期,根據甜櫻桃生長發育規律,將全生育期分為3個階段:萌芽期(2月下旬),花期(3月),果期(3月下旬至5月下旬)。

2.1 氣象要素對甜櫻桃氣象產量影響的關鍵時期

利用越西甜櫻桃的氣象產量與生育期氣象要素進行相關分析,找出通過a=0.10以上顯著性檢驗的時段作為該要素影響甜櫻桃產量的關鍵時期,其結果見表1。

表1 越西縣氣象要素對甜櫻桃產量主要影響時期

從表1看出,不同氣象要素對甜櫻桃產量影響也各不相同,在花期3月上旬,主要影響要素為旬平均氣溫和最高氣溫;在盛花期(3月中下旬)則主要是受到最高、低溫和降水量影響;在果期,則主要受平均氣溫和最低氣溫以及相對濕度三者影響較大。

2.2 氣象要素和甜櫻桃氣象產量的關系

利用越西甜櫻桃氣象產量與每旬氣象要素進行相關性分析,得出表2。越西甜櫻桃主要生長階段在3月至5月,該時期良好的溫度和降雨量有利于甜櫻桃產量的增加。這從3月中旬和5月中旬平均氣溫和氣象產量呈正相關可以看出,但是在3月上旬和下旬,最高溫度容易使產量減少,與氣象產量呈負相關,主要是因為3月上旬正值花期中的初花期,下旬則處于末花期和坐果期交疊時段,較高的氣溫可能對花蕾和小果造成曬傷,使得產量減少。進入5月果期時段,可以看出上旬平均氣溫和最高溫度對氣象產量呈明顯的正相關性,說明此時段需要大量的熱量,但是5月上旬的相對濕度和下旬的平均氣溫則與氣象產量負相關,主要是因為,這個時段,屬于甜櫻桃果實成熟期,如果空氣濕度較大,容易造成裂果,使得果實品質下降,而5月下旬已經屬于甜櫻桃果實的末期,平均溫度過高,也容易造成果實干癟、開裂等,影響實際產量。

表2 越西甜櫻桃與氣象要素的關系

綜合分析,越西甜櫻桃的生長階段主要處于越西縣春季,此時段溫度和降水條件相對較好,有利于產量增加。總體上甜櫻桃氣象產量和3～5月的平均溫度呈正相關,與降水量和平均濕度呈負相關。

2.3 越西甜櫻桃氣象指標和地理推算模型

根據越西甜櫻桃生長發育期特性,通過計算各氣象要素對甜櫻桃氣象產量的影響,綜合選取影響甜櫻桃產量的關鍵氣象要素為:3～5月的平均氣溫;5月上旬的最高氣溫,5月平均相對濕度以及綜合考慮地形(坡度和坡向)確定了越西甜櫻桃氣候適應性指標,如表3。

表3 越西甜櫻桃氣候適宜性區劃指標

越西縣境內多山,主要以橫斷山脈為主,山川南北縱列,地勢南高北低,嶺谷相對高度1000～2000m,最低海拔1170m,最高海拔4791m。地形復雜,因此為了更好呈現越西縣各地氣象要素,需要建立3-5月平均氣溫、5月上旬最高氣溫、5月平均相對濕度和經度(λ)、緯度(φ)和海拔高度(h)的多元線性回歸空間方程。

Y=f(λ,φ,h)+ε(5)

式中Y為各氣象要素,λ、φ和h分別對應經度、緯度和海拔高度,ε為地理殘差,即

ε=Y實際值- f(λ,φ,h) (6)

根據實際情況,地理殘差ε采用反距離權重法(IDW)進行訂正。各氣象要素回歸方程如表4。

表4 越西縣甜櫻桃氣候適宜性指標空間回歸方程

為更好的確定各項因素的權重系數,采用層次分析法進行權重系數的確定,AHP法主要是指將與決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次,在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法,其核心是利用1-9的整數和其倒數值作為建立構造判斷矩陣,兩兩要素相互比較,再使用和積法計算權重系數。得出下表5。

表5 越西縣甜櫻桃各氣候適宜性指標權重系數

3 結果分析

通過空間模型算出各點的氣象要素分布,并在利用地理殘差疊加,用Arcgis軟件提取并計算。最終結合AHP 法得出越西縣甜櫻桃氣候適宜性分布圖,得出圖2的越西縣甜櫻桃氣候適宜性區劃圖。從圖2可以看出總的來說,越西縣甜櫻桃適宜區占全縣總面積的33.7%,較適宜區占比為49.3%,不適宜區僅占比17.0%,這充分說明越西縣大部地區還是較為適合甜櫻桃種植生長的。從種植鄉鎮來看,不適宜其種植的地區主要集中在西部和冕寧縣分界的山脈和東部與美姑縣交界的高山地區,此地區海拔較高,并且基本無人居住,不適合開展農業生產活動。適宜區在越西縣呈南北向帶狀分布,如北部的梅花、保安、乃托、板橋以及中部的大花、拉普、爾覺、大瑞、南箐和南部的書古、普雄、貢莫和依洛地壩、竹阿覺,這些鄉鎮在每年的3～5月氣溫適宜,平均溫度在14～15℃,降水充沛,光照適宜,良好的光、溫、水配合非常適宜甜櫻桃的生長發育,并且此區域的海拔多在2000以下,坡度也較小,利于排水排澇,兼具坡向也向陽,因此甜櫻桃的產量也較好。較適宜區則集中在越城、新民、中所和海拔稍高的拉吉和申果莊,越城、中所是由于5月溫度較高,此時段較高的氣溫容易灼傷果實,造成減產;而申果莊和拉吉則由于海拔較高,在2500～3000m左右,熱量條件差,在果實形成的關鍵階段,5月溫度過低,因此不利于品質較好的甜櫻桃形成。

圖2 越西縣甜櫻桃氣候適宜性區劃

4 結論

(1)越西縣甜櫻桃生長發育主要受到3～5月的平均氣溫以及5月上旬最高氣溫因素的影響和制約。降水量和日照對越西甜櫻桃總產量影響較小,只有5月分相對濕度對產量有部分影響。

(2)大致上看,越西縣甜櫻桃種植適宜區呈南北帶狀分布,這也和越西縣甜櫻桃的實際種植區域吻合。較適宜區則主要存在于越城、新民、中所和南部的高海拔二半山地區申果莊片區和拉吉鄉。不適宜區則分布在越西的東西邊界高山地區。

(3)根據Arcgis軟件的計算統計,其中,適宜區占越西縣總面積約為33.7%,次適宜區面積占比為47.3%,不適宜區占約17.0%,充分說明越西縣的氣候條件很適合甜櫻桃的生長發育,可以適當推廣種植,幫助當地群眾脫貧致富。

(4)本文雖然綜合考慮了氣候及地形因素對甜櫻桃的影響,但是沒有對土低利用率、土壤質地、還有防災減災手段,比如越西縣東方農業公司已經在試點使用大棚種植技術來進一步預防冰雹、暴雨災害以期提高產量。此外本文采用的區域站氣象數據站點只有14個,越西東部地區沒有區域氣象站點分布,可能造成數據的不準確,越西縣氣象局已于2020年底將全縣所有鄉鎮安裝了區域自動站,后續可以繼續跟進研究。最后,本文采用了AHP法確定個因素的權重,但是因為存在人為主管因素影響,因此在今后使用時還要結合具體情況具體分析。