李斌　江銘諾　龍步菊

摘 要：根據(jù)酥梨生長發(fā)育對(duì)氣候條件的要求，分析并確定了山西省忻州市種植酥梨合理布局的關(guān)鍵氣候因子和氣候區(qū)劃評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，即年平均氣溫、1月份平均氣溫、夏季（6—8月）平均最低氣溫和年降水量4個(gè)關(guān)鍵氣候因子，以此作為劃分山西忻州酥梨種植布局的氣候區(qū)劃指標(biāo)。為了消除邊緣效應(yīng)的影響，采用忻州市15個(gè)氣象臺(tái)站和周邊縣市16個(gè)氣象臺(tái)站1981—2010年的氣候資料及對(duì)應(yīng)站點(diǎn)的地理基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，應(yīng)用趨勢(shì)面和多元回歸分析方法建立氣候區(qū)劃指標(biāo)因子的空間模擬推算模型，并利用GIS技術(shù)對(duì)氣候區(qū)劃要素進(jìn)行細(xì)網(wǎng)格推算和殘差訂正計(jì)算。最后通過重分類方法評(píng)判、賦分制作出山西忻州酥梨氣候區(qū)劃圖，劃分出最適宜、次適宜和不適宜的3個(gè)種植區(qū)。這樣做，為忻州趨利避害合理發(fā)展酥梨生產(chǎn)，進(jìn)一步科學(xué)地優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理布局酥梨種植提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：GIS技術(shù)；酥梨；氣候區(qū)劃；氣候因子

中圖分類號(hào)：S661.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.013

酥梨原產(chǎn)于安徽碭山，稱為碭山酥梨，在我國四大梨系統(tǒng)中歸為白梨系統(tǒng)，是古老的地方優(yōu)良品種。研究表明，在陜西渭北、山西和新疆，酥梨的栽培品質(zhì)、外觀均優(yōu)于原產(chǎn)地。

山西省忻州市是全國梨樹生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)區(qū)域，忻定盆地的原平素有“酥梨基地”之稱，梨樹的種植歷史悠久。由于氣候、土壤等條件適宜，忻州所產(chǎn)酥梨汁甜色黃、酥脆質(zhì)優(yōu)，曾多次參加全國展評(píng)，并屢獲殊榮。截至2010年底，全市酥梨產(chǎn)值占梨總產(chǎn)值的82.7%.梨樹已經(jīng)成為繁榮全市農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、增加農(nóng)民收入的重要產(chǎn)業(yè)之一。

山西省忻州市位于山西省中北部，境內(nèi)地形復(fù)雜，且變化起伏較大，各區(qū)域氣象要素差異明顯，因此，對(duì)忻州全市進(jìn)行酥梨氣候區(qū)劃具有十分重要而明顯的意義。本文在趙政陽等完成的大范圍粗略梨樹區(qū)劃的基礎(chǔ)上，分析、研究了酥梨適宜生長的條件，確定了區(qū)劃指標(biāo)，并建立了相應(yīng)的氣候?qū)W推算模型。利用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的酥梨氣候區(qū)劃，能夠幫助忻州趨利避害，合理發(fā)展酥梨生產(chǎn)，進(jìn)一步科學(xué)地優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理布局酥梨種植。

1 資料數(shù)據(jù)與區(qū)劃要素分析

1.1 研究數(shù)據(jù)

采用忻州全市15個(gè)氣象觀測(cè)站和周邊16個(gè)氣象觀測(cè)站1981—2010年的氣象觀測(cè)資料，包括年平均氣溫、年平均降水量和一月平均氣溫等，以及各臺(tái)站經(jīng)度、緯度、海拔高度數(shù)據(jù)。由于五臺(tái)山氣象觀測(cè)站（53588）遷站的原因，該臺(tái)站只使用1998-01—2010-12的氣象觀測(cè)資料。忻州市各主要站點(diǎn)的基本情況如表1所示。

1.2 地理信息資料

地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括了忻州市1∶25萬高程數(shù)字模型DEM數(shù)據(jù)和各區(qū)縣的行政邊界。

1.3 酥梨生長適宜氣候條件分析

1.3.1 溫度對(duì)酥梨生長與品質(zhì)的影響

已有研究結(jié)果表明，酥梨不喜溫，冬季能耐-25～-23 ℃的低溫，適宜酥梨生長的年平均氣溫為8.5～14.0 ℃。當(dāng)1月平均氣溫為-9～0 ℃時(shí)，既可使酥梨安全越冬，又能使酥梨冬季得到充足的休眠。如果1月平均氣溫略顯偏高，則會(huì)導(dǎo)致果樹冬季休眠不充分，影響果實(shí)的品質(zhì)和產(chǎn)量。當(dāng)生長季6—8月的平均最低氣溫為15.1～19.0 ℃時(shí)，有利于酥梨糖分的積累。6—8月的氣溫日較差越大，夜溫越低，越有利于果實(shí)著色和糖分的積累。

1.3.2 水分對(duì)酥梨生長和品質(zhì)的影響

酥梨主產(chǎn)區(qū)的年降水量多為500～900 mm，降水不足時(shí)，可加以灌溉補(bǔ)充。酥梨耐濕性差，當(dāng)空氣相對(duì)濕度大于75%時(shí)，果實(shí)容易出現(xiàn)蟲害，且果面不夠光潔。忻州市大部分地區(qū)空氣相對(duì)濕度小于75%，所以，適宜酥梨種植。忻州市有灌溉條件地區(qū)的酥梨產(chǎn)量優(yōu)于沒有灌溉條件地區(qū)，降水偏多對(duì)酥梨的產(chǎn)量和品質(zhì)均有影響。

1.3.3 光照對(duì)酥梨生長與品質(zhì)的影響

酥梨喜光，年需日照1 600～1 700 h。良好的光照有利于花芽的形成，果實(shí)著色和果實(shí)品質(zhì)的提高。在忻州市，除了忻定盆地的年日照時(shí)數(shù)略微偏少外，其他大部分地區(qū)年日照時(shí)數(shù)在2 600 h以上，各區(qū)域的年均日照時(shí)數(shù)在2 400.4～2 803.7 h之間，光照條件充足，能夠滿足喜光酥梨的需求。

1.4 酥梨農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃指標(biāo)

根據(jù)酥梨的氣候適應(yīng)性進(jìn)行分析，并結(jié)合張國秀等的研究結(jié)果，判斷影響忻州酥梨生長發(fā)育的氣候條件是熱量和水分。熱量指標(biāo)有年平均氣溫、1月平均氣溫、夏季（6—8月）的平均最低氣溫。忻州屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，具有雨熱同期的氣候特點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)、分析忻州各地逐月降水資料可知，在梨樹生長季（4—10月）各地的降水量占全年比重的90%以上，因此，水分指標(biāo)采用年降水量具有很好的代表性。年平均氣溫和年降水量反映了當(dāng)?shù)鼗镜臒崃織l件和水分狀況。1月平均氣溫為最冷月的平均氣溫，它可以反映當(dāng)?shù)毓麡浜妥魑镌蕉陂g的熱量條件；夏季（6—8月）平均最低氣溫可以反映當(dāng)?shù)叵募镜囊箿厥欠裼欣谒掷嫣欠值膬?chǔ)存。當(dāng)年平均氣溫在8.5～14.0 ℃，年降水量在551～900 mm，1月平均氣溫為-9～0 ℃，夏季（6—8月）平均最低氣溫在15.1～19.0 ℃時(shí)，最適合酥梨的生長。由于年降水量對(duì)酥梨生長的影響比其他3個(gè)因子要大，所以，在評(píng)分時(shí)，賦予的分?jǐn)?shù)基數(shù)最大，其適宜區(qū)間賦分為45分，其余3個(gè)因子適宜區(qū)間賦分為15～25分。已有研究表明，當(dāng)年平均氣溫小于6.4 ℃或者大于等于15.5 ℃時(shí)，均不能滿足酥梨的正常生長發(fā)育。當(dāng)年平均氣溫不在這個(gè)區(qū)間時(shí)，賦予0分。根據(jù)線性插值原理，當(dāng)年均氣溫處于最適宜年均氣溫以上或以下，且位于可生長范圍年平均氣溫的區(qū)間時(shí)，賦予15分；當(dāng)年均氣溫處于適宜區(qū)間時(shí)，賦予25分，其他3個(gè)指標(biāo)的數(shù)值范圍和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)以此類推。具體的區(qū)劃指標(biāo)和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2 區(qū)劃方法與過程

2.1 氣溫空間化方法

從王懷清等在2011年所作的1998—2007年全國651個(gè)基本、基準(zhǔn)站氣溫插值模型結(jié)果中可知，趨勢(shì)面法估算的結(jié)果比較好地反映了局部地形對(duì)酥梨種植的影響。本文根據(jù)其研究結(jié)果綜合分析，結(jié)合孟慶香等的研究，采用普通多元線性回歸法和趨勢(shì)面法加殘差內(nèi)插（Kriging）的綜合法對(duì)忻州全市的熱量資源進(jìn)行細(xì)網(wǎng)格推算。

2.2 降水空間化方法

與氣溫空間化方法類似，降水空間化方法的主要機(jī)理是，利用多種數(shù)學(xué)模型來擬合未采樣點(diǎn)的降水信息。沈紅等采用“逐步回歸的趨勢(shì)面模擬+殘差內(nèi)插”法建立黃土高原地區(qū)降水空間分布的數(shù)學(xué)模型，用于模擬整個(gè)黃土高原降水量的空間分布。綜合上述方法，本文采用普通多元線性回歸法和趨勢(shì)面法加殘差內(nèi)插（Kriging）的綜合法對(duì)忻州全市的降水資源進(jìn)行細(xì)網(wǎng)格推算。

2.3 推算模型與空間網(wǎng)格化

2.3.1 熱量及其資源小網(wǎng)格推算模型

根據(jù)最小二乘法原理，利用SPSS軟件進(jìn)行多元線性回歸分析，并對(duì)各參數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，保留對(duì)因變量貢獻(xiàn)大的自變量。復(fù)相關(guān)系數(shù)R越大，表明要素（變量）之間的相關(guān)程度越密切；擬合度系數(shù)R2是測(cè)定回歸方程擬合優(yōu)度的重要指標(biāo)，R2越大，方程的擬合度就越高。最后對(duì)該擬合方程進(jìn)行顯著性F檢驗(yàn)，檢驗(yàn)該擬合方程是否達(dá)到α=0.01的顯著性水平。如果達(dá)到，將該擬合方程作為熱量資源區(qū)劃指標(biāo)的氣候?qū)W方程；如果未到達(dá)，則進(jìn)行趨勢(shì)面分析，將f（λ，φ，h）展開成如下三元二次趨勢(shì)面方程，即：

從表3中可以看出，各方程的擬合度系數(shù)R2在0.816～0.942之間，F(xiàn)值為16.27～137.72，方程均通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。這表明，方程回歸效果比較好，可用其進(jìn)行熱量資源區(qū)劃指標(biāo)的小網(wǎng)格推算。

2.3.2 降水資源小網(wǎng)格推算模型

類似于熱量及其資源小網(wǎng)格推算模型的建立方法，建立降水的宏觀趨勢(shì)項(xiàng)。根據(jù)忻州市年降水量的分布特點(diǎn)，將忻州分為忻定盆地和高寒山區(qū)2個(gè)分區(qū)，分區(qū)域建立降水與經(jīng)、緯、高計(jì)算模型，各模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R在0.76以上，均達(dá)到了0.01的顯著水平。表4為各區(qū)域以及全市的年降水估算模型和誤差。

2.4 區(qū)劃指標(biāo)的小網(wǎng)格推算及專題圖制作

2.4.1 區(qū)劃指標(biāo)的小網(wǎng)格推算

根據(jù)上述4個(gè)區(qū)劃指標(biāo)的5個(gè)推算方程，可以推算出每個(gè)區(qū)劃指標(biāo)在90 m×90 m網(wǎng)格點(diǎn)上的分布值，再利用式（2）進(jìn)行殘差訂正計(jì)算。

2.4.2 山西忻州酥梨氣候區(qū)劃圖的制作

利用相關(guān)計(jì)算得到的4個(gè)區(qū)劃指標(biāo)的柵格圖像數(shù)據(jù)，綜合郭兆夏等的研究結(jié)果，利用ArcGIS的重分類功能，根據(jù)表2將4幅圖進(jìn)行重新賦值，最后將4個(gè)重新賦值后的區(qū)劃指標(biāo)的柵格圖利用柵格計(jì)算器進(jìn)行矩陣加法運(yùn)算，獲得一個(gè)總體分值。當(dāng)總分值為75～100分時(shí)，所有指標(biāo)達(dá)到適宜或最適宜，為適宜區(qū)。依此類推，當(dāng)總分值為50～75分時(shí)，為次適宜區(qū)，其他為不適宜區(qū)。給不同的區(qū)域賦予不同的顏色，并迭加縣邊界、制作圖例，完成山西忻州酥梨農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃圖，如圖1所示。

3 區(qū)劃結(jié)果分析

3.1 適宜區(qū)

本區(qū)主要分布在忻定原盆地、代縣縣城一帶，此區(qū)分布連片，海拔高度800～1 100 m，年平均氣溫8.0～14 ℃，年降水量500～750 mm，年日照時(shí)數(shù)1 800～2 500 h，1月平均氣溫-10.0～-6.5 ℃，6—8月相對(duì)濕度67%～74%，本區(qū)光、熱、水氣候條件均處于適宜酥梨生長的最優(yōu)范圍，且土壤和灌溉條件好，是忻州市酥梨種植的最佳區(qū)域。該區(qū)生產(chǎn)的酥梨果型端正，果色好，含糖量高，品質(zhì)優(yōu)異。

3.2 次適宜區(qū)

該區(qū)主要分布在黃河沿河一帶和忻定原盆地附近的低山丘陵。此區(qū)海拔900～1 400 m，年平均氣溫7.0～11.0 ℃，年降水340～470 mm，年日照時(shí)數(shù)2 410～2 800 h，1月平均氣溫為-8.2～-6.3 ℃。本區(qū)光照條件充足，熱量資源尚可，但降水量少，如果能解決灌溉用水問題，則適宜酥梨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.3 不適宜區(qū)

忻州西部的五寨、岢嵐、寧武、神池、靜樂縣大部地區(qū)和沿黃三縣的高寒黃土丘陵山區(qū)、西部五臺(tái)、繁峙大于2 000 m的高寒山區(qū)均為酥梨不適宜種植區(qū)。對(duì)于這些不適區(qū)而言，光照條件充足，但降水不足，氣溫偏低，不能滿足酥梨的正常生長需要。而五臺(tái)地區(qū)的高寒山區(qū)氣溫低，熱量條件嚴(yán)重不足，再加上山勢(shì)陡峭，酥梨無法生長，不適宜發(fā)展酥梨產(chǎn)業(yè)。

4 結(jié)論與建議

本文根據(jù)酥梨生長發(fā)育對(duì)氣候條件提出的要求，將年平均氣溫、1月份平均氣溫、夏季（6—8月）平均最低氣溫和年降水量作為劃分山西忻州酥梨種植布局的氣候區(qū)劃指標(biāo)，建立起相應(yīng)的氣候?qū)W推算模型。利用GIS技術(shù)可以分析復(fù)雜地形的氣候資源，并進(jìn)行精細(xì)化的氣候區(qū)劃，大大提高了山區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的利用率。酥梨耐寒喜溫，忻州市忻定原盆地的光、熱、水資源能很好地滿足酥梨的生長需求，為酥梨適宜種植區(qū)。該區(qū)可大力發(fā)展酥梨產(chǎn)業(yè)，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。黃河沿河一帶和忻定原盆地附近的低山丘陵為酥梨次適宜種植區(qū)，由于降水量偏少，所以，該區(qū)應(yīng)保證果樹的灌溉。除此之外，忻州其他地區(qū)因?yàn)闊崃科?、降水偏少，不利于?yōu)質(zhì)酥梨的生長，不宜盲目引種酥梨。此外，影響忻州酥梨生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害是果樹花期凍害，因此，要加強(qiáng)對(duì)果樹花期的管理，重視天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警信息，增強(qiáng)防御果樹花期凍害意識(shí)，普及防御果樹花期凍害技術(shù)和方法。

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〔編輯：白潔〕.