王彥平, 陰秀霞, 張 昉, 張煦明, 烏長順

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內(nèi)蒙古東北部大豆氣候適宜度等級及種植區(qū)劃研究*

王彥平1, 陰秀霞1, 張 昉2, 張煦明1, 烏長順3

(1. 內(nèi)蒙古呼倫貝爾市氣象局 海拉爾 021008; 2. 內(nèi)蒙古呼倫貝爾扎蘭屯市氣象局 扎蘭屯 162650; 3. 內(nèi)蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗氣象局 阿拉坦額莫勒 021300)

為高效利用內(nèi)蒙古東北部地區(qū)水熱資源, 發(fā)展冷涼地區(qū)大豆種植業(yè), 利用呼倫貝爾市、興安盟及周邊黑龍江地區(qū)近30年的氣象觀測資料和大豆發(fā)育期資料, 采用氣候適宜度分析方法, 計算了該區(qū)域近30年逐年大豆氣候適宜度, 建立了氣候適宜度評價指標, 進行了基于GIS的呼倫貝爾市大豆適宜種植區(qū)劃。研究結果表明, 溫度適宜度和水熱綜合適宜度≥0.6為適宜, 0.4~0.6為較適宜, ≤0.4為不適宜; 降水適宜度≥0.7為適宜, 0.6~0.7為較適宜, ≤0.6為不適宜。大豆適宜種植區(qū)域為大興安嶺農(nóng)區(qū)東南端; 較適宜種植區(qū)域為大興安嶺東麓, 適宜種植區(qū)的外沿; 不適宜種植區(qū)位于呼倫貝爾市北部林區(qū)及西部牧區(qū)。在林區(qū)南部的農(nóng)林交錯帶中, 該區(qū)1 900~2 100 ℃積溫區(qū)域為玉米不適宜種植地區(qū), 但可以大力發(fā)展大豆種植業(yè), 在調(diào)整種植業(yè)結構時可考慮在這一區(qū)域增加大豆種植面積。

內(nèi)蒙古東北部; 氣候適宜度; 評價指標; 大豆種植; 區(qū)劃方法

內(nèi)蒙古東北部是全國重要的優(yōu)質大豆[(L.) Merrill]生產(chǎn)基地, 也是東北大豆產(chǎn)區(qū)的重要組成部分, 其種植面積僅次于玉米(L.)。2016—2017年, 內(nèi)蒙古自治區(qū)根據(jù)市場需求變化, 對種植業(yè)進行了科學調(diào)整, 破解種植業(yè)的玉米作物“一糧獨大”問題, 逐步增加東北部地區(qū)大豆的種植面積。

氣候適宜度方法近幾年被廣泛用于農(nóng)作物和氣候條件之間適應程度的研究, 主要應用領域為開展氣候變化背景下農(nóng)業(yè)氣候資源的適宜性評估、農(nóng)業(yè)應對氣候變化及合理開發(fā)和高效利用農(nóng)業(yè)氣候資源等[1]。

在氣候變化對農(nóng)作物適宜度的評價方面, 陳炳東[2]總結了氣候資源對農(nóng)作物適宜度影響的一般研究思路、研究內(nèi)容和研究進展, 指出進行氣候變化對于農(nóng)作物適宜度影響的研究中應當首先進行農(nóng)業(yè)氣候資源適宜度模式的建立, 然后根據(jù)具體研究方法結合農(nóng)作物情況進行相關研究計算。隨著農(nóng)業(yè)氣候適宜度的提出, 國內(nèi)不少學者對不同尺度區(qū)域的農(nóng)業(yè)生態(tài)氣候適度進行了系統(tǒng)的分析探討。劉實等[3]研究了近50年東北地區(qū)熱量資源變化特征, 得出氣溫和積溫均持續(xù)增加利于農(nóng)作物生長和產(chǎn)量提高; 冶明珠等[4-5]研究了氣候變化背景下東北地區(qū)熱量資源及玉米溫度適宜度變化特征, 得出東北地區(qū)熱量資源顯著增加, 玉米溫度適宜度也逐漸升高。在國外, 氣候變化對農(nóng)作物影響的聚集點都是對氣候變化潛在的或者已經(jīng)呈現(xiàn)出來的對農(nóng)作物產(chǎn)量、水平衡、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)組成成分影響等問題展開的分析。Matthews等[6]對比了1989年在菲律賓調(diào)查的氣候變化和水稻產(chǎn)量關系的研究, 利用模型模擬量化氣候變化和水稻產(chǎn)量的關系, 最后擴展到中尺度甚至大尺度研究; Mestre-Sanchís等[7]研究表明, 氣候變化會導致某些區(qū)域作物生境惡化, 隨著深入研究進而發(fā)現(xiàn)氣候變化不僅影響著自然環(huán)境及人類社會, 同時還影響了農(nóng)作物生長的適宜程度。

2000年以來, 國內(nèi)學者在氣候適宜度領域的研究主要集中在4方面: 1)氣候要素的適宜度曲線、適宜態(tài)與隸屬函數(shù)的建立。王麗霞等[8]對山西大同市農(nóng)業(yè)生態(tài)氣候適宜度進行評價, 擬合出符合區(qū)域特點的典型氣候要素適宜度隸屬函數(shù), 分區(qū)計算了農(nóng)業(yè)生態(tài)資源指數(shù)、效能指數(shù)及利用系數(shù)。2)農(nóng)業(yè)氣候適宜度模型的建立。魏瑞江等[9]運用模糊數(shù)學理論, 結合前人研究成果, 建立了河北省冬小麥(L.)溫度、降水、日照隸屬度模型和氣候適宜度模型; 俞芬等[10]對淮河流域水稻(L.)的氣候適宜及其變化趨勢進行分析, 得出淮河流域水稻溫度、降水、日照和氣候適宜度的區(qū)域差異, 將淮河流域分為最適宜區(qū)、適宜性區(qū)、次適宜區(qū); 劉國成等[11]建立了基于模糊數(shù)學的農(nóng)業(yè)氣候適宜度劃分方法, 結合專家系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術對吉林省農(nóng)業(yè)氣候生態(tài)適宜度以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為最小單位進行劃分; 黃淑娥等[12]通過對江西省雙季水稻生長季溫、光、水的需求及當?shù)貧夂驐l件進行分析, 建立了雙季水稻各生育期光、溫、水及氣候適宜度評價模型。3)不同尺度農(nóng)業(yè)生態(tài)氣候資源的分區(qū)與評價研究。任玉玉等[13]對河南省棉花(sp.)氣候適宜度變化趨勢進行分析, 得出氣候適宜度總體呈下降的變化趨勢, 各地的變化趨勢依據(jù)熱量帶和地形地貌的不同有明顯的地域差異, 并結合各地的氣候資料對各類型的氣候適宜度變化原因進行了初步分析。4)運用農(nóng)業(yè)生態(tài)氣候適宜度理論指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際方面的研究。馬興祥等[14]將生態(tài)氣候適宜度應用到甘肅省春小麥種植區(qū)劃中, 用生態(tài)氣候適應性對春小麥的影響程度和依賴度及產(chǎn)量, 確定生態(tài)氣候區(qū)劃綜合指標體系將春小麥劃分出5級適生種植區(qū)劃, 并提出利用和開發(fā)生態(tài)氣候資源有效途徑; 魏瑞江等[15]研究了基于氣候適宜度的玉米產(chǎn)量動態(tài)預報方法, 建立了夏玉米氣候適宜度模型和不同時段產(chǎn)量預報模型; 千懷遂等[16]以河南省冬小麥為例研究了全球氣候變化對作物氣候適宜性的影響, 分析發(fā)現(xiàn), 受近年來全球變暖的影響, 冬小麥拔節(jié)期溫度與降水適宜度明顯提高。

目前對大豆適應性研究的報道較少。卜坤等[17]和Fischer等[18]依據(jù)FAO/IIASA發(fā)布的GAEZ研究框架, 對三江平原大豆種植進行土壤適宜性評價, 引入了適宜度指數(shù)(SI), 對三江平原大豆種植的土地適宜度進行了空間上的比較。東北春大豆種植區(qū)是我國大豆第一大產(chǎn)區(qū), 也是我國大豆商品基地, 包括黑龍江、吉林、遼寧3省和內(nèi)蒙古東北部地區(qū), 因此對東北地區(qū)大豆氣候適宜性的研究對我國大豆生產(chǎn)具有十分重要的意義。楊顯峰等[19]提出春大豆氣候適宜性數(shù)學表達方式, 根據(jù)春大豆的生育特點及其對環(huán)境條件的要求確定了適宜春大豆生長發(fā)育的適宜降水區(qū)間、適宜氣溫區(qū)間和適宜日照區(qū)間, 為運用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)的方法建立東北春大豆與溫度、日照、降水等氣候要素之間的適宜性關系奠定了基礎。沈國強[20]運用MaxEnt模型, 給出了影響東北地區(qū)大豆氣候適宜性的氣候因子綜合貢獻率, 得到基于所有氣候因子的東北地區(qū)大豆氣候適宜性模型, 進而得出大豆氣候適宜性分布的年代際變化。運用隸屬函數(shù)建立氣候大豆適宜度評價模型, 并以適宜度指標作為種植區(qū)劃因子, 結合地理信息系統(tǒng)進行種植區(qū)劃, 是總結以往研究成果進行種植區(qū)劃研究農(nóng)作物氣候適宜性分布的發(fā)展趨勢。

本文以內(nèi)蒙古東北部大豆種植基地呼倫貝爾市作為研究對象, 其氣候條件和種植面積均可代表內(nèi)蒙古東北部大豆種植現(xiàn)狀。從當?shù)剞r(nóng)業(yè)部門了解到, 大豆氣候資源利用目前存在兩大問題: 一是遵循傳統(tǒng)種植習慣, 大豆種植區(qū)域和玉米種植區(qū)域沒有明確劃分, 利用≥10 ℃積溫劃分大豆種植地區(qū), 遠遠不能滿足生產(chǎn)要求, 缺少專門針對大豆的種植區(qū)劃; 二是目前大豆種植業(yè)中熱量和水分資源利用效率較低, 不能充分利用呼倫貝爾大豆種植的豐富水熱資源。本文擬對內(nèi)蒙古東北部大豆種植區(qū)的呼倫貝爾市大豆氣候適宜度進行分析, 建立大豆氣候適宜度劃分指標, 并在此基礎上進行基于GIS的大豆種植區(qū)劃研究, 形成較為科學的區(qū)劃結論。通過本區(qū)劃可以改變多年以玉米種植區(qū)域劃分大豆種植區(qū)域的模糊種植區(qū)劃, 高效利用呼倫貝爾市的熱量和水分資源, 為發(fā)展冷涼地區(qū)大豆種植業(yè), 指導大豆生產(chǎn)提供一定理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況及資料來源

1.1 研究區(qū)自然特征

內(nèi)蒙古東北部的呼倫貝爾市地處呼倫貝爾高原, 介于115°31′~126°04′E, 47°05′~53°20′N, 境內(nèi)地形復雜多樣, 地勢起伏多變, 包括大興安嶺山地、呼倫貝爾高原、河谷平原低地3個較大的地形單元, 大興安嶺呈北東北—南西南走向, 貫穿本區(qū)中部, 構成呼倫貝爾市地形的整體。以大興安嶺為界, 全市氣溫東西差異較大, 大興安嶺山地為寒冷作物帶, 西部草原為溫涼作物帶, 嶺東為溫和作物帶, 且氣候資源具有明顯的水平地帶性(緯向)和垂直地帶性, 其中熱量資源體現(xiàn)更為明顯。

1.2 資料來源

1.2.1 地理信息資料

地理信息數(shù)據(jù)來源于國家測繪局1∶25萬地理信息數(shù)據(jù), 包括呼倫貝爾市鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政邊界、道路、數(shù)字高程柵格數(shù)據(jù)等地理信息資料; 2007年版各市/縣、各鎮(zhèn)的行政區(qū)劃圖件以及各氣象觀測站點的經(jīng)緯度坐標。

1.2.2 氣象數(shù)據(jù)及大豆發(fā)育期資料

為了建立小網(wǎng)格推算模型, 本文氣象數(shù)據(jù)以呼倫貝爾市(16個臺站)為主, 黑龍江省(富裕、甘南、加格達奇、龍江、訥河、齊齊哈爾、依安)和興安盟(胡爾勒、阿爾山、索倫、音德爾)等11個臺站為輔(主要參與建立模型), 利用連續(xù)30年歷史氣象數(shù)據(jù), 包括1987—2016年27個氣象觀測站點的日平均氣溫、日降水量數(shù)據(jù); 呼倫貝爾市和興安盟大豆各發(fā)育期資料以扎蘭屯農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測站資料為準, 黑龍江各站以龍江農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測站資料為準。

2 分析方法

2.1 地理信息資料的處理

應用1∶25萬地理信息數(shù)據(jù), 在地理信息系統(tǒng)平臺下, 進行各層地理信息數(shù)據(jù)的導入、拼接、拓撲運算和投影、配準等圖層處理, 最終生成呼倫貝爾市的海拔高度、經(jīng)度和緯度柵格圖層。

2.2 精細化種植區(qū)劃方法

區(qū)劃采用氣候適宜度分析方法, 計算27個氣象監(jiān)測站30年氣候適宜度平均值, 建立氣候適宜度與地理信息的小網(wǎng)格推算模型, 充分利用GIS強大的空間分析功能, 結合農(nóng)業(yè)氣候相似理論和地域分布規(guī)律, 實現(xiàn)由點到面的空間合并, 最終生成基于氣候適宜度的大豆種植區(qū)劃圖, 并與傳統(tǒng)的≥10 ℃積溫區(qū)劃圖進行對比分析, 進行分區(qū)評述。

2.2.1 氣候適宜度評價模型的建立

2.2.1.1 溫度適宜度函數(shù)

以往研究表明, Beta函數(shù)能較好地反映作物生長與溫度的關系, 并且具有普適性, 其值為0~1[21]。本研究采用該方法進行溫度適宜度函數(shù)的建立, 計算方法見公式(1)和(2)。

(2)

式中:()為某一階段溫度適宜度;為大豆某發(fā)育階段日平均氣溫;l、h和o分別為大豆各發(fā)育期所需的下限溫度、上限溫度和適宜溫度, 參考東北地區(qū)春大豆指標體系[19], 結合內(nèi)蒙古東部呼倫貝爾市和興安盟生產(chǎn)實踐, 確定大豆各生育階段三基點溫度(表1)。

表1 大豆各生育階段三基點溫度指標

2.2.1.2 降水適宜度函數(shù)

降水是旱作地區(qū)大豆需水的主要來源, 是制約產(chǎn)量的主要氣象因子。降水適宜度表征了種植地區(qū)大豆各生長發(fā)育階段內(nèi)的降水量對其生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的適宜程度。研究認為, 用作物正常生長需水量作為作物生長的適宜水量標準是可行的。

采用以往研究成果, 以0.7倍為旱與正常的分界線, 作物某一生育階段降水量/需水量<0.7時, 出現(xiàn)輕旱; ≥0.7時為降水適宜大豆生長發(fā)育[21]。因此, 降水適宜度模型見式(3)。

式中:()為大豆生育期旬降水適宜度,為某階段的降水量, ETc為大豆相應階段的理論需水量(表2)。

2.2.1.3 綜合氣候適宜度模型

由于呼倫貝爾市大豆生長季日照充足, 日照時數(shù)不是其生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的主導因子, 因此進行綜合適宜度模型建立時只考慮溫度和降水的影響,所建模型為水熱綜合適宜度模型。采用層次分析方法(AHP)確定大豆各發(fā)育階段溫度和降水的權重值(表2)。AHP是將與決策總是有關的元素分解成目標、準則、方案等層次, 在此基礎上進行定性和定量分析的決策方法[22-24]。根據(jù)文獻, 建立了大豆氣溫和降水綜合氣候適宜度模型, 見公式(4)。

表2 大豆各生育期理論需水量

式中:m為某一生育期(具體為該生育期普期至下一生育期普期之間的時間間隔)氣候適宜度,m()為該生育期溫度適宜度,bt為該生育期溫度適宜度的權重系數(shù),m()為該生育期降水適宜度,br為該階段降水適宜度的權重系數(shù)(表3)。

表3 呼倫貝爾地區(qū)大豆各生育期氣候適宜度權重系數(shù)

b為該發(fā)育期在整個生育期的權重系數(shù);bt為該發(fā)育期溫度的權重系數(shù);br為該發(fā)育期降水的權重系數(shù)。b: weight coefficient of the growth phaserelative to the whole growth period;bt: weight coefficient of temperature of the growth phase;br: weight coefficient of precipitation in of the growth phase.

2.3 氣候適宜度推算模型建立及區(qū)劃圖制作

2.3.1 呼倫貝爾市各地氣候適宜度分析結果

計算呼倫貝爾市16個臺站溫度適宜度、降水適宜度及水熱綜合適宜度30年平均值, 統(tǒng)計造成各地大豆生長發(fā)育不適宜年份并進行原因分析(表4)。

2.3.2 呼倫貝爾市大豆種植氣候適宜度評價指標

根據(jù)表4分析結果, 結合呼倫貝爾地區(qū)大豆種植生產(chǎn)實際及相應單產(chǎn)數(shù)據(jù)進行綜合分析、評判, 確定了呼倫貝爾地區(qū)大豆種植氣候適宜度劃分等級標準, 見公式(5)~(7)。

表4 呼倫貝爾市各地大豆氣候適宜度平均值及適宜度分析(1987—2016)

溫度適宜度評價模型:

降水適宜度評價指標:

水熱綜合適宜度評價指標

當溫度適宜度或降水適宜度評價指標為不適宜時, 水熱適宜度即為不適宜。

2.3.3 呼倫貝爾市大豆種植氣候適宜度推算模型

以往研究表明, 氣象要素與經(jīng)度、緯度和海拔的數(shù)量關系, 使用三元線性回歸模型較三元二次多項式回歸模型穩(wěn)定性強, 因此, 本研究使用多元線性模型。利用27個站點地理信息和溫度適宜度、降水適宜度及水熱綜合適宜度建立多元線性模型(表5)。

表5 呼倫貝爾市大豆氣候適宜度與地理信息的三元線性模型

方程中為經(jīng)度,為緯度,為海拔高度。is longitude,is latitudes, andis altitude in the equations.

2.3.4 呼倫貝爾大豆種植精細區(qū)劃圖制作

在GIS系統(tǒng)下, 根據(jù)生成的經(jīng)度、緯度和高度柵格圖層, 應用表3的推算方程及適宜度評價模型, 繪制出溫度適宜度、降水適宜度及水熱綜合適宜度區(qū)劃圖。

3 結果與分析

3.1 呼倫貝爾大豆種植的溫度適宜度變化及區(qū)劃

由圖1a可知, 從溫度適宜度分析, 呼倫貝爾可滿足大豆生長發(fā)育需要的區(qū)域明顯分為兩大部分。第1部分為呼倫貝爾市東部的農(nóng)區(qū), 該區(qū)域大豆生長季(5—9月)平均氣溫在14.7~17.8 ℃, 基本滿足大豆生長發(fā)育需要。其中扎蘭屯市東南部邊緣、阿榮旗東南部、莫旗南部溫度適宜度在0.6以上, 處于大豆生長發(fā)育的溫度適宜等級; 扎蘭屯市中部、阿榮旗中部、莫旗大部和鄂倫春旗東南部地區(qū)溫度適宜度為0.4~0.6, 處于較適宜等級。第2部分為大興安嶺以西的牧區(qū),該區(qū)域5—9月平均氣溫在15.6~17.3℃, 可以滿足大豆生長期對溫度的要求。其中新右旗中部和南部地區(qū)溫度適宜度為適宜等級, 新右旗北部、新左旗、陳旗大部、鄂溫克旗及海拉爾區(qū)部分地區(qū)處于較適宜等級。

不能滿足大豆生長發(fā)育對溫度需求的區(qū)域主要位于大興安嶺山地的廣大林區(qū)和嶺西牧區(qū)東部地區(qū), 該區(qū)域5—9月平均氣溫為12.2~15.0 ℃, 大部地區(qū)無霜期不足100 d, 種植大豆不能成熟。

3.2 降水適宜度區(qū)劃結果分析

由圖1b可知, 從降水適宜度分析, 呼倫貝爾大豆生長季降水適宜度由東向西逐漸減小, 地帶性明顯。第1部分為大興安嶺東麓的東北部地區(qū), 包括鄂倫春旗東北部和莫旗大部地區(qū), 該區(qū)域年降水量420~490 mm, 降水適宜度在0.7以上, 處于適宜等級, 出現(xiàn)干旱的幾率較小, 水分條件完全可以滿足大豆生長發(fā)育需要。第2部分為大興安嶺東麓東南部的農(nóng)區(qū)和大興安嶺山地的林區(qū), 包括扎蘭屯市、阿榮旗、根河市、牙克石市以及額爾古納市東部和鄂溫克旗東部, 該區(qū)域年降水量400 mm左右, 降水適宜度為0.6~0.7, 處于較適宜等級, 水分條件基本可以滿足大豆生長發(fā)育需要, 但出現(xiàn)干旱的幾率較大。第3部分為大興安嶺以西的牧區(qū), 該區(qū)域年降水量不足300 mm, 降水適宜度在0.6以下, 處于不適宜等級, 不能滿足大豆生長發(fā)育對水分的需求。

3.3 水熱綜合適宜度區(qū)劃結果分析

由圖2可見, 從水熱綜合適宜度分析, 呼倫貝爾市大豆適宜種植區(qū)域為大興安嶺東麓農(nóng)區(qū)東南端, 與溫度適宜度區(qū)域基本重合, 包括扎蘭屯市東南端、阿榮旗東部和莫旗南部, 水熱綜合適宜度在0.6以上, 該地區(qū)土壤以黑鈣土、黑土、暗色草甸土、暗棕壤為主, 地勢以平原為主, 土壤肥沃, 水資源豐富。該區(qū)的主要氣候特點是光熱資源最豐富, 雨熱同季, 無霜期較長, 年降水量490~520 mm, ≥10 ℃活動積溫2 300~2 500 ℃×d, ≥2 ℃無霜期120~130 d。可滿足大多數(shù)早、中熟大豆品種的生長發(fā)育需要, 多數(shù)年份可獲得較好的收成, 且所產(chǎn)大豆產(chǎn)量和品質都比較高。

圖1 呼倫貝爾市大豆種植溫度適宜度(a)和降水適宜度(b)區(qū)劃

圖2 呼倫貝爾市大豆種植水熱綜合適宜度區(qū)劃

大豆較適宜種植區(qū)域地處大興安嶺東麓, 適宜種植區(qū)的外沿, 水熱綜合適宜度在0.4~0.6, 該地區(qū)土壤以暗棕壤為主, 土壤較為肥沃, 水資源豐富, 主要受熱量條件限制。本區(qū)氣候特點是熱量偏少, 雨熱同季, 年降水量490~560 mm, ≥10 ℃活動積溫1 900~2 300 ℃×d, 只能滿足部分早熟品種大豆的生長發(fā)育需求, ≥2 ℃無霜期較短, 為110~120 d, 常會受到低溫和霜凍的侵襲, 因此該區(qū)域內(nèi)大豆不宜大面積種植, 推廣時需要密切關注當年的氣候預測, 合理選擇大豆品種。

大豆不適宜種植區(qū)位于呼倫貝爾市北部林區(qū)及西部牧區(qū), 水熱綜合適宜度在0.4以下。北部林區(qū)主要是由于氣溫偏低, 該地區(qū)≥2 ℃無霜期小于115 d, ≥10 ℃活動積溫小于1 900 ℃×d, 熱量條件不能滿足大豆生長的基本要求, 多數(shù)年份無法獲得收成。該地區(qū)以山地為主, 地勢崎嶇, 森林覆蓋度高, 不利于大豆栽培。呼倫貝爾牧區(qū)的南部, 新左旗、新右旗的熱量條件雖然可以達到較適宜程度, 但年降水量較少, 不能滿足大豆生育期內(nèi)水分要求, 在無灌溉條件下, 不適宜大豆生長, 且此地區(qū)以牧業(yè)生產(chǎn)為主, 不宜推廣大豆種植。牧區(qū)北部的熱量條件不能滿足大豆生長的基本條件, 不宜種植大豆。

4 討論與結論

呼倫貝爾地區(qū)大豆種植沒有明確的區(qū)劃方法和區(qū)劃圖, 多年來以玉米種植積溫帶界定大豆種植區(qū)域, 認為適宜種玉米的區(qū)域也適宜大豆種植。目前, 大豆種植區(qū)劃采用傳統(tǒng)的≥10 ℃積溫區(qū)劃和分級判別區(qū)劃方法, 前者沒有考慮水熱資源的綜合效應, 后者沒有體現(xiàn)水熱條件對各生育期階段的不同效應, 本研究利用內(nèi)蒙古和黑龍江大豆主產(chǎn)區(qū)的氣候適宜度確定的評價指標, 對內(nèi)蒙古呼倫貝爾市大豆產(chǎn)區(qū)進行了基于適宜度方法的種植區(qū)劃。

4.1 大豆氣候適宜度區(qū)劃結果與≥10 ℃積溫區(qū)劃結果對比分析

大豆適宜度種植區(qū)劃圖(圖3a)與80%保證率下≥10 ℃活動積溫圖[25](圖3b)對比分析發(fā)現(xiàn), 呼倫貝爾市大豆適宜種植區(qū)域處于2 300~2 500 ℃積溫帶, 具體分布于扎蘭屯市、阿榮旗南部大部地區(qū); ≥2 500 ℃積溫帶, 分布于扎蘭屯市、阿榮旗及莫旗最東南端邊緣, 這兩個積溫帶為春播玉米的中熟區(qū)和中早熟區(qū), 為玉米的最適宜和適宜種植區(qū), 這一區(qū)域也為大豆適宜種植區(qū)域, 與傳統(tǒng)種植理念十分吻合。

大豆較適宜種植區(qū)域較為廣泛, 處于2 100~ 2 300 ℃積溫帶, 包括扎蘭屯市、阿榮旗北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)、莫旗大部鄉(xiāng)鎮(zhèn)及鄂倫春旗東南部鄉(xiāng)鎮(zhèn), 這些地區(qū)也是玉米較適宜種植區(qū)域; 1 900~2 100 ℃積溫帶, 包括扎蘭屯市、阿榮旗北部邊界鄉(xiāng)鎮(zhèn)及鄂倫春旗中部鄉(xiāng)鎮(zhèn), 由于熱量資源欠缺和早霜的危害, 該區(qū)域為玉米不適宜種植地區(qū), 但可以大力發(fā)展大豆種植業(yè), 在不大面積縮減玉米種植面積的同時以增加大豆種植面積。

圖3 呼倫貝爾市大豆氣候適宜度區(qū)劃(a)與≥10 ℃積溫區(qū)劃(b)對比圖

4.2 大豆氣候適宜度區(qū)劃結果與分級判別區(qū)劃結果對比分析

參考玉米分級判別區(qū)劃方法[25], 選用日平均溫度≥10 ℃活動積溫、年降水量、日最低氣溫≥2 ℃無霜期作為大豆區(qū)劃指標進行區(qū)劃與本研究區(qū)劃結果對比分析。由圖4可知, 與分級判別區(qū)劃結果相比, 氣候適宜度判別區(qū)劃結果中, 大豆適宜種植區(qū)域邊緣向東南縮減, 區(qū)域面積有所減小, 較適宜種植區(qū)域邊緣向北延伸, 區(qū)域面積明顯增加。出現(xiàn)差別的原因是分級判別雖然也綜合考慮了水熱的綜合影響效應, 但是以整個發(fā)育期的氣象條件作為適宜區(qū)劃因子, 沒有考慮作物各個發(fā)育期對氣象條件需求的動態(tài)變化, 而適宜度區(qū)劃則是在綜合考慮作物各個發(fā)育期水熱適宜程度的基礎上, 確定各發(fā)育期適宜指標及權重系數(shù), 再確定整個發(fā)育階段的適宜指標, 在此基礎上進行區(qū)劃, 其結果更能體現(xiàn)大豆整個生長期對氣候條件的適宜程度, 對擴大種植面積有更科學的理論依據(jù)和實用價值。

圖4 呼倫貝爾市大豆氣候適宜度區(qū)劃(a)與分級判別區(qū)劃(b)對比圖

4.3 氣候適宜度區(qū)劃方法的利弊分析

氣候適宜度區(qū)劃方法不僅綜合考慮了熱量和水分條件對大豆生長發(fā)育的共同影響, 而且考慮了大豆各個生育階段及全生育期對水熱的要求, 所得區(qū)劃結論比≥10 ℃活動積溫區(qū)劃方法和分級判別區(qū)劃方法更能真實體現(xiàn)大豆生長全過程對氣象條件的具體要求。由于氣候適宜度存在諸多計算過程, 需要大豆生長的溫度和降水指標作為計算的基礎, 因此存在指標確定是否合理的弊端, 溫度三基點指標及理論需水量指標仍需在生產(chǎn)實際中進行驗證, 區(qū)劃結論還需不斷完善。

4.4 結論

呼倫貝爾市溫度適宜度和水熱綜合適宜度≥0.6為適宜, 0.4~0.6為較適宜, ≤0.4為不適宜; 降水適宜度≥0.7為適宜, 0.6~0.7為較適宜, ≤0.6為不適宜。大豆適宜種植區(qū)域為大興安嶺東麓農(nóng)區(qū)東南端, 水熱綜合適宜度在0.6以上; 較適宜種植區(qū)域為大興安嶺東麓, 適宜種植區(qū)的外沿, 水熱綜合適宜度為0.4~0.6; 不適宜種植區(qū)位于呼倫貝爾市北部林區(qū)及西部牧區(qū), 水熱綜合適宜度在0.4以下, 且1 900~2 100 ℃積溫區(qū)域不適宜種植玉米地區(qū), 可以大力發(fā)展大豆種植業(yè)。

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Climate suitability grading and planting zoning of soybean in Northeast Inner Mongolia*

WANG Yanping1, YIN Xiuxia1, ZHANG Fang2, ZHANG Xuming1, WU Changshun3

(1. Hulun Buir Meteorological Office, Hailar 021008, China; 2. Zhalantun Buir Meteorological Office, Zhalantun 162650, China; 3. Xinba’erhuyouqi Buir Meteorological Office, Alatan’emole 021300, China)

In northeast of Inner Mongolia, soybean production is faced with two problems. The first is that soybean planting area is zoned with ≥10 ℃accumulative temperature without non clear division between soybean and maize region. The second is the use efficiencies of heat and water in the area are low in the area. In order to efficiently make use of water and heat resources in soybean cultivation and promote soybean production in cool area, we used meteorological observation data and soybean crop growing phrases data in years from 1987 to 2016 in Hulun Buir, Xing’an League in Northeast Inner Mongolia, and surrounding areas in Heilongjiang Province to analyze the climate suitability of soybean in Hulun Buir. In the study, temperature suitability, precipitation suitability of soybean were calculated, respectively, with the “three basis points” of temperature and water demand in each growth phase of soybean, while the climate suitability was calculated with the comprehensive hydrothermal suitability model. Furthermore, planting zoning of soybean cultivation in Hulun Buir was conducted according the comprehensive hydrothermal suitability level in GIS environment. The results showed that for the temperature suitability and comprehensive hydrothermal suitability, ≥0.6, 0.4-0.6 and ≤ 0.4 were classified as most suitable, more suitable and unsuitable. For precipitation suitability, ≥ 0.7 was most suitable, 0.6-0.7 more suitable and ≤ 0.6 unsuitable. The most suitable areas for planting soybean were in the southeast of Daxing’anling farming region, more suitable areas at the edge of the planting region in eastern Daxing’anling, then unsuitable areas were in the north woodland and western pastoral of Hulun Buir. Agroforestry ecotone in the south of forest region where accumulated temperature exceeded 10 ℃ was 1 900-2 100 ℃, which was not suitable for cultivating corn, but could be developed vigorously for cultivating soybean. This area was considered for increased soybean acreage during structural crop adjustment. The results provided reference for soybean production in the cool area in Northeast China.

Northeastern Inner Mongolia; Climate suitability; Evaluation index; Soybean cultivation; Regionalization method

, WANG Yanping, E-mail: fei_ping@sohu.com

Dec. 4, 2017;

Mar. 19, 2018

P49

A

1671-3990(2018)07-0948-10

10.13930/j.cnki.cjea.171128

2017-12-04

2018-03-19

* This study was supported by the Special Climate Change Project of the China Meteorological Administration (CCSF201606), China Meteorological Administration’s Core Business Development Project (CMAHX20160205) and China Meteorological Administration Lanzhou Institute of Drought Meteorological Science Research Foundation (IAM201706).

* 中國氣象局氣候變化專項(CCSF201606)、中國氣象局核心業(yè)務發(fā)展專項(CMAHX20160205)和中國氣象局蘭州干旱氣象研究所干旱氣象科學研究基金(IAM201706)資助

王彥平, 主要研究方向為農(nóng)牧業(yè)氣象服務與研究。E-mail: fei_ping@sohu.com

王彥平, 陰秀霞, 張昉, 張煦明, 烏長順. 內(nèi)蒙古東北部大豆氣候適宜度等級及種植區(qū)劃研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2018, 26(7): 948-957

WANG Y P, YIN X X, ZHANG F, ZHANG X M, WU C S. Climate suitability grading and planting zoning of soybean in Northeast Inner Mongolia[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(7): 948-957