基于GIS的越西甜樱桃气候适宜性分布研究_谢东志.pdf

2023 年第 3 期工作研究收稿日期:2022 10 24作者简介:谢东志(1990 )，男，本科，工程师，研究方向:公共气象服务和决策气象服务。E mail:562548165 qq com。基于 GIS 的越西甜樱桃气候适宜性分布研究谢东志1，胥欣诚2(1 四川省越西县气象局，四川 越西616650，2 成都信息工程大学，成都610225)摘要:利用 1971 2022 年越西县地面气象资料以及 14 个区域气象站温度降水资料，建立相关气象要素空间模型，采用层次分析法确定权重系数，使用 Arcgis10 2 软件对其进行区划。结果表明越西县适宜甜樱桃种植区域占比约337%，主要在越西带状分布，次适宜区占比约 493%，主要分布于中部以及西南部的高二半山地区，不适宜区占比 170%，分布于东部、西部边界高山山脉地区。区划结果为越西甜樱桃生产合理布局、优质高效提供了科学依据。关键词:甜樱桃;GIS;区划;适宜性甜樱桃，又名车厘子，品种属于欧洲樱桃。我国的山东、辽宁、河南、湖北、四川等地已有甜樱桃果树的引种，形成了多品种的中国大樱桃，甜樱桃是我国早春上市最早的水果之一，号称“早春第一果”，具有皮薄汁多，肉厚味甜的特点，深受当代年轻人喜欢，是最近很火的网红水果。越西种植甜樱桃历史较长，据越西县东方农业发展有限公司相关数据显示，自从 2003 年引进到 2020 年已经发展种植到 25个自然村，年产量超过 10000t，因越西甜樱桃成熟期早，同一品种比省内甜樱桃主产区早 10 15d，比北方甜樱桃主产区早 25 30d，并且越西的甜樱桃肉厚汁多，味道甘美，在西博会上荣获“最受欢迎展品奖”和“特色农业展览最畅销产品奖”。随着乡村振兴的号角正式吹响，为进一步提升越西县甜樱桃产业的发展潜能，为乡村振兴提供坚实后盾，防止越西县甜樱桃产业无序化，零散化发展，因此，开展越西县甜樱桃气候适宜性区划很有必要，它能有效利用越西县的气候优势资源，有益于甜樱桃的科学种植，提升品质，打造良好的产业生态链，对农户增收也有重要意义。目前，学术上关于甜樱桃的研究主要还是集中在甜樱桃的种植管理技术，彭荣元等1 提出大樱桃品种和栽培技术的方法，注意防水排涝以及防范气象灾害，主要是冰雹等。曾黎琼等2 发现不同品种的甜樱桃生物学特性、产量、果实品质有所差异，此外甜樱桃的研究是以北方产区为主3 5，例如山东、陕西等地，四川包括汶川、汉源甜樱桃的主要产区都未针对甜樱桃进行气候适宜性研究。甜樱桃的种植与生态环境和气象因素有很大联系。刘庆泰等3 对山东等地的甜樱桃种植进行研究发现，甜樱桃抗寒力较弱，喜温暖而润湿的气候，适宜在年平均气温 13 14 的地方栽培。与年平均温度，以及 3 4 月的低温 4 10 月的日照时数和年降水量还有地形都有紧密的联系。影响其产量的主要因素是温度和降水量。周洲6 则发现甜樱桃裂果与降水量关系不大，主要影响裂果的因素是空气湿度。而气候适宜性区划在四川主要集中在水稻、玉米等粮食作物上，凉山等地区对秋荞以及块菌进行了气候适宜性区划，没有专门针对甜樱桃进行区划分析。本文结合越西县气象局以及 14 个国家区域气象观测站资料，综合分析气温、降水量以及日照等指标，采取层次分析法(APH)对越西县的甜樱桃气象适应性区划分布进行研究，以便更好的为越西县甜樱桃产业的可持续性和产业化发展提供科学依据。1资料和方法1 1资料来源本文所使用的气象资料主要是越西县 1971 2018 年逐日气象要素序列，包括气温、降水、日照等，还有 14 个越西县区域国家气象观测站 2011 2022 年逐日气象要素(包括气温、降水、日照、相对湿度)全部来自于越西县气象局，研究的站点分布如图 1 所示。地理空间高程数据(DEM)来自地理空间数据云官网，空间分辨率为 30m 30m。甜樱桃 2011 2020 年的产量和种植面积以及甜樱桃的生长发育期资料来源于越西县农业农村局果树站。1 2甜樱桃的气象产量分离根据影响作物最终产量形成的各种自然和非自然因素，可按影响性质和时间尺度划分为两部分，701工作研究2023 年第 3 期图 1主要研究范围和气象站点分布情况即:Yi=Yt+Yw(1)(1)式中 Yi 为作物实际单产;Yt 为趋势产量，是反映历史时期生产力水平的产量分量;Yw 为气象产量，是受气象条件变化影响的产量分量。根据越西县甜樱桃实际单产的变化趋势为曲线形式，将甜樱桃实际产量随时间的变化用正交多项式模拟更接近实际产量的变化趋势。即:趋势产量模拟为正交多项式:yt=a0+a1xt+a2xt2+a3xt3(2)(2)式中 t 时间。设 t=1(t)，t2=2(t)，t3=3(t)，则(2)式用新变量 i(t)表示为多元线性回归方程:yt=b0+b11(xt)+b22(xt)+b33(xt)(3)用(3)式模拟产量趋势项，进行方差分析，用 F检验确定多项式的项数，建立越西县甜樱桃趋势产量模拟方程:yt=0 143X3+6 55X2+106X 24 88(4)(表示通过 a=0 05 显著性检验)根据式(4)计算得到越西甜樱桃趋势产量Yt，将 Yt 代入(1)式即算出主产县气象产量 Yw。2气候适应性区划指标的确定根据越西县农业农村局果树站研究和生产实际调研得，以 2 月下旬至 5 月下旬作为越西甜樱桃的平均生育期，根据甜樱桃生长发育规律，将全生育期分为 3 个阶段:萌芽期(2 月下旬)，花期(3 月)，果期(3 月下旬至 5 月下旬)。2 1气象要素对甜樱桃气象产量影响的关键时期利用越西甜樱桃的气象产量与生育期气象要素进行相关分析，找出通过 a=0 10 以上显著性检验的时段作为该要素影响甜樱桃产量的关键时期，其结果见表 1。表 1越西县气象要素对甜樱桃产量主要影响时期气象要素平均气温最高气温最低气温降水量相对湿度影响时段上/3 上/3*中/3*中/3 中/3*下/3 下/3 下/3*上/5 上/5 上/5 上/5*下/5 下/5 下/5 注:*;分别表示 a=010;005;001 的显著性检验，以下同。从表 1 看出，不同气象要素对甜樱桃产量影响也各不相同，在花期 3 月上旬，主要影响要素为旬平均气温和最高气温;在盛花期(3 月中下旬)则主要是受到最高、低温和降水量影响;在果期，则主要受平均气温和最低气温以及相对湿度三者影响较大。2 2气象要素和甜樱桃气象产量的关系利用越西甜樱桃气象产量与每旬气象要素进行相关性分析，得出表 2。越西甜樱桃主要生长阶段在 3 月至 5 月，该时期良好的温度和降雨量有利于甜樱桃产量的增加。这从 3 月中旬和 5 月中旬平均气温和气象产量呈正相关可以看出，但是在 3 月上旬和下旬，最高温度容易使产量减少，与气象产量呈负相关，主要是因为 3 月上旬正值花期中的初花期，下旬则处于末花期和坐果期交叠时段，较高的气温可能对花蕾和小果造成晒伤，使得产量减少。进入5 月果期时段，可以看出上旬平均气温和最高温度对气象产量呈明显的正相关性，说明此时段需要大量的热量，但是 5 月上旬的相对湿度和下旬的平均气温则与气象产量负相关，主要是因为，这个时段，属于甜樱桃果实成熟期，如果空气湿度较大，容易造成裂果，使得果实品质下降，而 5 月下旬已经属于甜樱桃果实的末期，平均温度过高，也容易造成果实干瘪、开裂等，影响实际产量。表 2越西甜樱桃与气象要素的关系气象要素相关系数3 月上旬平均气温02884 3 月上旬最高气温0 1754*3 月中旬平均气温04946*3 月中旬降水量0 4243*3 月下旬最高气温0 3025 3 月下旬降水量0 4277 5 月上旬平均气温04311 5 月上旬最高气温05273 5 月上旬相对湿度0 3884*5 月下旬平均气温0 5352 5 月下旬相对湿度04259*8012023 年第 3 期工作研究综合分析，越西甜樱桃的生长阶段主要处于越西县春季，此时段温度和降水条件相对较好，有利于产量增加。总体上甜樱桃气象产量和 3 5 月的平均温度呈正相关，与降水量和平均湿度呈负相关。2 3越西甜樱桃气象指标和地理推算模型根据越西甜樱桃生长发育期特性，通过计算各气象要素对甜樱桃气象产量的影响，综合选取影响甜樱桃产量的关键气象要素为:3 5 月的平均气温;5 月上旬的最高气温，5 月平均相对湿度以及综合考虑地形(坡度和坡向)确定了越西甜樱桃气候适应性指标，如表 3。表 3越西甜樱桃气候适宜性区划指标分区3 5 月平均气温()5 月上旬最高气温()5 月相对湿度(%)坡向坡度()适宜区13 1520 2565 75东北 东、东南、南15 30次适宜区11 13 或 15 1616 20 或 25 2660 65 或 75 80西南、西北10 15 或 30 35不适宜区11 或 1616 或 2660 或 80其他10 或 35越西县境内多山，主要以横断山脉为主，山川南北纵列，地势南高北低，岭谷相对高度 1000 2000m，最低海拔 1170m，最高海拔 4791m。地形复杂，因此为了更好呈现越西县各地气象要素，需要建立 3 5 月平均气温、5 月上旬最高气温、5 月平均相对湿度和经度()、纬度()和海拔高度(h)的多元线性回归空间方程。Y=f(，h)+(5)式中 Y 为各气象要素，、和 h 分别对应经度、纬度和海拔高度，为地理残差，即=Y 实际值 f(，h)(6)根据实际情况，地理残差 采用反距离权重法(IDW)进行订正。各气象要素回归方程如表 4。表 4越西县甜樱桃气候适宜性指标空间回归方程指标值空间模型表达式F 值T3 5avgT3 5avg=236 068 150526 2 00725 0 00539 h29685H5H5=674 6746 998392 +1380429 +0014974 h68744T5上T5上=649 6962 484165 406443 000686 h106087注:T3 5avg、H5、T5上、h 分别表示 3 5 月平均气温，5 月相对湿度，5 月上旬最高气温，经度，纬度，海拔高度。为更好的确定各项因素的权重系数，采用层次分析法进行权重系数的确定，AHP 法主要是指将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法，其核心是利用 1 9 的整数和其倒数值作为建立构造判断矩阵，两两要素相互比较，再使用和积法计算权重系数。得出下表 5。表 5越西县甜樱桃各气候适宜性指标权重系数3 5 月平均气温5 月上旬最高气温5 月相对湿度坡向坡度权重系数0350310230060063结果分析通过空间模型算出各点的气象要素分布，并在利用地理残差叠加，用 Arcgis 软件提取并计算。最终结合 AHP 法得出越西县甜樱桃气候适宜性分布图，得出图 2 的越西县甜樱桃气候适宜性区划图。从图 2 可以看出总的来说，越西县甜樱桃适宜区占全县总面积的 33 7%，较适宜区占比为 49 3%，不图 2越西县甜樱桃气候适宜性区划适宜区仅占比 17 0%，这充分说明越西县大部地区还是较为适合甜樱桃种植生长的。从种植乡镇来看，不适宜其种植的地区主要集中在西部和冕宁县分界的山脉和东部与美姑县交界的高山地区，此地区海拔较高，并且基本无人居住，不适合开展农业生产活动。适宜区在越西县呈南北向带状分布，如北部的梅花、保安、乃托、板桥以及中部的大花、拉普、尔觉、大瑞、南箐和南部的书古、普雄、贡莫和依洛地坝、竹阿觉，这些乡镇在每年的 3 5 月气温适宜，平901工作研究2023 年第 3 期均温度在 14 15，降水充沛，光照适宜，良好的光、温、水配合非常适宜甜樱桃的生长发育，并且此区域的海拔多在 2000 以下，坡度也较小，利于排水排涝，兼具坡向也向阳，因此甜樱桃的产量也较好。较适宜区则集中在越城、新民、中所和海拔稍高的拉吉和申果庄，越城、中所是由于 5 月温度较高，此时段较高的气温容易灼伤果实，造成减产;而申果庄和拉吉则由于海拔较高，在 2500 3000m 左右，热量条件差，在果实形成的关键阶段，5 月温度过