山東省甜櫻桃生態(tài)區(qū)劃的模糊聚類(lèi)分析*

魏國(guó)芹，孫玉剛，安 淼，呂菲菲

(山東省果樹(shù)研究所，山東泰安 271000)

山東省地處黃河下游，地理位置為北緯34°25″～38°23″、東經(jīng)114°36″～122°43″，地勢(shì)中部高四周低，山地、丘陵約占總面積的34%，生態(tài)類(lèi)型復(fù)雜多樣。山東省是我國(guó)甜櫻桃栽培面積最大的省份，栽培總面積約6萬(wàn)hm2，主要集中在煙臺(tái)福山、青島平度、濰坊臨朐、淄博沂源、泰安岱岳、棗莊山亭等地，甜櫻桃在山東省的分布并不均衡，多數(shù)縣 (市、區(qū))為少量或零星栽培，尚存在很大的栽培空間。近年來(lái)，隨著其栽培效益的不斷提高，山東省甜櫻桃栽培面積迅速擴(kuò)大，為合理安排生產(chǎn)布局，充分利用生態(tài)優(yōu)勢(shì)，提高甜櫻桃產(chǎn)量和品質(zhì)，筆者認(rèn)為對(duì)山東省甜櫻桃進(jìn)行區(qū)劃研究十分必要。

目前已開(kāi)展區(qū)劃的果樹(shù)包括枇杷、梨、板栗、楊梅、蘋(píng)果、葡萄、羅漢果、阿月渾子、柑橘［1-8］等，有關(guān)甜櫻桃生態(tài)區(qū)劃的研究尚少［9］。甜櫻桃屬于抗逆性較差的樹(shù)種之一，其生長(zhǎng)發(fā)育與氣候因素密切相關(guān)，適合在全年日照時(shí)間2 600～2 800小時(shí)，年均溫10～14℃的地方生長(zhǎng)，不耐低溫，花期易遭受低溫傷害，受小氣候影響較大，同一品種在不同地區(qū)或同一地區(qū)不同地點(diǎn)的生長(zhǎng)結(jié)果習(xí)性、果實(shí)品質(zhì)等存在較大差異，在我國(guó)適宜栽培的地區(qū)有限。因而選擇適宜的生態(tài)區(qū)進(jìn)行栽培并合理的劃分甜櫻桃生態(tài)區(qū)就更顯重要。目前有關(guān)山東省甜櫻桃生態(tài)區(qū)劃的研究尚未報(bào)道，該文利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)影響甜櫻桃生長(zhǎng)的四個(gè)關(guān)鍵氣象因子進(jìn)行模糊聚類(lèi)分析，對(duì)山東省進(jìn)行生態(tài)區(qū)域劃分，旨在為山東省充分利用自然資源，合理發(fā)展甜櫻桃產(chǎn)業(yè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 聚類(lèi)指標(biāo)

在查閱各種生態(tài)條件對(duì)甜櫻桃生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)影響的基礎(chǔ)上，選擇影響甜櫻桃生長(zhǎng)發(fā)育的四個(gè)關(guān)鍵氣象因子作為區(qū)劃指標(biāo)，即年均溫度，3～4月份最低氣溫、5～7月份平均氣溫、年均降水量。數(shù)據(jù)為各調(diào)查地區(qū)近30年的年平均值，由山東省氣象中心提供。

1.2 聚類(lèi)樣本

以山東省的有代表性的30個(gè)縣 (市、區(qū))作為聚類(lèi)樣本，根據(jù)選定的聚類(lèi)指標(biāo)進(jìn)行聚類(lèi)分析。代表縣 (市、區(qū))為長(zhǎng)清、商河、嶗山、平度、高青、沂源、山亭、河口、福山、萊陽(yáng)、萊州、臨朐、壽光、魚(yú)臺(tái)、曲阜、岱岳、東平、榮成、嵐山、五蓮、鋼城、郯城、莒南、齊河、樂(lè)陵、陽(yáng)谷、冠縣、沾化、巨野和東明。

1.3 分析方法

按照朱立武等［10］的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即模糊聚類(lèi)分析方法［11-13］。利用傳遞閉包進(jìn)行模糊聚類(lèi)，先對(duì)原始數(shù)據(jù)Xij進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化處理，Xij=(Xij-minXij)/(maxXij-minXij)∈ ［0，1］，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣X=(x’ij);采用歐式距離法計(jì)算相似程度，建立模糊相似矩陣。根據(jù)各聚類(lèi)指標(biāo)對(duì)甜櫻桃生長(zhǎng)的影響程度，設(shè)置各聚類(lèi)指標(biāo)的權(quán)重值，本文分別取年均溫度，3～4月份最低氣溫、5～7月份平均氣溫、年平均降水量的權(quán)重值分別為0.20，0.35，0.20，0.25，以平方法求傳遞閉包，并進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)，取不同閾值對(duì)生態(tài)類(lèi)型進(jìn)行區(qū)劃。

2 區(qū)劃結(jié)果和分析

根據(jù)上述區(qū)劃指標(biāo)和模糊聚類(lèi)分析，采用‘λ-截’對(duì)山東省甜櫻桃生態(tài)氣候類(lèi)型進(jìn)行劃分，若取閾值λ=1.68時(shí)，榮成、嵐山分別各為一類(lèi)，其余28個(gè)縣 (市、區(qū))聚為一大類(lèi)，若取λ=1.12則可將山東省生態(tài)類(lèi)型分為以下六類(lèi):

甜櫻桃最適宜栽培區(qū):

Ⅰ區(qū):山東半島及部分內(nèi)陸地區(qū)，包括福山、萊州、萊陽(yáng)、平度、安丘、臨朐、壽光、沂源，即煙臺(tái)、青島和濰坊大部分地區(qū)。區(qū)內(nèi)年均溫11.5～12.5℃，3～4月份最低溫度-3～5℃，7～8月份平均溫度20～22℃，年均相對(duì)濕度64% ～70%，年均降雨量650～750mm，5～7月累計(jì)降雨量200～400mm，年日照時(shí)數(shù)2 186.3～2 818.4小時(shí)，≥10℃積溫3 685.2～4 600℃;無(wú)霜期180～244天。該區(qū)日照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大，山地、丘陵地較多，土壤條件良好，有機(jī)質(zhì)含量1%左右，氣候溫暖，光熱條件好，降雨量適中，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施條件良好，是甜櫻桃傳統(tǒng)栽培區(qū)，甜櫻桃栽培面積約4萬(wàn)hm2，產(chǎn)量20萬(wàn)t，主要栽培品種紅燈、先鋒、拉賓斯、薩米脫、芝罘紅、那翁等。該區(qū)以煙臺(tái)市的甜櫻桃栽培歷史最早、管理水平高，產(chǎn)量和品質(zhì)高，為山東省甜櫻桃栽培的優(yōu)勢(shì)區(qū)域，甜櫻桃成熟期比泰安、棗莊等內(nèi)陸地區(qū)推后10～15天，有效延長(zhǎng)了市場(chǎng)供應(yīng)期，發(fā)展晚熟品種可將這一優(yōu)勢(shì)擴(kuò)大。

甜櫻桃適宜栽培區(qū):

Ⅱ區(qū):魯中山區(qū)，主要包括濟(jì)南、泰安、萊蕪地區(qū)。該區(qū)年均溫較高，其中濟(jì)南達(dá)14.7℃，為全省溫度最高的地區(qū)。四月份平均溫度15℃，年均降雨量650～750mm，5～7月份平均降雨量400～450mm，5～7月份平均降雨日數(shù)為32～34天，空氣相對(duì)濕度58% ～64%，年平均蒸發(fā)量約1 900～2 000mm，為全省蒸發(fā)量最多的地方。該區(qū)山地地形較復(fù)雜，小氣候差異明顯。年均日照時(shí)數(shù)2 500～2 600小時(shí)，年均日照百分率54%～58%，無(wú)霜期200天左右。泰山和魯山中下部為古代淺海隆起的灰?guī)r，下部土壤以褐土為主，土層較厚，肥力較高，中性至微堿性，比較適宜甜櫻桃的生長(zhǎng)。該區(qū)甜櫻桃比煙臺(tái)地區(qū)成熟期提前10～12天，錯(cuò)開(kāi)了市場(chǎng)供應(yīng)期，若發(fā)展甜櫻桃極早熟品種，進(jìn)一步拉開(kāi)供應(yīng)期，有效提高果品價(jià)格，形成果品優(yōu)勢(shì)。該區(qū)甜櫻桃面積約8 000hm2，產(chǎn)量4萬(wàn)t，栽培的主要品種有紅燈、布魯克斯、薩米脫、早大果、美早等，主要分布在新泰、岱岳、長(zhǎng)清等地。

Ⅲ區(qū):魯南部分地區(qū)，包括臨沂、棗莊地區(qū)。該區(qū)年均氣溫13～14℃，年低溫日數(shù) (≤-10℃的低溫日數(shù))3～4天，較魯北、魯中山區(qū)北部和半島內(nèi)陸地區(qū)少12～16天。≥10℃有效積溫4 239.2～4775.0℃，無(wú)霜期200～242天，日照時(shí)數(shù)2 130.3～2 579.0小時(shí)，太陽(yáng)年總輻射量為116.6～123.6kcal/cm2。年降雨量800～860mm，5～7月份降雨量為390～420mm，為山東省降雨最多的內(nèi)陸地區(qū)，年蒸發(fā)量1 500～1 600mm，為全省最低地區(qū)，年均相對(duì)濕度大。該區(qū)為丘陵山地，排灌系統(tǒng)良好，栽培甜櫻桃不易引起澇害。屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，積溫高，秋季轉(zhuǎn)冷早，春季回暖快，該地甜櫻桃比煙臺(tái)地區(qū)早上市15～30天，現(xiàn)有甜櫻桃8 000hm2，產(chǎn)量2.4萬(wàn)t，主要分布在山亭和沂水。

Ⅳ區(qū):魯西、魯北地區(qū)，包括曲阜、魚(yú)臺(tái)、巨野、東明、陽(yáng)谷、冠縣、齊河、商河、沾化，即濟(jì)寧、菏澤、聊城、德州、淄博等。該區(qū)年均氣溫12～14℃，4月份平均氣溫14～15℃，7月份平均溫度26～27℃，年均降雨量550～750mm，6～8月份平均降雨量350～450mm，夏季平均降雨日數(shù)28～30d，風(fēng)速約3m/s，年平均相對(duì)濕度64～72%，年日照時(shí)數(shù)2 300～2 800小時(shí)，年均日照百分率52% ～62%。該區(qū)地勢(shì)平坦，土層深厚，魯北地區(qū)以壤土和粘壤土居多，除東部濱海鹽堿地和少數(shù)內(nèi)陸澇洼鹽堿地以外，土壤比較肥沃，建立櫻桃園需要提高土壤的通透性;魯西地區(qū)較魯北地區(qū)地勢(shì)偏高，為黃河沖積平原，壤土、沙壤土居多，土壤肥厚，平均日較差為10～11℃，有利于光合作物的積累和果實(shí)品質(zhì)的提高。該區(qū)春季回暖早，多干熱風(fēng)，易受旱害，夏季熱，多暴雨，地表與地下水自排能力差，易成澇災(zāi)，應(yīng)注意排水;秋季短而早，冬季長(zhǎng)而干寒，冬季應(yīng)防止甜櫻桃抽條。該區(qū)聊城、曲阜等地均有甜櫻桃栽培，生長(zhǎng)結(jié)果表現(xiàn)良好，果實(shí)品質(zhì)佳，總體比較適合栽培甜櫻桃，目前甜櫻桃在本區(qū)的分布較少，建議可發(fā)展一定規(guī)模的甜櫻桃。本區(qū)的樂(lè)陵、沾化、墾利等地，雖氣候因子聚類(lèi)在一起，但因土壤偏堿性等因素，基本沒(méi)有甜櫻桃種植。

甜櫻桃次適宜栽培區(qū):

Ⅴ區(qū):榮成，主要為石島一帶。該地區(qū)受海洋的影響，全年空氣潮濕，年平均日照百分率為54%～58%。榮成是全省年均氣溫最低的地區(qū)，年均溫11.4℃，4月份平均氣溫8.4℃，在該區(qū)種植甜櫻桃易遭受花期凍害，需及時(shí)防止花期凍害的發(fā)生，且該區(qū)風(fēng)速大，栽培甜櫻桃需采取防風(fēng)措施，如建立防護(hù)林等，不建議該區(qū)大量發(fā)展甜櫻桃。

Ⅵ區(qū):日照臨海區(qū)，主要為嵐山一帶。該區(qū)年均溫為12.1℃ ～14.5℃，受海洋影響嚴(yán)重，年平均相對(duì)濕度較大，約72%;年均降雨量是山東省最多的地方，特別年份達(dá)1 000mm以上。2008年、2009年降雨量均達(dá)1 200mm以上，尤其甜櫻桃果實(shí)發(fā)育期降雨量較多，2008年5～7月份降雨量達(dá)661.9mm，在此區(qū)種植甜櫻桃需配合起壟栽培搭建避雨設(shè)施，否則甜櫻桃容易發(fā)生根部澇害，且果實(shí)采收期遇雨易裂果。

3 結(jié)論和討論

早期的作物區(qū)劃均是將農(nóng)業(yè)氣象資料指標(biāo)和栽培作物的植物學(xué)性狀、生物學(xué)特性、適合生長(zhǎng)的環(huán)境因子等相結(jié)合，借助經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展研究，區(qū)劃的結(jié)果主觀性較強(qiáng)［14-15］。此方法精確度不高，難以將各種作物的生態(tài)栽培區(qū)較全面的劃分出來(lái)。近來(lái)，傳統(tǒng)的定性的區(qū)劃方法已逐漸被更為科學(xué)的定量的區(qū)劃方法所取代。依據(jù)數(shù)學(xué)方法［16-18］，盡早從定量的角度對(duì)主要在我國(guó)的適生區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)劃，是發(fā)展我國(guó)甜櫻桃生產(chǎn)的重要任務(wù)。近年來(lái)，GIS技術(shù)［19-20］在氣候資源區(qū)劃和作物種植區(qū)劃中得到廣泛應(yīng)用并取得了較好的效果，也將是我們今后繼續(xù)研究的重點(diǎn)。

采用影響甜櫻桃生長(zhǎng)發(fā)育的四個(gè)關(guān)鍵氣象因子進(jìn)行了區(qū)劃，區(qū)劃結(jié)果與當(dāng)前甜櫻桃在山東省的分布和生長(zhǎng)結(jié)果表現(xiàn)相一致，它能夠客觀地反映出各生態(tài)區(qū)間的差異性和區(qū)內(nèi)的相似性，為山東省種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和甜櫻桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。該文劃分的最適宜栽培區(qū)和適宜栽培區(qū)是山東省甜櫻桃發(fā)展的主要區(qū)域。由于劃分適栽區(qū)域主要采用的是氣候區(qū)劃，因此，無(wú)論在哪個(gè)生態(tài)區(qū)發(fā)展甜櫻桃時(shí)，都要結(jié)合當(dāng)?shù)氐暮０?、地形地貌、土壤、光照等因素，并且根?jù)甜櫻桃生長(zhǎng)結(jié)果特性、果實(shí)成熟期、品質(zhì)等狀況選擇合適的品種、砧木進(jìn)行栽培，使早、中、晚熟品種合理搭配，盡量延長(zhǎng)市場(chǎng)供應(yīng)期。另外加大對(duì)甜櫻桃先進(jìn)栽培技術(shù)的推廣力度，通過(guò)整形修剪、花果管理、土肥水管理、病蟲(chóng)害防治等技術(shù)的綜合應(yīng)用，變次適栽培區(qū)為適宜栽培區(qū)，拓寬甜櫻桃的適栽范圍，增加栽培面積，促進(jìn)甜櫻桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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