基于GIS 支持的陽谷縣冬小麥精細(xì)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃

趙春芳，張義豪，孫培良，劉 頊，魏吉忠

（1.陽谷縣氣象局，山東陽谷250000；2.聊城市氣象局，山東聊城252000）

山東陽谷縣位于東經(jīng)115°39′～116°06′，北緯35°55′～36°19′之間，地處山東省西部，聊城地區(qū)南端，魯西平原，黃河之北。春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季晴爽有旱澇，冬季盛行西北風(fēng)，寒冷干燥。陽谷縣下轄陽谷鎮(zhèn)、高廟王、張秋鎮(zhèn)等16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。山東省氣象學(xué)會(huì)、馮曉云等對(duì)山東省農(nóng)作物的氣候資源進(jìn)行過研究，建立的區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)已在業(yè)務(wù)中應(yīng)用[1-9]。為了更好地指導(dǎo)全縣小麥生產(chǎn)，利用區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站、鄰縣觀測(cè)資料，模擬計(jì)算30 a全縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)小麥區(qū)劃氣象資料，以GIS技術(shù)作為支持，開展了縣域以下小麥的精細(xì)化氣候區(qū)劃研究。

1 資料來源

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)采用陽谷縣氣象站1981—2012年地面觀測(cè)資料、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2006—2012年區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站資料以及周邊聊城市、莘縣、臺(tái)前等臺(tái)站觀測(cè)資料；鄉(xiāng)鎮(zhèn)無觀測(cè)點(diǎn)的利用差值法計(jì)算得到。

主要農(nóng)作物的生長(zhǎng)期等作物生育期觀測(cè)資料來自聊城市氣象局國家基本農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站歷年作物發(fā)育期觀測(cè)資料，區(qū)劃中所選用的其他分析指標(biāo)如耕地比例等數(shù)據(jù)來自陽谷縣2011年統(tǒng)計(jì)年鑒。

2 區(qū)劃原理與區(qū)劃方法

2.1 農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃原理

農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃是從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要出發(fā)，根據(jù)農(nóng)業(yè)氣候條件的地區(qū)差異進(jìn)行區(qū)域劃分。一般是在分析地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候條件的基礎(chǔ)上，采用對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義的氣候指標(biāo)，遵循農(nóng)業(yè)氣候相似原則，將一個(gè)地區(qū)劃分為若干個(gè)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)域；各區(qū)都有其自身的農(nóng)業(yè)氣候特點(diǎn)、農(nóng)業(yè)發(fā)展方向和利用改造途徑。農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃步驟為：首先針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要?dú)夂騿栴}，找出關(guān)鍵性氣候因子和關(guān)鍵時(shí)期確定指標(biāo)，進(jìn)行農(nóng)業(yè)氣候條件分析；然后確定區(qū)劃系統(tǒng)與區(qū)劃指標(biāo)值，進(jìn)行分區(qū)；最后進(jìn)行分區(qū)評(píng)述。

農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃可分為綜合和單項(xiàng)2類。綜合區(qū)劃全面考慮農(nóng)、林、牧、漁各業(yè)與氣候條件的關(guān)系；單項(xiàng)區(qū)劃只考慮某一生產(chǎn)門類、某一作物或某一農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題與氣候條件的關(guān)系，或某種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害、某項(xiàng)農(nóng)業(yè)氣象要素。

為了加強(qiáng)農(nóng)業(yè)適應(yīng)氣候變化，提高決策服務(wù)的水平，對(duì)陽谷縣播種的主要農(nóng)作物進(jìn)行精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，區(qū)域以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基準(zhǔn)劃分，并根據(jù)農(nóng)作物受氣象災(zāi)害影響情況作農(nóng)作物氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。陽谷縣屬古老的平原農(nóng)業(yè)區(qū)，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，主要種植的農(nóng)作物有小麥、玉米等糧食作物。此次陽谷縣的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃主要選擇糧食作物小麥作單一農(nóng)作物精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃。

2.2 農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃指標(biāo)和農(nóng)作物氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

該次區(qū)劃中的熱量指標(biāo)為0℃農(nóng)業(yè)界限溫度期間的積溫、年平均氣溫日較差、作物生長(zhǎng)期平均氣溫日較差、最熱月平均氣溫以及最冷月平均氣溫；水分指標(biāo)為降水量。此外，還有極大風(fēng)速和光照等其他指標(biāo)。除前面提到的氣象條件指標(biāo)外，輔助指標(biāo)結(jié)合土壤、地形等自然景觀的差異作補(bǔ)充指標(biāo)。

農(nóng)作物的氣象災(zāi)害危害性有干旱造成的缺水，洪澇使農(nóng)作物受淹，大風(fēng)造成的農(nóng)作物倒伏，高溫造成的高溫灼傷和低溫造成的凍害，氣象要素引起的病蟲害等。指數(shù)分別為水分敏感指數(shù)、受淹指數(shù)、倒伏指數(shù)、耐低溫能力、抗凍能力、抗病蟲害能力。

2.3 農(nóng)作物生長(zhǎng)基本特征

小麥?zhǔn)切←湆僦参锏慕y(tǒng)稱，是一種廣泛種植的糧食作物，總產(chǎn)量在世界上排名第2，僅次于玉米。山東地處中國的北方，種植的為冬小麥，秋季10—11月播種，翌年5—6月成熟，生育期長(zhǎng)達(dá)180 d左右。其生長(zhǎng)必須經(jīng)過春化和光照2個(gè)發(fā)育階段。小麥種子萌發(fā)后，便進(jìn)入春化階段的發(fā)育。其特點(diǎn)是在所需要的綜合條件中必須有一定時(shí)間和一定程度的低溫，否則就不能通過春化階段，永遠(yuǎn)停留在分蘗狀態(tài)。根據(jù)小麥通過春化階段所需溫度高低和時(shí)間長(zhǎng)短，可把小麥品種分為冬性、半冬性和春性3種基本類型。

小麥通過春化階段后，在適宜的外界環(huán)境條件下，就進(jìn)入第2個(gè)發(fā)育階段，即在光照階段，低溫使小麥通過春化，具備了拔節(jié)抽穗結(jié)實(shí)基礎(chǔ)，但還必須通過一定的光照時(shí)間，才能最終完成生長(zhǎng)周期。若已通過春化階段的幼苗，仍處在每天8～10 h光照條件下，小麥則遲遲不能抽穗。特別是冬性品種，反應(yīng)更為敏感。反應(yīng)遲鈍型：每日8～12 h光照，16 d通過。中等類型，每日8～12 h光照，24 d通過。反應(yīng)敏感型，每日12 h的光照，30～40 d通過[10]。

2.4 氣象資料插值方法

本次評(píng)估根據(jù)實(shí)際情況，沒有區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站期間采用線性回歸方法。原理為：線性回歸模型描述2個(gè)要素之間的線性相關(guān)關(guān)系，如2個(gè)要素間存在顯著的相關(guān)關(guān)系，就可以建立二者之間的線性回歸方程，其表達(dá)式為：

在部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)安裝區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站以后，沒有安裝區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站的鄉(xiāng)鎮(zhèn)采用空間格點(diǎn)插值法計(jì)算相應(yīng)氣象資料。

3 陽谷縣氣象氣候特征分析

3.1 陽谷縣0 ℃積溫氣象條件分布

陽谷縣累年穩(wěn)定通過0℃的積溫在4 779.9～5 171.7℃之間（圖1），其中郭屯鄉(xiāng)位于陽谷縣北端，積溫最低，為4 779.9℃，陽谷縣西南部的高廟王鎮(zhèn)最高，為5 171.7℃，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)在4 779.9～5 171.7℃之間。

3.2 陽谷縣降水量分布

陽谷縣累年平均降水量在473.8～552.6 mm之間（圖2），陽谷縣南部金斗營(yíng)、李臺(tái)、壽張、十五里元、張秋5鎮(zhèn)及北部的郭屯鎮(zhèn)累年降水在500 mm以下，西湖、定水、安樂、阿城以及陽谷城累年降水量在530 mm以上。其中，張秋鎮(zhèn)降水最少，只有473.8 mm，阿城鎮(zhèn)累年降水量最多，達(dá)552.6 mm，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)在473.8～552.6 mm之間。

3.3 陽谷縣日照時(shí)數(shù)分布

陽谷縣累年的平均日照時(shí)數(shù)集中在2 090～2 290 h之間（圖3），西南部的金斗營(yíng)鎮(zhèn)累年日照時(shí)數(shù)最低，為2 094.5 h，陽谷縣的定水、阿城及陽谷縣城在2 200 h以上，縣城最高，為2 283.1 h，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)在2 100～2 200 h之間。

3.4 陽谷縣平均日較差分布

陽谷縣累年平均日較差在9.8～11.4℃之間（圖4），南部地區(qū)累年日較差在10℃以下，陽谷縣定水鎮(zhèn)累年日較差11.4℃，為全縣最高，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)在10.0～11.0℃之間。

3.5 陽谷縣最熱月平均氣溫分布

陽谷縣累年最熱月平均氣溫在25.9～30.6℃之間（圖5），陽谷縣的七級(jí)、郭屯、陽谷縣城累年最熱月平均氣溫在27℃以下，其中，郭屯鎮(zhèn)平均氣溫最低，為25.9℃，陽谷縣高廟王鎮(zhèn)最熱月平均溫度最高，達(dá)30.6℃，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)在27.0～30.0℃之間。

3.6 陽谷縣最冷月平均氣溫分布

陽谷縣累年最冷月平均氣溫在-4.0～-1.1℃之間（圖6），平均溫度分布基本呈從南到北降低，其中，阿城鎮(zhèn)最冷月累年平均氣溫最低，為-4.0℃，陽谷縣南部的金斗營(yíng)鎮(zhèn)最冷月平均氣溫最高，為-1.1℃，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)在-3.8～-1.6℃之間。

3.7 陽谷縣極大風(fēng)速分布

陽谷縣累年平均極大風(fēng)速在5.6～9.4 m/s之間，其中，定水鎮(zhèn)累年極大風(fēng)速最低，為5.6 m/s，陽谷東北角的七級(jí)鎮(zhèn)平均極大風(fēng)速最大，為9.4 m/s，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)在5.6～9.4 m/s之間。

4 陽谷縣小麥精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃

小麥氣候區(qū)劃各地指標(biāo)不同，山東省一般采用全生育期≥0℃積溫、冬前≥0℃積溫、12—2月負(fù)積溫、光照階段的日照時(shí)數(shù)、灌漿期日較差、全生育期降水量等指標(biāo)。根據(jù)聊城市1981—2012年小麥農(nóng)業(yè)生育期開始和成熟時(shí)間統(tǒng)計(jì)，生育期一般為10月13日至翌年6月7日，灌漿期平均為5月14日至6月4日。

4.1 陽谷縣小麥生育期0 ℃積溫氣候區(qū)劃

按聊城市代表站累年平均生育期計(jì)算，陽谷縣小麥生育期≥0℃積溫在1 967.2～2 100.8℃之間（圖7），除郭屯鎮(zhèn)生育期≥0℃積溫低于小麥生育期2 000～2 200℃的積溫外，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)生育期積溫均能滿足小麥生育期的積溫需求。由圖7可知，郭屯鎮(zhèn)小麥種植時(shí)間應(yīng)早于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以提高生育期積溫。

4.2 陽谷縣小麥冬前0 ℃積溫氣候區(qū)劃

陽谷縣小麥生育期按聊城市代表站累年平均冬前溫度計(jì)算≥0℃積溫在559.3～631.8℃之間（圖8），按“山東省主要農(nóng)作物氣象指標(biāo)及農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃研究”中冬前積溫550～750℃作為冬小麥適時(shí)播種的一個(gè)溫度標(biāo)準(zhǔn)，冬前積溫少于400℃難以形成壯苗，多為弱苗；冬前積溫若介于750～800℃之間，可形成冬前壯苗。陽谷縣冬前積溫均在適宜范圍內(nèi)。參考臨近省[1-2]半冬性和弱春性小麥對(duì)冬前積溫的試驗(yàn)結(jié)論，積溫在600℃以下適合種植弱春性小麥，主要分布在陽谷縣的中部和南部，其他地區(qū)適合種植半冬性小麥。

4.3 陽谷縣小麥12—2 月負(fù)積溫氣候區(qū)劃

陽谷縣小麥12—2月的負(fù)積溫在-175.6.3～-78.9℃之間（圖9），按“山東省主要農(nóng)作物氣象指標(biāo)及農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃研究”結(jié)論，冬小麥負(fù)積溫在-240℃以上不會(huì)造成凍害，整個(gè)陽谷縣均在無凍害范圍內(nèi)。陽谷縣負(fù)積溫呈現(xiàn)從南向北增大趨勢(shì)，小麥越冬條件從南向北變差。

4.4 陽谷縣小麥灌漿期日較差氣候區(qū)劃

陽谷縣小麥灌漿期日較差在10.9～13.0℃之間（圖10），冬小麥灌漿期日較差最小值出現(xiàn)在阿城鎮(zhèn)，為10.9℃，最大出現(xiàn)在高廟王鎮(zhèn)，為13.0℃。陽谷縣灌漿期日較差從東向西增大，全縣灌漿期日較差基本上都在11℃以上，屬晝夜溫差較大的地區(qū)，尤其七級(jí)和高廟王鎮(zhèn)日較差在12℃以上，使小麥糖分含量高、口感好。

4.5 陽谷縣小麥生育期降水氣候區(qū)劃

陽谷縣小麥生育期降水量與冬小麥蓄水量百分比在26.7%～34.6%之間（圖11），按“山東省主要農(nóng)作物氣象指標(biāo)及農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃研究”結(jié)論，山東省小麥生育期降水占需水量的20%～40%，陽谷縣冬小麥生育期降水量正好在此中間，冬小麥生育期在山東的需水量450～525 mm，小麥生育期缺水量比較大，需要很好的灌溉條件[10-12]。

4.6 陽谷縣小麥光照階段日照時(shí)數(shù)氣候區(qū)劃

陽谷縣光照階段的日照時(shí)數(shù)均為8～9 h（圖12），光照時(shí)間最長(zhǎng)為金斗營(yíng)鎮(zhèn)（9.1 h），最短為郭屯鎮(zhèn)（8.1 h），冬小麥品種應(yīng)選擇感光性弱或中等類型。

5 小結(jié)

綜合上面小麥生長(zhǎng)期間的生育期積溫、冬前積溫、灌漿期日較差等6個(gè)生育指標(biāo)，陽谷縣全縣處于冬小麥的適宜種植區(qū)。

陽谷縣小麥生育期內(nèi)的積溫正好在小麥的適宜期間，以陽谷縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)小麥生育期積溫作平均統(tǒng)計(jì)，按2 000～2 200℃的生育期積溫要求，陽谷縣冬小麥的適宜播期為10月3—16日[2-3，10]。

根據(jù)冬前積溫的分布，陽谷縣從南向北小麥適合弱春性向半冬性品種播種；從負(fù)積溫看，一般年份不會(huì)出現(xiàn)凍害，個(gè)別年份可能會(huì)出現(xiàn)晚霜凍害；從最熱月溫度分布來看，會(huì)有干熱風(fēng)等高溫災(zāi)害存在[10-14]。從灌漿期日較差的統(tǒng)計(jì)可知，陽谷縣小麥從東向西日較差增大，成熟小麥的含糖量增多，口感品質(zhì)越好[4-7]。陽谷縣小麥光照階段的日照時(shí)數(shù)短，小麥品種應(yīng)選擇感光性弱或中等類型。陽谷縣的降水量與需水量比例在30%左右，缺水量比較大，需要很好的灌溉條件。陽谷縣地處魯西平原，每千米分布機(jī)井40眼，很好地滿足了小麥的灌溉條件，可保障小麥豐收[10-14]。

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