海原縣馬鈴薯氣候適宜性精細化區(qū)劃

馬力文，劉靜*，馬金富，張學藝

（1.中國氣象局旱區(qū)特色農業(yè)氣象災害監(jiān)測預警與風險管理重點實驗室，寧夏銀川750002；2.寧夏氣象防災減災重點實驗室，寧夏銀川750002；3.寧夏海原縣氣象局，寧夏中衛(wèi)755200）

栽培生理

海原縣馬鈴薯氣候適宜性精細化區(qū)劃

馬力文1,2，劉靜1,2*，馬金富3，張學藝1,2

（1.中國氣象局旱區(qū)特色農業(yè)氣象災害監(jiān)測預警與風險管理重點實驗室，寧夏銀川750002；2.寧夏氣象防災減災重點實驗室，寧夏銀川750002；3.寧夏海原縣氣象局，寧夏中衛(wèi)755200）

由于地形地貌復雜，加之僅靠1個氣象監(jiān)測站的數(shù)據(jù)進行寧夏海原縣馬鈴薯區(qū)劃難以準確，精細化程度不夠，采用海原縣12個區(qū)域自動站2008～2014年資料開展馬鈴薯氣候適宜性精細化區(qū)劃。根據(jù)已有的研究，選擇與馬鈴薯產量相關顯著的3個氣象因子作為馬鈴薯適宜氣候區(qū)劃指標，即以7月平均氣溫表征開花至結薯階段氣溫適宜程度，7月降水量表征馬鈴薯膨大初期水分滿足狀況，8月最高氣溫表征薯塊膨大中后期熱量條件。按照3個因子的等級將研究區(qū)域劃分為極適宜區(qū)、較適宜區(qū)和不適宜區(qū)3個等級。極適宜區(qū)包括海原縣南部半陰濕區(qū)，為月亮山和南華山兩大山系所形成的黃土高原丘陵溝壑區(qū)；較適宜區(qū)分布在海原縣中部大部分地區(qū)，該地區(qū)地貌復雜，一般為梁峁殘塬地帶，河谷川地較多。海原縣北部是不適宜區(qū)。

自動氣象站；馬鈴薯；精細化；農業(yè)氣候區(qū)劃

寧夏海原縣地處黃土高原西北部，屬黃河中游黃土丘陵溝壑區(qū)。境內丘陵起伏，溝壑縱橫，六盤山余脈（南華山、西華山、月亮山等）由南向北深入境內，地形、地貌及氣候條件復雜多樣。年均氣溫7℃，≥10℃積溫2 398℃，無霜期149～171 d，年平均降水量363 mm，且60%集中在7～9月[1]。海原縣是寧夏馬鈴薯第二種植大縣，近年來種植面積在4.33萬hm2以上，總產值超過5.2億元[2]。隨著馬鈴薯種植區(qū)域逐漸擴大，加上農戶盲目種植，有些不適宜的區(qū)域也大面積種植馬鈴薯，造成馬鈴薯產量年際間變幅巨大，特別是近十年來受氣候變暖、干旱頻繁的影響，單產的降幅較大，對馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展造成了一定影響（圖1）。如何充分利用當?shù)毓鉄豳Y源，合理布局，趨利避害，提高產量和效益是馬鈴薯產業(yè)發(fā)展中急需解決的關鍵問題[3]。

近年來，海原縣布設了區(qū)域自動氣象站網，獲取資料及時準確、時間和空間分辨率高，使開展縣域內馬鈴薯適宜種植的精細化農業(yè)氣候區(qū)劃成為可能。本文利用縣域內12個區(qū)域自動氣象站點2008～2014年的資料，對海原縣馬鈴薯的氣候適宜性進行了精細化區(qū)劃，使氣候區(qū)域尺度更小，提高了區(qū)劃的精度，為合理進行種植結構調整提供科學依據(jù)。

圖1 寧夏海原縣歷年馬鈴薯種植面積和單產變化Figure 1 Trends of potato planting area and yield in Haiyuan County of Ningxia

1 資料及方法

1.1 氣象站點的選取與ArcGIS定標

氣象站點數(shù)據(jù)來自寧夏氣象信息中心檔案資料，包括海原縣本站（區(qū)域大監(jiān)站）和2008～2014年自動氣象站資料，各站點地理信息見表1。

利用海原點陣數(shù)據(jù)shp文件，將海原縣地理信息進行掩膜裁切，形成獨立的海原地理信息數(shù)據(jù)包，包括海原縣經度、緯度、海拔高度等信息。上述的行政邊界、經緯度、高程數(shù)據(jù)文件都采用重采樣和投影坐標變換后，將地理信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一到250m格點分辨率和WGS1984的投影坐標上。將站點信息通過ArcGIS軟件導入后進行分布性檢驗，發(fā)現(xiàn)站點分布合理、均勻，可代表縣域內基本氣候狀況（圖2）。

1.2 區(qū)劃氣象因子與指標界限的確定

開展各地種植馬鈴薯的氣候適宜性區(qū)劃，首先需要了解當?shù)伛R鈴薯的生育進程與適宜生長的氣象條件，建立能反映產量水平的客觀分區(qū)氣候指標。海原縣馬鈴薯一般在4月下旬至5月上旬播種，10月上旬收獲。5月為發(fā)芽期，6月為幼苗期，7月上中旬為發(fā)棵期，7月為塊莖膨大初期，8～9月為淀粉積累期[4]。一般來說，馬鈴薯是喜涼作物，4℃以上就可發(fā)芽，10～12℃幼芽生長健壯。發(fā)棵期和開花期對溫度要求比較嚴格，適宜溫度15～20℃，氣溫偏高影響塊莖形成和結薯數(shù)目，高于23℃難以形成塊莖。結薯期氣溫18～21℃、氣溫日差較大對塊莖的生長和淀粉積累最為有利，超過21℃塊莖生長受到抑制，超過25℃塊莖基本停止生長，超過27℃發(fā)生次生生長，形成小薯和異形薯[5]。

宋玉芝等[6]認為，西吉縣馬鈴薯生育期內的積溫、日照與莖葉干物質重呈正相關，降水量呈二次曲線關系，存在適宜降水量，過多容易因晚疫病而減產。謝萍等[7]研究表明，西吉縣種植的‘隴薯3號’淀粉含量與塊莖膨大期間的降水量、積溫和日照均顯著相關，表明當?shù)亟邓蛔?、積溫不足均影響馬鈴薯成熟度。孫芳等[8]對農學旱作區(qū)馬鈴薯產量與氣象條件的分析表明，6月下旬至7月中旬的發(fā)棵期降水量與產量極顯著正相關，塊莖膨大初期的氣溫日較差與產量極顯著負相關，也間接反映出此階段晴熱少雨不利于塊莖膨大。陳義明[9]認為青海省互助縣馬鈴薯塊莖膨大期溫度、降水量與產量正相關密切，該地海拔2 100～2 400 m，后期熱量不足是產量限制的原因。中部干旱帶光熱資源較好，降水不足是限制馬鈴薯增產的主要原因[10,11]，馬金虎等[12]在塊莖膨大初期補灌使產量大幅提高，也證實了降水不足是限制產量的主要原因。

分析寧夏各地馬鈴薯生育期間歷年逐旬氣溫和降水量，發(fā)現(xiàn)海原縣7月份降水偏少，是限制產量的主要原因[13]。朱赟赟等[11]通過積分回歸發(fā)現(xiàn)中部干旱帶7月份降水量與產量極顯著正相關，7月份平均氣溫與產量顯著負相關，適宜氣溫為18～21℃，超過25℃塊莖基本停止生長。王連喜等[4]通過氣象產量相關性確定的馬鈴薯區(qū)劃指標中，除了上述2個因子外，7～8月平均最高氣溫也是區(qū)劃的關鍵因子，但分析認為，8月份最高氣溫對產量的影響更顯著。因此，參考上述因子及指標，結合海原縣馬鈴薯生育期內各氣候因子與氣象產量的關系，確定了海原縣馬鈴薯適宜氣候區(qū)劃的因子和各因子的分級指標，并參考唐紅艷等[14]的對內蒙古東部馬鈴薯膨大期的溫度適宜指標，對海原縣區(qū)劃的氣象指標進行了修訂，以7月平均氣溫表征開花至結薯階段氣溫適宜程度，7月降水量表征馬鈴薯膨大初期水分滿足狀況，8月最高氣溫表征薯塊膨大中后期熱量條件，得到了海原縣馬鈴薯的氣候適宜性區(qū)劃指標（表2）。

表1 海原縣馬鈴薯氣候適宜性區(qū)劃氣象站點信息Table 1 Weather station information for potato climatic suitability regionalization in Haiyuan County

圖2 海原縣馬鈴薯氣候適宜性區(qū)劃中氣象站點的選擇分布Figure 2 Distribution of the meteorological information stations for potato climatic suitability regionalization in Haiyuan County

表2 海原縣馬鈴薯氣候區(qū)劃指標Table 2 MeteorologicalindexesforpotatoclimaticregionalizationinHaiyuanCounty

1.3 氣候因子小網格推算

為獲取海原縣馬鈴薯區(qū)劃各氣象因子地理分布，需建立地理推算模式。利用ArcGIS軟件的小網格分析方法建立氣候要素與站點經度、緯度、海拔高度等地理信息的數(shù)學模型[15]，將寧夏海原縣氣候資源數(shù)據(jù)推算到空間分辨率為250 m的面上數(shù)據(jù)，即：Y=f（λ,φ,h）+ε

式中，Y為氣候因子（7月平均氣溫、7月降水量、8月最高氣溫）；λ、φ、h分別代表經度、緯度、海拔高度地理因子，ε為殘差，消除小地形影響，因海原縣地理范圍小，可忽略不計。文中所用到的氣候資源關系模型見表3。

由各氣象站的經度、緯度和海拔高度作為基本圖層，運用GIS柵格圖層計算功能，分別得到單氣候指標因子分布圖層（圖3）。圖3中較為明亮的區(qū)域為高值區(qū)，暗色的區(qū)域為低值區(qū)，由圖3b可看出，海原縣降水分布不均，相對來說南部偏多，西南部靠近中心一帶是降水高值分布區(qū)；由圖3a、圖3c可看出，7月平均氣溫和8月最高氣溫的高值區(qū)分布在北部地區(qū)，南部地區(qū)相對冷涼。說明海原南部地區(qū)即可滿足馬鈴薯的熱量需求，又避免了馬鈴薯受高溫危害造成減產，因此，可以判斷南部地區(qū)適宜馬鈴薯種植。而北部地區(qū)氣溫較高、降水較少，馬鈴薯種植受干旱影響的可能性較高，是馬鈴薯種植的高風險區(qū)域。

1.4 區(qū)劃原則

采用集優(yōu)法，即認為各氣象因子對區(qū)劃同等重要，無主次之分。利用GIS技術，依據(jù)影響馬鈴薯產量的每個顯著性氣象因子的指標分別進行區(qū)劃，對各項氣象因子的區(qū)劃結果進行疊加，完成海原縣馬鈴薯氣候適宜性區(qū)劃。分區(qū)原則為：滿足3個氣象指標均為適宜或2個指標為適宜，1個為次適宜的區(qū)域，劃分為極適宜區(qū)；滿足1個指標為適宜，2個為次適宜的區(qū)域，或3個指標均為次適宜的區(qū)域，劃分為較適宜區(qū)；依據(jù)短板原理，表1中任何一個氣象因子指標劃分為不適宜的區(qū)域定為不適宜區(qū)。

表3 氣候因子小網格推算模型Table 3 Climatic factors gridding calculation model

圖3 海原縣7月平均氣溫（a）、降水量（b）和8月最高氣溫（c）推算結果Figure 3 Gridding calculation results of average temperature(a),precipitation in July(b)and highest temperature in August(c)in Haiyuan County

2 結果與分析

根據(jù)上述分析對寧夏海原縣馬鈴薯氣候適宜性劃分成3個區(qū)（圖4），分別為極適宜區(qū)、較適宜區(qū)和不適宜區(qū)。其中，南部半陰濕區(qū)，該區(qū)包括海原縣關莊、紅羊、曹洼、九彩、李俊、樹臺和賈塘、鄭旗的偏南地區(qū)，為月亮山和南華山兩大山系所形成的黃土高原丘陵溝壑區(qū)，土質以黑壚土為主，土層深厚，土質疏松。這一地區(qū)氣候涼爽，降水適中，7月平均氣溫為l5～19℃，8月最高氣溫平均為21～23℃，7月降水量超過65 mm，氣象條件有利于馬鈴薯產量形成，平均年鮮薯產量可達22 500 kg/hm2，為寧夏馬鈴薯優(yōu)質高產區(qū)。

圖4 海原縣馬鈴薯氣候適宜性區(qū)劃Figure 4 Haiyuan County potato climate suitability regionalization

海原縣中部大部分地區(qū)，包括海城鎮(zhèn)、史店北部、曹洼、鄭旗大部，西安鎮(zhèn)、關橋、甘城鄉(xiāng)和雙河南部。該地區(qū)地貌復雜，一般為梁峁殘塬地帶，其間丘陵起伏，溝壑縱橫交錯，土質為黑壚土、灰鈣土及黃綿土、灰褐土（山地）等。該地區(qū)7月平均氣溫為20～23℃，8月最高氣溫為24～28℃，7月降水量在45～65 mm，氣候冷涼，降水一般，河谷川地較多，在這些地區(qū)產量水平一般，平均年鮮薯產量在15 000 kg/hm2，不能盲目擴大馬鈴薯種植面積，是馬鈴薯發(fā)展的較適宜區(qū)。

海原縣北部，高崖鄉(xiāng)大部、關橋、雙河北部、七營鎮(zhèn)、三河鎮(zhèn)和李旺鎮(zhèn)。氣候屬北溫帶大陸性季風氣候。該地區(qū)7月平均氣溫≥23℃，8月最高氣溫≥28℃，7月降水量≤45 mm，常年干旱少雨，風大沙多，水土流失嚴重，各種災害頻繁，產量低而不穩(wěn)，是海原縣發(fā)展馬鈴薯產業(yè)的不適宜區(qū)。

3 討論

分區(qū)結果表明，馬鈴薯適宜種植區(qū)在海原縣南部的南華山、月亮山及其山間谷地，該地區(qū)海拔較高，7月氣溫較低，降水較多，8月最高氣溫較低，適合馬鈴薯生長。較適宜區(qū)分布在海原中部地區(qū)；海原北部、東部的環(huán)形谷地海拔相對較低，7月氣溫較高，降水偏少，8月氣溫較高，不利于馬鈴薯的生長。分區(qū)結果反映了各地氣候的差異，用各地的氣候條件能夠很好地解釋這種分布差異。不同區(qū)域的實地農情調查表明，各地馬鈴薯產量與區(qū)劃的結果相符。

區(qū)劃氣象因子的選取和區(qū)劃指標的確定，參考了該區(qū)域其他縣馬鈴薯區(qū)劃指標及內蒙古、青海的相關成果，雖然各地自動氣象站的歷史觀測記錄僅有7年，還不能代表各地30年平均氣候狀況，但區(qū)劃的適宜區(qū)、次適宜區(qū)與王連喜等[4]用30年氣候整編資料進行的寧夏全區(qū)馬鈴薯適宜氣候區(qū)劃在適宜區(qū)、次適宜區(qū)的劃分結果一致，而本文將海原縣北部的環(huán)形谷地劃分為不適宜區(qū)，與王連喜等[4]劃分為可種植區(qū)的表述有一定出入，系王連喜等[4]把馬鈴薯適宜區(qū)劃分為4類，而本文分為3類所致，其分類實質相同。

采用多點自動氣象站資料，使基于GIS的縣級精細化區(qū)劃成為可能，反映的區(qū)劃類型和位置更加詳細，對指導縣級種植業(yè)調整，趨利避害具有很大的參考意義，具有可操作性。各地根據(jù)此區(qū)劃進行調整，盡量把馬鈴薯種植在中南部海拔相對較高的地區(qū)，可以減輕7、8月高溫、干旱對馬鈴薯塊莖形成和膨大的不利影響，提高單株結薯率和產量，盡量避免在河谷地區(qū)種植馬鈴薯，可提高全縣的馬鈴薯產量和種植比較效益。

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AMeticulous Climatic Division Suitable for Potato Planting in Haiyuan County

MA Liwen1,2,LIU Jing1,2＊,MA Jinfu3,ZHANG Xueyi1,2
(1.Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions,China Meteorological Administration,Yinchuan,Ningxia 750002,China;2.Ningxia Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Reduction,Yinchuan,Ningxia 750002,China;3.Haiyuan Meteorological Bureau,Zhongwei,Ningxia 755200,China)

As the potato regionalization of the Haiyuan County in Ningxia is very difficult in accuracy and elaborate degree due to the complicated topography,geomorphology and data based only one meteorological station,the meticulous potato climate suitability division was carried out with the meteorological observation data from 12 regional stations from 2008 to 2014.The three meteorological factors related to potato yield were selected as the suitable climatic zoning indexes according to the existing researches.One is the average temperature in July which indicates the temperature suitability from flowering to tuberization stage;the second is the precipitation in July which represents the water requirement in the early stage of tuber bulking;and the third is the average highest temperature in August that signs the heat conditions in middle-late periods of tuber bulking.The study area was divided into three grades according to the grade of the three factors:the most suitable,the suitable and the unsuitable areas,respectively.The most suitable area is located in the semi humid loess hilly and gully region between the Moon Mountain and Nanhua Mountain in the southern part of Haiyuan County;the suitable area is distributed in most of the central region of Haiyuan County where the physiognomy is complex with more valley and platform.However,northern Haiyuan is belonged to the unsuited region.

automatic weather station;potato;meticulous;agricultural climate regionalization

S532

A

1672－3635（2017）04-0210-06

2015-05-21

中國氣象局氣候變化專項（CCSF201415）；中國氣象局氣候變化專項（CCSF201617）；中國氣象局氣候變化專項（CCSF201727）。

馬力文（1964-），女，高級工程師，主要從事農業(yè)氣候資源、農業(yè)氣象、遙感應用等方面研究。

劉靜，碩士，研究員，主要從事氣候變化適用技術研究，E-mail:ahmd_liujing@163.com。