基于GIS的菏澤市優(yōu)質小麥精細化農業(yè)氣候區(qū)劃研究

陳楠 黃玉芳 孔劉備 李娜 張朝昌 馬慧妍

摘 要：為合理配置農業(yè)資源，實現農業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，該文對菏澤市的優(yōu)質小麥精細化農業(yè)氣候區(qū)劃進行了研究。在綜合分析小麥全生育期間的氣候條件的基礎上，綜合考慮了菏澤市的土壤類型、灌溉條件、種植結構、地形地貌等因素，確定了菏澤市優(yōu)質小麥的氣候區(qū)劃指標，利用 GIS 技術將菏澤市優(yōu)質小麥種植劃分為強筋區(qū)，強筋、中筋過渡區(qū)，中筋區(qū)3個不同的適宜種植區(qū)，同時疊加了土地利用信息，區(qū)劃結果更為精細化，以更好地指導農業(yè)生產。

關鍵詞：GIS；優(yōu)質小麥；精細化；農業(yè)氣候區(qū)劃

中圖分類號 S512.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）06-0134-03

Abstract：In order to rationally allocate agricultural resources and achieve sustainable and healthy development of agriculture，the fine agricultural climate regionalization of high quality wheat in Heze is studied in this paper. Based on the comprehensive analysis of the whole wheat growing period of climatic conditions，considering the Heze City soil types，irrigation conditions，planting structure，topography and other factors to determine the climatic zoning indexes of high quality wheat in Heze City，using GIS technology，high-quality wheat planting in Heze City is divided into three different suitable planting areas including strong gluten zone，strong gluten and medium gluten wheat transition zone and middle gluten zone，and superimposed on the information of land use zoning results，more refined，plays an important role in guiding the actual production.

Key words：GIS；High quality wheat；Refinement；Agro climatic zoning

1 資料來源與方法

1.1 資料來源 菏澤市優(yōu)質小麥的生長狀況以及菏澤市的土壤類型、灌溉條件、地形地貌等資料來源于菏澤市農業(yè)局，氣象資料數據主要來自1971—2016年菏澤市7縣2區(qū)的地面氣象觀測站所提供氣溫、降水、日照等歷史資料[1]。小麥精細化氣候區(qū)劃使用的地理信息底圖資料是菏澤市國土局提供的1∶25萬菏澤市的基礎地理背景數據。

1.2 研究方法 運用GIS的方法將1∶25萬等高線數據轉成高分辨率的數字地形模型，在此基礎上進行數字地形定量分類技術研究。利用專家打分法對菏澤市的優(yōu)質小麥進行區(qū)劃。專家打分法指采用匿名的方式對相關領域的專家進行咨詢，并綜合多數專家的意見進行匯總、分析及歸納，通過該方式對無法采用或難以采用定量分析的因素進行合理估算，經過多輪專家意見征詢、反饋后，對評估的各種指標進行分析的方法。專家打分法的具體操作過程為：首先選擇本專業(yè)領域相關專家；其次專家對方案評估指標給予打分；然后進行總結，并匯總各個指標的分數，最終得出各個指標的結果，并將該結果反饋給專家，最后依據結果所打的分數，給出說明，并統(tǒng)一商量確定分值。專家直接根據經驗并綜合考慮各種因素后確定分數的估計法與直接由人給出分數的方法具有一定的主觀性、隨意性，但是由于小麥品質的復雜性和不確定性、模糊性，這種依據經驗得出的結論較為可靠。

2 小麥生育期間的氣候條件分析

菏澤市屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，熱量充足，氣溫適宜，光照資源豐富，降水時空分布不均勻。菏澤市的冬小麥一般于10月中旬播種，次年5月下旬至6月上旬收獲。菏澤市小麥全生育期的氣候特征是：秋季光照充足，氣溫適宜，降水量時空分布不均勻；冬季氣溫偏低，秋冬連旱時有發(fā)生；春季氣溫回升快，光照充足，但氣溫的變化幅度較大，時有低溫晚霜凍發(fā)生，多大風天氣，導致土壤失墑快；冬小麥生育后期氣溫偏高，容易遭受病蟲害及干熱風災害。

2.1 光照 菏澤市各縣的年平均日照時數1815.2～2604.8h。由圖1可知，菏澤市的年平均日照時數由北部向南部呈遞減的趨勢，年平均日照時數較多的縣區(qū)主要分布在牡丹區(qū)、鄆城縣和定陶縣。年平均日照時數較少的縣區(qū)主要分布在成武縣和單縣。受天文因素影響，一年之內，各縣夏季日照時數最多，春秋次之，冬季最少。菏澤市的日照時數能夠滿足冬小麥的生長發(fā)育、產量和品質形成的需要。

2.2 氣溫 根據菏澤市1971—2010年的地面氣象觀測資料可知，菏澤市各縣的年平均氣溫為13.6～14.3℃，無霜期265～315d，初霜期在10月中、下旬，終霜期在4月中、下旬。就氣溫的空間分布而言，由圖2可知，菏澤市南部的年平均氣溫比北部的年平均氣溫偏高，即菏澤市的氣溫由南向北呈遞減的趨勢。年平均氣溫較高的縣區(qū)主要分布在成武縣、曹縣和單縣，年平均氣溫較低的縣區(qū)主要分布在鄄城縣和東明縣。就四季的年平均氣溫變化而言，夏季最高，冬季最低，春秋居中。菏澤市冬小麥全生育期≥0℃積溫在2126.8（鄄城）～2355.5（單縣）℃，適期播種的冬小麥，越冬前≥0℃積溫都能達到600℃左右，有利于形成冬前壯苗。

2.3 降水 菏澤市常年平均降水量為592.0～694.9mm。年際間降水量變化之大，降水時空分布不均勻。菏澤市其分布的主要特征是南部多、北部少，東部多、西部少。由圖3可知，菏澤市的降水從東南部縣區(qū)向西北部縣區(qū)呈階梯狀減少的趨勢。年平均降水量較多的縣區(qū)主要分布在單縣、曹縣、成武縣和定陶縣，年平均降水量較少的縣區(qū)主要分布在牡丹區(qū)、東明縣和鄄城縣。菏澤市的降水主要集中在7—8月，因此秋冬連旱、春季干旱時有發(fā)生，對冬小麥的籽粒形成和產量造成了不利影響。

3 優(yōu)質小麥生產與氣候條件

大量的研究結果表明，小麥籽粒的品質既受遺傳特性的控制，也受土壤質地、氣候條件、栽培措施、耕作制度等環(huán)境條件的影響。在影響小麥品質的諸多環(huán)境因素中，氣候條件是主導因素，對小麥的品質影響更為明顯[2]。同一小麥品種在不同地區(qū)種植表現出的品質間的差異，在很大程度上主要受氣候條件變化的影響。在影響小麥品質的氣候條件中，以小麥生育期間內的水分、溫度和光照最為重要。

3.1 水分的影響 小麥品質的性狀主要受小麥生長發(fā)育關鍵時期降雨量的影響，相比之下，全生育內的總雨量影響相對較小。水分影響小麥品質的主要時期在抽穗—乳熟階段[3]。研究表明，小麥的開花期，降水對小麥的蛋白質含量呈負相關。開花期降水偏多，會使土壤濕度過大，從而造成蛋白質含量減少，降低了面筋的彈性。若灌漿乳熟期間降水偏少，則會影響淀粉磷酸化酶的活性，不利于葡萄糖合成淀粉，但是可溶性氮合成蛋白質的反應則受影響較小，所以旱地小麥或小麥灌漿期間水分虧缺時，會造成小麥籽粒角質率和蛋白質含量較高。降水過多，也會造成小麥品質下降，從而降低面筋的彈性。

3.2 溫度的影響 溫度對小麥品質有重要影響，同時也影響著小麥的生長發(fā)育以及小麥的光合產物的形成。溫度對小麥品質影響的最重要階段是小麥的抽穗至成熟期間，該時期是小麥產量和品質形成的關鍵時期。該時期的日平均氣溫在15～30℃，若溫度升高，則會造成籽粒干物質積累速度加快，使得粒重增高，蛋白質含量也會增加[4]。灌漿期溫度升高，有利于小麥籽粒形成和蛋白質含量增加，使得面筋的得到改善，但當溫度大于30℃時，則會影響小麥品質。另外，開花至成熟期的蛋白質含量與灌漿-成熟期間的晝夜溫差呈顯著正相關。

3.3 日照的影響 較充足的光照有利于小麥籽粒灌漿期間蔗糖和淀粉的合成，籽粒產量高以及蛋白質含量的提高[5]。

4 菏澤市的優(yōu)質小麥農業(yè)氣候區(qū)劃指標

通過以上分析，參考已有的優(yōu)質小麥區(qū)劃研究成果，充分考慮菏澤市的小麥生產和農業(yè)氣象條件，按照優(yōu)化品質結構、提高種植效益、合理配置資源的原則，提出菏澤市優(yōu)質小麥農業(yè)氣候區(qū)劃指標。選取全生育期≥0℃積溫（℃）、全生育期降水量（mm）、3—4月雨日（天）、3—4 月日照時數（h）、5月降水量（mm）、5月日照時數（h）、5月平均氣溫日較差（℃）7個氣候要素作為優(yōu)質專用小麥農業(yè)氣候區(qū)劃的因子，并按照強筋、中筋和弱筋小麥的適宜種植指標進行分級。表1[6]中的數據為菏澤市強筋、中筋和弱筋小麥適宜種植的區(qū)劃指標，是引用華北地區(qū)優(yōu)質專用小麥的農業(yè)氣候區(qū)劃指標進行分級和劃分的，我們通過表1[6]中的全生育期≥0℃積溫（℃）、全生育期降水量（mm）、3—4月雨日（天）、3—4月日照時數（h）、5月降水量（mm）、5月日照時數（h）、和5月平均氣溫日較差（℃）這7個氣候要素，根據菏澤市7縣2區(qū)的地面氣象觀測站所提供氣溫、降水、日照資料數據，分別計算出這7個要素的值，再進行專家打分，可以對菏澤市的優(yōu)質小麥進行區(qū)劃。

4.1 區(qū)劃分級結果 采用專家打分法，按照表1中的優(yōu)質專用小麥區(qū)劃因子進行打分，分別賦予一定的分值，如全生育期的降水量（mm）：<260mm，賦予3分；260～400mm，賦予2分；>400mm時，賦予1分，其他指標的打分以此類推，然后對每個區(qū)劃因子的分數進行加權疊加處理得到總分值，在綜合考慮灌溉條件、土壤質地和地形地貌等因素的基礎上，制作出菏澤市優(yōu)質小麥農業(yè)氣候區(qū)劃圖，分為強筋小麥適宜種植區(qū)、強筋中筋小麥過渡區(qū)、中筋小麥適宜種植區(qū)3個區(qū)[7]。

4.2 區(qū)劃結果分析

4.2.1 強筋小麥適宜種植區(qū) 該區(qū)主要包括鄆城、巨野。該縣區(qū)的小麥光照、熱量條件較好，冬季氣溫適宜，光照充足，有利于形成冬前壯苗和小麥的安全越冬；拔節(jié)期由于大風日數較多，土壤失墑快，出現干旱的幾率較高[8]。但由于灌溉條件較好，能緩和自然降水偏少的矛盾；灌漿期少雨且氣溫日較差大。該縣區(qū)地勢平坦，土壤質地多為沙壤土、壤粘土，自然降水偏多，灌溉條件良好，土壤肥力水平較高；因而大部分麥田適合優(yōu)質強筋小麥生長（圖4）。

4.2.2 強筋、中筋小麥過渡區(qū) 該區(qū)主要包括鄄城、菏澤、東明、定陶（圖4）。

4.2.3 中筋小麥適宜種植區(qū) 該區(qū)主要包括曹縣、成武和單縣。該縣區(qū)小麥生育后期氣溫日較差常大于12℃，有利于千粒重的提高。該區(qū)土壤多為褐土大部分麥田適合中筋小麥生長（圖4）。

5 小結

（1）本研究在綜合分析小麥全生育期間的氣候條件的基礎上，綜合考慮了菏澤市的土壤類型、灌溉條件、種植結構、地形地貌等因素，確定了菏澤市優(yōu)質小麥的氣候區(qū)劃指標，利用GIS技術將菏澤市優(yōu)質小麥種植劃分為強筋區(qū)、強筋、中筋小麥過渡區(qū)、中筋區(qū)3個不同的適宜種植區(qū)，同時疊加了土地利用信息，區(qū)劃結果更為精細化，對實際生產有較強的指導作用。

（2）此次區(qū)劃結果與目前菏澤市優(yōu)質小麥種植分布總體較為一致。

（3）發(fā)展優(yōu)質小麥的種植，可以全面提升菏澤市優(yōu)質小麥的市場競爭能力和綜合生產能力，從而實現農民增收，推動農業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻

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（責編：張宏民）