元江縣火龍果種植氣候適宜性區(qū)劃與氣象災(zāi)害分析

韓 敏，姜希睿

(云南省元江縣氣象局，云南元江 653300)

火龍果的果實碩大，果肉營養(yǎng)豐富，清甜多汁，單果可食率85%～90%?；瘕埞幸话闼儆械莫毺爻煞秩缁ㄇ嗨?、白蛋白、豐富的維生素和水溶性膳食纖維等，具有較好的營養(yǎng)保健功效，有很高的經(jīng)濟價值[1-2]。同時，火龍果花的可觀賞性、根莖的可食用性等特點，使火龍果的產(chǎn)業(yè)鏈可以形成良好的延伸鏈條。另外，火龍果耐干、耐旱、高產(chǎn)，是一種很好的經(jīng)濟作物[3-4]。

元江縣有得天獨厚的自然地理條件，水源豐富，無工業(yè)污染，空氣環(huán)境清潔。據(jù)統(tǒng)計，火龍果在元江縣種植已超過846.67 hm2，按照元江縣政策部署，元江縣擬發(fā)展為全省最大高原特色農(nóng)業(yè)火龍果生產(chǎn)基地。元江縣熱壩區(qū)有發(fā)展火龍果的適宜氣候條件，但元江縣地形地貌復(fù)雜，因缺乏科學(xué)的種植規(guī)劃，目前火龍果種植區(qū)布局不合理。基于火龍果生物學(xué)特性，筆者以元江縣火龍果生長發(fā)育的氣候條件為研究背景，分析元江縣火龍果種植的氣候適宜性，利用GIS進(jìn)行氣候適宜性區(qū)劃，可為元江縣合理種植火龍果提供依據(jù)，促進(jìn)元江縣水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有利于聯(lián)動農(nóng)林部門防災(zāi)減災(zāi)，提高火龍果產(chǎn)量、優(yōu)化品質(zhì)，從而帶動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的進(jìn)步[5]。

1 資料與方法

1.1研究地概況元江哈尼族彝族傣族自治縣位于云南省玉溪市西南部，它有著悠久的歷史，有“天然溫室”的美譽。元江地理坐標(biāo)為101°39′～102°22′E、23°18′～23°55′N，最高海拔2 580 m，最低海拔327 m，海拔1 000 m以下待開發(fā)熱區(qū)面積有1.33萬hm2。境內(nèi)山壩相間，立體氣候特點突出，山區(qū)溫涼，壩區(qū)炎熱，地形地貌多樣，光、熱、水等主要氣候要素受山川走向、植被疏密等因素影響，塑造了得天獨厚的自然資源[6]。元江縣干熱河谷地帶光照充足，雨量適中，水源好，無工業(yè)污染，大氣環(huán)境清新，非常適宜火龍果的生長發(fā)育。

1.2資料來源資料主要包括2004—2016年元江縣13個氣象站點的氣象觀測資料(元江國家基準(zhǔn)站1981—2010年的觀測資料)、火龍果2013—2015年引種觀察期觀測資料、1∶50萬的數(shù)字高程模型(DEM)。

1.3方法

1.3.1綜合區(qū)劃空間模型的建立?？紤]到元江縣的日照、濕度和降水等氣候因子基本能滿足火龍果的生長發(fā)育需求，即使春末初夏季節(jié)性的干旱也能通過人工干預(yù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但溫度是影響火龍果生長和品質(zhì)好壞的基本因子，難以大范圍人工改變。鄭小琴等[7]提出的火龍果種植的農(nóng)業(yè)氣候規(guī)劃指標(biāo)，以及谷曉平等[8]對火龍果幼苗和成齡樹寒害指標(biāo)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)火龍果的種植制度與平均氣溫高度相關(guān)，因此將年平均氣溫(T年)和≥10 ℃年活動積溫(∑T≥10 ℃)作為火龍果種植的基本區(qū)劃因子?；瘕埞L期最適宜的溫度為25.0～35.0 ℃，方百富等[9]研究表明，當(dāng)最高平均溫度為≥39.2 ℃時，由于溫度過高，光照過強，植株生長緩慢，甚至停止生長，成熟期由于強烈的日光照射，對火龍果將產(chǎn)生灼傷；當(dāng)平均溫度為21.4～33.6 ℃，枝條生長迅速；當(dāng)平均溫度≥10.0 ℃時，枝條隨著溫度的升高而加快生長；當(dāng)最低平均溫度≤5.6 ℃時，枝條生長速度極慢，植株完全處于停止生長或休眠狀態(tài)；當(dāng)氣溫低至0 ℃時，枝條被凍傷。因此，將1月平均氣溫(T1)、7月平均氣溫(T7)和極端最高氣溫(Tmax)作為輔助指標(biāo)，表征元江縣最冷月和最熱月的溫度狀況?？紤]火龍果生理特性，得到火龍果種植的氣候區(qū)劃指標(biāo)。

1.3.2綜合區(qū)劃等級量化。在GIS技術(shù)的支持下，依據(jù)氣候資源數(shù)據(jù)庫中的氣候數(shù)據(jù)將5個指標(biāo)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，通過克里金插值功能對數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行溫度的空間內(nèi)插，運用柵格計算器將海平面的柵格圖與數(shù)字高程模型 DEM圖進(jìn)行編程運算生成相應(yīng)不考慮遮蔽影響的各氣候因子的空間分布柵格圖[10]。然后結(jié)合火龍果種植綜合區(qū)劃指標(biāo)，利用GIS的疊加功能對綜合指標(biāo)進(jìn)行量化分級，經(jīng)過圖像修繕即可得到元江縣火龍果種植氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果圖。

2 元江縣火龍果種植氣候適宜性區(qū)劃分析

2.1區(qū)劃指標(biāo)空間分布模型與空間分布

2.1.1區(qū)劃指標(biāo)空間分布模型。結(jié)合火龍果生長發(fā)育對氣候條件的需求，并結(jié)合前人研究成果，建立火龍果種植氣候適宜區(qū)劃指標(biāo)與元江縣地理屬性(DEM)的空間分布模型。元江縣立體氣候特點突出，氣溫的空間分布主要采用海拔校正法。平均氣溫(T年)、1月平均氣溫(T1)、7月平均氣溫(T7)、≥10 ℃活動積溫(∑T≥10 ℃)、平均極端最高氣溫(Tmax)與海拔(H)的回歸方程為：T=aH+b。

2.1.2區(qū)劃指標(biāo)空間分布。在GIS技術(shù)支持下，將元江縣DEM數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，利用元江縣火龍果區(qū)劃指標(biāo)的空間分布模型，將指標(biāo)在柵格計算器中進(jìn)行空間運算，分別得到各個區(qū)劃指標(biāo)的空間分布情況。

2.1.2.1年平均氣溫(T年)空間分布。從圖1可看出，元江縣的平均氣溫河谷高、高山低，壩區(qū)和半山區(qū)適中，大致為由元江河谷向兩側(cè)山區(qū)遞減。東峨、曼來、甘莊、縣城在干熱河谷地區(qū)平均海拔在1 200 m以下，屬炎熱河谷，是年平均氣溫最高的區(qū)域，年平均氣溫在22.0 ℃以上。洼垤、青龍廠等地，海拔在1 200～1 500 m，年平均氣溫17.0～20.0 ℃，屬于次炎熱地區(qū)。因遠(yuǎn)、羊街、那諾、咪哩屬山區(qū)，海拔在1 500～1 900 m，年平均氣溫在14.5～17.0 ℃，屬溫暖或溫和地區(qū)。羊岔街以上，海拔在2 000 m以上，年平均氣溫在13.0～14.5 ℃，屬于溫凉地區(qū)。元江縣平均氣溫分布上的特點主要是由于海拔高差懸殊造成的，其他復(fù)雜地形地貌和焚風(fēng)效應(yīng)也起了重要作用。

圖1 元江縣年平均氣溫(T年)空間分布(單位：℃)Fig.1 Spatial distribution of annual mean temperature( T年)in Yuanjiang County

2.1.2.21月平均氣溫(T1)空間分布。從圖2可看出，元江縣1月平均氣溫分布特點大致與年平均氣溫相似。河谷地區(qū)在12.0～17.0 ℃，冬季氣溫已達(dá)春季的溫度水平，對火龍果的生長發(fā)育較為有利，極個別特殊年份受低溫影響。河谷兩邊山區(qū)咪哩、因遠(yuǎn)、青龍廠、龍?zhí)逗屯菰?0.0～11.0 ℃，高海拔山區(qū)羊岔街、羊街和那諾也在7.0 ℃以上，冬季氣溫較高。

圖2 元江縣1月平均氣溫(T1)空間分布(單位：℃)Fig.2 Spatial distribution of mean temperature in January(T1)in Yuanjiang County

2.1.2.37月平均氣溫(T7)空間分布。從圖3可看出，河谷地區(qū)平均氣溫在26.0 ℃以上，最高為城郊的30.2 ℃，對熱帶和亞熱帶經(jīng)濟作物生長發(fā)育較為有利。半山區(qū)以上平均氣溫在25.0 ℃以下，對火龍果種植而言熱量不足。高海拔山區(qū)最熱月平均氣溫在24.0 ℃以下，夏季高溫不足，個別年份會遇到夏季低溫冷害。

圖3 元江縣7月平均氣溫(T7)空間分布(單位：℃)Fig.3 Spatial distribution of mean temperature in July( T7)in Yuanjiang County

2.1.2.4≥10 ℃年活動積溫(∑T≥10 ℃)空間分布。從圖4可看出，≥10 ℃活動積溫的分布特點大致與年平均氣溫相似，河谷積溫較高，高山積溫不足，壩區(qū)和半山區(qū)積溫適中。河谷地區(qū)大于7 500 ℃·d，滿足火龍果正常生長發(fā)育所需；半山區(qū)積溫在7 000～6 500 ℃·d，高海拔山區(qū)如羊岔街積溫在6 500 ℃·d以下，積溫不足。

圖4 元江縣≥10 ℃活動積溫(∑T≥10 ℃)空間分布(單位：℃·d)Fig.4 Spatial distribution of active accumulated temperature over 10 ℃ (∑T≥10 ℃)in Yuanjiang County

2.1.2.5平均極端最高氣溫(Tmax)空間分布。元江的干熱河谷氣候明顯，夏季炎熱，高溫天氣頻繁，極端高溫天氣突出。從圖5可看出，元江縣河谷地區(qū)歷年平均極端高溫為39.0～41.0 ℃，極端高溫出現(xiàn)在干季末雨季的5—6月初，有記錄以來極端最高氣溫為43.1 ℃，大于40.0 ℃的高溫日數(shù)最多，為18 d。甘莊和東峨在36.0～37.0 ℃，相較低河谷地區(qū)有所緩和。海拔1 000 m以上極端高溫低于33.0 ℃，最低的為羊岔街高寒山區(qū)25.0 ℃左右。

圖5 元江縣平均極端最高(Tmax)氣溫空間分布(單位：℃)Fig.5 Spatial distribution of mean extreme maximum temperature(Tmax)in Yuanjiang County

2.2綜合分級區(qū)劃

2.2.1綜合區(qū)劃等級量化標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合火龍果生長發(fā)育對氣候條件的需求，以及前人研究成果，確定元江縣火龍果種植綜合區(qū)劃指標(biāo)等級量化標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

2.2.2綜合區(qū)劃結(jié)果。按區(qū)劃指標(biāo)結(jié)合GIS數(shù)據(jù)分析得到元江縣火龍果種植氣候區(qū)劃(圖6)。將火龍果種植適宜性劃分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)。

2.2.2.1最適宜區(qū)。元江縣火龍果種植最適宜區(qū)分布在元江河谷、山谷周邊海拔在500～800 m的平壩或坡地，包括曼來鎮(zhèn)、甘莊街道、紅河街道、澧江街道、龍?zhí)多l(xiāng)和洼垤鄉(xiāng)部分地區(qū)，該區(qū)的大部分地勢相對平緩，熱量資源豐富，整個地區(qū)都適合種植火龍果?；瘕埞鼙憩F(xiàn)優(yōu)良品種的固有特性，果樹長勢好，果實品質(zhì)好，濃甜芳香，果汁豐富。冬季幾乎無凍害，開花坐果期高溫日灼較小，可露天種植，是火龍果經(jīng)濟種植的優(yōu)產(chǎn)區(qū)。但是火龍果生育期開花易受夜雨影響，特別是大風(fēng)、強降水天氣。

表1 元江縣火龍果種植氣候區(qū)劃指標(biāo)

圖6 元江縣火龍果種植氣候適宜性區(qū)劃Fig.6 Climate suitability zoning of pitaya planting in Yuanjiang County

2.2.2.2適宜區(qū)。元江縣火龍果種植適宜區(qū)分布分為兩部分，其一為沿元江河谷河流沿岸低海拔地區(qū)，該地區(qū)熱量資源很豐富，但初夏易出現(xiàn)高溫干旱，果子易被“高溫逼熟”，包括曼來鎮(zhèn)、甘莊街道、紅河街道、澧江街道部分地區(qū)；其二為海拔在800～900 m的坡地，包括龍?zhí)多l(xiāng)和洼垤鄉(xiāng)部分地區(qū)，熱量資源也比較豐富，這些地區(qū)基本無凍害，越冬氣象條件比較好，可以滿足元江縣火龍果生長發(fā)育，正常年份與最適宜區(qū)類似，果實品質(zhì)上等。適宜區(qū)可建設(shè)火龍果種植基地，不過栽種在坡地的火龍果越冬期要注意保暖措施的建立，栽種在低海拔地區(qū)要注意夏季防高溫措施。

2.2.2.3次適宜區(qū)。元江縣火龍果種植次適宜區(qū)處于海拔900～1 000 m的坡地，該地區(qū)處于山區(qū)，坡度較大，熱量條件明顯劣于適宜區(qū)和最適宜區(qū)，海拔越高越嚴(yán)重。該地?zé)崃抠Y源并不理想，越冬季節(jié)會受低溫影響，特別是對新生長的枝條影響最大，嚴(yán)重時會有少數(shù)植株死亡。正常年份的生長發(fā)育與適宜區(qū)基本相似，但果實成熟晚，收獲期短，糖分低，品質(zhì)不及適宜區(qū)。次適宜區(qū)可以進(jìn)行小面積種植，應(yīng)選擇地勢較為平緩的且較溫暖的小氣候環(huán)境，冬季應(yīng)該做好防寒措施。

2.2.2.4不適宜區(qū)。元江縣火龍果種植不適宜區(qū)主要分布在因遠(yuǎn)鎮(zhèn)、咪哩鄉(xiāng)、那諾鄉(xiāng)、羊街鄉(xiāng)、洼垤鄉(xiāng)、龍?zhí)多l(xiāng)、曼來鎮(zhèn)的海拔1 000 m以上的山區(qū)，該地區(qū)地勢不平，熱量資源少。由于低溫對火龍果的影響，越冬期受凍害影響，嚴(yán)重影響了火龍果的生長，不適宜種植火龍果，不宜作為經(jīng)濟作物栽培。

3 元江縣火龍果種植氣象災(zāi)害分析

3.1高溫?zé)岷瘕埞L最適宜的溫度25.0～35.0 ℃，元江縣每年4—5月份炎熱少雨，極端高溫天氣頻繁，高溫?zé)岷ζ陂g，火龍果花穗和枝蔓易干枯縮水萎蔫，花苞提前脫落，坐果率低，果實也會因此個頭偏小，果實鱗片枯萎，從而造成減產(chǎn)。在自然高溫條件下，正常需要35 d左右成熟的火龍果可能會提前5～10 d被自然“催熟”，在個頭很小時就不得不被采摘，否則易開裂腐爛。因此，持續(xù)高溫不降雨時，應(yīng)及時通過滴灌或噴灌的方式補充水分，一般隔2～4 d植株表現(xiàn)出明顯的缺水癥狀時就應(yīng)及時補水[11]。

3.2漬害火龍果耐澇性差，如果根部長期積水，會引起根腐病，造成根系死亡。元江縣5—11月份是火龍果的開花坐果期，也是元江雨季，這時期如果下雨頻繁，田間水分過多，會導(dǎo)致根系缺氧，影響植株生長發(fā)育，誘發(fā)病害，降低坐果率。因此，在此期間，要密切監(jiān)測天氣狀況，做好防洪防澇措施，挖好排水溝，防止田間漬水，使根系具有良好的透氣和條件。如果遇到連綿陰雨天氣，降水時間長，空氣濕度大，在陰潮天氣下火龍果的枝條特別容易感染病菌。元江縣的降雨時段多為夜間，如果正值火龍果開花期，對開花授粉極其不利。

3.3低溫凍害火龍果耐寒性很差，對低溫敏感，氣溫持續(xù)低于5.0 ℃可導(dǎo)致火龍果凍害，幼芽、嫩枝甚至部分成老枝被凍傷或死亡。元江縣雖然熱量豐富，冬季氣候溫和，但冬季在南下的強冷空氣影響下，少數(shù)年份氣溫也會低于5.0 ℃，但出現(xiàn)頻率低、持續(xù)時間較短，而且受害多為幼芽、嫩枝凍傷或凍死，對火龍果的安全越冬威脅較小，不過受過凍害的火龍果枝條由于內(nèi)部組織壞死，整個植株抗病性和免疫力下降。在低溫來臨前需要在植株上鋪蓋稻草或在田間燃燒柴禾形成煙幕保護(hù)火龍果，并及時修剪凍傷枝條[12]。

3.4大風(fēng)大風(fēng)天氣會破壞設(shè)施農(nóng)業(yè)，火龍果枝條易被刮斷，果實刮傷，果實賣相差。大風(fēng)常伴隨強降水，造成洪澇或洪漬災(zāi)害。元江縣春季和夏季容易出現(xiàn)大風(fēng)、冰雹、暴雨等強對流天氣，因此，修建的火龍果棚架一定要牢固可靠，還可以用廢舊報紙或牛皮紙袋套袋，防止果實被大風(fēng)刮傷，提高商品價值。

4 小結(jié)與討論

該研究利用對火龍果生長發(fā)育影響較大的氣候因子：年平均氣溫、1月平均氣溫、7月平均氣溫、≥10 ℃活動積溫和平均極端最高氣溫建立火龍果區(qū)劃指標(biāo)，對元江縣氣候區(qū)劃指標(biāo)進(jìn)行空間精細(xì)推算，借助 GIS 技術(shù)，得出火龍果種植氣候適宜性區(qū)劃圖。火龍果區(qū)劃結(jié)果能更好地應(yīng)用于實際，為元江縣農(nóng)業(yè)推廣和科學(xué)規(guī)劃火龍果的種植提供參考。目前高溫?zé)岷υ诨瘕埞N植區(qū)劃方面考慮較少，該研究成果有利于火龍果產(chǎn)業(yè)區(qū)域發(fā)展。

在區(qū)劃研究中，基于GIS的氣候資源空間推算模型僅考慮了海拔，而沒有考慮坡向、坡度等微觀地理因子的影響。

該研究根據(jù)近3年對火龍果的持續(xù)觀測，認(rèn)為元江縣火龍果種植具有以下特點：火龍果耐熱不耐寒，但夏季遇高溫干燥天氣，仍需做好降溫散熱及灌溉措施；火龍果耐旱不耐澇，多雨天氣時火龍果植株根部長期積水，影響其生長發(fā)育。