基于GIS的旺蒼縣紅心獼猴桃生態(tài)適宜性區(qū)劃

金 垚，熊士斌，劉琰琰，張玉芳，上官昌貴

(1.四川省氣象局應(yīng)急與減災(zāi)處，四川 成都 610072；2. 成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院高原大氣與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室氣候與環(huán)境變化聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610225；3.四川省農(nóng)業(yè)氣象中心，四川 成都 610072)

【研究意義】紅心獼猴桃起源于四川省廣元市蒼溪縣北部山區(qū)，其果肉綠中帶紅，口感甘甜，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，再加工產(chǎn)品線豐富，市場(chǎng)認(rèn)可度好[1]。因其與蒼溪縣毗鄰，20世紀(jì)80年代已開(kāi)始試種紅心獼猴桃，現(xiàn)已成為帶動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶脫貧增收重要手段之一。旺蒼縣地形地貌和氣候條件與蒼溪縣差異較大，蒼溪縣以低山深丘為主，少量淺丘平壩夾雜其間，境內(nèi)最高海拔1377 m；旺蒼縣則屬典型山區(qū)縣，海拔跨度大(387.4～2273.5 m)，地形地貌復(fù)雜，氣候條件特殊，隨著紅心獼猴桃種植面積不斷擴(kuò)大，其生態(tài)適宜性的空間差異化特征愈發(fā)明顯，不少農(nóng)戶和企業(yè)因盲目引種擴(kuò)種，導(dǎo)致成果個(gè)頭小、口感差，蒙受巨額損失。而針對(duì)當(dāng)?shù)丶t心獼猴桃生態(tài)適宜性區(qū)劃尚未見(jiàn)報(bào)道，難以滿足當(dāng)?shù)卣⑥r(nóng)業(yè)企業(yè)、種植合作社等對(duì)象日益增長(zhǎng)的需求?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人針對(duì)獼猴桃種植生態(tài)適應(yīng)性做了大量研究。張毅軍等[2]針對(duì)眉縣獼猴桃氣候條件進(jìn)行分析，并據(jù)此對(duì)防災(zāi)減災(zāi)舉措進(jìn)行研討；夏恒等[3]基于氣溫、光照、濕度等條件對(duì)水城縣獼猴桃氣候適宜性指標(biāo)進(jìn)行分析，得出了氣候適宜性定性結(jié)論；曾永美等[4]基于GIS技術(shù)開(kāi)展重慶市萬(wàn)盛區(qū)獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃并得到可視化結(jié)果；陳玉龍[5]等結(jié)合ALOS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，分析海拔、坡度、坡向、土壤等因素，得到六盤水市獼猴桃地理適宜性評(píng)價(jià)矢量圖。在川內(nèi)，葉麗君等[6]基于熱量條件，分析得到都江堰市紅陽(yáng)獼猴桃種植氣候適應(yīng)性可視化結(jié)果。以上研究或基于某幾種氣候條件，或基于地形土壤條件開(kāi)展獼猴桃生態(tài)適宜性分析，填補(bǔ)了當(dāng)?shù)孬J猴桃區(qū)劃空缺，對(duì)當(dāng)?shù)孬J猴桃生產(chǎn)布局有較好指導(dǎo)作用，但統(tǒng)籌考慮氣候、土壤、地形條件的綜合型紅心獼猴桃生態(tài)適應(yīng)性研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為進(jìn)一步趨利避害，合理規(guī)劃布局，降低生產(chǎn)成本，引導(dǎo)旺蒼縣政府、農(nóng)業(yè)管理部門和企業(yè)科學(xué)規(guī)劃種植紅心獼猴桃，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)增效、農(nóng)民增收。【本研究切入點(diǎn)】本文利用旺蒼縣及周邊地區(qū)氣候觀測(cè)資料、地理信息資料，借鑒前人研究成果，從氣候、土壤、地形等多方面入手，建立旺蒼縣紅心獼猴桃生態(tài)適宜性指標(biāo)體系，采用綜合區(qū)劃方法開(kāi)展生態(tài)適宜性精細(xì)化區(qū)劃?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】旨在為其規(guī)劃管理和布局推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域背景

旺蒼縣屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，降水充沛，光熱資源豐富，無(wú)霜期長(zhǎng)，山地氣候明顯。地形上，旺蒼縣海拔跨度較大，地勢(shì)北高南緩，腹部低平，北部群峰雄踞，南部崇山突兀，腹部丘壩相間，溪河交錯(cuò)，嘉陵江一級(jí)支流東河南北縱貫[7]。

1.2 資料來(lái)源

氣候數(shù)據(jù)來(lái)自于四川省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心，1971-2017年旺蒼縣及其周邊共計(jì)24個(gè)氣象觀測(cè)站地面數(shù)據(jù)，包括日均氣溫、日均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、20:00-20:00時(shí)降水量7項(xiàng)。土壤數(shù)據(jù)使用GIS的柵格數(shù)據(jù)，按照土壤類型分類對(duì)土壤類型數(shù)據(jù)柵格化，篩選出不同類型不同pH值土壤區(qū)域，數(shù)據(jù)來(lái)源于旺蒼縣土壤普查辦公室出版書籍《旺蒼土壤》[8]。地形數(shù)據(jù)使用國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1∶250 000的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，利用工具箱中計(jì)算工具提取坡度坡向分布柵格數(shù)據(jù)。

1.3 適宜性區(qū)劃指標(biāo)的建立

紅心獼猴桃屬多年生蔓生藤本果樹(shù)，一般實(shí)生苗栽后5年至6年結(jié)果，嫁接苗栽后2～3年結(jié)果。其主要生長(zhǎng)階段分為萌芽期(3月初)、展葉期(3月底)、開(kāi)花坐果期(4月中旬到5月中旬)、果實(shí)膨大期(5月下旬到8月)、成熟期(8月下旬)、營(yíng)養(yǎng)積累期(采摘到11月底)、休眠期(12月到次年2月初)，紅心獼猴桃生長(zhǎng)發(fā)育受氣候、土壤、地形等因素影響顯著。

1.3.1 紅心獼猴桃氣候適宜性指標(biāo)的確定 紅心獼猴桃生長(zhǎng)對(duì)氣候生態(tài)條件的要求主要有：溫度、降水、光照、風(fēng)。為達(dá)到紅心獼猴桃質(zhì)優(yōu)、高產(chǎn)目的，將旺蒼縣氣候數(shù)據(jù)與獼猴桃氣候適應(yīng)性指標(biāo)進(jìn)行初步對(duì)比，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速與濕度影響不大，并篩選出全年累計(jì)降雨量、全年≥10 ℃積溫、果實(shí)膨大期到成熟期(5-8月)日照時(shí)數(shù)、果實(shí)糖分轉(zhuǎn)化期(7月下旬到8月中旬)平均氣溫4個(gè)指標(biāo)作為區(qū)劃指標(biāo)。結(jié)合夏恒等、張麗芳等、池再香等[3,9-10]的研究成果，通過(guò)對(duì)旺蒼縣紅心獼猴桃實(shí)地考察，將旺蒼適宜紅心獼猴桃生長(zhǎng)的區(qū)劃指標(biāo)定為7月下旬到8月中旬平均氣溫大于等于25 ℃，年降雨量大于等于1000 mm，5-8月日照時(shí)數(shù)大于等于600 mm，大于等于10 ℃積溫大于等于5000 ℃(表1)。

1.3.2 紅心獼猴桃土壤適宜性指標(biāo)的確定 土壤是紅心獼猴桃賴以生長(zhǎng)基礎(chǔ)，以深厚、肥沃，富含腐殖質(zhì)并且排水效果較好的砂質(zhì)土壤為優(yōu)。獼猴桃植株喜酸，通過(guò)對(duì)旺蒼和周邊市縣實(shí)地調(diào)查，結(jié)合李百云等[11]針對(duì)陜西眉縣獼猴桃開(kāi)展的土壤養(yǎng)分分析結(jié)果，將旺蒼種植紅心獼猴桃適宜pH 5.5～6.5。當(dāng)pH 6.5～7.9時(shí)，即偏中性的土壤，生長(zhǎng)較慢。當(dāng)pH>于7.9時(shí)，易發(fā)生黃化病，不宜種植獼猴桃；當(dāng)pH<5.5時(shí)，酸度過(guò)高，不適宜獼猴桃生長(zhǎng)。因此，pH值區(qū)劃指標(biāo)以5.5～6.5之間為適宜區(qū)，6.5～7.9為次適宜區(qū)，大于7.9和小于5.5為不適宜區(qū)。

1.3.3 紅心獼猴桃地形適宜性指標(biāo)的確定 地形是影響作物種植的重要因素，主要包括坡度、坡向、海拔3個(gè)因子。經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)查走訪，發(fā)現(xiàn)紅心獼猴桃適合種植在坡向?yàn)闁|南、東向，坡度在0～15°的緩坡，當(dāng)坡度大于25°時(shí)，則易發(fā)水土流失，甚至山體滑坡，而東南向、東向日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)，有利于春季萌芽期生長(zhǎng)，避免了夏季午后太陽(yáng)直射，造成萎蔫、果實(shí)灼傷等問(wèn)題。紅心獼猴桃縱向分布較廣，海拔500～2000 m都有分布，以800～1800 m為宜，海拔過(guò)高溫度較低，會(huì)影響植株在夏季的熱量吸收，影響果實(shí)質(zhì)量，海拔過(guò)低，晝夜溫差較小，不利于果實(shí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累使果實(shí)質(zhì)量下降。旺蒼縣地勢(shì)北高南低，植株更適合種植在南部低海拔地區(qū)與北部高海地區(qū)過(guò)渡帶的山坡上。由于獼猴桃喜東南向緩坡的特性，坡度指標(biāo)定為0～15°為適宜區(qū)，>15°為不適宜區(qū)。坡向指標(biāo)定為東向(67.5°～112.5°)、東南向(112.5°～157.5°)為適宜區(qū)、其他方向?yàn)椴贿m宜區(qū)。

表1 旺蒼縣獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)

1.4 數(shù)據(jù)處理

為方便、直觀得到精細(xì)化生態(tài)適宜性區(qū)劃，本次研究選用指標(biāo)分級(jí)法，并使用ArcGIS(地理信息系統(tǒng))建立網(wǎng)格，結(jié)合小網(wǎng)格推算模型[12]，最后使用模糊數(shù)學(xué)方法[13]得出區(qū)劃結(jié)果。指標(biāo)分級(jí)法[14]與聚類分析法[15]是當(dāng)前農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃工作中經(jīng)常采用的方法[16]，本文利用GIS技術(shù)，通過(guò)指標(biāo)分級(jí)法，將影響紅心獼猴桃的氣候指標(biāo)、地形因素、土壤條件建立空間模型。因存在多種數(shù)據(jù)，所以使用模糊數(shù)學(xué)方法將各指標(biāo)統(tǒng)一量化，結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重，再進(jìn)行空間模型運(yùn)算[17]，最后根據(jù)綜合指標(biāo)分析結(jié)果進(jìn)行精細(xì)化區(qū)劃，得出區(qū)劃圖，使指標(biāo)分級(jí)可視化。

1.4.1 氣候區(qū)劃指標(biāo)推算模型 以旺蒼縣及周邊地區(qū)觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，構(gòu)建各區(qū)劃指標(biāo)推算模型[18]，見(jiàn)公式(1)。

X=f(i,j,z)+ε

(1)

式中，X是區(qū)劃指標(biāo)(平均氣溫、年降雨量、日照時(shí)數(shù)、≥10 ℃積溫)，i、j、z分別代表經(jīng)度、緯度、海拔高度，ε為殘差項(xiàng)，表示模型推算值和實(shí)際觀測(cè)值之差。利用多元線性回歸方程組，建立推算模型[19]，各區(qū)劃指標(biāo)小網(wǎng)格推算方程如表2所示。

使用GISMAP軟件，以及國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1∶250000DEM數(shù)據(jù)，建立0.5 km×0.5 km小網(wǎng)格柵格數(shù)據(jù)，在每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)生成點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用GIS集合計(jì)算功能，在屬性表中生成雙精度坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用小網(wǎng)格推算模型，代入i(經(jīng)度)，j(緯度)，z(海拔高度)得到點(diǎn)數(shù)據(jù)區(qū)劃指標(biāo)，利用反權(quán)重距離插值方法得到網(wǎng)格分布，與處理后的DEM數(shù)據(jù)疊加，得到各個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)在旺蒼縣的分布。

1.4.2 生態(tài)適宜性分析方法 將氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)與經(jīng)度、緯度、海拔高度結(jié)合，制作成屬性表，導(dǎo)入GIS，生成點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用工具箱對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算，得出各個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)在空間上的分布。在氣候指標(biāo)空間分布基礎(chǔ)上，集合土壤指標(biāo)、地形指標(biāo)分布圖，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)方法與各指標(biāo)權(quán)重，建立紅心獼猴桃區(qū)劃模型。

由于區(qū)劃指標(biāo)分為氣候、土壤、地形3類，7月下旬到8月中旬平均氣溫、年降雨量、5-8月日照時(shí)數(shù)、≥10 ℃積溫、土壤pH值、坡向、坡度共7種，為整合這7種數(shù)據(jù)，得到獼猴桃精細(xì)化區(qū)劃方案，使用模糊數(shù)學(xué)方法，建立隸屬函數(shù)[20]并對(duì)所有區(qū)劃指標(biāo)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性打分[21]，確定各個(gè)指標(biāo)隸屬函數(shù)類型[20]，如表3所示。

表2 旺蒼縣氣候區(qū)劃指標(biāo)小網(wǎng)格推算模型

表3 區(qū)劃指標(biāo)函數(shù)類型

參考陜南獼猴桃適宜性評(píng)價(jià)及其區(qū)劃研究[19]，得到各指標(biāo)權(quán)重：氣候指標(biāo)權(quán)重0.6(7月下旬到8月中旬平均氣溫0.15，年降水量0.15，日照時(shí)數(shù)0.15，年≥10 ℃積溫/℃ 0.15)，土壤指標(biāo)權(quán)重0.2(土壤類型0.1，pH 0.1)，地形指標(biāo)權(quán)重0.2(坡向0.1，坡度0.1)。

得出區(qū)劃模型：

(2)

其中，K表示區(qū)劃模型得分，Xi表示區(qū)劃指標(biāo)，ai表示各區(qū)劃指標(biāo)所對(duì)應(yīng)權(quán)重，j表示區(qū)劃指標(biāo)總個(gè)數(shù)。

1.4.3 精細(xì)化生態(tài)適宜性區(qū)劃圖 通過(guò)氣候指標(biāo)推算模型，計(jì)算各氣候指標(biāo)分布柵格數(shù)據(jù)，結(jié)合地形柵格數(shù)據(jù)和土壤柵格數(shù)據(jù)，通過(guò)生態(tài)適宜性分析方法進(jìn)行模型計(jì)算，得出旺蒼縣生態(tài)適宜性區(qū)劃柵格數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)分類，得到旺蒼縣精細(xì)化生態(tài)適宜性區(qū)劃圖[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候適宜性分析

2.1.1 單要素氣候適宜性指標(biāo)分析 (1)7月下旬到8月中旬日平均氣溫。如圖1所示，按照區(qū)劃指標(biāo)，劃分出氣溫低于20 ℃、20～25 ℃、大于25 ℃ 3類區(qū)域。低于20 ℃區(qū)域較少，主要分布在鹽河鄉(xiāng)、鼓城鄉(xiāng)、大河鄉(xiāng)、檬子鄉(xiāng)。這些區(qū)域由于氣溫不足，影響紅心獼猴桃果實(shí)糖分轉(zhuǎn)化，果實(shí)口味不佳，不適合種植紅心獼猴桃。大于25 ℃區(qū)域主要集中在旺蒼縣南部低海拔地區(qū)，低海拔地區(qū)氣溫較高，有利于紅心獼猴桃果實(shí)糖分轉(zhuǎn)化，果實(shí)品質(zhì)較高，這些區(qū)域是最適宜種植紅心獼猴桃的。氣溫在20～25 ℃的區(qū)域主要集中在旺蒼縣北部，南部東西向槽谷地區(qū)以外區(qū)域也有少量分布，由于海拔升高，氣溫有所下降，紅心獼猴桃糖分轉(zhuǎn)化效果不佳，定為次適宜種植區(qū)。

(2)年降水量。如圖2所示，由于紅心獼猴桃根系較淺，既不耐旱也不耐澇，對(duì)降水量要求較高，當(dāng)年降水量小于1000 mm時(shí)，不適合紅心獼猴桃生長(zhǎng)，需進(jìn)行灌溉，增加成本，因此年降水量小于1000 mm地區(qū)定為紅心獼猴桃不適宜種植區(qū)，此類區(qū)域主要集中在旺蒼縣西南部，如白水鎮(zhèn)、尚武陣、嘉川鎮(zhèn)、東河鎮(zhèn)等地區(qū)，而年降水量大于1000 mm地區(qū)為紅心獼猴桃適宜種植區(qū)，除東西向槽谷地區(qū)的西側(cè)、南部及北部部分地區(qū)，旺蒼縣大部分地區(qū)降水量都是適宜的。

圖1 1971-2017年旺蒼7月下旬到8月中旬日平均氣溫分布

(3)5-8月的日照時(shí)數(shù)。如圖3所示，5-8月是紅心獼猴桃的果實(shí)膨大期到成熟期，對(duì)日照需求很高，如果日照時(shí)數(shù)不足，會(huì)影響紅心獼猴桃果實(shí)大小。

按照區(qū)劃指標(biāo)，劃分出日照時(shí)數(shù)小于500、500～600 h、大于600 h三類區(qū)域。小于500 h區(qū)域分布主要集中在鹽河鄉(xiāng)、鼓城鄉(xiāng)、大河鄉(xiāng)，日照時(shí)數(shù)不足會(huì)導(dǎo)致紅心獼猴桃果實(shí)較小，不適合種植。大于600 h區(qū)域主要分布在旺蒼縣東西向槽谷地區(qū)，南部化龍鄉(xiāng)、木門鎮(zhèn)、九龍鄉(xiāng)等低海拔地區(qū)以及旺蒼縣北部部分低海拔區(qū)，這些地區(qū)日照充足適合獼猴桃生長(zhǎng)，為適宜種植區(qū)。500～600 h區(qū)域主要分布在旺蒼縣北部海拔較高地區(qū)，這些區(qū)域能夠滿足紅心獼猴桃對(duì)日照基本需求，定為獼猴桃種植次適宜區(qū)。

圖2 1971-2017年旺蒼縣年平均降水量分布

(4)年≥10 ℃積溫。如圖4所示，積溫是研究有機(jī)體發(fā)育速度與溫度之間關(guān)系的一種指標(biāo)，紅心獼猴桃對(duì)積溫需求為4500～6000 ℃/年，當(dāng)積溫小于4500 ℃/年時(shí)，不利于紅心獼猴桃生長(zhǎng)，因此圖中藍(lán)色區(qū)域，是紅心獼猴桃種植不適宜區(qū)域。當(dāng)積溫大于5000 ℃/年時(shí)，紅心獼猴桃生長(zhǎng)速度最快，因此圖中棕色區(qū)域?yàn)榧t心獼猴桃適宜種植區(qū)。黃色區(qū)域，即4500～5000 ℃/年區(qū)域，較適宜獼猴桃生長(zhǎng)，劃定為獼猴桃次適宜種植區(qū)。因此，獼猴桃積溫最適宜種植區(qū)集中在南部低海拔地區(qū)，積溫不適宜種植區(qū)在北部高緯度地區(qū)，次適宜種植區(qū)在最適宜種植區(qū)與不適宜種植區(qū)之間過(guò)渡帶上。

圖3 1971-2017年5-8月旺蒼縣日照時(shí)數(shù)分布

圖4 1971-2017年旺蒼縣年≥10 ℃積溫分布

2.1.2 氣候適宜性綜合分析 如圖5所示，對(duì)4個(gè)權(quán)重相等的氣候指標(biāo)使用區(qū)劃模型進(jìn)行打分，按照紅心獼猴桃生長(zhǎng)對(duì)氣候條件的需求，因?yàn)?個(gè)氣候指標(biāo)權(quán)重相等，且函數(shù)類型都為上戒型，將得分在0.95～1定為最適宜區(qū)，在此分段的區(qū)域都滿足氣候指標(biāo)要求。而得分在0.8～0.95，基本滿足紅心獼猴桃生氣候條件需求，但可能某些條件不能完全滿足，產(chǎn)品品質(zhì)不如適宜區(qū)好，故定為次適宜區(qū)，其他區(qū)域?yàn)椴贿m宜區(qū)。從適宜性區(qū)劃圖來(lái)看，旺蒼縣紅心獼猴桃種植氣候適宜區(qū)集中在旺蒼縣東南部，東西向槽谷東側(cè)以及南部的化龍鄉(xiāng)、木門鎮(zhèn)、九龍鄉(xiāng)等地區(qū)，旺蒼縣北部低海拔地區(qū)有少量分布。不適宜區(qū)主要集中在旺蒼縣北部，在東西向槽谷西側(cè)也有大面積分布，而次適宜區(qū)主要集中在適宜區(qū)與不適宜區(qū)之間，面積較少。

圖5 旺蒼縣獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃

圖6 旺蒼縣紅心獼猴桃種植土壤適宜性分布

圖7 旺蒼縣坡向分布

圖8 旺蒼縣坡度分布

圖9 旺蒼縣獼猴種植地形適宜性區(qū)劃

2.2 土壤適宜性分析

如圖6所示，北部偏東主要為中山魚眼沙黃壤土區(qū)(pH 5.5～6.5)，西北和中部為中山黃壤土區(qū)(pH4.5～5.5)，東西向槽谷地區(qū)主要為低山中性紫色土區(qū)(pH 6.5～7.5)，槽谷中的平壩地區(qū)主要為平壩灰粽潮田土區(qū)(pH 5.5～6.5)，南部為中低山石灰性紫色土區(qū)(pH>7.9)。根據(jù)pH值區(qū)劃指標(biāo)可知5.5～6.5之間為適宜區(qū)，6.5～7.9為次適宜區(qū)，大于7.9為堿性不適宜區(qū)，小于5.5為酸性不適宜區(qū)。因此，旺蒼縣東北部魚眼沙黃壤土區(qū)是紅心獼猴桃種植適宜區(qū)，西北和中部黃壤土區(qū)是紅心獼猴桃種植不適宜區(qū)，中性紫色土區(qū)集中的東西向槽谷地區(qū)，是紅心獼猴桃種植次適宜區(qū)，槽谷中平壩灰粽潮田土區(qū)和南部的中低山石灰性(堿性)紫色土區(qū)是獼猴桃種植不適宜區(qū)。旺蒼紅心獼猴桃土壤種植適宜區(qū)集中在北部和槽谷地區(qū)。

圖10 旺蒼縣獼猴桃生態(tài)適宜性區(qū)劃

2.3 地形適宜性分析

2.3.1 單個(gè)地形適宜性指標(biāo)分析 如圖7所示，藍(lán)色區(qū)域是東向(67.5°～112.5°)、東南向(112.5°～157.5°)，朝向這兩個(gè)方向的坡地日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)，有利于紅心獼猴桃春季萌芽期生長(zhǎng)，也避免了夏日下午太陽(yáng)直射造成日灼，是紅心獼猴桃種植的適宜區(qū)，而其他方向坡地則為紅心獼猴桃的種植不適宜區(qū)?？傮w來(lái)看旺蒼縣東、東南向坡地分布較為均勻。

如圖8所示，由于紅心獼猴桃根系較淺，適合種植在0°～15°的緩坡，并且緩坡不容易發(fā)生水土流失，因此坡度為0°～15°的緩坡紅心為獼猴桃的適宜種植區(qū)，坡度大于15°的地區(qū)為紅心獼猴桃的不適宜種植區(qū)。旺蒼縣南部海拔較低，北部海拔較高，南部有一條東西向的槽谷，而0°～15°的坡地在旺蒼縣較少，主要集中在西南部槽谷，化龍鄉(xiāng)、農(nóng)建鄉(xiāng)、木門鎮(zhèn)等地區(qū)。

2.3.2 地形適宜性綜合分析 如圖9所示，適宜區(qū)為東南向緩坡，主要集中在旺蒼縣南部，東西向槽谷地區(qū)，農(nóng)建鄉(xiāng)、五權(quán)鎮(zhèn)、化龍鄉(xiāng)等地區(qū)也有分布。次適宜區(qū)分布較廣，主要集中在東西向槽谷西側(cè)，而其他地區(qū)因?yàn)槠孪蚝推露葪l件都不滿足，為紅心獼猴桃種植的不適宜區(qū)。

2.4 生態(tài)適宜性分析

如圖10所示，通過(guò)GIS重分類工具，將柵格數(shù)據(jù)分類為圖中三類，統(tǒng)計(jì)得出各個(gè)類型的面積。參考陜南獼猴桃適宜性評(píng)價(jià)及區(qū)劃研究[19]，將旺蒼縣紅心獼猴桃種植生態(tài)適宜性分為3個(gè)等級(jí)：適宜區(qū)(0.75～1)、次適宜區(qū)(0.6～0.75)、不適宜區(qū)(0～0.6)。適宜區(qū)域得分超過(guò)0.75，面積為208.53 km2，主要集中在旺蒼縣東北部檬子鄉(xiāng)、英萃鎮(zhèn)、正源鄉(xiāng)斜線上，東西向槽谷地區(qū)的東側(cè)，以及南部農(nóng)建鄉(xiāng)、化龍鄉(xiāng)等地區(qū)。次適宜區(qū)域得分在0.6～7.5，面積為597.15 km2，主要集中在旺蒼縣南部，適宜區(qū)周圍。其余區(qū)域得分小于0.6，是紅心獼猴桃種植的不適宜區(qū)。

2.5 對(duì)比驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)旺蒼部分基層鄉(xiāng)鎮(zhèn)開(kāi)展調(diào)研，走訪農(nóng)技人員和獼猴桃種植農(nóng)戶，實(shí)地查看紅心獼猴桃種植環(huán)境，中部和北部大部分地區(qū)因?yàn)樯絽^(qū)交通不便，運(yùn)輸成本較高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)較慢。旺蒼紅心獼猴桃產(chǎn)業(yè)是經(jīng)縣農(nóng)業(yè)部門統(tǒng)一規(guī)劃與指導(dǎo)，主要集中于東西向槽谷地區(qū)，各地區(qū)種植面積都是經(jīng)過(guò)專家論證和政府決策后擬定的，對(duì)于驗(yàn)證生態(tài)適宜性區(qū)劃很有參考價(jià)值(表4)。

其中黃洋鎮(zhèn)、木門鎮(zhèn)的結(jié)果與區(qū)劃不一致，可能由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門在規(guī)劃需要統(tǒng)籌考慮到交通運(yùn)輸和其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展等因素，如黃洋鎮(zhèn)交通便利且煤炭資源豐富，鎮(zhèn)內(nèi)產(chǎn)業(yè)以采礦業(yè)為主，同時(shí)黃洋茶葉、核桃等產(chǎn)業(yè)也比較發(fā)達(dá)，一定程度上制約了獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3 結(jié) 論

本文基于GIS技術(shù)，結(jié)合旺蒼縣及其周邊站點(diǎn)1971-2017年的氣象數(shù)據(jù)和旺蒼縣地形、土壤數(shù)據(jù)，利用紅心獼猴桃生態(tài)適宜性區(qū)劃指標(biāo)結(jié)合各因子權(quán)重，建立旺蒼縣紅心獼猴桃生態(tài)適宜性區(qū)劃模型，通過(guò)生態(tài)適宜性區(qū)劃分析，得出結(jié)論如下。

(1)旺蒼縣受特殊地理和氣候條件影響，縣域內(nèi)各區(qū)域，紅心獼猴桃種植生態(tài)適宜性差異較大。

(2)從氣溫上看，旺蒼縣大部地區(qū)的氣溫條件能夠滿足紅心獼猴桃生長(zhǎng)發(fā)育需求，但北部鹽河鄉(xiāng)、鼓城鄉(xiāng)、大河鄉(xiāng)、檬子鄉(xiāng)的部分高海拔地區(qū)氣溫較低，容易影響紅心獼猴桃品質(zhì)，不適合種植；氣溫條件匹配較好的地區(qū)主要集中在旺蒼縣東西向槽谷地區(qū)和山區(qū)，以及北部西河、東河的河谷地區(qū)。旺蒼縣大部地區(qū)降水能夠滿足紅心獼猴桃全生育期的需要，但白水鎮(zhèn)、尚武鎮(zhèn)、嘉川鎮(zhèn)、東河鎮(zhèn)、黃洋鎮(zhèn)一線降水較少，對(duì)獼猴桃生長(zhǎng)發(fā)育不利。日照是影響獼猴桃果實(shí)品質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵因素，鹽河鄉(xiāng)、鼓城鄉(xiāng)、大河鄉(xiāng)等少數(shù)地區(qū)日照明顯不足，會(huì)影響果實(shí)口感，東西向槽谷地區(qū)以及化龍鄉(xiāng)、木門鎮(zhèn)、九龍鄉(xiāng)等地日照充足，有利于果實(shí)糖分積累，提升品質(zhì)。從積溫條件上看，年均≥10 ℃積溫分布以槽谷地區(qū)和南部低海拔地區(qū)積溫最高，有利于紅心獼猴桃的生長(zhǎng)發(fā)育，北部大部分山區(qū)積溫較低，為紅心獼猴桃種植不適宜區(qū)域。綜合各氣象因素可以看出，旺蒼縣紅心獼猴桃種植氣候適宜性，適宜區(qū)集中在旺蒼縣東南部和南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，北部河谷地區(qū)也有分布，不適宜區(qū)集中在旺蒼縣北部和東西向槽谷地區(qū)西側(cè)，其余地區(qū)為次適宜區(qū)。

表4 旺蒼縣2017年規(guī)模性種植獼猴桃鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積分布

(3)旺蒼縣紅心獼猴桃種植土壤適宜性，東北部沙壤土pH 5.5～6.5，最適合紅心獼猴桃生長(zhǎng)發(fā)育，東西向槽谷地區(qū)大部土壤pH值7.5左右，屬于次適宜地區(qū)，其他地區(qū)pH值過(guò)高或過(guò)低，屬于不適宜區(qū)。

(4)旺蒼縣紅心獼猴桃種植地形適宜性，主要考慮因素為坡度和坡向，東南向的緩坡最適宜紅心獼猴桃生長(zhǎng)發(fā)育，此類地形集中分布在旺蒼縣南部和東西向槽谷地區(qū)的農(nóng)建鄉(xiāng)、五權(quán)鎮(zhèn)、化龍鄉(xiāng)等地；次適宜區(qū)分布較廣，集中在東西向槽谷地區(qū)西側(cè)；其他地區(qū)為不適宜區(qū)。

(5)綜合考慮氣象、土壤、地形的影響后，得出旺蒼縣種植紅心獼猴桃生態(tài)適宜性區(qū)劃，適宜區(qū)位于旺蒼縣東北部東河河谷沿線(檬子鄉(xiāng)、英萃鎮(zhèn)、正源鄉(xiāng))，東西向槽谷地區(qū)的東側(cè)，以及南部農(nóng)建鄉(xiāng)、化龍鄉(xiāng)等地區(qū)，而次適宜區(qū)面積較大，主要集中在旺蒼縣南部，適宜區(qū)周圍。不適宜區(qū)主要位于旺蒼縣北大部分高海拔山區(qū)。

4 討 論

(1)在以往生態(tài)適宜性區(qū)劃或農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃等研究中，研究區(qū)域越大(地區(qū)級(jí)或省級(jí))，氣象觀測(cè)站點(diǎn)越多，歷史觀測(cè)資料越詳實(shí)，越適宜采用聚類分析法、模糊數(shù)學(xué)法等定量數(shù)理方法進(jìn)行區(qū)劃。與重疊法和指示法等定性研究方法相比，其區(qū)劃成果精度更高，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效果更好[15,23]。如喬麗等[24]采用聚類分析法，將陜西省劃分為8個(gè)生態(tài)農(nóng)業(yè)干旱相似區(qū)分析得到空間分布結(jié)果；高永剛等[25]利用WOFOST模型，采用動(dòng)態(tài)聚類分析法，得到黑龍江省馬鈴薯9大區(qū)域氣候生產(chǎn)力；李作為等[26]利用柵格劃分法得到修文縣獼猴桃生長(zhǎng)適宜區(qū)劃。四川受特殊氣候條件和地理?xiàng)l件影響，各類氣候要素時(shí)空分布不均特征明顯，導(dǎo)致“一鄉(xiāng)一品、一縣一業(yè)”現(xiàn)象突出。如紅心獼猴桃在川內(nèi)經(jīng)多年推廣，仍分散分布在蒼溪、旺蒼、蒲江、都江堰、什邡等縣(市)。開(kāi)展縣級(jí)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)精細(xì)化區(qū)劃，符合這些地區(qū)農(nóng)業(yè)企業(yè)、專合組織、種植大戶等對(duì)象需求，對(duì)紅心獼猴桃生產(chǎn)指導(dǎo)意義更好?？h級(jí)和以下級(jí)別行政區(qū)，氣象觀測(cè)站點(diǎn)稀少，旺蒼作為國(guó)家級(jí)貧困縣，縣域內(nèi)和周邊僅有24個(gè)自動(dòng)氣象站，采用聚類分析法易導(dǎo)致區(qū)劃結(jié)果與實(shí)際偏離過(guò)大。指標(biāo)分級(jí)法雖具有分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械的缺點(diǎn)，但對(duì)縣級(jí)分析對(duì)象已足夠，且本研究通過(guò)查閱研究資料、走訪當(dāng)?shù)剞r(nóng)技人員與氣象專家，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行不斷修訂，提高精度，區(qū)劃結(jié)果與實(shí)際情況對(duì)比后也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。因此，在區(qū)劃區(qū)域較小，數(shù)據(jù)資料來(lái)源有限時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際選用指標(biāo)和區(qū)劃方法，有利于提高區(qū)劃科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

(2)某種作物是否適合在某地種植，其實(shí)際影響因素眾多，如氣候、地貌、土壤、植被、水系、交通、人口、化肥、城鎮(zhèn)化水平等，這些因素之間也存在相互影響和相互作用。屈振江等[27]結(jié)合最大熵(MaxEnt)模型針對(duì)中國(guó)主載獼猴桃品種開(kāi)展氣候適宜性區(qū)劃，得出我國(guó)獼猴桃種植氣候適宜區(qū)面積序列，其中陜西省僅列第七，但實(shí)際上，陜西是全國(guó)最大獼猴桃生產(chǎn)基地[28]；莫建國(guó)等[29]應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解法和模糊聚類法對(duì)貴州山區(qū)紅心獼猴桃進(jìn)行氣候區(qū)劃，得出貴州西南部大部地區(qū)為紅心獼猴桃氣候最適宜區(qū)，但實(shí)際上貴州紅心獼猴桃種植集中在水城及周邊區(qū)域，其面積遠(yuǎn)小于區(qū)劃最適宜區(qū)；吳丹等[30]針對(duì)水城和蒼溪獼猴桃種植區(qū)氣候條件進(jìn)行相似性分析，得出水城氣候適宜性更好的結(jié)論，但實(shí)際上蒼溪紅心獼猴桃產(chǎn)量較水城更高。本文研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，旺蒼縣東西向槽谷地區(qū)土質(zhì)較好，土壤pH值適宜獼猴桃生長(zhǎng)，地形平緩，有利于水土保持和人類活動(dòng)，且高速公路在此區(qū)域規(guī)劃建設(shè)，人口優(yōu)勢(shì)和交通優(yōu)勢(shì)反哺帶動(dòng)沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)獼猴桃產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。本文從生態(tài)角度入手，選取氣候、土壤、地形3種生態(tài)因素進(jìn)行分析，最大限度考慮了客觀自然條件的影響，且結(jié)合GIS技術(shù)，形成了可視化的區(qū)劃圖，相較于以往的獼猴桃適宜性區(qū)劃研究考慮區(qū)劃因素更為全面，分析結(jié)果更詳細(xì)、直觀，與實(shí)際情況吻合度高，能夠?yàn)楫?dāng)?shù)卣?、決策部門和企業(yè)規(guī)劃管理紅心獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有價(jià)值的參考。

(3)近年來(lái)氣候變化加劇，對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)影響很大，范澤孟等[31-33]針對(duì)氣候變化的趨勢(shì)以及氣候變化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)氣象資源、生物環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響進(jìn)行了研究，指出區(qū)域性干旱將成為未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。本文在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，旺蒼受山區(qū)地形制約，灌溉條件有限，紅心獼猴桃產(chǎn)量與品質(zhì)對(duì)降水量響應(yīng)敏感。下一步工作中，準(zhǔn)備通過(guò)野外樣方數(shù)據(jù)采集，利用手持GPS進(jìn)行精確定位和數(shù)據(jù)采集，結(jié)合遙感手段作面積提取，開(kāi)展紅心獼猴桃生態(tài)適宜性區(qū)劃時(shí)間演變分析，并進(jìn)行更精確的結(jié)果驗(yàn)證。