氣候變化背景下中國蘋果適宜種植區(qū)北移西擴：基于高分辨率格點氣象數(shù)據(jù)的區(qū)劃分析*

張玥瀅，劉布春**，邱美娟，劉 園，吳昕悅，肖楠舒,3

氣候變化背景下中國蘋果適宜種植區(qū)北移西擴：基于高分辨率格點氣象數(shù)據(jù)的區(qū)劃分析*

張玥瀅1，劉布春1**，邱美娟1，劉 園1，吳昕悅2，肖楠舒1,3

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/作物高效用水與抗災(zāi)減損國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，北京 100081；2．江蘇省鎮(zhèn)江市氣象局，鎮(zhèn)江 212003；3．沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，沈陽 110866)

利用1981?2010年5km×5km格點氣象數(shù)據(jù)，基于前人研究指標(biāo)，采用氣候傾向率、ArcGIS空間插值等方法，對影響蘋果種植的氣溫、降水、相對濕度等主要氣候指標(biāo)分布特征進行分析。首先利用一票否決式指標(biāo)剔除不能滿足蘋果生長基本要求的不可種植區(qū)域，然后結(jié)合蘋果氣候區(qū)劃因子評分標(biāo)準(zhǔn)，對可種植區(qū)進行適宜性評價，并分析年際間適宜區(qū)的變化特征。結(jié)果表明，總體來看，蘋果可種植區(qū)為華北、西北、西南以及華東、華南的部分地區(qū)。在可種植區(qū)中，適宜區(qū)主要位于黃土高原大部分地區(qū)和環(huán)渤海地區(qū)，次適宜區(qū)主要位于華北平原和黃土高原少部分地區(qū)以及塔里木盆地和云貴高原地區(qū)，不適宜區(qū)主要分布在東北地區(qū)、長江以南大部分地區(qū)、青藏高原地區(qū)以及新疆北部部分地區(qū)。與20世紀(jì)80年代相比，90年代、21世紀(jì)00年代山東半島、黃土高原南部由適宜種植區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榇芜m宜種植區(qū)，遼蒙交界地區(qū)、云貴川交界地區(qū)、黃土高原北部以及陜甘交界處由次適宜種植區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜種植區(qū)，蘋果適宜種植區(qū)變化呈現(xiàn)明顯北移西擴的特點。

蘋果；格點氣象數(shù)據(jù)；適宜性；氣候區(qū)劃

蘋果是世界性果品，由于其生態(tài)適應(yīng)性較強，果品營養(yǎng)價值高，耐貯性好，供應(yīng)周期長，許多國家都將其列為主要消費果品而大力推薦[1?2]。中國是世界上最大的蘋果生產(chǎn)國和消費國[3]。截至2016年，中國蘋果產(chǎn)量已達(dá)4388.23萬t，面積達(dá)到232.38萬hm2，分別占世界蘋果產(chǎn)量和面積的49.14%、43.90%[4]，蘋果種植業(yè)已成為中國重要的林果產(chǎn)業(yè)。中國近百年間氣溫升幅為0.5～0.8℃，近50a中國氣溫變化與全球變化較一致且增溫趨勢略高于全球水平，氣候變化給自然系統(tǒng)和人類社會帶來了顯著的影響[5?6]。氣候條件的變化不僅影響蘋果樹的生長發(fā)育，還通過影響呼吸、光合作用等對蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生重要影響，最終影響蘋果生產(chǎn)的經(jīng)濟效益[7?9]，因此，探明氣候變化對蘋果生產(chǎn)的影響，并開展氣候變化背景下的蘋果氣候區(qū)劃研究對科學(xué)合理規(guī)劃蘋果產(chǎn)業(yè)布局與發(fā)展具有重大意義。

蘋果生長受地形、土壤、氣候等生態(tài)因素以及自身的遺傳因素等各種因子的共同影響，其中氣候條件起主要作用[10?11]。前人對蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)與氣候因子之間的關(guān)系以及蘋果的氣候區(qū)劃做了大量研究[12?20]。20世紀(jì)80年代初，陸秋農(nóng)[12]對中國蘋果的自然分布區(qū)域及其與生態(tài)因子的關(guān)系進行定性探索，并根據(jù)各地的氣候條件和蘋果生長發(fā)育特征，劃分了7個類型的蘋果栽培區(qū)。李世奎等[13]首次對中國蘋果的生態(tài)適宜性、經(jīng)濟效益、社會經(jīng)濟條件進行了較全面調(diào)查研究，提出了適合中國情況的蘋果區(qū)劃依據(jù)和方法，確定了一套蘋果適宜種植的氣候指標(biāo)并沿用至今。夏雪等[14?15]通過在果園建立生態(tài)因子采集系統(tǒng)，持續(xù)跟蹤記錄果園空氣溫濕度、土壤溫濕度、太陽輻射等數(shù)據(jù)，研究蘋果產(chǎn)量與氣候因子的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)溫濕度、光照等環(huán)境條件是影響蘋果生長的重要因子。劉金銅等[16]通過對太行山低山丘陵區(qū)元帥系蘋果品質(zhì)多年觀測資料和影響蘋果品質(zhì)各要素特征的氣候因子對比分析，認(rèn)為丘陵區(qū)生長期充足的日照、較為豐富的降水和夏季較大的氣溫日較差等氣候條件適宜蘋果種植。屈振江等[17]利用最大熵模型的方法，從物種分布機理與品質(zhì)兩方面研究了影響富士蘋果在中國分布的主導(dǎo)氣候因子及適宜范圍，并對其氣候適宜性進行區(qū)域劃分和評價。朱琳等[18?20]在基于站點數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)對局地蘋果種植氣候適宜性進行區(qū)劃研究。上述研究成果在推動中國蘋果氣候區(qū)劃研究方面提供了理論方法和經(jīng)驗。前人對蘋果區(qū)劃的研究表明，蘋果的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)受氣候變化的影響有一定程度的轉(zhuǎn)移[21?24]，在區(qū)域內(nèi)部呈現(xiàn)出“西移北擴”的特征[21]。宋曉麗等[22]分析了1995?2015年中國蘋果主產(chǎn)區(qū)比較優(yōu)勢及其空間變遷趨勢，結(jié)果表明各蘋果主產(chǎn)區(qū)呈現(xiàn)出向西北地區(qū)轉(zhuǎn)移的趨勢；朱琳等[23]研究表明，隨著陜西蘋果產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展，蘋果基地縣有繼續(xù)向北擴展趨勢；王彩峰等[24]分析山東省蘋果種植面積的時空演變規(guī)律及其內(nèi)在影響因素表明，山東省蘋果主產(chǎn)區(qū)呈東進西退、北進南退的變遷特征。然而，中國幅員遼闊，地形復(fù)雜多變，當(dāng)前的氣候區(qū)劃研究大多基于氣象站點數(shù)據(jù)，站點分布相對于蘋果種植的空間差異性要求顯得非常稀疏，難以滿足蘋果精細(xì)化區(qū)劃的要求。另一方面，針對中國全境的氣候變化背景下的區(qū)劃工作還鮮有報道。因此，為了探索氣候變化對蘋果生產(chǎn)布局變遷的影響，獲得更加精細(xì)化的蘋果氣候區(qū)劃成果，本研究采用北京師范大學(xué)提供的1981?2010年全國5km×5km格點的氣溫、降水、空氣相對濕度等數(shù)據(jù)集，利用氣候傾向率方法、ArcGIS空間分析技術(shù)等，基于現(xiàn)有氣候區(qū)劃指標(biāo)，分析影響蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)的氣候因子的時空變化特征，并對蘋果種植氣候適宜性進行區(qū)劃，以期為中國蘋果生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃的調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域主要為中國大陸地區(qū)，根據(jù)中國自然地理區(qū)劃[25]，將全國劃分為華東（上海市、江蘇省、浙江省、安徽省、江西省、山東省、福建省、臺灣?。?、華北（北京市、天津市、山西省、河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)中部）、華中（河南省、湖北省、湖南省）、華南（廣東省、廣西壯族自治區(qū)、海南省、香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)）、西南（重慶市、四川省、貴州省、云南省、西藏自治區(qū)）、西北（陜西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)西部阿拉善盟）、東北（黑龍江省、吉林省、遼寧省、內(nèi)蒙古東部）7個區(qū)域（圖1）。

圖1 中國地理分區(qū)[25]

1.2 資料來源與處理

1981?2010年中國大陸5km×5km空間格點3h時間分辨率的近地面格點氣象數(shù)據(jù)，來自北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院陸面模式大氣驅(qū)動場及其擾動場數(shù)據(jù)集共享網(wǎng)站http://globalchange. bnu.edu.cn/research/forcing，共包括370210個格點的逐3h（分別為每日0：00、3：00、6：00、9：00、12：00、15：00、18：00、21：00）的氣溫、降水量和相對濕度數(shù)據(jù)。該格點數(shù)據(jù)是以薄板平滑樣條函數(shù)和已存在的格點驅(qū)動資料為自變量，以臺站觀測資料為因變量，建立驅(qū)動場的趨勢面；對趨勢面的殘差場進行訂正；估計了訂正場的誤差協(xié)方差矩陣，在此基礎(chǔ)上隨機生成驅(qū)動場的擾動場集合[26?27]。Qiu等[28]對該數(shù)據(jù)集進行了驗證，Li等[26]將數(shù)據(jù)與國家環(huán)境預(yù)測中心（NCEP）氣候預(yù)報系統(tǒng)再分析數(shù)據(jù)集和普林斯頓氣象強迫數(shù)據(jù)集等再分析資料進行了對比，表明該數(shù)據(jù)集的誤差更小，更適用。

日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫指每日8次逐3h氣溫數(shù)據(jù)的平均值、最高值、最低值。日降水量為每日8次逐3h降水量數(shù)據(jù)之和。日平均相對濕度為每日8次逐3h相對濕度數(shù)據(jù)的平均值。

氣象格點數(shù)據(jù)不包含臺灣省以及南海諸島地區(qū)，未對該地區(qū)進行區(qū)劃。

1.3 方法

1.3.1 區(qū)劃指標(biāo)

參考文獻[13]定義的蘋果區(qū)劃指標(biāo)，選取日最低氣溫低于?20℃日數(shù)＜24d的保證率、高溫多雨（夏季平均氣溫≥26℃且降水量≥950mm）日數(shù)、日平均氣溫≥10℃日數(shù)作為蘋果不可種植區(qū)的剔除標(biāo)準(zhǔn)，選取年平均氣溫、年降水量、夏季（6?8月）平均空氣相對濕度、夏季（6?8月）平均最低氣溫作為蘋果區(qū)劃的主要氣候指標(biāo)。

低溫凍害常造成果樹產(chǎn)量銳減，樹體殘缺不全乃至威脅樹體的生存等嚴(yán)重后果。目前國內(nèi)外多以冬季持續(xù)低溫作為劃定果樹種植北界的主要因子，周遠(yuǎn)明等[29]研究表明，蘋果凍害與日最低氣溫≤?20℃日數(shù)相關(guān)顯著。蘋果是多年生經(jīng)濟林果，指標(biāo)須具備一定的可靠性，故將日最低氣溫低于?20℃日數(shù)（D）＜24d的保證率作為劃定北界的主要指標(biāo)，保證率＜80%時，不適宜蘋果的種植。

余優(yōu)森等[30]研究表明，夏季氣溫過高，不利于果實的膨大生長，并影響果實的淀粉積累和糖分的迅速轉(zhuǎn)化積累，進而影響蘋果品質(zhì)；當(dāng)降水量過多時，如年降水量大于950mm的地方，特別是在高溫高濕的條件下，蘋果樹生長過旺，果實品質(zhì)下降并且容易發(fā)生病蟲害。而黃河故道以南、長江流域等地區(qū)蘋果的炭疽病、落葉病、銀葉病及根腐病都與高溫多雨有關(guān)[31]。因此，高溫多雨成為劃分蘋果樹種植南界的主要指標(biāo)。

朱琳等[23]研究表明蘋果的生長需要一定的生長期作保證，全年日平均氣溫≥10.0℃的日數(shù)不足140d的地區(qū)，不適宜蘋果的經(jīng)濟栽培，因此選取此指標(biāo)作為劃分蘋果樹種植的西界。

由于以上三種指標(biāo)的影響，可將蘋果的不可種植區(qū)進行剔除，得到蘋果的可種植區(qū)域，具體劃分如表1[13]。其中最低氣溫≤?20℃的日數(shù)＜24d的保證率（%）采用經(jīng)驗頻率法[32]計算。

表1 蘋果不可種植區(qū)剔除標(biāo)準(zhǔn)[13]

溫度影響蘋果開花、授粉、受精和坐果等整個果實形成過程，適宜的溫度是蘋果豐收的重要保證[33]。年平均溫度綜合反映了溫度條件對蘋果的影響，對蘋果的分布、產(chǎn)量水平及品質(zhì)有很重要意義[13，4]。通過農(nóng)業(yè)氣候分析，將年平均氣溫8.5～12.5℃作為陜西蘋果的最適宜溫度指標(biāo)。

蘋果樹體內(nèi)的生物化學(xué)變化和正常的新陳代謝過程，都必須在水的參與下才能進行，缺水會影響光合作用的順利進行或造成生理代謝過程的紊亂，嚴(yán)重影響樹體生長發(fā)育[23]。蘋果喜干涼氣候，年雨量對蘋果的果形和風(fēng)味影響較大。一般年降水量500～800mm才可滿足蘋果生長發(fā)育對水分條件的需求。雨量過多時，易誘發(fā)裂果、爛果、缺鐵黃葉病及套袋果黑點病等[35]。

果實生長期間適宜的空氣濕度能促進同化作用，并有利于提高果實品質(zhì)，降低病害的發(fā)生。過高濕度常使病害加重。夏季（6?8月）空氣相對濕度60%～70%對蘋果生長最為適宜，果樹病害少，果面干潔，且不易通過栽培措施改變[24]。尤以果實成熟和花芽分化期，需空氣濕度小，日照良好。否則，生長弱，果面光潔度、著色和品質(zhì)皆差[36]。

夏季是蘋果生長成熟期及品質(zhì)形成的關(guān)鍵期，平均最低溫度反映了夜溫對蘋果的影響。夜溫對同化作用、呼吸作用、果實品質(zhì)、著色、花芽分化等有重要意義。對中國蘋果產(chǎn)區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，夏季平均最低氣溫13.0～18.0℃為中國蘋果最適宜栽培區(qū)[13，34]。

在確定主要氣候區(qū)劃指標(biāo)基礎(chǔ)上，采用專家打分的方法，根據(jù)各指標(biāo)在蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)形成中的地位確定其不同的評分值，具體劃分如表2[13]?？傇u分S在80～100分的地區(qū)為適宜種植區(qū)，45～80分的地區(qū)為次適宜種植區(qū)，其余為不適宜種植區(qū)。

表2 蘋果可種植區(qū)氣候指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)[13]

Table 2 Grading score of climate division index for apple planting

1.3.2 氣候傾向率

表示氣候資源在某時間段內(nèi)變化趨勢特征時，通常將氣象要素的趨勢變化用一次線性方程表示，即

2 結(jié)果與分析

2.1 不可種植蘋果區(qū)域的剔除

2.1.1 日最低氣溫≤?20℃日數(shù)分布

由圖2a可見，除青藏高原以及東北等地區(qū)以外，大部分地區(qū)最低氣溫≤?20℃日數(shù)大于24d。在經(jīng)過保證率N的計算后，大部分地區(qū)均滿足保證率N≥80.0%（圖2b），僅青藏高原東部、北部、四川西部和遼寧北部、東北（黑龍江、吉林全境、內(nèi)蒙古東部）和新疆北部等地區(qū)保證率N＜80.0%，符合一票否決式不適宜蘋果種植區(qū)的判定條件中的第一條，應(yīng)予以剔除。

2.1.2 高溫多雨區(qū)分布

高溫多雨是指夏季（6?8月）平均氣溫Ta≥26.0℃且降水量R≥950.0mm。夏季平均氣溫Ta≥26.0℃（圖3a）的區(qū)域主要分布在華南（廣東、廣西、海南全境）、華中（湖南、湖北、河南東部）、華東（安徽、江西全境，江蘇南部，福建、上海、浙江大部分地區(qū)）以及河北南部、新疆中部少部分地區(qū)；其余地區(qū)夏季平均氣溫＜26.0℃，滿足蘋果生長對夏季溫度的要求。降水量R≥950mm（圖3b）的區(qū)域主要分布在華南（海南、兩廣全境）、華中（湖南全境，湖北、河南南部）、華東（福建、江西、浙江、上海全境，江蘇、安徽南部）以及西南（重慶全境，四川、貴州東部，云南南部）等地區(qū)，這些地區(qū)降水過多，超出了蘋果種植對降水量的合理需求。

圖2 1981?2010年日最低氣溫≤?20℃日數(shù)平均值（圖a中用D表示）及其＜24d保證率（圖b中用N表示）的分布

圖3 1981?2010年夏季（6?8月）平均氣溫（圖a中用Ta表示）及年平均降水量（圖b中用R表示）分布

綜合夏季平均氣溫與降水量的空間分布情況，中國高溫高濕區(qū)主要分布在華南（海南、兩廣全境，云南南部和西部）、華中（湖南、湖北東部，河南南部）以及華東（江西、浙江、上海全境，江蘇、安徽南部）等地區(qū)（圖4），這些地區(qū)不適宜蘋果的種植。

圖4 1981?2010年高溫多雨區(qū)的分布

2.1.3 日平均氣溫≥10℃日數(shù)分布

日平均氣溫≥10℃日數(shù)在60～140d的區(qū)域為內(nèi)蒙古北部、黑龍江西北部和青海中部部分地區(qū)；西藏、青海南部和四川西部為60d；其余地區(qū)均≥140d（圖5）。

圖5 1981?2010年日平均氣溫≥10℃日數(shù)（圖中用D表示）的分布

2.1.4 剔除后可種植區(qū)分布

綜合日最低氣溫≤?20℃日數(shù)、高溫多雨、日平均氣溫≥10℃日數(shù)三項指標(biāo)所劃定的種植界限，剔除蘋果不可種植區(qū)域，初步得到中國蘋果可種植區(qū)，即為華北地區(qū)（遼寧、河北、山西大部分地區(qū)，北京、天津全境），西北（陜西、寧夏全境，內(nèi)蒙古西部，甘肅大部分地區(qū)，新疆中部），西南（四川東部、重慶東北部，云南、貴州大部分地區(qū)）以及華東、華南的部分地區(qū)（圖6）。

圖6 蘋果可種植區(qū)

2.2 可種植區(qū)的氣候適宜性評價

2.2.1 年平均氣溫

年平均氣溫的空間分布總體上呈由東南向西北遞減的趨勢。由圖7a可見，在可種植區(qū)域范圍內(nèi)，華南、華中以及西南部分地區(qū)（重慶中西部，四川東部，云南、貴州南部）氣溫較高，年均溫在15.4℃以上，且1981?2010年氣溫呈顯著增加的趨勢（圖7b），為蘋果生長不適宜區(qū)域。內(nèi)蒙古中部、遼寧北部、青海中部、新疆少部分區(qū)域氣溫較低，年均溫在7.0℃以下，雖然氣溫呈顯著增加的趨勢（圖7b），但由于氣溫過低也難以滿足蘋果種植的基本要求。江蘇、安徽北部與河南大部分區(qū)域年均溫在14.0～15.4℃，河北南部和山東大部分地區(qū)在12.5～14.0℃，西北（甘肅、陜西、內(nèi)蒙古西部和新疆南部）、中東部省份的局部區(qū)域（山西南部、遼寧南部和山東東部）年均溫在8.5～12.5℃，零星分布在山西北部和遼寧西北部的面積較小區(qū)域其年均溫在7.0～8.4℃。這些地區(qū)年均氣溫總體表現(xiàn)為線性升高，少部分地區(qū)線性變化趨勢不顯著（圖7b）。升溫最快的地區(qū)位于青藏高原地區(qū)以及黃土高原北部，氣候傾向率為1.0～1.5℃×10a?1，能夠滿足蘋果種植對氣溫的基本要求。

圖7 1981?2010年年平均氣溫（圖a中用T表示）及其氣候傾向率（圖b中用k表示）分布

2.2.2 年降水量

年降水量分布總體呈東南向西北遞減趨勢。從30a平均年降水量分布可以看出，在可種植區(qū)域范圍內(nèi)，年降水量R＞950.0mm的地區(qū)主要位于華南、華中以及西南（重慶東部，四川中部，云南南部，貴州大部分地區(qū)）等地區(qū)；江蘇、安徽、湖北北部，河南、四川中部以及云南北部等區(qū)域年降水量在800.0～950.0mm；山東、天津全境，河北東部，河南北部，遼寧、山西、陜西、甘肅、西藏南部等地區(qū)年降水量500.0～800.0mm；年降水量在100.0～500.0mm的地區(qū)位于東北局部地區(qū)（遼寧西部，內(nèi)蒙古東北部）、華北（北京全境，河北、山西北部和內(nèi)蒙古中部）、西北（寧夏全境，陜西北部，甘肅中部，青海中南部，新疆北部）；內(nèi)蒙古西部，甘肅北部和青海、新疆中部年降水量R≤100.0mm（圖8a）。

從年降水量的氣候傾向率的空間分布看（圖8b），僅16.36%的格點通過0.05水平的顯著性檢驗，其它地區(qū)變化不顯著（sig＞0.05）。在通過顯著性檢驗的區(qū)域中，內(nèi)蒙古北部、四川東部和北部以及云南和西藏的部分地區(qū)氣候傾向率為負(fù)值，在?173.7～0.0mm×10a?1之間，即年降水量隨時間呈下降的趨勢；西藏中北部、青海西部以及山東何寧的部分地區(qū)氣候傾向率為正，即年降水量隨時間呈升高趨勢。

2.2.3 夏季（6?8月）平均空氣相對濕度

平均空氣相對濕度的空間分布與年降水量相似，總體呈東南向西北遞減趨勢。從30a夏季（6?8月）平均空氣相對濕度空間分布上看，在可種植區(qū)域內(nèi)，平均空氣相對濕度RH＞70.0%的區(qū)域主要位于華南、華中、華東、西南（貴州、云南全境，重慶、四川東部、西藏南部）、華北東部（天津全境，河北東部）以及東北部分地區(qū)（遼寧，內(nèi)蒙古北部）；北京、山西全境，內(nèi)蒙古東部，河北西北部，陜西中部，寧夏、甘肅、青海南部和西藏東部平均空氣相對濕度在60.0%～70.0%；內(nèi)蒙古南部，陜西、寧夏北部，青海和新疆西北部在50.0%～60.0%；RH≤50.0%的區(qū)域為新疆大部分地區(qū)和內(nèi)蒙古、甘肅、青海部分地區(qū)（圖9a）。在這些地區(qū)中，大部分地區(qū)氣候傾向率為正，即夏季平均空氣相對濕度隨時間呈降低趨勢，在?7.7～0.0個百分點×10a?1（圖9b）。

圖8 1981?2010年年降水量（圖a中用R表示）及其氣候傾向率（圖b中用k表示）的分布

2.2.4 夏季（6?8月）平均最低氣溫

1981?2010年夏季（6?8月）平均最低氣溫的空間分布與年平均氣溫相似，呈東南向西北遞減趨勢。在可種植區(qū)域內(nèi)，華南、華中、華東部分地區(qū)以及華北（天津全境、河北南部）、西南（四川東部、重慶西部、云南南部）和新疆中部夏季平均最低氣溫在18.0～30.4℃；遼寧、陜西全境，山東東部，山西南部，河南、湖北西部，貴州、云南中部，內(nèi)蒙古西部，甘肅、新疆中部在13. 0～18.0℃。11.0～13.0℃的區(qū)域分布面積較小，分布在山西北部、甘肅南部和新疆部分地區(qū)；?16.6～11.0℃的區(qū)域主要位于青海中部、甘肅南部和云南北部等地區(qū)（圖10a）。

從夏季平均最低氣溫的氣候傾向率的空間分布看（圖10b），19.47%的格點通過0.05水平的顯著性檢驗，其它地區(qū)變化不顯著（sig＞0.05）。云南西南部、浙江北部、江蘇南部、青海北部和新疆中部氣候傾向率為正，在0.0～1.5℃×10a?1之間，即夏季最低氣溫隨時間呈升高趨勢。

2.3 蘋果適宜種植區(qū)的年代際變化

按照蘋果區(qū)劃綜合評分指標(biāo)確定不同階段中國蘋果種植的氣候適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)的分布，結(jié)果見圖11。

從1981?2010年30a平均狀況看（圖11a），中國蘋果種植的適宜區(qū)主要位于黃土高原地區(qū)和環(huán)渤海地區(qū)，具體包括陜西西部（寶雞市）、北部（咸陽市、銅川市、渭南市北部及延安市），甘肅東南部（慶陽市、平?jīng)鍪泻吞焖校?，山西西南部（運城市、臨汾市），河南西北部（洛陽市、商洛市、三門峽市）和山東東部（青島市、日照市、萊蕪市），遼寧（沈陽市、遼陽市、朝陽市、錦州市、鞍山市、營口市、鞍山市、大連市、盤錦市、葫蘆島市），天津北部，河北北部（秦皇島市、唐山市，承德市、張家口市南部）、中部（保定市），北京市全境，以及內(nèi)蒙古東部（通遼市、赤峰市中部）、西藏南部少部分地區(qū)（山南、林芝地區(qū)中部）和云貴高原少部分地區(qū)（昭通市、畢節(jié)地區(qū)）。次適宜區(qū)主要位于華北平原南部和黃土高原北部的部分地區(qū)以及塔里木盆地和云貴高原，具體包括遼寧東部丹東地區(qū)，遼蒙邊界地區(qū)，山西中北部，河北南部，山東西部和北部，河南東部，江蘇、安徽北部，云南、貴州北部大部分地區(qū)，四川西部，寧夏全境，內(nèi)蒙古西部，甘肅北部和新疆中部。不適宜區(qū)主要分布在東北地區(qū)、南方地區(qū)以及青藏高原地區(qū)，具體包括黑龍江、吉林全境，內(nèi)蒙古東北部，華南（海南、廣東、廣西全境），華中（湖南全境、湖北南部），華東（福建、上海、浙江、江西全境，江蘇、安徽南部），青藏高原地區(qū)（青海全境，西藏大部分地區(qū)，四川西部）以及新疆北部部分地區(qū)。

圖9 1981?2010年夏季（6?8月）平均相對濕度（圖a中用RH表示）及其氣候傾向率（圖b中用k表示）的分布

圖10 1981?2010年夏季（6?8月）平均最低氣溫（圖a中用Tm表示）及其氣候傾向率（圖b中用k表示）分布

對比分析不同階段區(qū)劃結(jié)果可見（圖11b?圖11d），1981?1990年、1991?2000年、2001?2010年3個年代蘋果種植適宜區(qū)主要位于黃土高原和環(huán)渤海地區(qū)，但隨時間變化呈現(xiàn)北移西擴的變化趨勢，其中，山東半島地區(qū)、黃土高原南部地區(qū)由適宜種植區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榇芜m宜種植區(qū)；遼蒙交界地區(qū)、云貴川交界地區(qū)、黃土高原北部以及陜甘交界處由次適宜種植區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜種植區(qū)，蘋果適宜種植區(qū)變化呈現(xiàn)明顯的北移西擴特點。

統(tǒng)計各年代中適宜種植區(qū)面積其占全部格點數(shù)的比例可見（表3），研究區(qū)內(nèi)適宜蘋果種植的面積占比并不高，僅占5.66%～6.74%，隨著氣候變化，1991?2000年和2001?2010年的適宜區(qū)均比1981?1990年略有增加，其中1991?2000年中蘋果適宜種植區(qū)面積所占比例最大，即適宜種植面積最大；研究區(qū)內(nèi)次適宜區(qū)比適宜區(qū)面積占比相對較高，占26.84%～29.06%，但隨著氣候變化，各階段次適宜區(qū)面積逐漸降低；研究區(qū)內(nèi)不適宜區(qū)占比最大，且隨著氣候變化不適宜區(qū)占比逐漸增加。進一步分析適宜區(qū)變化所涉及省份的情況可見（表4），山西省、寧夏回族自治區(qū)和甘肅省的蘋果適宜區(qū)面積總體上呈增加趨勢，遼寧省、陜西省適宜區(qū)面積呈先增加后減少趨勢，其余各省適宜區(qū)面積呈減少趨勢。

圖11 不同年代蘋果氣候區(qū)劃結(jié)果

表3 不同年代蘋果種植氣候區(qū)劃分區(qū)面積統(tǒng)計

表4 不同年代涉及省份適宜區(qū)面積變化

Table 4 The variation of suitable regions in related provinces in different decades

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

利用1981?2010年高分辨格點氣象數(shù)據(jù)對影響中國蘋果區(qū)劃主要氣候指標(biāo)的空間分布及時間變化情況進行分析，綜合各因子對中國蘋果種植情況進行氣候區(qū)劃。

（1）根據(jù)日最低氣溫低于?20℃日數(shù)＜24d保證率、高溫多雨和日平均氣溫≥10℃日數(shù)三項氣候指標(biāo)，東北地區(qū)（黑龍江、吉林全境，內(nèi)蒙古東部），青藏高原地區(qū)（西藏北部，青海全境，四川西部）以及華南（海南、兩廣全境）、華中（湖南全境，湖北東部）和華東（江西全境，江蘇、安徽南部和福建、浙江部分地區(qū)）大部分地區(qū)為被剔除區(qū)域，不適宜蘋果種植。

（2）年平均氣溫分布總體呈東南向西北遞減趨勢，青藏高原地區(qū)由于海拔因素年平均氣溫較低，環(huán)渤海地區(qū)，黃土高原以及塔里木盆地年平均氣溫8.5～12.5℃，最適宜蘋果生長；年降水量分布總體呈東南向西北遞減趨勢，環(huán)渤海地區(qū)，華北平原南部和黃土高原南部年降水量在50.0～800.0mm，最適宜蘋果生長；夏季（6?8月）平均空氣相對濕度分布與年降水量分布情況相似，總體呈東南向西北遞減趨勢，華北平原北部和黃土高原中北部夏季平均空氣相對濕度在60.0%～70.0%，最適宜蘋果生長；夏季（6?8月）平均最低氣溫分布與年平均氣溫分布相似，呈東南向西北遞減趨勢，東北平原南部、山東半島、黃土高原、阿拉善高原、云貴高原中北部和塔里木盆地邊緣地區(qū)夏季平均最低氣溫在13.0～18.0℃，最適宜蘋果生長。

（3）中國蘋果種植適宜區(qū)位于環(huán)渤海地區(qū)以及黃土高原地區(qū)，次適宜區(qū)主要位于華北平原和黃土高原的部分地區(qū)以及塔里木盆地和云貴高原，不適宜區(qū)主要位于東北地區(qū)、南方地區(qū)以及青藏高原地區(qū)。隨著年代的變化，適宜種植區(qū)面積有所增加，云貴川交界地區(qū)、黃土高原北部以及陜甘交界處由次適宜種植區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜種植區(qū)，種植范圍呈北移西擴的變化趨勢。遼蒙交界地區(qū)、山西省、寧夏回族自治區(qū)和甘肅省的蘋果適宜區(qū)范圍增加，主要表現(xiàn)為平均氣溫和夏季平均最低氣溫指標(biāo)變?yōu)檫m宜；這些地區(qū)是近期發(fā)展蘋果種植的優(yōu)勢區(qū)域。然而作為中國第一大蘋果生產(chǎn)省份的陜西省適宜范圍呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，主要表現(xiàn)在平均氣溫和夏季平均相對濕度指標(biāo)的限制，這些區(qū)域不宜擴大蘋果的產(chǎn)能。

3.2 討論

本研究結(jié)合蘋果區(qū)劃氣候指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)，將中國劃分成適宜種植區(qū)、次適宜種植區(qū)和不適宜種植區(qū)，從而得到中國蘋果氣候適宜性評分圖。

在滿足三項一票否決因子后，分別確立蘋果種植的北界區(qū)、南界區(qū)和西界區(qū)[13,33]，從而更加精準(zhǔn)地確立中國蘋果的可種植區(qū)；在蘋果可種植區(qū)中，結(jié)合主要氣候區(qū)劃指標(biāo)及其氣候傾向率時空分布特征可以發(fā)現(xiàn)，隨著氣溫的顯著增加，甘肅中部、河北、山西北部等地區(qū)熱量資源進一步優(yōu)化，具備由蘋果種植次適宜區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜區(qū)的潛力；同時山東、陜西等蘋果種植大省可能因熱量資源過剩由適宜區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榇芜m宜區(qū)。研究區(qū)水分資源變化顯著性較弱，因此本研究中水分資源對適宜種植區(qū)隨時間變化的影響較小。

中國蘋果實際生產(chǎn)中，蘋果生產(chǎn)布局由環(huán)渤海灣、黃土高原、黃河故道、西南冷涼高地四大產(chǎn)區(qū)向環(huán)渤海灣和黃土高原兩大區(qū)域集中，且蘋果主產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)了由東向西、向西北黃土高原等地區(qū)遷移的現(xiàn)象，隨著氣候變暖，蘋果種植邊界逐漸北移[37?38]，本研究結(jié)果與實際生產(chǎn)狀況相符。

利用高分辨率氣象格點數(shù)據(jù)對中國蘋果種植的相關(guān)氣候因子及氣候適宜區(qū)進行研究，因格點數(shù)據(jù)考慮了海拔高度對氣溫的影響，相比于基于有限站點數(shù)據(jù)的研究，結(jié)果更精細(xì)化，對蘋果種植區(qū)域的調(diào)整具有較高的參考價值。

然而，蘋果屬于多年生作物，不同樹齡的蘋果樹對氣候響應(yīng)有所不同；不同品種的蘋果適宜種植的氣候條件也有所不同[39]。同時，氣象條件對蘋果品質(zhì)的影響也是中國蘋果生產(chǎn)和發(fā)展的主要問題[40?41]。此外，本研究中的適宜種植區(qū)是相對于農(nóng)業(yè)氣候上的適宜區(qū)，實際蘋果種植不僅與氣候條件有關(guān)，還與土壤條件、農(nóng)技管理水平等緊密相關(guān)[42]。因此，雖然氣候條件加蘋果適宜種植區(qū)存在北移西擴的趨勢，也須考慮其它限制因素對蘋果實際生產(chǎn)布局調(diào)整的影響，科學(xué)應(yīng)對，才能更好實現(xiàn)蘋果的穩(wěn)定種植發(fā)展。

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ZHANG Yue-ying1, LIU Bu-chun1, QIU Mei-juan1, LIU Yuan1, WU Xin-yue2, XIAO Nan-shu1,3

(1.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, CAAS/National Engineering Laboratory of Efficient Crop Water Use and Disaster Reduction/Key Laboratory of Agricultural Environment, MOA, Beijing 100081, China; 2．Zhenjiang Meteorological Bureau of Jiangsu Province, Zhenjiang 212003; 3．College of Agronomy, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)

The interannual and spatial distributions of the climatic indicators affecting apple planting such as the air temperature, precipitation, relative humidity were analyzed, while climate trend rate and ArcGIS spatial interpolation were applied, based on 3h meteorological grid data of 5km × 5km spatial resolution from 1981 to 2010. In detail, the unplantable areas where climatic conditions cannot meet the basic requirements for apple cultivation were excluded firstly by one-vote veto indicator. Climatic suitability evaluation was carried out for plantable areas secondly with scoring standard for apple climatic regionalization factors. The interannual variation characteristics in the suitable for growing apples areas are analyzed finally. Findings are shown as below: apple can be grown in north China, northwest, southwest and parts of east and south China; in the plantable areas, the suitable regions were mainly located in most areas of the Loess Plateau and the Bohai rim area; the sub-suitable regions are mainly located in the North China Plain and a small part of the Loess Plateau, as well as the Tarim Basin and the Yunnan-Guizhou Plateau; the unsuitable regions are mainly distributed in the Northeast, most areas south of the Yangtze River, the Qinghai-Tibet Plateau, and parts of northern Xinjiang; Compared with the 1980s, in the 1990s and the 2000s, the Shandong Peninsula and the southern Loess Plateau had evolved from suitable planting regions into sub-optimal planting regions, however, the border areas between Liaoning and Mongolia, the Yunnan-Guichuan border areas, the northern Loess Plateau, and the border between Shaanxi and Gansu had evolved from the sub-suitable planting regions into the suitable planting regions. On the whole, the change was obvious that areas suitable for growing apples had moved northward and westward in China under the background of climate change.

Apple; Meteorological grid data; Climatic suitability; Climatic regionalization; Division index

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.11.002

張玥瀅,劉布春,邱美娟,等.氣候變化背景下中國蘋果適宜種植區(qū)北移西擴:基于高分辨率格點氣象數(shù)據(jù)的區(qū)劃分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2019,40(11):678-691

2019?03?11

。E-mail：liubuchun@caas.cn

國家重點研發(fā)計劃“重大自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防范”重點專項（2017YFC1502804）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（CAAS-ASTIP-2014-IEDA）

張玥瀅（1995?），碩士，主要從事氣象災(zāi)害與減災(zāi)研究。E-mail：zyycaas@163.com