余杭蜜梨種植適宜性分析與區(qū)劃

效文娟，馮 妍，何永健，楚岱蔚

（1.三門峽市氣象局，河南三門峽472000；2.壽縣國(guó)家氣候觀象臺(tái)中國(guó)氣象局淮河流域典型農(nóng)田生態(tài)氣象野外科學(xué)試驗(yàn)基地，安徽淮南232200；3.安徽省氣象科學(xué)研究所大氣科學(xué)與衛(wèi)星遙感重點(diǎn)安徽省實(shí)驗(yàn)室，合肥，230031；4.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044；5.余杭區(qū)氣象局，浙江杭州311100）

0 引言

在氣候變化背景下，農(nóng)作物合理布局、種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。隨著近年來農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的多發(fā)重發(fā)，浙江省余杭蜜梨的生長(zhǎng)受到影響。因地制宜開展蜜梨種植優(yōu)化布局和結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)提高蜜梨產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用。

目前，已有諸多學(xué)者通過對(duì)自然條件的分析，開展了針對(duì)農(nóng)作物種植適宜程度（適宜性）的區(qū)劃研究。從選取的區(qū)劃指標(biāo)上看，大多側(cè)重于綜合考慮氣候、土壤、地形等區(qū)劃因子，全面分析與評(píng)估作物種植適宜性［1-6］。從區(qū)劃方法上看，GIS（Geographic Information System）和RS（Remote Sensing）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于作物適宜性評(píng)價(jià)研究中［7-8］，眾多學(xué)者利用GIS中空間內(nèi)插方法實(shí)現(xiàn)氣候指標(biāo)的網(wǎng)格化分布［9］，進(jìn)而進(jìn)行適宜性區(qū)劃，插值方法簡(jiǎn)單可行，但并未充分考慮氣象要素空間分布的局地特征與規(guī)律，不利于進(jìn)行精細(xì)化評(píng)估和應(yīng)用。

在蜜梨的氣候適應(yīng)性研究方面，費(fèi)蕾等通過在庭院和大田開展小氣候觀測(cè)，了解蜜梨種植的小氣候特征［10］。游加清和胥揚(yáng)帆結(jié)合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整需要，分析了蜜梨在金溪縣的氣候條件影響，并提出相應(yīng)的氣象災(zāi)害防御措施［11］。盧華和耿獻(xiàn)輝從氣候變化的角度對(duì)中國(guó)區(qū)域梨的影響進(jìn)行了評(píng)估［12］。已有研究主要分析了蜜梨的種植氣候條件和庭院的小氣候條件［13-15］，對(duì)地區(qū)性蜜梨種植氣候適宜性的精細(xì)化區(qū)劃研究較少。

蜜梨是余杭“名特優(yōu)”水果，是當(dāng)?shù)刂饕?jīng)濟(jì)作物之一。為了精準(zhǔn)推廣蜜梨種植，文章綜合考慮氣候要素和地形因子，基于復(fù)雜地形下氣象要素分布式模型［16-18］和主成分分析法對(duì)浙江省余杭區(qū)蜜梨種植區(qū)域進(jìn)行適宜性分析和精細(xì)化區(qū)劃研究，為余杭區(qū)蜜梨種植提供地理位置選擇參考。

1 研究區(qū)概況

浙江省余杭區(qū)位于杭嘉湖平原和浙西丘陵山地的過渡地帶，地理坐標(biāo)為北緯30°09′～30°34′、東經(jīng)119°40′～120°23′，地勢(shì)由西北向東南傾斜，西北以山地丘陵為主，山峰海拔高達(dá)500 m以上，東部為堆積平原，地勢(shì)低平，全區(qū)平原面積占總面積的61.48%。余杭區(qū)地處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，光照充足，雨量充沛，有利于葉莖類作物和瓜果生產(chǎn)。

2 材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)

該文主要包括以下研究數(shù)據(jù)：（1）余杭區(qū)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，主要包括余杭區(qū)1∶25萬DEM 數(shù)據(jù)、土地利用類型及鎮(zhèn)街行政邊界；（2）氣象數(shù)據(jù)，來自余杭國(guó)家站、周圍相鄰4個(gè)國(guó)家站（杭州、桐鄉(xiāng)、海寧、德清）及余杭所有區(qū)域自動(dòng)站，具體字段包括逐日的日照數(shù)據(jù)、云量數(shù)據(jù)、氣溫?cái)?shù)據(jù)（最高氣溫、平均氣溫、最低氣溫）、相對(duì)濕度、實(shí)際水汽壓、降水?dāng)?shù)據(jù)和氣壓數(shù)據(jù)（最高氣壓、平均氣壓、最低氣壓）；（3）輻射站觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括輻射站1960 年以來的所有總輻射、直接輻射、散射輻射的日數(shù)據(jù)以及近幾年建成的輻射加密站的所有數(shù)據(jù)。

2.2 方法

2.2.1 氣候因子網(wǎng)格化

為獲取蜜梨種植的氣候適宜性精細(xì)化結(jié)果，該文充分考慮復(fù)雜地形條件對(duì)氣象要素空間分布的影響，借助分布式模型模擬復(fù)雜地形下氣候要素的精細(xì)化空間分布。

（1）氣溫：對(duì)于山地而言，局地地形條件（坡度、坡向、海拔、地形遮蔽）、山地接收到的太陽輻射量、地面長(zhǎng)波輻射等因素對(duì)溫度的影響不容忽視，因此采用結(jié)合地形高度的GIS空間插值技術(shù)，綜合考慮宏觀地理要素、局地地形條件、太陽輻射以及大氣狀況等因素，采用ArcGIS建立復(fù)雜地形下浙江余杭?xì)鉁乜臻g分布模型，獲得年平均氣溫空間分布。

（2）積溫：通過對(duì)氣溫的累積計(jì)算得到積溫。采用山地?zé)崃抠Y源分布式模擬［14］，根據(jù)復(fù)雜地形下月平均氣溫模擬結(jié)果推算復(fù)雜地形下積溫的分布模擬。

（3）降水：由于地形的動(dòng)力抬升作用、局地環(huán)流影響和對(duì)降水的再分配作用，不同地形和海拔的山區(qū)降水情況復(fù)雜，僅利用簡(jiǎn)單的GIS空間插值法和地統(tǒng)計(jì)法模擬浙江省余杭區(qū)山區(qū)降水量的空間分布適用性較差。該文基于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的中國(guó)地面降水月值格點(diǎn)數(shù)據(jù)集，考慮海拔和地形因子對(duì)降水的局地再分配作用，構(gòu)建半經(jīng)驗(yàn)半理論模型［15］，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形下降水的空間分布式模擬。

（4）日照時(shí)數(shù)：山區(qū)日照時(shí)數(shù)主要受天空狀況（云量等）和局地地形起伏兩方面因素影響。在利用云量計(jì)算日照的基礎(chǔ)上，利用地形遮擋來進(jìn)行日照時(shí)數(shù)的修正，實(shí)現(xiàn)余杭年日照時(shí)數(shù)的空間化模擬。

2.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）氣候條件：蜜梨喜光喜濕，一般情況下蜜梨開花期氣溫在14～15℃最為適宜，15℃以上的氣溫連續(xù)3～5 d，即可完成開花。受精溫度要求在10℃以上，最適溫度要求在20℃左右，要求年降水量＞1 500 mm，年日照時(shí)數(shù)＞2 900 h，＞10℃活動(dòng)積溫＞3 800℃。

（2）地形條件：依據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門專家經(jīng)驗(yàn)，確定海拔在200 m以上的地區(qū)適宜蜜梨種植。

依據(jù)因地制宜等原則，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際蜜梨適宜的氣候和地理?xiàng)l件，該文選擇3個(gè)氣候因子、2 個(gè)地形因子共計(jì)5個(gè)因子作為蜜梨種植的評(píng)價(jià)指標(biāo)。具體包括：≥10℃活動(dòng)積溫、年降雨量、年日照時(shí)數(shù)、海拔高度和坡度。

2.2.3 權(quán)重確定

氣候、地形因子對(duì)蜜梨種植的影響相互補(bǔ)充、相互制約，針對(duì)選定的5項(xiàng)評(píng)價(jià)因子，利用層次分析法（AHP，Analytic Hierarchy Process）確定蜜梨種植綜合評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，權(quán)重系數(shù)如表1。

表1余杭區(qū)蜜梨種植綜合評(píng)價(jià)因子權(quán)重表Table 1 Comprehensive evaluation factors weight of pear planting in Yuhang

2.2.4 評(píng)價(jià)因子等級(jí)量化

根據(jù)蜜梨生態(tài)適宜性的區(qū)劃研究工作和當(dāng)?shù)孛劾娣N植的實(shí)際調(diào)研情況，將各區(qū)劃因子分為不適宜、較適宜和適宜3個(gè)等級(jí)，分別賦予1、2、3的評(píng)價(jià)分值，各評(píng)價(jià)因子的取值如表2所示。

表2 余杭區(qū)蜜梨種植因子評(píng)價(jià)等級(jí)表Table 2 Evaluation grade of pear planting factors in Yuhang

2.2.5 綜合區(qū)劃評(píng)估模型

對(duì)農(nóng)作物種植適宜度的定量評(píng)價(jià)須經(jīng)過由單因素的小綜合到多維因素的大綜合，是一個(gè)典型的多準(zhǔn)則綜合評(píng)價(jià)問題。該文以蜜梨為研究對(duì)象，以起伏地形下的氣候要素空間分布模擬數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建蜜梨種植適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)余杭區(qū)蜜梨種植適宜性進(jìn)行分析和區(qū)劃。構(gòu)建作物種植適宜性綜合評(píng)價(jià)模型時(shí)，采用加權(quán)求和法獲得作物種植適宜性區(qū)劃綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，其計(jì)算公式為：

式（1）中，Yi為柵格i評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合得分，wj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；Xij為柵格i在第j個(gè)指標(biāo)上的評(píng)價(jià)分值。

3 結(jié)果與分析

3.1 余杭區(qū)氣候環(huán)境分析

3.1.1 氣溫

余杭區(qū)年平均氣溫模擬空間分布如圖1所示，余杭區(qū)年平均氣溫的最高值是19.5℃，最低值是14.8℃。年平均氣溫高值分布在余杭區(qū)東部和北部地區(qū)，低值區(qū)分布于百丈鎮(zhèn)、鸕鳥鎮(zhèn)以及中泰街道和閑林街道的南部地區(qū)，這些地區(qū)多為山區(qū)丘陵地帶，由于海拔起伏較大，溫度隨著海拔的升高而降低。

3.1.2 活動(dòng)積溫

通過分布式模型模擬得到余杭區(qū)起伏地形下各界限多年平均溫度活動(dòng)積溫，如圖2 所示，余杭區(qū)中部和東部地區(qū)活動(dòng)積溫較大?！?0℃的活動(dòng)積溫的最大值在塘棲鎮(zhèn)、臨平街道、瓶窯鎮(zhèn)和良渚街道北部地區(qū)。積溫的低值主要分布在百丈鎮(zhèn)、鸕鳥鎮(zhèn)、黃湖鎮(zhèn)以及中泰街道和閑林街道南部地區(qū)。余杭區(qū)的西北部≥10℃活動(dòng)積溫起伏較大，主要是由于當(dāng)?shù)氐貏?shì)起伏較大，余杭區(qū)西北地區(qū)的海拔較高，該地區(qū)積溫較低，而余杭區(qū)中部地區(qū)和東部地區(qū)地勢(shì)較平坦，該地區(qū)≥10℃的活動(dòng)積溫較高且分布范圍較廣。

圖2余杭區(qū)≥10℃活動(dòng)積溫空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of active accumulated temperature ≥10℃in Yuhang

3.1.3 降水

根據(jù)余杭區(qū)降水量空間分布圖顯示（圖3），余杭區(qū)全年多雨，年降雨在1 151～1 732 mm，空間上呈西高東低分布特征。降雨量低值主要分布在余杭區(qū)的東部地區(qū)，以及黃湖鎮(zhèn)和瓶窯鎮(zhèn)的北部地區(qū)。瓶窯鎮(zhèn)、黃湖鎮(zhèn)、徑山鎮(zhèn)、余杭街道、倉前街道、五常街道以及中泰街道和閑林街道北部地區(qū)屬于降雨量值中等地區(qū)。降雨高值區(qū)位于百丈鎮(zhèn)、鸕鳥鎮(zhèn)、徑山鎮(zhèn)西北部分、黃湖鎮(zhèn)邊緣地區(qū)以及中泰街道和閑林街道南部地區(qū)。余杭區(qū)西北部地區(qū)年降雨量起伏較大，主要是因?yàn)槲鞅辈慷嗌降氐貏?shì)，形成降雨的暖濕氣流在山地的迎風(fēng)坡處被阻擋、停留，從而降雨較多，而山地的背風(fēng)坡處被遮擋，形成降雨的暖濕氣流較難到達(dá)，從而降雨較少。從全年來看，余杭區(qū)全區(qū)的降雨量均較大。

圖3余杭區(qū)年降雨量空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of annual precipitation in Yuhang

3.1.4 日照時(shí)間

通過起伏地形下日照時(shí)數(shù)模型模擬了1960—2010年余杭區(qū)平均日照時(shí)數(shù)。圖4是模擬得到的余杭區(qū)年日照時(shí)數(shù)精細(xì)化空間分布圖。年日照時(shí)數(shù)最高值是1 846 h，位于余杭區(qū)東部地區(qū)，最低值是1 150 h，位于余杭區(qū)北部和西南部地區(qū)。百丈鎮(zhèn)、鸕鳥鎮(zhèn)、黃湖鎮(zhèn)、徑山鎮(zhèn)北部、瓶窯鎮(zhèn)北部和良渚街道北部屬于年日照時(shí)數(shù)低的地區(qū)。運(yùn)河街道、東湖街道、臨平街道、星橋街道、南苑街道和喬司街道等地區(qū)年日照時(shí)數(shù)較大。中泰街道和閑林街道南部地區(qū)年日照時(shí)數(shù)也較低。

圖4余杭區(qū)年日照時(shí)數(shù)空間分布圖Fig.4 spatial distribution of annual sunshine hours in Yuhang

3.2 余杭區(qū)地理環(huán)境分析

根據(jù)余杭區(qū)海拔高度和坡度空間分布（圖5）可知，浙江省余杭區(qū)的海拔高度總體為2～1 077 m，坡度范圍在0.3°～43°之間。海拔高度和坡度較大的地區(qū)集中在西北地區(qū)的百丈鎮(zhèn)、鸕鳥鎮(zhèn)、徑山鎮(zhèn)、黃湖鎮(zhèn)、瓶窯鎮(zhèn)北部地帶，西南地區(qū)的中泰街道、閑林街道以及塘棲鎮(zhèn)、臨平街道、星橋街道和良渚街道的部分地區(qū)，此類地區(qū)所占余杭區(qū)總面積比例較小。余杭區(qū)大部分地區(qū)的海拔高度均低于120 m，坡度不超過4°。

圖5 余杭區(qū)海拔高度和坡度空間分布圖Fig.5 Spatial distribution of altitude and slope in Yuhang

3.3 余杭區(qū)蜜梨種植適宜性分析

在ArcGIS中利用空間分析模塊，將各個(gè)氣候和地形指標(biāo)進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到蜜梨種植適宜性分布圖，結(jié)合非農(nóng)業(yè)用地、水體、行政區(qū)劃圖，分析蜜梨種植適宜性分布規(guī)律，將余杭區(qū)蜜梨種植適宜性劃分為適宜、較適宜、不適宜3個(gè)等級(jí)，具體區(qū)劃如圖6所示。

余杭區(qū)蜜梨種植不適宜地區(qū)較少，主要分布在百丈鎮(zhèn)、鸕鳥鎮(zhèn)、黃湖鎮(zhèn)等地區(qū)地形背陰處。蜜梨種植較適宜區(qū)主要分布在瓶窯鎮(zhèn)、良渚街道、崇賢街道、仁和街道、塘棲鎮(zhèn)、運(yùn)河街道、余杭街道等平原地區(qū)。除了西南部各街道外，余杭區(qū)蜜梨的種植適宜區(qū)主要集中在百丈鎮(zhèn)、鸕鳥鎮(zhèn)、黃湖鎮(zhèn)、徑山鎮(zhèn)和瓶窯鎮(zhèn)等西北山區(qū)，其溫度、海拔、日照、降水等均適宜蜜梨生長(zhǎng)，是余杭區(qū)的重點(diǎn)種植區(qū)域。中部平原地區(qū)為不適宜區(qū)域，建議農(nóng)戶避開中部平原種植蜜梨。

圖6余杭區(qū)蜜梨種植適宜性區(qū)劃圖Fig.6 Planting suitability of Mili pear in Yuhang

4 結(jié)論

該文利用基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)（國(guó)家氣象站與區(qū)域自動(dòng)氣象站）分析了影響余杭區(qū)蜜梨分布的氣候和地理環(huán)境因子，并在已有研究成果和實(shí)地調(diào)研基礎(chǔ)上，選用≥10℃活動(dòng)積溫、年降雨量、年日照時(shí)數(shù)、海拔高度和坡度5個(gè)評(píng)價(jià)因子，構(gòu)建蜜梨種植適宜性區(qū)劃綜合評(píng)價(jià)模型，從氣候條件角度對(duì)余杭區(qū)蜜梨種植適宜性開展了精細(xì)化農(nóng)業(yè)種植區(qū)劃分析。

在余杭區(qū)氣象觀測(cè)站逐日觀測(cè)資料基礎(chǔ)上，模擬了全區(qū)域氣溫、積溫、降水、日照等氣候要素的精細(xì)化空間分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)余杭區(qū)中部和東部地區(qū)氣溫高、積溫較大、日照時(shí)間較長(zhǎng)，降水總體上呈現(xiàn)南多北少的特征。模擬結(jié)果體現(xiàn)了各氣象要素的宏觀和局地規(guī)律，為蜜梨種植適宜性研究提供了精細(xì)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

基于GIS技術(shù)和氣候要素建模分析建立的適宜性區(qū)劃綜合評(píng)價(jià)模型將余杭區(qū)蜜梨種植區(qū)劃分為適宜、較適宜、不適宜3個(gè)等級(jí)，從區(qū)劃結(jié)果看，余杭區(qū)蜜梨種植適宜區(qū)主要分布在余杭西部地區(qū)，不適宜區(qū)較小，主要分布在百丈鎮(zhèn)、鸕鳥鎮(zhèn)、黃湖鎮(zhèn)等地區(qū)的地形背陰處。該研究對(duì)指導(dǎo)余杭區(qū)蜜梨種植規(guī)劃和推廣具有重要的參考價(jià)值。