滄州市夏玉米氣候適宜度評估

高操 韓典辰 趙曉涵 邢麗珠 李連祥

摘要：基于夏玉米的生長環(huán)境要求以及河北省滄州市的氣候條件，建立以夏玉米全育期平均溫度、活動積溫、日照時數(shù)以及降水為影響因素的夏玉米氣候適宜度評估模型，選取2010—2017年的滄州市氣象觀測資料，利用GIS分析技術(shù)和加權(quán)綜合評價方法，對滄州市夏玉米氣候適宜度進(jìn)行了區(qū)劃研究。結(jié)果表明，滄州市夏玉米種植適宜度分布水平不夠均勻。整體呈現(xiàn)西北向東南逐漸遞增的趨勢。任丘、河間西北部以及肅寧地區(qū)屬于次適宜區(qū)，經(jīng)濟(jì)收益相對較低，吳橋、東光、南皮、鹽山、海興、孟村以及滄縣東南部地區(qū)屬于夏玉米種植最適宜區(qū)，熱量條件和雨量水分條件都能滿足夏玉米的生長需求，經(jīng)濟(jì)收益也相對較高，建議合理利用當(dāng)?shù)剡m宜的氣候條件，適當(dāng)增加這些地區(qū)夏玉米的種植面積，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：夏玉米;氣候適宜度;GIS分析技術(shù);加權(quán)綜合評價方法;滄州市

中圖分類號：S513;P461.3?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）07-0088-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.07.019

Abstract：Based on the growth environment requirements of summer maize and the climate conditions of Cangzhou city，a climate suitability evaluation model of summer maize was established，which was affected by the average temperature，active accumulated temperature，sunshine hours and precipitation during the whole growth period of summer maize. The meteorological observation data of Cangzhou city from 2010 to 2017 were selected，and the climate suitability of summer maize in Cangzhou city was improved by using GIS analysis technology and weighted comprehensive evaluation method. The regionalization study was carried out. The results showed that the distribution level of planting suitability of summer maize in Cangzhou was not uniform. The overall trend is gradually increasing from northwest to southeast. Renqiu，northwest Hejian and Suning are sub-optimal areas with relatively low economic returns. Wuqiao，Dongguang，Nanpi，Yanshan，Haixing，Mengcun and southeastern Cangxian are the most suitable areas for summer maize cultivation. Both heat and rainfall and water conditions can meet the growth needs of summer maize，and the economic returns are relatively high. It is suggested that the appropriate climatic strips should be rationally utilized. We should increase the planting area of summer maize in these areas to promote local agricultural development.

Key words：summer maize; climate suitability; GIS analysis technology; weighted comprehensive evaluation method; Cangzhou city

玉米作為一種喜溫作物，具有適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，是河北省主要的農(nóng)作物之一。夏季種植玉米能有效利用當(dāng)?shù)亟邓c溫度條件，促進(jìn)玉米的生長發(fā)育，提高農(nóng)作物產(chǎn)量[1-3]。

當(dāng)前全球氣候變暖使得氣溫、降水、光照等氣象要素發(fā)生一定的改變，對農(nóng)作物的生長發(fā)育造成了顯著影響，合理利用當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，科學(xué)規(guī)劃農(nóng)作物的種植方案，對提高農(nóng)作物的產(chǎn)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[4，5]。很多專家學(xué)者對此進(jìn)行了研究：尚占江[6]對黑龍江農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃設(shè)計(jì)和玉米生態(tài)育種進(jìn)行了分析和探討，促進(jìn)了當(dāng)?shù)赜衩咨a(chǎn)水平的提高;田宏偉[7]利用黃淮海地區(qū)氣象觀測資料，從光、溫、水等角度研究了夏玉米氣候資源的時空分布和變化特征;呂淼等[8]根據(jù)當(dāng)?shù)赜衩邹r(nóng)作物的生長特性，對扎蘭屯市的地理?xiàng)l件和氣候條件進(jìn)行了分析判斷，采用了逐步判別的方法，將全市劃分為3個氣候類型區(qū);齊曉華等[5]利用河北省氣候資料，探討了夏季高溫對夏玉米生產(chǎn)的影響，并提出了相關(guān)的防御措施;邱美娟等[9]利用吉林省春玉米作物資料、氣象站觀測資料，構(gòu)建了春玉米生長季各旬的氣侯適宜度模型;Gasser等[10]利用土地適宜性評價系統(tǒng)評估了氣候變化對不列顛哥倫比亞省弗雷澤河谷下游玉米生產(chǎn)的影響。

滄州市位于冀中平原東部，地勢較低，地形較平坦，屬于溫帶半濕潤半干旱大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，適宜夏玉米的種植生長。研究結(jié)合了夏玉米在全生育期內(nèi)的生長特性和滄州市的氣候特點(diǎn)，選取了影響夏玉米產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蛩?，建立了夏玉米氣候適宜度評估指標(biāo)，繪制滄州市夏玉米氣候適宜度區(qū)劃圖。針對滄州市的地理分布，對夏玉米種植規(guī)劃提出合理建議。

1?資料與方法

1.1?資料來源

氣象資料來源于河北省滄州市2010—2017年6縣（泊頭、東光、海興、青縣、獻(xiàn)縣、鹽山）的國家基本氣象站自動站的站點(diǎn)信息，以及6個站點(diǎn)2010—2017年逐日的基本氣象要素?cái)?shù)據(jù)。

1.2?方法

對泊頭夏玉米進(jìn)行氣候區(qū)劃主要分為3個步驟：①區(qū)劃因子的選取;②區(qū)劃因子格點(diǎn)數(shù)據(jù)集的制作;③夏玉米的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃。

1.2.1?區(qū)劃因子的選取?根據(jù)夏玉米的生理特征和相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)影響夏玉米產(chǎn)量形成的主要因素是其全生育期（指每年6月11日至9月20日）內(nèi)的氣溫、日照和降水，因此，在綜合考慮所使用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，最終選取了7月平均氣溫（℃）、全生育期≥10 ℃活動積溫（℃）、全生育期日照時數(shù)（h）和全生育期降水量（mm）這4個指標(biāo)作為氣候區(qū)劃因子（圖1），并根據(jù)一定的考量對各個區(qū)劃因子進(jìn)行區(qū)劃分級，具體情況見表1。

1.2.2?區(qū)劃因子格點(diǎn)數(shù)據(jù)集的制作?根據(jù)相應(yīng)區(qū)劃因子的多元線性回歸方程，繪制不同區(qū)劃因子在泊頭整體的分布情況。

根據(jù)6縣（泊頭、東光、海興、青縣、獻(xiàn)縣、鹽山）的氣象數(shù)據(jù)和站點(diǎn)信息，整理區(qū)劃因子2010—2017年逐年的指標(biāo)數(shù)值，并計(jì)算為年均值，最后在此基礎(chǔ)上，使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件計(jì)算得到以經(jīng)度（°）、緯度（°）、海拔高度（m）為自變量的區(qū)劃因子多元線性回歸方程，結(jié)果如下：

在多元線性回歸方程的基礎(chǔ)上，通過對應(yīng)的經(jīng)緯度和海拔高度信息，即可得到4個區(qū)劃因子在泊頭境內(nèi)的格點(diǎn)數(shù)據(jù)集。

1.2.3?夏玉米的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃?首先，對區(qū)劃因子按照不同的區(qū)劃分級進(jìn)行對應(yīng)的百分比打分。

將4個區(qū)劃因子的打分結(jié)果按照一定的權(quán)重進(jìn)行相加，得到夏玉米氣候區(qū)劃的總得分。權(quán)重相加的公式為：

式中，[Gsum]是總得分;[Gr]是全生育期降水量的百分比打分;[Gs]是全生育期日照時數(shù)的百分比打分;[Gm]是7月平均氣溫的百分比打分;[Ga]是全生育期≥10 ℃活動積溫的百分比打分。

最后，按照GIS的自然劃分方法（Natural Breaks）對夏玉米氣候區(qū)劃總得分進(jìn)行3級劃分，得到泊頭夏玉米氣候區(qū)劃結(jié)果。

2?夏玉米氣候適宜度評估

2.1?熱量條件分布評估

玉米是一種喜溫作物，在全生育期（每年6月11日至9月20日）時要求較高的溫度才可以保證其正常的發(fā)育。其中玉米的生物學(xué)有效溫度為10 ℃。當(dāng)熱量條件無法達(dá)到生長標(biāo)準(zhǔn)時，玉米易產(chǎn)生低溫冷害，播種至出苗遇有低溫，出現(xiàn)出苗推遲、苗弱、瘦小、種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢降低等現(xiàn)象，且對植株功能葉片的生長有阻礙作用。由于玉米的產(chǎn)量主要取決于其在生育期內(nèi)的環(huán)境是否符合需求，所以針對玉米發(fā)育環(huán)境中的熱量條件，選取了7月平均氣溫（℃）和全生育期≥10 ℃活動積溫（℃）綜合評價滄州市熱量條件的分布情況（圖2）。

由圖2可以看出，滄州市熱量條件分布并不均勻。由于緯度影響的原因，整體呈現(xiàn)由北向南遞增的趨勢。滄州市南部地區(qū)熱量條件適宜區(qū)分布較廣，基本滿足夏玉米在生長期內(nèi)的熱量需求。其中，吳橋、東光、南皮、泊頭、獻(xiàn)縣大部分地區(qū)以及鹽山和海興交界地區(qū)屬于熱量條件最適宜區(qū)，平均氣溫≥25 ℃，全生育期活動積溫≥10 ℃;海興北部地區(qū)、滄縣、河間、肅寧地區(qū)屬于熱量條件適宜區(qū)，而任丘、黃驊和青縣大部分地區(qū)屬于次適宜區(qū)，均位于滄州市偏北地區(qū)，對夏玉米種植來說熱量條件稍顯不足。

2.2?雨量條件分布評估

玉米在高溫條件下保持正常生長的另一大影響因素就是水分。玉米在缺水時，常常表現(xiàn)為幼株上部葉片卷起，并呈暗色。成株在氮肥充足情況下也表現(xiàn)為矮化、細(xì)弱，葉叢變?yōu)辄S綠色，嚴(yán)重時葉片邊緣或葉尖變黃，隨后下部葉片的葉尖端或葉緣干枯。當(dāng)水分嚴(yán)重不足時，極易造成大量減產(chǎn)[11-14]。夏玉米正是利用了滄州市夏季降水頻繁、降水量大的特點(diǎn)，保證對其生長發(fā)育的正常供水。數(shù)據(jù)上選取了夏玉米全生育期內(nèi)的降水量描述其雨量條件的分布特征（圖3）。

由圖3可以看出，滄州市的降水情況在夏玉米全生育期內(nèi)分布不均勻，整體呈現(xiàn)由西到東逐漸增加的態(tài)勢。這與滄州市的氣候與地形條件是相關(guān)的。滄州市位于冀中平原東部，地勢較低，地形較平坦，東臨渤海，屬于溫帶半濕潤半干旱大陸性季風(fēng)氣候。夏季，太平洋副熱帶高壓進(jìn)一步發(fā)展，滄州市東部地區(qū)常受到來自海洋的暖濕氣流控制，降水量多于西部地區(qū)。綜合來看，滄州市對夏玉米的水分要求基本滿足，青縣西部、滄縣西部和泊頭中部以東的大部分地區(qū)均屬于夏玉米水分最適宜區(qū)，充足的降雨條件可以保證夏玉米的水分供給。河間東部、獻(xiàn)縣東部以及泊頭西部地區(qū)屬于夏玉米水分適宜區(qū)，而任丘、河間西部地區(qū)、肅寧、獻(xiàn)縣西部地區(qū)位于滄州市西北部，易受到西北干冷氣流影響，降水條件稍顯不足，屬于次適宜區(qū)。

2.3?夏玉米種植適宜度綜合評估

綜合上述因子區(qū)劃結(jié)果，經(jīng)過加權(quán)得出了滄州市夏玉米種植適宜度分布指數(shù)[15，16]。利用GIS中自然劃分法將其劃分為3個等級（次適宜區(qū)、適宜區(qū)、最適宜區(qū)），并且以GIS空間分析技術(shù)為支持，繪制了滄州市夏玉米種植適宜度區(qū)劃圖（圖4）。

最適宜區(qū)主要分布在吳橋、東光、南皮、鹽山、海興、孟村以及滄縣東南部地區(qū)。其中南皮、孟村、鹽山和海興部分地區(qū)雖然熱量條件介于適宜區(qū)與最適宜區(qū)之間，不是滄州市頂尖水平，但是降水雨量條件滿足夏玉米的生長水分需求，綜合來看屬于夏玉米生長發(fā)育的最適宜區(qū)。吳橋與東光地區(qū)的熱量和雨量條件均屬于滄州市領(lǐng)先水平，綜合來看，最適宜夏玉米的種植，因此屬于最適宜區(qū)。

適宜區(qū)主要分布在黃驊、滄州市區(qū)、青縣、滄縣西部、泊頭西部、河間東南部以及獻(xiàn)縣中部以東地區(qū)。其中黃驊、滄州市區(qū)、青縣和滄縣西部地區(qū)雖然降水充足，雨量條件屬于最適宜區(qū)，但由于其地理位置偏北，受緯度影響，熱量條件稍顯不足，多屬于熱量條件次適宜區(qū)，綜合來看屬于夏玉米種植適宜區(qū)。泊頭西部和獻(xiàn)縣中部以東地區(qū)緯度較低，熱量與日照條件較為充足，屬于熱量最適宜區(qū)，但是因?yàn)槠溆炅織l件稍顯不足，綜合來看屬于夏玉米種植適宜區(qū)。

次適宜區(qū)主要分布在任丘、肅寧及河間西部地區(qū)。這些地區(qū)主要易受西北部干冷氣流的影響，降水條件較差，對夏玉米生長所需水分的供給不足，部分地區(qū)即使熱量條件滿足，但綜合來看屬于夏玉米種植次適宜區(qū)。

3?討論

滄州市夏玉米種植適宜度分布水平不夠均勻。整體呈現(xiàn)西北向東南逐漸遞增的趨勢。任丘、河間西北部以及肅寧地區(qū)屬于次適宜區(qū)，經(jīng)濟(jì)收益相對較低，建議減少夏玉米在這些地區(qū)的種植面積。吳橋、東光、南皮、鹽山、海興、孟村以及滄縣東南部地區(qū)屬于夏玉米種植最適宜區(qū)，綜合來看熱量條件和雨量水分條件都能滿足夏玉米的生長需求，經(jīng)濟(jì)收益也相對較高，建議合理利用當(dāng)?shù)剡m宜的氣候條件，適當(dāng)增加夏玉米的種植面積，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展。

夏玉米的生長發(fā)育是一個復(fù)雜的生物機(jī)理過程，氣候條件只是其重要影響因素之一[17-19]，本研究從有限評價指標(biāo)對滄州市夏玉米種植適宜度進(jìn)行了區(qū)劃分析，存在一定的局限性，故可在將來的夏玉米適宜度研究過程中，應(yīng)進(jìn)一步考慮更多的影響因素，建立更加科學(xué)合理的夏玉米種植適宜度區(qū)劃模型。

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