基于GIS的五蓮縣櫻桃種植農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃研究

朱秀紅

（山東省五蓮縣氣象局，山東日照 262300）

0 引言

五蓮縣處于魯東南山區(qū)，櫻桃栽培歷史達(dá)2000年以上，是中國(guó)最早種植櫻桃的地區(qū)之一，“五蓮櫻桃”被評(píng)為國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志品牌，2019年全縣櫻桃種植面積5000 hm2，當(dāng)?shù)毓r(nóng)把種植櫻桃作為增收致富的重要手段。櫻桃生長(zhǎng)發(fā)育期易受低溫、干旱、暴雨等惡劣天氣影響，造成凍害、落果、裂果等現(xiàn)象[1-3]，有些果農(nóng)不考慮氣候、果園地形、地貌等實(shí)際情況，盲目發(fā)展櫻桃園，導(dǎo)致效益不高。2006年姚圣賢[4]建立了泰安市數(shù)字高程模型(DEM)，結(jié)合小網(wǎng)格推算方法和氣候要素地理推算模型編制了新泰櫻桃種植農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃。魏國(guó)芹[5]采用模糊聚類(lèi)方法將山東省劃分為6個(gè)甜櫻桃生態(tài)栽培區(qū)。張春山利用灰色定權(quán)聚類(lèi)分析法對(duì)新疆地區(qū)櫻桃栽培進(jìn)行氣候區(qū)劃分析。前人研究中的櫻桃種植區(qū)劃只是對(duì)山東有關(guān)地區(qū)進(jìn)行編制，尚未見(jiàn)過(guò)針對(duì)五蓮縣櫻桃種植區(qū)劃編制的研究，因此啟動(dòng)了本項(xiàng)研究，擬為五蓮縣合理種植櫻桃及優(yōu)化推廣提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

氣象資料來(lái)源于日照市氣象局。地形、土壤資料、河流矢量數(shù)據(jù)來(lái)源于五蓮縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局、五蓮縣統(tǒng)計(jì)局、五蓮縣自然資源和規(guī)劃局[6]。五蓮縣13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域氣象站建站時(shí)間不一致，第1批鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站建于2006年5月，第2批建于2011年12月，第3批建于2012年4月，為了最大限度延長(zhǎng)資料收集年限，本研究采用的氣象資料開(kāi)始年份沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一，以建站時(shí)間為準(zhǔn)。

利用Kriging插值法，由五蓮縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站觀測(cè)資料獲取分辨率為100 m×100 m的柵格圖，將相關(guān)因子進(jìn)行極大值和極差標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)區(qū)劃編制有影響的各因子進(jìn)行綜合，并集成影響因素?cái)?shù)值指標(biāo)，然后利用層次分析法對(duì)影響因素進(jìn)行對(duì)比和計(jì)算，得出不同權(quán)重，利用GIS技術(shù)獲得魯東南山區(qū)櫻桃種植精細(xì)化綜合區(qū)劃圖[7-8]。

2 區(qū)劃因子選擇與權(quán)重確定

影響五蓮縣櫻桃區(qū)劃編制的因子主要有氣候因子、地形因子和土壤因子[6]，對(duì)其分別賦予0.6、0.15、0.25權(quán)重。櫻桃全生育期分為萌芽、開(kāi)花、果實(shí)發(fā)育、成熟、分化等[10]，選擇影響櫻桃生長(zhǎng)的8個(gè)密切相關(guān)氣象因子作為種植區(qū)劃影響因子，各因子權(quán)重如下：開(kāi)花期日最低氣溫＜-1℃日數(shù)0.27，幼果期日最低溫度＜-1.1℃日數(shù)0.22，休眠期日最低溫度＜-10℃日數(shù)0.17，果實(shí)發(fā)育至成熟期日較差0.11，果實(shí)發(fā)育至成熟期日最高溫度＞35℃日數(shù)0.09，果實(shí)發(fā)育至成熟期平均相對(duì)濕度0.06，全生育期總降水量0.05，全生育期總?cè)照諘r(shí)數(shù)0.03。地形因子和土壤因子的不同權(quán)重?cái)?shù)值通過(guò)層次分析法(AHP)賦值[11-12]，海拔高度、坡度、坡向3個(gè)地形因子權(quán)重均為0.33，土壤類(lèi)型、質(zhì)地、腐殖質(zhì)厚度3個(gè)土壤因子權(quán)重分別為0.35、0.15、0.5。

3 櫻桃精細(xì)化區(qū)劃因子和分級(jí)指標(biāo)分析

3.1 氣候因子

3.1.1 開(kāi)花期日最低溫度＜-1℃日數(shù) 櫻桃不抗霜凍，五蓮縣櫻桃開(kāi)花期（3月下旬—4月上旬）日最低氣溫＜-1℃的日數(shù)分布特征為西北部高，東南部低。高值區(qū)在西北部，最高值為13.1天。低值區(qū)在東南部，最小值為11.3天，全縣平均為12.4天。

3.1.2 幼果期日最低氣溫＜-1.1℃日數(shù) 櫻桃在幼果期抗凍能力比開(kāi)花期弱，五蓮縣櫻桃幼果期日最低氣溫＜-1.1℃的日數(shù)高值區(qū)分布在于里鎮(zhèn)、汪湖鎮(zhèn)和石場(chǎng)鄉(xiāng)等西部地區(qū)，低值區(qū)出現(xiàn)在中部和東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，變化范圍為0.3～0.7天，平均值0.5天，相差0.4天，變化較小。

3.1.3 休眠期日最低溫度＜-10℃日數(shù) 五蓮縣櫻桃休眠期（12月上旬—次年3月中旬）日最低氣溫＜-10℃的日數(shù)呈現(xiàn)西北部高于東南部的特點(diǎn)，最高值為5.4天，最小值為2.6天，最大相差2.8天，平均日數(shù)為4.4天。高值區(qū)主要包括西北部、北部和中部地區(qū)，低值區(qū)主要包括東南部地區(qū)。

3.1.4 櫻桃果實(shí)發(fā)育至成熟期日較差 五蓮縣櫻桃果實(shí)發(fā)育至成熟期（4月下旬—5月上旬）日較差呈西北部高，其他地區(qū)低的分布特點(diǎn)。最高值為10.8℃，分布在汪湖鎮(zhèn)、于里鎮(zhèn)等西北地區(qū)；最低值為10.6℃，分布在洪凝街道、松柏鎮(zhèn)等地區(qū)。均值10.7℃，最高最低值相差0.2℃，差值不大。

3.1.5 櫻桃果實(shí)發(fā)育至成熟期日最高溫度＞35℃日數(shù) 五蓮縣櫻桃果實(shí)發(fā)育至成熟期（4月下旬—5月上旬）日最高溫度＞35℃日數(shù)空間分布特點(diǎn)為西北部、東部高于中部、南部地區(qū)。全縣＞35℃日數(shù)平均值為2.9天，最高為3.1天，最低為2.7天，相差0.4天。

3.1.6 櫻桃果實(shí)發(fā)育至成熟期平均相對(duì)濕度 五蓮縣櫻桃果實(shí)發(fā)育至成熟期平均相對(duì)濕度空間分布相對(duì)較均勻，東南略高，西北部略低。最大值為63%，最小值是61%，平均值為62%，全縣總體來(lái)看相對(duì)濕度相差不大。

3.1.7 櫻桃全生育期降水量 五蓮縣櫻桃全生育期（3月下旬—11月下旬）降水量分布呈現(xiàn)由南向北逐漸遞減的規(guī)律，范圍在675～699 mm，相差24 mm，平均降水量為690.6 mm。南部中部地區(qū)降水量較多，屬高值區(qū)，低值區(qū)出現(xiàn)在北部。

3.1.8 櫻桃全生育期日照時(shí)數(shù) 櫻桃喜光，五蓮縣櫻桃全生育期日照時(shí)數(shù)分布由北向南逐漸遞減，最高值為1481.6 h，最低值為1449.2 h，全縣平均值為1465.3 h，最高值和最低值相差32.4 h。其中西部、北部、中部地區(qū)屬于高值區(qū)，西南、南部和東南地區(qū)為低值區(qū)。

3.2 地形因子

3.2.1 海拔高度 五蓮縣海拔高度起伏較大，范圍在14～662 m之間，多山地丘陵[2-3]。全縣大小山丘3000余個(gè)。海拔高度作為重要的地形因子，對(duì)櫻桃生長(zhǎng)有著重要影響，櫻桃適宜在海拔較低的地方生長(zhǎng)，本研究在計(jì)算時(shí)將此因子進(jìn)行極小值標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2.2 坡度 五蓮縣境內(nèi)地形起伏大。當(dāng)坡度大于10°時(shí)，對(duì)櫻桃生長(zhǎng)會(huì)有一定影響，當(dāng)坡度大于30°時(shí)，不適宜種植櫻桃，在計(jì)算時(shí)將此因子進(jìn)行極小值標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2.3 坡向 坡向通過(guò)影響光照和溫度影響櫻桃生長(zhǎng)，將五蓮縣坡向進(jìn)行分級(jí)，并賦值，無(wú)坡為1，北、東北、西北坡為2，東、西坡為3，東南、西南、正南坡為4。

3.3 土壤因子

3.3.1 土壤類(lèi)型 五蓮縣土壤類(lèi)型主要包括石質(zhì)土、風(fēng)沙土、新積土和棕壤土[6]。其中石質(zhì)土主要分布在東北、中部、西南、南部和東南部地區(qū)；風(fēng)沙土分布在西北、北部、中部、東南部地區(qū)，南部街頭鎮(zhèn)有少量風(fēng)沙土；新積土和棕壤在全縣零星分布。

3.3.2 土壤質(zhì)地 五蓮縣壤土分布最廣，其次為壤質(zhì)砂土、砂壤土、砂質(zhì)粘土壤，粘土和粘質(zhì)壤土最少且零星分布在西部、中南部地區(qū)。

3.3.3 土壤腐殖質(zhì)厚度 五蓮縣絕大部分土壤腐殖質(zhì)厚度為0～3 cm，最厚的為5～10 cm，東部、南部、西北部等鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤腐殖質(zhì)厚度大，其他地區(qū)土壤肥力低。

4 五蓮縣櫻桃精細(xì)化區(qū)劃

4.1 五蓮縣櫻桃氣候因子精細(xì)化區(qū)劃

將影響櫻桃生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵氣候因子進(jìn)行累加[13-17]，如式(1)。

式中，Y氣候表示櫻桃氣候因子的種植適宜程度，Xi為氣候因子，λi為權(quán)重。

將五蓮縣櫻桃氣候適宜度分成適宜、次適宜、不適宜3個(gè)級(jí)別，將8個(gè)氣候因子加權(quán)計(jì)算[18-20]，得到五蓮縣櫻桃氣候因子精細(xì)化區(qū)劃（圖1）。結(jié)果表明，適宜度由東南向西北依次降低，3種類(lèi)型面積相差不大。適宜區(qū)主要包括潮河鎮(zhèn)、叩官鎮(zhèn)、戶部鄉(xiāng)東部、街頭鎮(zhèn)東南大部地區(qū)和松柏鎮(zhèn)東南小部地區(qū)，次適宜區(qū)主要包括洪凝街道、石場(chǎng)鄉(xiāng)、街頭鎮(zhèn)西北部、戶部鄉(xiāng)西北部和許孟鎮(zhèn)大部地區(qū)，不適宜區(qū)主要包括汪湖鎮(zhèn)、于里鎮(zhèn)、高澤鎮(zhèn)、中至鎮(zhèn)大部、許孟鎮(zhèn)西北部。

圖1 五蓮縣櫻桃氣候因子精細(xì)化區(qū)劃圖

4.2 五蓮縣櫻桃地形因子精細(xì)化區(qū)劃結(jié)果

將3個(gè)地形因子加權(quán)計(jì)算，如式(2)。

式中，Y地形表示櫻桃地形因子種植適宜程度，X1、X2、X3分別表示坡度、海拔高度、坡向，λ1、λ2、λ3對(duì)應(yīng)權(quán)重均為0.33，得到五蓮縣櫻桃地形因子區(qū)劃圖（圖2）。結(jié)果顯示，五蓮縣櫻桃種植地形適宜度總體較高。全縣除了零星分布的少部分不適宜地區(qū)之外，其他絕大部分均為適宜、次適宜地區(qū)。

圖2 五蓮縣櫻桃地形因子區(qū)劃圖

4.3 五蓮縣櫻桃土壤因子區(qū)劃結(jié)果

將3個(gè)土壤因子標(biāo)準(zhǔn)化并乘以對(duì)應(yīng)權(quán)重后進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，如式(3)。

式中，Y土壤表示櫻桃土壤因子種植適宜程度，X1、X2、X3分別表示土壤類(lèi)型、土壤質(zhì)地、土壤腐殖質(zhì)層厚度，λ1、λ2、λ3表示對(duì)應(yīng)權(quán)重0.35、0.15、0.5，得到五蓮縣櫻桃土壤因子區(qū)劃圖（圖3）。從土壤因子的角度，五蓮縣櫻桃種植適宜度一般，空間分布極不均勻，西北部、中部和東南部存在少部分適宜區(qū)。適宜區(qū)面積最少，次適宜區(qū)面積次少，不適宜區(qū)面積最大，3種類(lèi)型零星交錯(cuò)分布在全縣各地。

圖3 五蓮縣櫻桃土壤因子區(qū)劃圖

4.4 五蓮縣櫻桃農(nóng)業(yè)綜合氣候區(qū)劃結(jié)果

用GIS軟件對(duì)影響櫻桃生長(zhǎng)的氣候、地形、土壤等14個(gè)影響因子進(jìn)行加權(quán)疊加分析[21-23]，如式(4)。

式中，λ1為0.60，λ2為0.15，λ3為0.25。利用自然間斷點(diǎn)分級(jí)方法將綜合指數(shù)劃分成一般適宜、適宜、最適宜3個(gè)等級(jí)[24-25]，得到五蓮縣櫻桃農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃圖（圖4）。

圖4 五蓮縣櫻桃農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃圖

五蓮縣櫻桃種植適宜度呈現(xiàn)自東南向西北遞減的趨勢(shì)，適宜區(qū)所占面積為394.0 km2，約占全縣的26.3%；次適宜區(qū)面積占708.7 km2，約占47.2%；不適宜區(qū)所占面積為397.2 km2，約占全縣的26.5%。五蓮縣櫻桃種植適宜區(qū)主要分布在東南部的街頭鎮(zhèn)、叩官鎮(zhèn)、潮河鎮(zhèn)和戶部鄉(xiāng)，次適宜區(qū)主要分布在中部和北部的許孟鎮(zhèn)、洪凝街道、松柏鎮(zhèn)、石場(chǎng)鎮(zhèn)等部分地區(qū)，不適宜區(qū)主要分布在于里鎮(zhèn)、高澤鎮(zhèn)、汪湖鎮(zhèn)和中至鎮(zhèn)。綜合考慮氣象、地形、土壤因子，全縣大部分區(qū)域適宜櫻桃種植，具有較廣的區(qū)域性和較強(qiáng)的適宜性。

5 討論

孫玉剛曾用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)影響甜櫻桃生長(zhǎng)的關(guān)鍵氣象因子進(jìn)行模糊聚類(lèi)分析，并將五蓮縣作為30個(gè)聚類(lèi)樣本之一，結(jié)論是五蓮縣屬甜櫻桃最適宜栽培區(qū)，跟本研究的結(jié)論基本一致，不同的是本研究將全縣櫻桃種植區(qū)劃進(jìn)行了細(xì)化，全縣絕大多數(shù)地區(qū)屬于櫻桃種植適宜或次適宜區(qū)，西北地區(qū)屬于不適宜區(qū)。區(qū)劃結(jié)果能夠反映五蓮縣實(shí)際櫻桃種植狀況特征，并且可根據(jù)各區(qū)域適宜性程度對(duì)櫻桃種植區(qū)域做出調(diào)整和優(yōu)化。五蓮縣櫻桃種植產(chǎn)業(yè)除了適當(dāng)擴(kuò)大種植面積外，還應(yīng)該結(jié)合山區(qū)春季易發(fā)生干旱和倒春寒的氣候特點(diǎn)，選擇抗旱、抗凍品種。櫻桃不耐儲(chǔ)藏，但營(yíng)養(yǎng)豐富，需要進(jìn)行產(chǎn)品深加工，建議向生產(chǎn)櫻桃汁、櫻桃酒、櫻桃化妝品等方向發(fā)展，幫助果農(nóng)提高產(chǎn)品附加值。