基于光熱地資源的特色農(nóng)業(yè)精細(xì)區(qū)劃指數(shù)模型
——以韓城市花椒種植為例

馬冠華，王雙銀，王正中,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

積極探索富有地域優(yōu)勢(shì)的特色農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展模式，因地制宜地推動(dòng)貧困地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是黃河上中游干旱缺水、環(huán)境脆弱區(qū)加快鄉(xiāng)村振興、帶領(lǐng)人民致富的根本出路，而其中特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要具有區(qū)域特征的農(nóng)業(yè)區(qū)劃作為依據(jù)。以往的區(qū)劃研究常針對(duì)省域等大尺度區(qū)域，其精度無(wú)法指導(dǎo)縣(鄉(xiāng))小范圍農(nóng)業(yè)布局，目前亟需精細(xì)的農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究為特色農(nóng)業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興提供理論支撐，同時(shí)特色農(nóng)業(yè)精細(xì)區(qū)劃也是黃河流域高質(zhì)量發(fā)展和“六宜”模式的資源基礎(chǔ)。光、熱、水、土地資源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少，但只有水資源可通過(guò)水利工程的時(shí)空調(diào)蓄與調(diào)配來(lái)滿足各區(qū)域需求，而光、熱、土地資源均隨地理坐標(biāo)固定且不可調(diào)配，因此光、熱、土地這些當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源稟賦才是區(qū)域特色農(nóng)業(yè)精細(xì)區(qū)劃的制約因素，也是特色農(nóng)業(yè)發(fā)展的本土特性。立足于縣級(jí)區(qū)域光、熱自然資源稟賦，考慮地形因素對(duì)其分布的影響進(jìn)行精細(xì)區(qū)劃，可為光熱地資源均衡利用和水資源精準(zhǔn)配置提供理論依據(jù)，推動(dòng)高質(zhì)量特色農(nóng)業(yè)發(fā)展。

目前，農(nóng)業(yè)區(qū)劃和土地分區(qū)的研究方法和成果已相當(dāng)豐富，卻很少將光照納入?yún)^(qū)劃指標(biāo)中[1-4]；氣候資源的空間分布研究已很成熟，但往往都是大區(qū)域的氣候空間分布模型[5-8]，縣域尺度的精細(xì)研究較少；大尺度范圍的氣候要素空間插值方法淡化了地形因子和立地條件的影響，并不適用于小范圍的山地特色農(nóng)業(yè)。本文基于縣域尺度，根據(jù)影響特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的光、熱、地形因素選取區(qū)劃指標(biāo)，參考各位學(xué)者[9-13]提出及改進(jìn)的氣候要素空間分布研究方法，利用GIS軟件結(jié)合30 m×30 m DEM數(shù)據(jù)構(gòu)建反映光熱地資源稟賦的區(qū)劃指標(biāo)高精度空間分布模型；依據(jù)指標(biāo)空間分布模型利用熵權(quán)法建立縣域特色農(nóng)業(yè)區(qū)劃指數(shù)模型，獲得韓城特色農(nóng)業(yè)區(qū)劃結(jié)果，以期為當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村振興實(shí)踐提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

陜西省韓城市地處110°07′19″～110°37′24″ E，35°18′50″～35°52′08″ N，位于陜西東部黃河西岸，關(guān)中盆地東北隅，總面積1 621 km2，總?cè)丝?0萬(wàn)。韓城地勢(shì)西北高、東南低，山塬川灘等地貌類(lèi)型兼有，且處于暖溫帶半干旱區(qū)域，屬大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，光照充足，雨量較多。

大紅袍花椒為韓城的主打特色農(nóng)產(chǎn)品，其具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。韓城憑借著優(yōu)良的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)、較好的氣候條件和獨(dú)特的地形地貌，成為探索高質(zhì)量特色農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的重點(diǎn)區(qū)域。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究區(qū)域的數(shù)字高程模型(DEM)30 m×30 m分辨率數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn)；韓城及周邊共計(jì)10個(gè)氣象站1981—2010年日平均氣溫和多年平均年太陽(yáng)輻射資料來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(https://data.cma.cn)及“NASA POWER”(https://power.larc.nasa.gov)，檢驗(yàn)站點(diǎn)的氣象資料來(lái)源于中國(guó)大氣同化驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)集(CMADS V1.1)。各站點(diǎn)的位置見(jiàn)圖1，黃河以東氣象站點(diǎn)為山西省的吉縣、鄉(xiāng)寧、稷山、萬(wàn)榮、河津、臨猗，黃河以西氣象站點(diǎn)為陜西省的宜川、黃龍、合陽(yáng)、韓城；研究區(qū)域韓城市的數(shù)字高程模型(DEM)如圖2所示。

圖1 氣象站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of meteorological stations

圖2 韓城市數(shù)字高程模型Fig.2 Digital elevation model of Hancheng

1.3 精度檢驗(yàn)方法

針對(duì)構(gòu)建的各氣候要素空間分布模型，選擇平均相對(duì)誤差(MRE)作為擬合誤差的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

(1)

式中,n為檢驗(yàn)站點(diǎn)數(shù)量，Xa,i為檢驗(yàn)站點(diǎn)實(shí)測(cè)值，Xm,i為檢驗(yàn)站點(diǎn)模擬值。

1.4 區(qū)劃指標(biāo)的選擇和分級(jí)

以探究光、熱、地資源影響下的特色農(nóng)業(yè)精細(xì)區(qū)劃為重點(diǎn)，以韓城特色農(nóng)產(chǎn)品——大紅袍花椒為例，結(jié)合其生長(zhǎng)發(fā)育條件選擇指標(biāo)并分級(jí)。

坡度和坡向是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可忽視的影響因素，根據(jù)耕地坡度分級(jí)并參考其他地區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)劃，為了防止水土流失以及便于種植管理，坡度一般以≤25°最佳[1,4]，且花椒屬于強(qiáng)陽(yáng)性樹(shù)種，坡向以光照充足的南坡最優(yōu)。

氣溫是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要的自然因素，它不僅決定作物種植區(qū)域的布局，還對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生巨大的影響。本文選取多年平均日氣溫和≥10℃活動(dòng)積溫作為區(qū)劃指標(biāo)，參考其他農(nóng)業(yè)區(qū)劃成果并結(jié)合大紅袍花椒生長(zhǎng)發(fā)育條件[1,4,14]，以多年平均日氣溫11℃～13℃、≥10℃活動(dòng)積溫不小于4 200℃作為花椒種植最適宜的條件。

光照是農(nóng)作物進(jìn)行光合作用必不可少的條件，而且有助于農(nóng)作物的蒸騰作用，對(duì)維持植株溫度以保證代謝過(guò)程的正常進(jìn)行具有重要影響。本文以太陽(yáng)輻射量和日照時(shí)間作為光照區(qū)劃指標(biāo)，結(jié)合韓城實(shí)際氣候條件并考慮花椒的生長(zhǎng)發(fā)育需求[15]，認(rèn)為年太陽(yáng)輻射量≥5 000 MJ·m-2，年日照時(shí)間≥2 400 h為最佳。

綜合分析參考其他區(qū)劃成果及花椒生長(zhǎng)發(fā)育條件[1, 4, 14-17]，各指標(biāo)具體等級(jí)量化結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 花椒種植區(qū)劃指標(biāo)等級(jí)量化

2 結(jié)果與分析

2.1 地形區(qū)劃指標(biāo)空間分布模型

通過(guò)GIS技術(shù)對(duì)韓城市DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換，利用3D Analyst中的“坡度”、“坡向”工具構(gòu)造韓城市坡度、坡向分布圖(圖3a、3b)。由圖可知韓城地勢(shì)西北高，多為山地，東南低多為平原灘地，同時(shí)圖中也顯現(xiàn)了韓城境內(nèi)的主要河流如鑿開(kāi)河、盤(pán)河、澽水等的河灘分布情況，模擬效果較好。根據(jù)韓城市坡度、坡向分布(圖3a、3b)，結(jié)合區(qū)劃指標(biāo)等級(jí)量化(表1)進(jìn)行重分類(lèi)，可得韓城市地形區(qū)劃指標(biāo)(坡度、坡向)空間分布精細(xì)化模型。

圖3 區(qū)劃指標(biāo)空間分布Fig.3 Spatial distribution of zoning index

表2 各氣象站點(diǎn)概況

2.2 氣溫區(qū)劃指標(biāo)空間分布模型

在氣溫空間分布模擬的研究中，由于氣象站點(diǎn)數(shù)量有限，研究人員往往通過(guò)插值的方法將點(diǎn)數(shù)據(jù)擴(kuò)展到面，從而獲得區(qū)域氣溫的分布結(jié)果。常用的氣溫空間插值方法有克里金法、反距離權(quán)重法、趨勢(shì)面法和樣條函數(shù)法等[18-19]，但這些方法普遍未考慮地形地貌和下墊面對(duì)氣溫的影響。山地溫度的空間分布與地理位置、地形因子等緊密相關(guān)，對(duì)于山地面積達(dá)69%的韓城市若僅使用傳統(tǒng)氣溫插值模型將產(chǎn)生巨大的誤差，本文采用多元線性回歸分析推導(dǎo)出常規(guī)氣溫統(tǒng)計(jì)模型，在此基礎(chǔ)上結(jié)合DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，構(gòu)建地形因子影響下的實(shí)際氣溫空間分布模型。

(1)常規(guī)氣溫統(tǒng)計(jì)模型。本文選取的氣象站點(diǎn)中，黃龍、宜川、吉縣、鄉(xiāng)寧位于海拔較高的山地丘陵，萬(wàn)榮、河津、稷山、臨猗地處海拔較低的平原灘地，這些站點(diǎn)對(duì)于模擬地勢(shì)起伏大的韓城市氣溫分布具有代表性。根據(jù)10個(gè)站點(diǎn)的氣溫資料及其地理位置信息(經(jīng)緯度、海拔)(表2)，推導(dǎo)出常規(guī)氣溫統(tǒng)計(jì)模型：

TC=a0+a1x1+a2x2+a3x3

(2)

式中，TC為氣溫模擬值，a0為常數(shù)，a1、a2、a3為偏回歸系數(shù)，x1、x2、x3為經(jīng)度、緯度和海拔。由多元線性回歸分析可知，多年平均日氣溫的常規(guī)氣溫統(tǒng)計(jì)模型為，TC=16.145-0.006x，其R2為0.943，F(xiàn)為132.785；≥10℃活動(dòng)積溫的常規(guī)氣溫統(tǒng)計(jì)模型為T(mén)C=5385.089-1.839x3，其R2為0.963，F(xiàn)為208.410。兩個(gè)模型的偏回歸系數(shù)均通過(guò)置信度為95%的顯著性檢驗(yàn)。

由此可以看出,研究區(qū)域及周邊站點(diǎn)的多年平均日氣溫及≥10℃活動(dòng)積溫與海拔呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與經(jīng)緯度的相關(guān)關(guān)系不顯著。通過(guò)GIS技術(shù)對(duì)韓城市經(jīng)投影變換處理的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行“柵格轉(zhuǎn)點(diǎn)”、“字段計(jì)算”、“點(diǎn)轉(zhuǎn)柵格”操作，可得韓城市常規(guī)統(tǒng)計(jì)模型下的氣溫空間分布情況，其中≥10℃活動(dòng)積溫的空間分布見(jiàn)圖3d。多年平均日氣溫由于受微觀地形的影響較大，需要結(jié)合DEM修正提高精度。

(2)基于DEM修正的實(shí)際氣溫分布模型。常規(guī)氣溫統(tǒng)計(jì)模型僅考慮了宏觀上經(jīng)緯度、海拔對(duì)氣溫的影響，而忽視了微觀地形因素如坡度、坡向，根據(jù)面輻射與地形的函數(shù)關(guān)系[10-11]，實(shí)際氣溫計(jì)算公式為：

TD=TCcosi/cosz

(3)

式中，TD為地形因子影響下的實(shí)際氣溫，TC為常規(guī)統(tǒng)計(jì)模型模擬的氣溫，i為地球表面法線與太陽(yáng)光線的角度，可利用公式(4)求得；z為太陽(yáng)天頂角。

cosi=cosαcosz+sinαsinz(φ-β)

(4)

式中，α為坡度，φ為太陽(yáng)方位角，β為坡向。參照中國(guó)的地理位置特點(diǎn)和氣溫模擬方法[11]，可設(shè)太陽(yáng)天頂角為45°，太陽(yáng)方位角為180°，則上述模型可歸納為：

TD=TC(cosα-sinαcosβ)

(5)

以韓城市坡度、坡向分布圖(圖3a、3b)為基礎(chǔ)，結(jié)合常規(guī)統(tǒng)計(jì)模型下的氣溫空間分布，進(jìn)行GIS“柵格計(jì)算”操作，可得韓城市實(shí)際多年平均日氣溫分布情況，如圖3c。

根據(jù)韓城市實(shí)際多年平均日氣溫和≥10℃活動(dòng)積溫空間分布圖，結(jié)合檢驗(yàn)站點(diǎn)氣溫資料進(jìn)行檢驗(yàn)，得多年平均日氣溫空間分布模擬的MRE為8.3%，≥10℃活動(dòng)積溫空間分布模擬的MRE為7.9%。

由圖3c、3d可以看出：韓城山地多年平均日氣溫和≥10℃活動(dòng)積溫均較平原灘地低；多年平均日氣溫的空間分布與地形起伏有較好的相關(guān)性，陽(yáng)坡和緩坡的多年平均日氣溫較陰坡和陡坡高，且山地與平原灘地相接的位置出現(xiàn)高值；≥10℃活動(dòng)積溫的空間分布基本呈現(xiàn)東高西低的趨勢(shì)，與西高東低的地勢(shì)分布特征也有較好的相關(guān)性，總體上隨海拔升高積溫降低。根據(jù)韓城市多年平均日氣溫、≥10℃活動(dòng)積溫分布(圖3c、3d)，結(jié)合區(qū)劃指標(biāo)等級(jí)量化(表1)進(jìn)行GIS重分類(lèi)，構(gòu)建韓城市氣溫區(qū)劃指標(biāo)(多年平均日氣溫、≥10℃活動(dòng)積溫)空間分布精細(xì)化模型。

2.3 光照區(qū)劃指標(biāo)空間分布模型

由于太陽(yáng)輻射觀測(cè)站數(shù)量較常規(guī)氣象站更為稀少，利用觀測(cè)資料來(lái)描述太陽(yáng)輻射的空間分布具有相當(dāng)大的難度，因此大尺度范圍的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)往往以空間插值為途徑利用日照百分率、日照時(shí)間擬合而得[6, 20-22]，或采用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反映其時(shí)空分布[23]，但對(duì)于考慮微觀地形因子影響的小尺度研究區(qū)域，同樣需要根據(jù)DEM進(jìn)行太陽(yáng)輻射計(jì)算[9, 12-13, 24]。本文利用韓城市及周邊10個(gè)氣象站點(diǎn)的年均太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)，通過(guò)GIS技術(shù)中的“反距離權(quán)重插值”、“掩膜提取”獲得韓城市太陽(yáng)輻射空間分布，結(jié)合實(shí)際多年平均日氣溫空間分布中考慮坡度坡向的地形因子修正方法(公式5)，采用“柵格計(jì)算”對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行修正。

RD=RC(cosα-sinαcosβ)

(6)

式中,RD為考慮地形因子影響的模擬太陽(yáng)輻射量，RC為空間插值模擬的太陽(yáng)輻射量，α為坡度，β為坡向。根據(jù)修正結(jié)果建立韓城市實(shí)際太陽(yáng)輻射量空間分布模型，描繪韓城市實(shí)際太陽(yáng)輻射量分布，如圖3e。根據(jù)韓城市年均太陽(yáng)輻射量的空間分布，結(jié)合檢驗(yàn)站點(diǎn)太陽(yáng)輻射資料進(jìn)行檢驗(yàn)，可得年均太陽(yáng)輻射量空間分布模擬的MRE為6.3%。

對(duì)于日照時(shí)間的空間分布情況，本文采用GIS技術(shù)Spatial Analyst中的“太陽(yáng)輻射”工具，以韓城市30 m×30 m DEM數(shù)據(jù)投影柵格為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)定緯度、天空大小、時(shí)間長(zhǎng)度等參數(shù)模擬日照時(shí)間，將結(jié)果與韓城相關(guān)日照時(shí)間資料對(duì)比并考慮天氣因素加以修正，從而描繪韓城市日照時(shí)間的空間分布情況(圖3f)。

由圖3e、3f可以看出：太陽(yáng)輻射量和日照時(shí)間在起伏大的山地有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即太陽(yáng)輻射量隨日照時(shí)間同向變化；陽(yáng)坡較陰坡的太陽(yáng)輻射量大和日照時(shí)間長(zhǎng)；由于地形遮擋緣故，平原地區(qū)整體上較山地地區(qū)光照資源豐富。根據(jù)韓城市光照分布(圖3e、3f)，結(jié)合光照區(qū)劃指標(biāo)等級(jí)量化(表1)進(jìn)行GIS重分類(lèi)，可得韓城市光照區(qū)劃指標(biāo)(太陽(yáng)輻射量、日照時(shí)間)空間分布精細(xì)化模型。

2.4 區(qū)劃結(jié)果

根據(jù)地形、氣溫、光照3類(lèi)共計(jì)6個(gè)區(qū)劃指標(biāo)的空間分布精細(xì)化模型，采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重。熵權(quán)法的基本思路就是利用指標(biāo)變異性的大小來(lái)客觀確定權(quán)重[25-26]，因?yàn)槲闹械母黝?lèi)指標(biāo)具有不同的含義，量綱上也不盡相同，為保證結(jié)果的客觀性和科學(xué)性，首先需要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用Min-max標(biāo)準(zhǔn)化方法，給定N項(xiàng)指標(biāo)X1,X2, …,XN，其中某項(xiàng)指標(biāo)Xi={x1,x2,…,xn}，則標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

(7)

式中，xij為第i項(xiàng)指標(biāo)的第j個(gè)原始值，Yij為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)值。

單項(xiàng)指標(biāo)信息熵計(jì)算公式：

(8)

(9)

各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算公式：

(10)

由于地形指標(biāo)中的坡度和坡向變化程度過(guò)大，不適宜采用熵權(quán)法確定權(quán)重，考慮本文側(cè)重點(diǎn)及韓城實(shí)際地形條件，將坡度和坡向的指標(biāo)權(quán)重均設(shè)為0.1，其余指標(biāo)權(quán)重總和為0.8。以地形、氣溫、光照空間分布模型為基礎(chǔ)，借助GIS“柵格轉(zhuǎn)點(diǎn)”技術(shù)，獲得韓城市境內(nèi)多年平均日氣溫、≥10℃活動(dòng)積溫、太陽(yáng)輻射量、日照時(shí)間的點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)匯總處理和熵權(quán)法計(jì)算，可得各指標(biāo)權(quán)重(表3)。

表3 花椒種植各區(qū)劃指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重及其空間分布，通過(guò)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法構(gòu)建基于光熱地資源的韓城市特色農(nóng)業(yè)精細(xì)區(qū)劃指數(shù)模型，并依據(jù)GIS自然間斷點(diǎn)分級(jí)法進(jìn)行重分類(lèi)操作，將韓城市劃分為特色農(nóng)業(yè)(花椒種植)最適宜(>2.3)、適宜(1.7～2.3)和不適宜(<1.7)三類(lèi)區(qū)域(圖4)，結(jié)合韓城現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)布局(圖5)，可知：

(1)最適宜區(qū)面積為470 km2，占韓城市總面積的29%，主要為龍門(mén)鎮(zhèn)、新城街道、金城街道、芝川鎮(zhèn)的大部分轄區(qū)以及其他4鎮(zhèn)的東部區(qū)域。可見(jiàn)綜合地形、氣溫、光照影響因素，韓城市的東部平原及黃河沿岸地區(qū)是花椒種植的最佳區(qū)域。參照韓城現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)布局，該區(qū)域主要為糧食蔬菜種植，考慮是由于歷史原因及人口聚居習(xí)慣，這些區(qū)域農(nóng)耕發(fā)展較早且主要滿足人民生活需求，目前已形成較發(fā)達(dá)的城市集鎮(zhèn)，主要以“旅游+特色農(nóng)業(yè)”，如開(kāi)發(fā)沿黃農(nóng)副特色旅游產(chǎn)品、舉辦韓城國(guó)際花椒節(jié)等新型農(nóng)業(yè)模式來(lái)發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，建議今后加強(qiáng)農(nóng)業(yè)布局與城鎮(zhèn)建設(shè)的協(xié)調(diào)規(guī)劃以達(dá)到農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)均衡高速發(fā)展。

(2)適宜區(qū)面積為746 km2，約為總面積的46%，主要為桑樹(shù)坪鎮(zhèn)、西莊鎮(zhèn)、板橋鎮(zhèn)、芝陽(yáng)鎮(zhèn)的大部分轄區(qū)，其中芝陽(yáng)鎮(zhèn)是韓城市最大的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)分布在較為平緩的山地及河流附近，具有山地立體農(nóng)業(yè)實(shí)施條件，參照韓城現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)布局，可見(jiàn)該區(qū)域當(dāng)前主要種植花椒且已初具規(guī)模，同時(shí)兼有蘋(píng)果、火龍果等高產(chǎn)值經(jīng)濟(jì)作物和部分糧食作物，建議進(jìn)一步推進(jìn)特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，將零星區(qū)域匯成片狀產(chǎn)業(yè)園區(qū)，規(guī)范高效地打造高質(zhì)量農(nóng)業(yè)品牌。

(3)不適宜區(qū)面積為405 km2，占總面積的25%，主要分布在韓城市西部深山高嶺區(qū)，集中于西北黃龍山系沿線。不適宜區(qū)往往由于高海拔、坡陡、背陰等緣故，光熱條件較差，建議在該區(qū)域發(fā)展林業(yè)或觀光農(nóng)業(yè)，在物盡其用的同時(shí)發(fā)揮生態(tài)保護(hù)功能。

圖4 韓城市花椒種植土地區(qū)劃Fig.4 Land zoning for Chinese prickly ashplantging in Hancheng

圖5 韓城市現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)布局Fig.5 Current agricultural layout in Hancheng

3 討 論

目前已有較多學(xué)者進(jìn)行了農(nóng)作物種植區(qū)劃研究，但多數(shù)是在大尺度范圍下對(duì)指標(biāo)常規(guī)插值處理，導(dǎo)致結(jié)果精度較低。在全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興的時(shí)代背景下，以往的農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究需要進(jìn)一步精細(xì)化。本研究綜合考慮特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的光、熱、地形要素，在傳統(tǒng)區(qū)劃指標(biāo)空間分布研究的基礎(chǔ)上結(jié)合高精度DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，構(gòu)建了更為精細(xì)的縣域特色農(nóng)業(yè)區(qū)劃指數(shù)模型。該模型雖然考慮了花椒種植中涉及光照、熱量、地形的6個(gè)區(qū)劃指標(biāo)，但其實(shí)特色農(nóng)產(chǎn)品的培育還受到經(jīng)濟(jì)、政治等因素的影響，區(qū)劃結(jié)果與實(shí)際種植情況存在一定差異，結(jié)合本文研究結(jié)果，韓城花椒種植的適宜區(qū)與其現(xiàn)狀布局較為一致。

本次研究采用指標(biāo)量化分級(jí)進(jìn)行適宜性區(qū)劃，結(jié)果僅顯示了特色農(nóng)產(chǎn)品(花椒)的適宜種植范圍。今后可基于光熱水土等立地自然資源，將該模型與不同特色農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育期各階段需求有機(jī)結(jié)合，得到時(shí)空尺度下廣泛而精細(xì)的區(qū)劃結(jié)果，從而依據(jù)全新的特色農(nóng)業(yè)布局進(jìn)行種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化和水資源精準(zhǔn)配置，以實(shí)現(xiàn)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展及“六宜”模式，在光熱水土資源均衡利用的同時(shí)使經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)。

4 結(jié) 論

1)為追求本土資源稟賦合理開(kāi)發(fā)及可持續(xù)利用，本研究著眼于特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的光熱地資源，以陜西韓城的花椒種植為例，依據(jù)黃河兩岸陜西和山西10個(gè)站點(diǎn)的氣象資料，在統(tǒng)計(jì)分析、空間插值、指標(biāo)分級(jí)等方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合DEM數(shù)據(jù)修正及熵權(quán)法構(gòu)建了高精度的指標(biāo)空間分布模型和特色農(nóng)業(yè)精細(xì)區(qū)劃指數(shù)模型，將韓城劃分為花椒種植最適宜區(qū)、適宜區(qū)和不適宜區(qū)，客觀地反映了韓城花椒適宜種植范圍的精細(xì)布局，為優(yōu)質(zhì)花椒產(chǎn)品基地規(guī)劃提供指導(dǎo)。今后可依據(jù)不同作物生長(zhǎng)發(fā)育所需的光熱地條件改變指標(biāo)的量化分級(jí)，將該區(qū)劃指數(shù)模型廣泛運(yùn)用，為黃河流域高質(zhì)量發(fā)展及鄉(xiāng)村振興等戰(zhàn)略的實(shí)施提供高分辨率、高精度的區(qū)劃依據(jù)。

2)在光熱資源及地形因素影響下，韓城適宜種植花椒的區(qū)域高達(dá)總面積的75%，表明其發(fā)展花椒產(chǎn)業(yè)的空間巨大，應(yīng)在培育優(yōu)良品種、加強(qiáng)栽培管理的同時(shí)，充分挖掘光、熱、土地這些本土特性，并結(jié)合區(qū)域水資源規(guī)劃在適宜區(qū)內(nèi)適度擴(kuò)大種植范圍，促進(jìn)其特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和品牌推廣。

3)韓城東部黃河沿岸的河谷川塬是花椒種植的最佳區(qū)域，其不僅地勢(shì)平坦而且光熱資源充足，但目前已形成城市集鎮(zhèn)，需協(xié)調(diào)規(guī)劃并探究新型農(nóng)業(yè)模式；花椒種植適宜區(qū)位于韓城西部的淺山丘陵，該區(qū)現(xiàn)擁有較好的特色農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)，其中芝陽(yáng)鎮(zhèn)、芝川鎮(zhèn)等地已建成部分花椒基地，建議今后在立體種植布局的基礎(chǔ)上推進(jìn)特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化；花椒種植不適宜區(qū)分布于光熱及地形條件較差的深山高嶺，為最大程度追求資源均衡利用及發(fā)揮生態(tài)保護(hù)功能，建議在該區(qū)發(fā)展林業(yè)和觀光農(nóng)業(yè)。