基于GIS技術(shù)福州市馬鈴薯種植氣候適宜性精細(xì)化區(qū)劃

陳彥 李歡歡 鄭秀麗 鄭榮玉 蘇榮瑞

摘要 以2017—2020福州市9個(gè)氣象站點(diǎn)逐日氣象資料為基礎(chǔ)，依據(jù)馬鈴薯生長(zhǎng)周期、最適溫度等特點(diǎn)，采用7—8月平均氣溫、7—8月降水量、7月降水量等氣候要素為區(qū)劃因子，運(yùn)用GIS技術(shù)和小網(wǎng)格推算模型推算各氣候要素，建立基于地理關(guān)系的馬鈴薯種植氣候因子空間分析模型，推算各氣候要素，訂正氣候區(qū)劃指標(biāo)殘差，參照適宜指數(shù)區(qū)劃福州市馬鈴薯農(nóng)業(yè)氣候，為福州市各區(qū)縣春季馬鈴薯種植生產(chǎn)布局提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 馬鈴薯;氣候區(qū)劃;GIS

中圖分類(lèi)號(hào)：S532 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2021）05–0027–02

福建是中國(guó)最早種植馬鈴薯的省份之一，引進(jìn)馬鈴薯種植至今已有300余年歷史，是南方冬作馬鈴薯優(yōu)勢(shì)區(qū)和主產(chǎn)區(qū)[1-3]。近年來(lái)，福建馬鈴薯種植面積不斷增多，位居第三，僅次于水稻、甘薯等糧食作物，而福州市春種馬鈴薯較少，對(duì)春種馬鈴薯氣候區(qū)劃具有重要意義。利用2017—2020年福州市轄區(qū)內(nèi)9個(gè)氣象監(jiān)測(cè)站點(diǎn)逐日平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)等氣候要素?cái)?shù)據(jù)，采用GIS技術(shù)提取海拔信息，構(gòu)建基于GIS的240 m×240 m種植氣候地理關(guān)系推算模型，建立馬鈴薯種植氣候區(qū)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，精細(xì)化區(qū)劃福州市馬鈴薯種植的氣候適宜性，為福州市合理規(guī)劃馬鈴薯生產(chǎn)布局提供參考。

1 分析方法

1.1 研究區(qū)域

福建省具有獨(dú)特的地理氣候條件，是中國(guó)最早種植馬鈴薯區(qū)域，也是第三大馬鈴薯種植區(qū)。福州市位于福建東部、閩江下游及沿海地區(qū)，轄區(qū)內(nèi)山嶺縱橫，海拔跨度較大，造成復(fù)雜多樣氣候環(huán)境，為典型亞熱帶季風(fēng)氣候，氣溫適宜，降雨充沛，馬鈴薯春季種植面臨著巨大挑戰(zhàn)。福州市東南沿海土地肥沃，日照豐富，氣候條件適宜馬鈴薯生長(zhǎng)，西北部由于海拔高，氣候冷涼，晝夜溫差較大，氣候也適于馬鈴薯生長(zhǎng)與繁殖。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

選取福州市氣象局2017—2020年9個(gè)氣象站點(diǎn)逐日氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)馬鈴薯生長(zhǎng)周期7—8月平均氣溫、7—8月降水量、7月降水量等3個(gè)氣候區(qū)劃因子。通過(guò)在ArcGIS平臺(tái)添加X(jué)Y數(shù)據(jù)、拼接、矢量數(shù)據(jù)分層、篩選、裁剪及柵格數(shù)據(jù)重采樣等處理，得到區(qū)劃所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括福州市周邊氣象站點(diǎn)分布位置、福州市行政區(qū)域地圖、福州市行政區(qū)邊界圖及福州市DEM 數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)并計(jì)算氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合馬鈴薯種植的主要?dú)夂蛴绊懸蜃樱謺r(shí)段、分類(lèi)別整理出各站點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)，然后經(jīng)相關(guān)性分析和多元回歸分析各站點(diǎn)氣象因子、各地理因子，構(gòu)建福州市馬鈴薯種植氣候區(qū)劃因子地理模型。運(yùn)用GIS空間疊置分析法，在ArcGIS 10.4軟件空間分析模塊下，采用Raster calculator進(jìn)行圖層間運(yùn)算，將關(guān)鍵氣象因子推算值均插值到240 m×240 m網(wǎng)格數(shù)據(jù)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)各氣候區(qū)劃因子的空間連續(xù)分布。9個(gè)站點(diǎn)實(shí)測(cè)值與推算值經(jīng)算術(shù)運(yùn)算后得出殘差值，應(yīng)用反距離權(quán)重法分析各站點(diǎn)殘差值的空間插值，得出殘差柵格圖，再疊加氣象因子推算值柵格圖，獲取各氣候區(qū)劃因子?xùn)鸥駡D，最后根據(jù)文獻(xiàn)資料確定適應(yīng)性等級(jí)，為福州市馬鈴薯種植綜合氣候適宜性區(qū)劃提供理論基礎(chǔ)。

1.4 研究方法

馬鈴薯性喜冷涼、耐貧瘠、生長(zhǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)。馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育周期約3～5個(gè)月，春種馬鈴薯2月下旬至4月中旬播種，3月下旬至5月上旬為出苗期，6月中旬至7月上旬成熟，最終在秋季收獲。研究表明，馬鈴薯成熟期影響產(chǎn)量最主要?dú)夂蛞蜃邮菧囟?，?dāng)日均溫>30℃時(shí)，馬鈴薯植株呼吸作用過(guò)強(qiáng)，引起生理失調(diào)，匍匐莖延伸，結(jié)薯延遲;當(dāng)溫度高達(dá)32℃時(shí)，塊莖完全停止生長(zhǎng)，尤其夜間高溫對(duì)塊莖形成和膨大極為不利。降雨量也是馬鈴薯生長(zhǎng)期極為重要的氣候要素，幼苗期植株較小，需水量少，塊莖形成和膨大期需水量最大，占全生育期總耗水量的52%，此時(shí)缺少水分或降水量過(guò)多都會(huì)使馬鈴薯嚴(yán)重減產(chǎn)。結(jié)合福州市馬鈴薯生物學(xué)特性及生長(zhǎng)期主要?dú)庀笥绊懸蜃拥龋梃b研究文獻(xiàn)并參考福建省專(zhuān)家意見(jiàn)和農(nóng)戶(hù)調(diào)查資料確定福州市種植適宜性等級(jí)（表1）。

氣候要素區(qū)域分布與經(jīng)度、緯度及海拔高度等地理要素關(guān)系密切，氣候要素推算模型為：

Yn = f （lon，lat，h） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，Yn為氣候要素;lon、lat分別為經(jīng)度、緯度，單位為°;h為海拔高度，單位為m。通過(guò)公式（1）進(jìn)行福州市各氣候要素小網(wǎng)格推算，并采用表1中馬鈴薯種植綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)推算值區(qū)劃，實(shí)現(xiàn)福州市馬鈴薯植農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃。

在SPSS中將7—8月平均氣溫、7—8月降水量、7月降水量等3個(gè)氣候要素作為因變量，將經(jīng)度、緯度、海拔高度3個(gè)地理要素及地理要素間交叉影響的9個(gè)復(fù)合要素作為自變量，逐步多元線(xiàn)性回歸分析，獲得7—8月平均氣溫、7—8月降水量、7月降水量推算模型。

T7-8=0.012096×lat+0.000125×H2-0.393752×lon-0.001031×lat×H+

77.086646 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

R7-8=-19.422363×lat+0.009077×H2+65.405852×lon-0.045388×lat×H-6923.624953 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

R7=0.008181×H2-13.129820×H+0.467555×lat×H+190.568820 ? ? ? ? ? ?（4）

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯種植氣候區(qū)劃結(jié)果

依據(jù)以上分析，利用GIS空間分析技術(shù)對(duì)3個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)柵格圖歸一化后疊加分析、重分類(lèi)等處理，依據(jù)各氣候適宜性指數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，制作福州市馬鈴薯種植氣候適宜性精細(xì)化區(qū)劃圖（圖1）。

（1）氣候適宜區(qū)主要分布于長(zhǎng)樂(lè)區(qū)，福清市與平潭縣等低海拔地區(qū)面積為5 127.71 km2，占全市面積44.1%，大部分區(qū)域海拔48 m以下，7—8月平均氣溫28.4℃～31.8℃，7—8月降雨總量286.07～772.73 mm，熱量和水分整體適宜馬鈴薯在此地區(qū)種植生長(zhǎng)。

（2）氣候不適宜區(qū)主要分布于閩侯縣北部、閩清縣、永泰縣北部等地勢(shì)較高地區(qū)，面積達(dá)6 123.78 km2，占全市面積52.6%，大部分區(qū)域海拔高于200 m。區(qū)域內(nèi)7—8月平均氣溫普遍>32℃，溫度并不適宜春種馬鈴薯生長(zhǎng)，7—8月降雨總量高于614.78 mm，雨量上對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)不利，7—8月持續(xù)降雨易造成薯塊腐爛，加上該時(shí)期溫度偏高，容易形成霧氣，導(dǎo)致馬鈴薯患上晚疫病、瘡痂病[4]，使得品質(zhì)下降、減產(chǎn)。

（3）最適宜區(qū)主要分布于晉安區(qū)與連江縣，面積僅181.44 km2，占全市面積1.5%，大部分區(qū)域海拔94～230 m，7—8月平均氣溫20℃～30℃，7—8月降雨總量大于400 mm，熱量和水分最適宜馬鈴薯在此地區(qū)種植生長(zhǎng)，但區(qū)域面積較小。

2.2 氣候區(qū)劃與地形

根據(jù)福州市馬鈴薯區(qū)域三維地形圖（圖2）判斷，福州市地勢(shì)西北部高、東南部低，東部平原地勢(shì)平坦，易于發(fā)展農(nóng)業(yè)，為適宜區(qū);不適宜區(qū)多分布于山地，地形區(qū)域不適合種植馬鈴薯，山地氣溫雖然有部分區(qū)域滿(mǎn)足種植馬鈴薯的條件，但降雨量不夠，僅東部比較平緩達(dá)到適宜種植區(qū);靠近山地與平原緩沖地帶為最適宜春種馬鈴薯區(qū)，雖然氣候條件滿(mǎn)足種植馬鈴薯的條件，但具體種植難以實(shí)施。因此，春種馬鈴薯區(qū)域應(yīng)首選氣候適宜區(qū)域。

3 結(jié)論

由上述分析得出，福州市春種馬鈴薯最適宜區(qū)主要分布于東南部平原及丘陵地區(qū)，占總面積1.5%;適宜區(qū)為東南部沿海平原，占全市總面積44.1%;不適宜區(qū)主要在高海拔地區(qū)，占總面積52.6%。將區(qū)劃結(jié)果與福州市海拔狀況對(duì)比，適宜種植馬鈴薯區(qū)域主要分布于低海拔平原區(qū)，分區(qū)結(jié)果反映出不同地區(qū)氣候條件差異明顯，地理環(huán)境各有特點(diǎn)，應(yīng)充分利用福州市各地區(qū)氣候、土壤、交通資源，因地制宜地選擇馬鈴薯種植時(shí)期，科學(xué)合理規(guī)劃福州市馬鈴薯種植基地，促進(jìn)福州市春種馬鈴薯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 滕宗璠，張暢，王永智.我國(guó)馬鈴薯適宜種植地區(qū)的分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 1989（2）： 35-44.

[2] 隋啟君，李先平，楊萬(wàn)林.中國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)情況分析[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2008（4）： 1182-1188.

[3] 湯浩.福建省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)及發(fā)展對(duì)策[J]. 中國(guó)馬鈴薯， 2010， 24（6）： 376-378.

[4] 李洪良.馬鈴薯優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培要點(diǎn)[J].農(nóng)民致富之友， 2017（19）： 78.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Fine Division of Climate Suitability for Potato Planting in Fuzhou City Based on GIS Technology

CHEN Yan et al（Fuzhou Meteorological Bureau of Fujian Province， Fuzhou， Fujian 350001）

Abstract Based on the daily meteor-ological data of 9 meteorological stations in Fuzhou City from 2017 to 2020， according to the characteristics of potato growth cycle and optimal temperature， three climatic factors including average temperature from July to August， precipitation from July to August and precipitation in July were used as regionalization factors， and the climatic factors were calculated by using GIS technology and small grid calculation model. The spatial analysis model of potato planting climate factors based on geographical relationship was established to calculate the climate factors， and the residual error of climate regionalization index was corrected. The potato agricultural climate regionalization of Fuzhou City was made with reference to the suitability index， which provided a reference basis for the spring potato planting and production layout of all districts and counties in Fuzhou City.

Key words Potato; Climate regionalizat-ion; GIS