聊城市茌平區(qū)圓鈴大棗種植氣候適宜性區(qū)劃

馮彩金 閆愛(ài)英

(聊城市茌平區(qū)氣象局，山東 聊城 252100)

前言

山東是我國(guó)棗主要栽培區(qū)，2018年全省棗產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的11.5%，居全國(guó)前3位。聊城市茌平區(qū)位于魯西平原，四季分明，地勢(shì)平緩，種植圓鈴大棗已有兩千多年的歷史，是中國(guó)圓鈴大棗之鄉(xiāng)。棗樹(shù)喜光耐旱，氣候適應(yīng)能力較強(qiáng)，但抗風(fēng)能力較差，強(qiáng)風(fēng)可損傷果枝失去生長(zhǎng)點(diǎn)，影響大棗產(chǎn)量。大棗在發(fā)育后期及成熟期遇到陰雨天氣容易引起裂果、爛果的現(xiàn)象。日照時(shí)數(shù)≥9h的晴朗天氣有利于大棗品質(zhì)的提高。郭裕新等將山東省劃分為6個(gè)棗樹(shù)栽培區(qū)，其中魯西平原區(qū)的土壤氣候最適宜圓鈴棗系良種栽培。2016年邱東鳳對(duì)茌平圓鈴大棗生產(chǎn)氣候適宜性進(jìn)行評(píng)析，結(jié)果表明茌平區(qū)氣候滿足圓鈴大棗生長(zhǎng)需求，但冰雹、連陰雨、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣會(huì)影響大棗品質(zhì)和產(chǎn)量。雖然不少學(xué)者做了較多的山東棗生長(zhǎng)適宜性研究，但對(duì)圓鈴大棗精細(xì)化農(nóng)業(yè)種植適宜性區(qū)劃的研究少之又少，故開(kāi)展對(duì)茌平區(qū)大棗種植氣候適宜性區(qū)劃編制的研究，以此為優(yōu)化大棗種植布局，合理利用資源以及推廣當(dāng)?shù)靥厣a(chǎn)物提供理論依據(jù)。

1 資料來(lái)源與方法

1.1 資料來(lái)源

綜合考慮大棗生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)氣象條件，本文選取氣候因子和土壤因子作為氣候區(qū)劃影響因子，其中氣候因子圓鈴大棗全生育期大風(fēng)總?cè)諗?shù)(3月20日—10月10日)、果實(shí)膨大期日照時(shí)數(shù)(6月21日—10月10日)、開(kāi)花期干熱風(fēng)指數(shù)(5月31日—6月20日)、成熟期連陰雨日數(shù)(9月10日—10月10日)、全生育期降水量(3月20日—10月10日)等氣候要素來(lái)源于聊城市茌平區(qū)國(guó)家氣象觀測(cè)站1961—2020年氣象資料。土壤因子來(lái)源于山東省土壤類型、土壤質(zhì)地和腐殖質(zhì)厚度數(shù)據(jù)。

1.2 分析方法

1.2.1 Kriging插值法

采用Kriging插值法通過(guò)對(duì)已知樣點(diǎn)賦權(quán)重來(lái)求得未知樣點(diǎn)值，由茌平區(qū)氣象資料獲取分辨率為100m×100m的柵格圖。

其表達(dá)式為：

(1)

式中，Z(x0)為未知樣點(diǎn)值；Z(xi)為未知樣點(diǎn)周?chē)囊阎獦狱c(diǎn)值；λi為第i個(gè)已知樣本點(diǎn)對(duì)未知樣點(diǎn)的權(quán)重；n為已知樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

1.2.2 因子標(biāo)準(zhǔn)化

在區(qū)劃過(guò)程中，由于所選因子的量綱不同，為消除變量單位的不同對(duì)因子分析的影響，需要將因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。這里采用極大值標(biāo)準(zhǔn)化和極小值標(biāo)準(zhǔn)化方法。

極大標(biāo)準(zhǔn)化公式：

(2)

極小值標(biāo)準(zhǔn)化：

(3)

式中，Xmin、Xmax為該指標(biāo)的最小值和最大值；X′ij為第i個(gè)因子的第j項(xiàng)指標(biāo)；Xij為去量綱后的第i個(gè)因子的第j項(xiàng)指標(biāo)。

1.2.3 加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法

將各個(gè)因子對(duì)研究對(duì)象的影響程度進(jìn)行加權(quán)綜合評(píng)價(jià)。

(4)

其中，Cvj評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；v為評(píng)價(jià)因子；j為v的個(gè)數(shù)；i為評(píng)價(jià)指標(biāo)；Qvij是對(duì)于因子j的指標(biāo)；Wji是指標(biāo)i的權(quán)重值(0≤Wji≤1)；m是評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

1.2.4 層次分析法

通過(guò)AHP層次分析法構(gòu)建判斷矩陣，后通過(guò)和積法求解判斷矩陣的最大特征向量值及其所對(duì)應(yīng)的特征向量，最后對(duì)各層次排序結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。具體因子權(quán)重如表1所示。

表1 圓鈴大棗精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃因子及權(quán)重分配

2 圓鈴大棗氣候適宜性區(qū)劃分析

2.1 圓鈴大棗氣候適宜性區(qū)劃因子空間分布

全生育期大風(fēng)總?cè)諗?shù)(3月20日—10月10日)分布特征為自南到北逐漸遞增。高值區(qū)主要分布在茌平區(qū)東部的杜郎口鎮(zhèn)、馮官屯鎮(zhèn)和西北的萊屯鎮(zhèn)。低值區(qū)主要分布在茌平區(qū)中心的溫陳街道、信發(fā)街道、振興街道和西南的洪官屯鎮(zhèn)、楊官屯鄉(xiāng)。

茌平區(qū)大棗果實(shí)膨大期(硬核-白熟)日照時(shí)數(shù)(6月21日—10月10日)高值區(qū)主要分布在茌平區(qū)中部，其次為西部地區(qū)；低值區(qū)在茌平區(qū)東部。

茌平區(qū)大棗開(kāi)花期干熱風(fēng)指數(shù)(5月31日—6月20日)全區(qū)大部分區(qū)域?yàn)楦咧祬^(qū)，中東部局部地區(qū)為最高值。低值區(qū)主要分布在西南部的洪官屯鎮(zhèn)、楊官屯鄉(xiāng)與東部地區(qū)的樂(lè)平鋪鎮(zhèn)南部。

茌平區(qū)大棗成熟期(脆熟-完熟)連陰雨日數(shù)(9月10日—10月10日)空間分布不均勻，呈現(xiàn)中部少而四周高的特點(diǎn)。高值區(qū)主要分布在樂(lè)平鋪鎮(zhèn)及西南鄉(xiāng)鎮(zhèn)，低值區(qū)主要分布在溫陳街道、信發(fā)街道、振興街道。

茌平區(qū)大棗全生育期降水量空間特征呈現(xiàn)由西向東逐漸遞增的趨勢(shì)。高值區(qū)主要分布在茌平區(qū)東部的杜郎口鎮(zhèn)、樂(lè)平鋪鎮(zhèn)及馮官屯鎮(zhèn)；低值區(qū)主要分布在茌平區(qū)西部的萊屯鎮(zhèn)、賈寨鎮(zhèn)以及肖家莊鎮(zhèn)。

2.2 茌平區(qū)大棗氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果

將影響大棗生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵氣候因子進(jìn)行累加，其表達(dá)式為：

(5)

式中，Y氣候?yàn)闅夂蜻m宜性指數(shù)；Xi表示氣候適宜性區(qū)劃因子0.7；λi為權(quán)重。將氣候適宜性區(qū)劃因子標(biāo)準(zhǔn)化后乘以對(duì)應(yīng)權(quán)重，進(jìn)行空間疊加得到最終氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果，見(jiàn)圖1。

茌平區(qū)大棗氣候適宜性因子區(qū)劃結(jié)果顯示總體呈現(xiàn)由東西兩側(cè)向中心逐漸增高的特點(diǎn)，低值區(qū)集中分布在茌平區(qū)東部。高值區(qū)廣泛分布在茌平區(qū)中部、西部地區(qū)。茌平區(qū)大棗最適宜區(qū)種植面積占全區(qū)總面積的67.5%；適宜區(qū)種植面積占全區(qū)總面積的20.0%；次適宜區(qū)種植面積占全區(qū)總面積的12.5%。

3 茌平區(qū)大棗土壤適宜性區(qū)劃因子空間分布

茌平區(qū)土壤類型有風(fēng)沙土、潮土和鹽堿土3大類。其中潮土分布范圍最廣，占全區(qū)面積92.9%；風(fēng)沙土主要分布于萊屯鎮(zhèn)、肖家莊鎮(zhèn)、楊官屯鄉(xiāng)部分地區(qū)，占全區(qū)面積的3.8%；鹽堿土零散分布于溫陳街道、信發(fā)街道、振興街道、博平鎮(zhèn)、洪官屯鎮(zhèn)等地區(qū)，占全區(qū)面積的3.3%。

茌平區(qū)壤土分布最廣，占全區(qū)面積的96.4%。砂土僅在萊屯鎮(zhèn)西南部存在集中分布，另外在博平鎮(zhèn)、溫陳街道、博平鎮(zhèn)等地也有零星分布，占全區(qū)總面積的3.3%。粘土在全區(qū)分布較少，僅占全區(qū)總面積的0.3%，零星分布在振興街道、樂(lè)平鋪鎮(zhèn)及洪官屯鎮(zhèn)等地。

全區(qū)大多數(shù)地區(qū)的腐殖質(zhì)層厚度在10～15cm范圍內(nèi)，厚度在20cm以上的優(yōu)質(zhì)土主要分布在茌平區(qū)中部，占全區(qū)面積的13.3%。西部、北部和東南部部分地區(qū)腐殖質(zhì)層厚度最薄，在5cm以下，占全區(qū)面積的29.5%。

3.1 茌平區(qū)圓鈴大棗土壤適宜性區(qū)劃結(jié)果

茌平區(qū)土壤適宜性區(qū)劃結(jié)果是所有土壤因子的綜合，是所有土壤因子標(biāo)準(zhǔn)化并乘以對(duì)應(yīng)權(quán)重后的加和，其表達(dá)式為:

Y土壤=X1λ1+X2λ2+X3λ3

(6)

式中，Y土壤為土壤適宜性指數(shù)；X1、X2、X3分別表示土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤腐殖質(zhì)厚度；λ1、λ2、λ3分別表示對(duì)應(yīng)權(quán)重0.25、0.25、0.5。將各土壤適宜性區(qū)劃因子進(jìn)行空間疊加，得到茌平區(qū)大棗土壤適宜性區(qū)劃結(jié)果，見(jiàn)圖2，最適宜區(qū)主要分布在茌平區(qū)西部的楊官屯鄉(xiāng)與博平鎮(zhèn)交界處，中部的信發(fā)街道、溫陳街道、振興街道；適宜區(qū)主要在賈寨鎮(zhèn)、韓屯鎮(zhèn)和肖家莊鎮(zhèn)以及樂(lè)平鋪鎮(zhèn)周邊、杜郎口鎮(zhèn)大部、馮官屯鎮(zhèn)東部西部；次適宜區(qū)在茌平區(qū)全區(qū)均有分布。

圖2 茌平區(qū)大棗土壤適宜性區(qū)劃圖

4 茌平區(qū)圓鈴大棗農(nóng)業(yè)綜合氣候區(qū)劃結(jié)果

將氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果和土壤適宜性區(qū)劃結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行空間疊加，并將非農(nóng)業(yè)用地進(jìn)行剔除，得到茌平區(qū)大棗精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃綜合結(jié)果，其計(jì)算公式為：

Y=Y氣候λ1+Y土壤λ2

(7)

式中，Y為農(nóng)業(yè)氣候適宜性綜合指數(shù)；λ為權(quán)重；λ1=0.70，λ2=0.30。圖中所用的分級(jí)方法為自然分級(jí)法，此方法可以更好地劃分各級(jí)指標(biāo)的區(qū)間。茌平區(qū)大棗精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 茌平區(qū)大棗精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果

最適宜區(qū)主要集中分布在茌平區(qū)西南部的溫陳街道中部、賈寨鎮(zhèn)、楊官屯鄉(xiāng)與博平鎮(zhèn)交界處等地，占比為11.8%；適宜區(qū)主要分布在茌平區(qū)中部的大部分區(qū)域以及西部的博平鎮(zhèn)、楊官屯鄉(xiāng)、韓屯鎮(zhèn)等地，占比為32.9%；次適宜區(qū)主要包括茌平區(qū)東部大部分區(qū)域、肖家莊鎮(zhèn)、韓屯鎮(zhèn)東部、胡屯鎮(zhèn)、洪官屯鎮(zhèn)及溫陳街道北部等地，占比為55.3%。非農(nóng)田在全區(qū)中部連片分布，主要集中在溫陳街道、信發(fā)街道等地，其他地區(qū)主要以零星分布為主。其中萊屯鎮(zhèn)、肖家莊鎮(zhèn)等次適宜種植區(qū)均與非農(nóng)田地區(qū)相符合，進(jìn)一步佐證大棗農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃結(jié)果。

5 結(jié)論

圓鈴大棗一般4月中旬萌芽，5月下旬始花，9月中、下旬成熟采收，果實(shí)生長(zhǎng)期95d左右。茌平區(qū)9月適宜的溫度條件(20.7℃)有利于大棗果實(shí)糖分積累，如果在果實(shí)發(fā)育后期及成熟期遇到陰雨天氣，則容易引起大棗的裂果、爛果而造成增產(chǎn)不增收的現(xiàn)象。本文通過(guò)分析研究茌平區(qū)圓鈴大棗生長(zhǎng)發(fā)育所需氣候因子、土壤因子，利用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)茌平區(qū)圓鈴大棗種植氣候適宜區(qū)劃，對(duì)規(guī)避該區(qū)圓鈴大棗種植風(fēng)險(xiǎn)，提高土地資源利用率，優(yōu)化產(chǎn)量和質(zhì)量等方面提供理論參考，為推進(jìn)茌平區(qū)“三農(nóng)”氣象服務(wù)專項(xiàng)工作的實(shí)施，促進(jìn)氣象為農(nóng)服務(wù)發(fā)揮重要作用。