旺蒼縣核桃種植氣候適宜性區(qū)劃研究

賴 江 , 郭海燕 , 徐金霞 , 范 雄 , 徐沅鑫

（四川省氣候中心/高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072）

引言

旺蒼縣位于四川省北部，北與陜西省接壤，是廣元市下轄的山區(qū)縣。全縣地形地貌復(fù)雜，屬中、低山地帶，境內(nèi)海拔介于380~2281 m，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，其獨(dú)特的地理位置和優(yōu)越的氣候環(huán)境使其有著天然的核桃種植優(yōu)勢(shì)，是我國重要的核桃生產(chǎn)基地[1]。核桃種植不僅是旺蒼縣山區(qū)農(nóng)戶脫貧解困過程中的重要經(jīng)濟(jì)來源，也是旺蒼縣在鄉(xiāng)村振興過程中增加集體產(chǎn)業(yè)造血能力的重要支柱[2]。

核桃種植氣候區(qū)劃是根據(jù)核桃生態(tài)氣候條件確定不同等級(jí)氣候適宜區(qū)的界限，影響核桃生長的關(guān)鍵氣候因子和臨界閾值是研究重點(diǎn)。近年來，多位學(xué)者開展了甘肅隴南、陜西黃龍、云南大理等地核桃種植的氣候適宜性研究[3-6]，但關(guān)于旺蒼縣核桃種植氣候適宜性區(qū)劃方面的工作還未見報(bào)道。本研究擬利用旺蒼縣境內(nèi)50個(gè)地面氣象站的逐日觀測(cè)資料，基于GIS技術(shù)對(duì)當(dāng)?shù)睾颂曳N植適宜區(qū)進(jìn)行氣候區(qū)劃，進(jìn)一步優(yōu)化核桃種植布局，為核桃產(chǎn)業(yè)趨利避害提供技術(shù)支撐，為旺蒼縣鄉(xiāng)村振興提供氣象服務(wù)保障。

1 資料及方法

1.1 資料情況

研究所用氣象數(shù)據(jù)是旺蒼縣國家氣象站（1961~2017年）以及境內(nèi)49個(gè)區(qū)域氣象站（2007~2017年）的逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)，包含日降水量、日平均氣溫、日最低氣溫等氣象要素；基礎(chǔ)地理信息資料來源于中國氣象局，分辨率為1∶25萬；區(qū)域生態(tài)數(shù)據(jù)通過地面調(diào)查獲取。

1.2 區(qū)劃方法

研究遵循計(jì)算資料少、計(jì)算方式便捷、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確且訂正誤差小的原則，選用一元回歸訂正法[7]對(duì)旺蒼縣境內(nèi)49個(gè)區(qū)域氣象站的降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行訂正，再選取經(jīng)度、緯度、海拔、坡向、坡度為因子，建立多元線性回歸模型[8-11]，利用地理信息資料和GIS軟件對(duì)旺蒼縣境內(nèi)核桃種植適宜性進(jìn)行氣候區(qū)劃。

1.3 資料整編方法

以旺蒼國家氣象站（站號(hào)57217）為參證站，其余49個(gè)區(qū)域站為訂正站，采用一元回歸訂正法將49個(gè)區(qū)域站氣溫、降水量資料訂正到和旺蒼縣國家氣象站觀測(cè)資料相同的時(shí)間序列長度。訂正的基本公式為：

式中：Xn、Yn分 別為參證站和訂正站n年平行觀測(cè)時(shí)期內(nèi)的平均值，XN、YN分別為參證站和訂正站N年觀測(cè)資料的平均值（其中nN），QX、QY分別為參證站和訂正站N年平行觀測(cè)時(shí)期內(nèi)年的標(biāo)準(zhǔn)差，R為參證站和訂正站在n年內(nèi)觀測(cè)資料的相關(guān)系數(shù)[12]。

2 區(qū)劃指標(biāo)

2.1 核桃種植農(nóng)業(yè)氣候條件

核桃是喜光的樹種，生長期內(nèi)的日照時(shí)數(shù)與強(qiáng)度對(duì)樹體生長、花芽分化和果實(shí)發(fā)育有很大影響，一般情況下，全年日照時(shí)數(shù)應(yīng)在1300 h以上，少于1000 h則結(jié)果不良、產(chǎn)量低[13]。核桃也是喜溫的樹種，適宜生長的年平均氣溫范圍是9~16℃，冬季極端最低氣溫不低于-20℃，夏季極端最高氣溫不超過35℃，無霜期一般要在180 d以上[14]。幼樹在-20℃以下時(shí)會(huì)出現(xiàn)“抽條”或凍死，成年樹低于-25℃氣溫則不能正常結(jié)果。核桃樹對(duì)土壤水分比較敏感，過干或過濕的土壤均不利于核桃果實(shí)的正常生長，在年降水量為600~1200 mm的地區(qū)，無需灌溉，適宜核桃生長[13]。

2.2 核桃種植氣候區(qū)劃指標(biāo)

根據(jù)核桃種植農(nóng)業(yè)氣候條件分析結(jié)果，本研究的氣候區(qū)劃指標(biāo)主要考慮核桃生長所需的水分、熱量、光照等氣象條件，選取年降水量、年平均氣溫、年日照時(shí)數(shù)以及≥10℃積溫作為旺蒼縣核桃氣候區(qū)劃指標(biāo)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際劃分出最適宜區(qū)、適宜區(qū)和不適宜區(qū)的區(qū)劃指標(biāo)范圍，詳見表1。

表1 旺蒼縣核桃種植氣候區(qū)劃指標(biāo)

3 結(jié)果與分析

3.1 建立多元線性回歸模型

以一元回歸訂正后的觀測(cè)數(shù)據(jù)和各觀測(cè)站的經(jīng)度、緯度、海拔高度、坡度、坡向?yàn)榛A(chǔ)，建立各區(qū)劃指標(biāo)的小網(wǎng)格（25 m×25 m）推算模型。具體公式如下：

式中：Y表示區(qū)劃指標(biāo)（如年平均氣溫、年降雨量等）；x1、x2、x3、x4、x5分別表示經(jīng)度、緯度、海拔高度、坡度和坡向；ε為殘差項(xiàng)，是實(shí)際觀測(cè)值和模型推算值的差。采用多元線性回歸法建立推算模型，模型表達(dá)式詳見表2。

表2 區(qū)劃指標(biāo)小網(wǎng)格推算模型

利用GIS軟件，基于國家基礎(chǔ)地理信息中心提供的DEM數(shù)據(jù)，計(jì)算得到各區(qū)劃指標(biāo)在小網(wǎng)格上的空間分布情況，經(jīng)插值得到殘差分布狀況。將區(qū)劃指標(biāo)的推算值與殘差值相疊加，得到每個(gè)區(qū)劃指標(biāo)（年降水量、年平均氣溫、年日照時(shí)數(shù)和年≥10℃積溫）的空間分布（圖1）。

如圖1a所示，旺蒼縣年平均降水量分布總體呈南多北少的趨勢(shì)，其中九龍鄉(xiāng)年降水量最大（1500 mm），而萬家鄉(xiāng)年降水量最小（低于900 mm）。年降水量>1300 mm的地區(qū)基本分布在米倉山走廊以南。米倉山走廊以北地區(qū)年降水多為500~1200 mm。年內(nèi)各月降水分配極不均勻，降水空間分布情況差異較大，其中7月降水量多年平均值最大（超過260 mm），12月降水量全年最小。

如圖1b所示，旺蒼縣年平均氣溫分布受地形和海拔高度影響，呈南高北低的分布特征，高值區(qū)集中在米倉山走廊和南山的河谷地區(qū)，最高17.9℃出現(xiàn)在木河鎮(zhèn)，最低5℃出現(xiàn)在鹽河鄉(xiāng)。>17℃區(qū)域零星分布在化龍鄉(xiāng)、九龍鄉(xiāng)、木河鎮(zhèn)、金溪鎮(zhèn)的河谷地帶；>16℃區(qū)域主要分布8在米倉山走廊和南山的東河、熊家河、白水河等河谷地區(qū)；>14℃區(qū)域包括米倉山走廊、南山的大部分區(qū)域以及北山地區(qū)的西河、寬灘河河谷；北山地區(qū)除個(gè)別高山氣溫<8℃外，其余大部分區(qū)域氣溫介于8~14℃。

如圖1c所示，旺蒼縣年日照時(shí)數(shù)分布總體呈南多北少的趨勢(shì)，年日照時(shí)數(shù)>1350 h的區(qū)域主要分布在米倉山走廊腹地低平地帶和部分河谷地區(qū)；北山地區(qū)除河谷地區(qū)外，其余區(qū)域年日照時(shí)數(shù)<1250 h；其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)年日照時(shí)數(shù)多為1250~1350 h。各月年日照時(shí)數(shù)差異較大，7月和8月日照時(shí)數(shù)最大，12月最小。

如圖1d所示，旺蒼縣年≥10℃積溫最大值出現(xiàn)在木河鎮(zhèn)（5700℃），最小值出現(xiàn)在鹽河鄉(xiāng)（1200℃）。米倉山走廊以及南山河谷地區(qū)大部在5000℃以上，其余地區(qū)在4000℃以上；北山除部分河谷地區(qū)>4000℃外，其它區(qū)域大多介于2000~4000℃，個(gè)別高山地區(qū)<2000℃。

圖1 旺蒼縣核桃種植氣候區(qū)劃指標(biāo)空間分布（a. 年降水，b. 年平均氣溫，c. 年日照時(shí)數(shù)，d. 年≥10℃積溫）

3.2 區(qū)劃結(jié)果分析

以通過推算模型得到的旺蒼縣年降水量、年平均氣溫、年日照時(shí)數(shù)和年≥10℃積溫作為區(qū)劃指標(biāo)，利用GIS技術(shù)得出旺蒼縣核桃種植精細(xì)化氣候區(qū)劃（圖2），分為最適宜、適宜和不適宜3類區(qū)域。

圖2 旺蒼縣核桃種植精細(xì)化氣候適宜性區(qū)劃

最適宜區(qū)：該區(qū)域主要分布在旺蒼縣北部低海拔的高山河谷區(qū)，其中以高陽鎮(zhèn)、雙匯鎮(zhèn)、正源鄉(xiāng)、國華鎮(zhèn)、英萃鎮(zhèn)、檬子鄉(xiāng)、鼓城鄉(xiāng)分布最為集中；北部的白水鎮(zhèn)、尚武鎮(zhèn)、東河鎮(zhèn)、黃洋鎮(zhèn)、普濟(jì)鎮(zhèn)、三江鎮(zhèn)、五權(quán)鎮(zhèn)、金溪鎮(zhèn)核桃種植分布面積較廣，但相對(duì)零散；南部的棗林鄉(xiāng)、張華鎮(zhèn)存在零星分布。這一區(qū)域年降水量為1000~1200 mm，年平均氣溫為14~16℃，年日照時(shí)數(shù)為1250~1300 h，≥10℃積溫在4000℃以上，氣象條件完全符合核桃種植所需，最適宜核桃種植。

適宜區(qū)：該區(qū)域主要分布在旺蒼縣海拔較高區(qū)域，主要包括龍鳳鄉(xiāng)大部、普濟(jì)鎮(zhèn)大部、農(nóng)建鄉(xiāng)大部、黃洋鎮(zhèn)南部、柳溪鄉(xiāng)大部、張華鎮(zhèn)大部、棗林鄉(xiāng)大部、大河鄉(xiāng)大部、水磨鄉(xiāng)大部、萬山鄉(xiāng)大部，萬家鄉(xiāng)部分地區(qū)、鹽河鄉(xiāng)部分地區(qū)、鼓城鄉(xiāng)部分地區(qū)、檬子鄉(xiāng)部分地區(qū)、福慶鄉(xiāng)部分地區(qū)和燕子鄉(xiāng)部分地區(qū)。此區(qū)域水分條件與日照適宜核桃生長，但熱量條件不適宜核桃種植。

不適宜區(qū)：該區(qū)域主要集中在旺蒼縣中部一線及北部高海拔地區(qū)，自白水鎮(zhèn)中部到大德鄉(xiāng)南部呈線條狀，九龍鄉(xiāng)、木門鎮(zhèn)、農(nóng)建鄉(xiāng)和化龍鎮(zhèn)也有分布。這些區(qū)域水分條件和日照同樣適宜核桃生長，但熱量條件完全不利于核桃種植。

4 結(jié)論與討論

本文利用旺蒼縣50個(gè)地面氣象站的逐日觀測(cè)資料，結(jié)合旺蒼縣核桃種植氣候適宜性需求，運(yùn)用GIS技術(shù)開展核桃種植氣候適宜性區(qū)劃研究，得到如下結(jié)論：

（1）以年降水量、年平均氣溫、年日照時(shí)數(shù)和年≥10℃積溫作為區(qū)劃指標(biāo)，利用GIS技術(shù)將旺蒼縣核桃種植氣候適宜性劃分為3類，即最適宜區(qū)、適宜區(qū)和不適宜區(qū)。

（2）最適宜區(qū)主要分布在旺蒼縣北部低海拔的高山河谷區(qū)，年降水量為1000~1200 mm，年平均氣溫為14~16℃，年日照時(shí)數(shù)為1250~1300 h，≥10℃積溫在4000℃以上，氣象條件完全符合核桃種植所需，最適宜核桃種植。

（3）適宜區(qū)主要分布在旺蒼縣海拔較高區(qū)域，這些區(qū)域水分條件與日照適宜核桃生長，但熱量條件不適宜核桃種植。

（4）不適宜區(qū)主要集中在旺蒼縣中部一線及北部高海拔地區(qū)，這些區(qū)域水分條件和日照同樣適宜核桃生長，但熱量條件完全不利于核桃種植。

核桃種植需注意引進(jìn)品種的適應(yīng)性能，依靠科學(xué)技術(shù)，提高管理水平，加強(qiáng)墾復(fù)間種、施肥、灌水、修剪、病蟲害綜臺(tái)防治，為核桃提供良好的生長環(huán)境，并加強(qiáng)對(duì)種植戶的短期技術(shù)培訓(xùn)，推廣多頭、多位品種改良方法，切實(shí)提高核桃產(chǎn)能[15-18]。本文的研究結(jié)果對(duì)優(yōu)化核桃種植布局具有一定的指導(dǎo)意義，但由于現(xiàn)有氣象資料不能準(zhǔn)確反映不同地形地貌下的實(shí)際氣候狀況，且研究未將土壤肥力、種植習(xí)慣等因子納入考量，可能導(dǎo)致結(jié)論存在一定局限性，這些問題將在后續(xù)工作中進(jìn)一步探討。