基于GIS 的梧州菜瓜主要生育期氣候適宜度區(qū)劃

葉 瑜，徐 芳，蔣 遇，盧建壯

（梧州市氣象局，廣西 梧州 543000）

菜瓜又名梢瓜、脆瓜、越瓜、蛇甜瓜等，是葫蘆科黃瓜屬甜瓜種的一個變種［1］。以嫩瓜為食，屬小眾蔬菜，無香瓜味，可以生吃也可炒食，但通常用于腌制醬菜。廣西梧州市蒼梧縣沙頭鎮(zhèn)、石橋鎮(zhèn)一帶廣泛種植，以爬地栽培方式生產(chǎn)，外型光滑少刺，口感清甜脆嫩，其品質(zhì)優(yōu)異，肉質(zhì)肥厚，在當(dāng)?shù)刂饕糜邗r切加工，腌制加工成瓜皮食品，當(dāng)?shù)厝朔Q為“地瓜榨”，產(chǎn)品深受當(dāng)?shù)鼐用駳g迎。隨著南菜北運市場的需求及快速發(fā)展，大力發(fā)展梧州特色農(nóng)業(yè)，推廣地方種質(zhì)資源，提升其品牌價值，擴大種植區(qū)域具有積極的現(xiàn)實意義。影響菜瓜生長發(fā)育的關(guān)鍵是氣象條件和氣候環(huán)境，因此開展梧州菜瓜氣候適宜度區(qū)劃研究對推動菜瓜產(chǎn)業(yè)以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。國內(nèi)大量專家學(xué)者對不同種類黃瓜與氣候的關(guān)系進行研究，取得許多成果。周曉倩等［2］通過比較高唐縣秋延遲黃瓜栽培適宜的氣象條件和各生育期的氣候情況，分析高唐縣秋延遲黃瓜栽培中存在的主要氣象問題，進而提出相應(yīng)的栽培和生產(chǎn)管理措施。蘇利軍［3］根據(jù)日光溫室黃瓜不同生育期適宜的農(nóng)業(yè)氣象條件、主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害、常見病害發(fā)生指標(biāo)，為農(nóng)戶提供技術(shù)指導(dǎo)，提高農(nóng)戶抵御災(zāi)害性天氣、防御病害的能力。陳冰等［4］應(yīng)用氣候統(tǒng)計的方法對化州笪橋黃瓜周年露地種植的農(nóng)業(yè)氣候條件進行分析，并根據(jù)黃瓜種植的氣候條件，提出相關(guān)趨利避害的防御措施。魏瑞江等［5］建立日光溫室內(nèi)氣溫、空氣相對濕度、接受到的太陽輻射及其綜合因子對黃瓜生長發(fā)育的適宜度模型，運用黃瓜實際產(chǎn)量與適宜度的關(guān)系對模型進行檢驗，得出黃瓜產(chǎn)量隨綜合小氣候適宜度的增加而增加，兩者相關(guān)顯著。黃汝紅等［6］通過對欽州市各縣區(qū)歷年氣象要素資料、氣候特點及農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律進行統(tǒng)計分析，結(jié)合黃瓜的生物學(xué)特性及欽州市黃瓜生產(chǎn)的實際，找出影響欽州市黃瓜生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，并提出相應(yīng)的防御對策。但是，國內(nèi)外對于菜瓜的氣候適宜度研究還尚未涉及，本研究嘗試從農(nóng)業(yè)氣象角度研究菜瓜主要生育期的氣候適宜度，為全面推廣種植菜瓜提供氣象理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣象資料來源于廣西農(nóng)業(yè)氣象大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺。采用氣象資料為梧州市5 個國家氣象站及49個區(qū)域自動站1993—2022 年5 月21 日—7 月20日的氣象數(shù)據(jù)，包括氣溫、降水量等氣象要素的逐日觀測資料。先對氣象數(shù)據(jù)按質(zhì)量控制規(guī)范要求進行審核，一方面，要求無明顯過失及系統(tǒng)誤差，對隨機誤差忽略不計，溫度精確度要求為0.1 ℃。另一方面，要求各氣象數(shù)據(jù)在時間序列上具有均一性，符合氣象觀測規(guī)范要求［7］。

1.2 方法

1.2.1 短序列訂正方法

氣溫或降水量資料序列訂正方法主要有兩步訂正法、逐步回歸訂正法、比值訂正法、差值訂正法、一元回歸訂正法。尹文昱等［8］認為各區(qū)域自動站和國家站處于大致相同的大氣環(huán)流背景下，平均氣溫存在較好的相關(guān)關(guān)系，而且各氣象站普遍都有連續(xù)多年的觀測資料，因此對各區(qū)域自動站平均氣溫的訂正采用一元回歸訂正法。李軍等［9］對降水相對系數(shù)的穩(wěn)定性進行訂正，即先訂年降水量，再根據(jù)國家站時段降水量與年降水量的相對系數(shù)得到區(qū)域自動站的時段降水量，年降水量采用一元回歸訂正法對各區(qū)域自動站的年降水量進行訂正。

首先x 設(shè)為國家站，具有N 年資料；y 站為區(qū)域自動站，有n 年資料；n＜N 并且n 年包括在N 年內(nèi)，需要將區(qū)域自動站n 年資料訂正到N 年。采用一元回歸法對各區(qū)域自動站的氣溫或降水量進行訂正。訂正的基本公式為:

當(dāng)兩站對應(yīng)要素完全相關(guān)且標(biāo)準(zhǔn)差完全相等，即r=1，σx=σy，由式（1）可以得出差值訂正法公式為:

1.2.2 空間插值

在插值方法上，通常有反距離權(quán)重法（IDW）、普通克里金法（OK）、樣條函數(shù)法（Spline）、Anusplin 插值法（Anusplin）、趨勢面分析法（Trend）等方法。鄭雯華等［10］認為對氣溫的空間插值，普通克里金法的誤差相對較小，插值效果最好；劉歡［11］通過比較分析得到降雨的空間插值，采用反距離權(quán)重法更能詳細地顯示出局部地區(qū)降雨量的變化；徐翔等［12］認為樣條函數(shù)法更適合復(fù)雜地形環(huán)境下氣候空間插值。本研究分別采用普通克里金法、反距離權(quán)重法、樣條函數(shù)法對梧州市氣溫適宜度、降雨適宜度、氣候適宜度進行空間插值分析。

1.2.3 適宜度模型

1）氣溫適宜度。根據(jù)劉武等［13］研究建立菜瓜氣溫適宜度模型。

2）降雨適宜度。根據(jù)宋迎波等［14］研究建立菜瓜降雨適宜度模型。

式中S（R）為降雨適宜度。R 為統(tǒng)計時段內(nèi)降雨量，R1為統(tǒng)計時段內(nèi)多年平均值。

3）氣候適宜度。由于梧州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動站沒有日照時數(shù)觀測，故不建立光照適宜度模型，只考慮氣溫、降雨對菜瓜不同生育期的影響。根據(jù)姚源山等［15］研究建立菜瓜氣候適宜度模型。

式中S（T，R）為菜瓜氣候適宜度，S（T）為氣溫適宜度，S（R）為降雨適宜度。

2 結(jié)果與分析

梧州市地形復(fù)雜多樣，立體氣候明顯，南北氣候差異大，運用自動氣象觀測站資料進行空間分析，以反映梧州市的氣候特點。根據(jù)對歷年梧州菜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)、市場價格等數(shù)據(jù)與菜瓜主要生育期氣溫、降水等氣候適宜度指標(biāo)進行對比分析、相關(guān)性分析建立適宜度模型，并劃分三個等級，分別為0.391～0.800，0.801～0.900，0.901～1.000。設(shè)定S（T，R）≤0.800 為次適宜區(qū)，0.800＜S（T，R）≤0.900 為適宜區(qū)，S（T，R）＞0.900 為最適宜區(qū)。采集梧州市5 個國家氣象站及49 個區(qū)域自動站的氣象資料，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件進行插值，得出梧州市氣溫及降雨的空間適宜度分布，對菜瓜種植氣候適宜度進行擬合分析，獲得菜瓜主要生育期的氣候適宜區(qū)劃。

2.1 菜瓜種植氣候適宜度指標(biāo)

菜瓜的主要生育期分為定植期、開花生長期、結(jié)果熟收期。由表1 可見，菜瓜種植的適溫范圍比較廣，且在不同生長發(fā)育時期對溫度的要求不同。定植期適宜溫度為20～30 ℃，適宜降雨量為70～130 mm。開花生長期適宜溫度為20～32 ℃，適宜降水量為270～360 mm。結(jié)果熟收期適宜溫度為20～32 ℃，適宜降水量為170～220 mm。

表1 梧州菜瓜氣候適宜度指標(biāo)

2.2 菜瓜生長發(fā)育期氣候適宜度

2.2.1 定植期

5 月下旬是梧州菜瓜定植時期，此期間若溫度太低會影響幼苗根系和以后植株生長，幼苗變黃，當(dāng)溫度升高后，緩苗恢復(fù)生長慢，抗逆性差。溫度過高使幼苗失水過多，停止生長，嚴重的萎蔫死亡。同時應(yīng)適當(dāng)控制水分，水分過多，幼苗地下根部積水，易導(dǎo)致缺氧，根的呼吸作用受到阻礙，生理功能降低，根系吸水、吸肥能力受阻，最終導(dǎo)致死亡。

從氣溫適宜度圖（圖1a）可知，定植期梧州市的氣溫適宜度為0.800～1.000，呈現(xiàn)由南到北逐漸遞增的趨勢。梧州市氣溫均能滿足菜瓜定植期的生長發(fā)育需要，氣溫適宜度0.801～0.900 的區(qū)域主要分布在岑溪市中南部、蒙山縣北部等地；梧州市其余地區(qū)的氣溫適宜度為0.901～1.000。從降雨適宜度圖（圖1b）可知，定植期梧州市的降雨適宜度為0.491～1.000，除了蒙山縣南部、藤縣西北部和中部、蒼梧縣東北角等少數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)適宜度偏低外，其余地區(qū)水分條件均能滿足菜瓜定植期生長發(fā)育的需求。

圖1 梧州菜瓜定植期氣候適宜度

從氣候適宜度（圖1c）可知，梧州市氣候條件對菜瓜定植期生長發(fā)育有利。次適宜區(qū)氣溫和降雨配合相對較差，主要分布在藤縣西北部和南部，蒼梧縣東北角等少數(shù)地區(qū)；適宜區(qū)主要分布在蒙山縣南部，藤縣北部等區(qū)域；梧州市其余地區(qū)均為最適宜區(qū)，該地區(qū)氣溫和降雨配合良好。

2.2.2 開花生長期

6 月是梧州菜瓜開花生長時期，此期間若溫度太高則菜瓜呼吸量增加，而凈同化率下降，溫度越高，光合作用急劇衰退，代謝機能受阻，雄花落蕾或不能開花，花粉發(fā)芽力低下，導(dǎo)致畸形果發(fā)生；水分要適當(dāng)控制，防止地上部徒長，促進根系發(fā)育，建立具有生產(chǎn)能力的同化體系，為結(jié)果期打好基礎(chǔ)。

從氣溫適宜度圖（圖2a）可知，開花生長期梧州市的氣溫適宜度為0.590～1.000，梧州市大部地區(qū)氣溫基本能滿足菜瓜開花生長期的生長發(fā)育需求。0.901～1.000 主要分布在蒙山縣，藤縣西北角，蒼梧縣中部和萬秀區(qū)北部等區(qū)域，該地區(qū)氣溫適宜；0.590～0.800 主要分布在岑溪市，藤縣中南部，龍圩區(qū)大部，長洲區(qū)南部和萬秀區(qū)南部等區(qū)域；梧州市其余地區(qū)的氣溫適宜度為0.801～0.900。從降雨適宜度圖（圖2b）可知，開花生長期梧州市的降雨適宜度為0.578～1.000，梧州市6 月降雨比較充沛，除蒼梧縣中部，藤縣北部等少數(shù)地區(qū)適宜度偏低外，其余地區(qū)水分條件均能滿足菜瓜開花生長期生長發(fā)育的需求。

圖2 梧州菜瓜開花生長期氣候適宜度

從氣候適宜度（圖2c）可知，梧州市氣候條件對菜瓜開花生長期生長發(fā)育有利。最適宜區(qū)氣溫和降雨配合良好，主要分布在蒙山縣，蒼梧縣大部，長洲區(qū)北部，萬秀區(qū)北部，藤縣中部和東南部；次適宜區(qū)氣溫和降雨配合相對較差，主要分布在岑溪市西部和東部，藤縣西部，蒼梧縣北部等區(qū)域；梧州市其余地區(qū)均為適宜區(qū)，該地區(qū)氣溫和降雨配合較好。

2.2.3 結(jié)果熟收期

7 月上中旬是梧州菜瓜結(jié)果熟收期，該期間菜瓜植株掛果后營養(yǎng)生長旺盛，對溫度、水分非常敏感，當(dāng)溫度和水分匹配完好時，才能提高結(jié)果率，獲得高產(chǎn)。溫度不宜過高，應(yīng)適當(dāng)控制，溫度越高，呼吸作用的消耗高于光合作用的合成，代謝機能受阻，生長停止［16］；水分供應(yīng)需充足，菜瓜生長迅速，氣溫又漸高，葉面積逐漸擴大，果實采收量不斷增加，水分供應(yīng)也要相應(yīng)增多，因此對水分的需求量非常大。

從氣溫適宜度圖（圖3a）可知，結(jié)果熟收期梧州市的氣溫適宜度為0.391～0.900，梧州市的氣溫基本能滿足菜瓜結(jié)果熟收期的生長需求。0.801～0.900 主要分布在蒙山縣大部區(qū)域，該區(qū)域氣溫適宜度較高，有利于菜瓜品質(zhì)的形成。梧州市其余地區(qū)的氣溫適宜度為0.391～0.800。從降雨適宜度圖（圖3b）可知，結(jié)果熟收期梧州市的降雨適宜度為0.620～1.000，梧州市7 月上中旬降雨非常充沛，除了少數(shù)幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)適宜度偏低外，其余地區(qū)水分條件均能滿足菜瓜結(jié)果熟收期生長發(fā)育的需求。

圖3 梧州菜瓜結(jié)果熟收期氣候適宜度

從氣候適宜度（圖3c）可知，梧州市氣候條件對菜瓜結(jié)果熟收期生長發(fā)育較有利。最適宜區(qū)氣溫和降雨配合良好，主要分布在蒙山縣、藤縣西北部和東南部，蒼梧縣中部等區(qū)域；次適宜區(qū)氣溫和降雨配合相對較差，主要分布在藤縣大部、岑溪市大部、龍圩區(qū)大部、萬秀區(qū)南部和長洲區(qū)南部等區(qū)域；梧州市其余地區(qū)均為適宜區(qū)，該地區(qū)氣溫和降雨配合較好。

3 結(jié)論和討論

菜瓜作為梧州特色農(nóng)業(yè)，綜合考慮影響菜瓜生長較為關(guān)鍵的氣候因子，建立數(shù)據(jù)模型，分別從定植期、開花生長期、結(jié)果熟收期對菜瓜進行研究分析，采用GIS 技術(shù)對梧州菜瓜各個發(fā)育期進行區(qū)劃。菜瓜定植期氣候最適宜區(qū)為梧州市的大部地區(qū)，菜瓜開花生長期氣候最適宜區(qū)主要分布在蒙山縣、蒼梧縣大部、長洲區(qū)北部、萬秀區(qū)北部、藤縣中部和東南部；菜瓜結(jié)果熟收期氣候最適宜區(qū)主要分布在蒙山縣、藤縣西北部和東南部、蒼梧縣中部等區(qū)域。梧州市的氣候條件基本滿足菜瓜的生長需求，可以大力推廣菜瓜種植。

氣候條件是決定作物種植區(qū)域及產(chǎn)量品質(zhì)的重要因素［17］。合理開發(fā)和利用氣候資源是提高菜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟效益的重要前提。菜瓜種植氣候適宜度主要從氣候相似性進行分析，區(qū)劃結(jié)果為梧州菜瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展、合理擴大優(yōu)質(zhì)區(qū)栽培區(qū)域提供理論支撐。本研究對菜瓜生長的主要發(fā)育期氣候適宜度進行區(qū)劃，表明梧州市的氣候條件是非常適合菜瓜生長發(fā)育的，菜瓜的推廣種植從氣候的角度看是可行的。

由于資料的匱乏，本研究只采取氣溫和降雨兩個影響菜瓜生長的氣候指標(biāo)進行建立模型，不同的數(shù)據(jù)建立不同的模型，分析結(jié)果有所差異。另外，菜瓜生長發(fā)育過程中除受到氣候條件的影響外，還受到下墊面土壤類型、肥料等影響，因此建立氣候與品種、土壤等類型相結(jié)合的適宜度模型，其評價效果更客觀，更具有科學(xué)指導(dǎo)性［18］。后期可繼續(xù)積累資料，相關(guān)工作有待在今后做更深入的研究。