霍爾果斯市紅提葡萄精細化氣候區(qū)劃

馬玉平，伊里亞爾·葉克木江，吾米提·居馬太，蘇爾艾提·蘇比黑，何雨曦，張山清

（1.伊犁州氣象局，新疆 伊寧 835000；2.霍爾果斯市氣象局，新疆 霍爾果斯 835200；3.新疆農(nóng)業(yè)氣象臺/新疆興農(nóng)網(wǎng)信息中心，新疆 烏魯木齊 830002）

霍爾果斯市位于新疆伊犁哈薩克自治州西部，光照充足，熱量豐富，土地富饒，有穩(wěn)定的山區(qū)降水和冰川積雪融水所匯集的河川徑流和地下水的灌溉，為鮮食葡萄的種植提供了得天獨厚的自然資源條件。近年來霍爾果斯市鮮食葡萄種植業(yè)發(fā)展迅速，2022 年全市以紅提葡萄為主的鮮食葡萄種植面積達2.2×103hm2，總產(chǎn)量達5.61×104t，葡萄已成為當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民增收的主要經(jīng)濟來源。由于霍爾果斯市地形地貌復(fù)雜，地勢高差懸殊，各地氣候差異明顯，因此，葡萄種植的氣候適宜性具有明顯的區(qū)域性特點。然而，近年來霍爾果斯市一些鄉(xiāng)村和種植大戶忽視紅提葡萄種植的氣候適宜性，盲目擴大紅提葡萄種植規(guī)模，種植區(qū)域向高海拔地區(qū)擴展的勢頭日益明顯，導(dǎo)致紅提葡萄遭受霜凍、凍害、低溫冷害而減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)、品質(zhì)下降的事件時有發(fā)生，嚴重影響紅提葡萄種植的經(jīng)濟和社會效益。

關(guān)于我國葡萄種植氣候適宜性區(qū)劃的研究有很多，如選用生長季活動積溫作為中國葡萄氣候區(qū)劃的一級指標，無霜期和干燥度作為二級指標，將中國葡萄適宜栽培區(qū)劃分為山葡萄栽培區(qū)、歐亞種栽培區(qū)、歐美雜種栽培區(qū)和避雨栽培區(qū)4 種類型[1]；用數(shù)理統(tǒng)計方法和GIS 的精細化空間插值技術(shù)，根據(jù)釀酒葡萄氣候區(qū)劃指標，制作新疆釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃[2]；用GIS 技術(shù)對氣候資源進行小網(wǎng)格推算，對寧夏釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)的生態(tài)區(qū)進行區(qū)劃[6]；根據(jù)甘肅80 個氣象站點近30 年氣象數(shù)據(jù)，完成甘肅省葡萄種植精細化氣候區(qū)劃[16]。然而有關(guān)霍爾果斯市紅提葡萄種植適應(yīng)性氣候區(qū)劃方面的研究尚未開展。因此，本文擬建立紅提葡萄氣候適宜性區(qū)劃指標的空間分布模型，以主成分分析法來確定區(qū)劃因子的權(quán)重，以權(quán)重系數(shù)決定區(qū)劃因子的主次，將區(qū)劃因子的柵格數(shù)據(jù)進行疊加處理，最后得到霍爾果斯市紅提葡萄種植適應(yīng)性氣候區(qū)劃。

1 研究區(qū)概況

霍爾果斯市地處中國西部邊陲，與哈薩克斯坦接壤，西承中亞五國，東接內(nèi)陸省市，位于80°29′E，44°14′N，是312 國道、連霍高速公路的終點，距新疆維吾爾自治區(qū)首府烏魯木齊市670 km，距哈薩克斯坦原首都阿拉木圖378 km，距哈薩克斯坦最近的城市雅爾肯特35 km?；魻柟故杏蛎娣e為1 908.57 km2。海拔596～4 249 m，落差大。地勢由北向南傾斜，坡度在1.7%左右，東西向基本平行于等高線。

霍爾果斯市為大陸性干旱、半干旱氣候，光照充足，熱量豐富，氣溫日較差大，年平均降水量達266.8 mm，蒸發(fā)量為1 825.6 mm，年平均氣溫為10.9 ℃，≥10 ℃的積溫為3 614.6 ℃，年日照時數(shù)為2 988 h。該地區(qū)春季盛行東北風，夏季盛行東風，秋冬季以北風為主；全年最多風向為東北風，春季風大，夏季次之，冬季最??；年平均風速在1.7～2.7 m/s?；魻柟故小? ℃的積溫達4 212.1 ℃，無霜期達210 d（以日最低氣溫＞0 ℃的連續(xù)日數(shù)計算），霍爾果斯市四季分明，春、夏、秋、冬季分別為87、110、78、90 d，降水時間分布較為均勻，各季降水量相差不大，春季降水量為70.3 mm，夏季降水量最多，為77.5 mm，秋、冬季降水量最少，均為59.5 mm，比夏季降水量偏少23%?；魻柟故衅皆蟛糠值貐^(qū)的氣候條件都適合葡萄生長發(fā)育，在此區(qū)域種植葡萄收益高；在不適合葡萄生長發(fā)育的區(qū)域種植，葡萄產(chǎn)量低、品質(zhì)差，受災(zāi)頻繁，種植成本高。霍爾果斯市各區(qū)域氣候與海拔高度密切相關(guān)，對霍爾果斯市數(shù)字高程數(shù)據(jù)進行柵格化處理，繪制出的霍爾果斯市高程分布圖（審圖號：GS（2017）3320）與紅提葡萄的適宜種植區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系。

2 資料和方法

2.1 資料來源

使用霍爾果斯市國家氣象觀測站1981—2020年及周邊9 個區(qū)域自動氣象站（表1）歷年逐日氣溫、日照時數(shù)、降水量、天氣現(xiàn)象等氣象資料，霍爾果斯市1：50 000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)由新疆氣象信息中心提供。

表1 霍爾果斯國家氣象站及區(qū)域自動站信息

2.2 方法

采用宏觀地理因子的三維二次趨勢面模擬與反距離加權(quán)殘差訂正相結(jié)合，對影響葡萄種植的各指標氣候進行100 m×100 m 柵格點的空間插值模擬。

3 結(jié)果與分析

3.1 紅提葡萄種植氣候條件分析

3.1.1 光照條件

紅提葡萄是喜光植物，對光照條件非常敏感。光照充足有利于光合作用，果枝多，座果率高，產(chǎn)量高，漿果著色好，含糖量高，品質(zhì)佳。光照不足，果枝少，果色不正，含糖量低，產(chǎn)量也低。在霍爾果斯市平原區(qū)紅提葡萄生長發(fā)育期（4—9 月），霍爾果斯國家氣象觀測站日照時數(shù)合計達1 871.1 h，較同期河谷平均日照時數(shù)（10 個國家氣象觀測站平均值）偏多161.5 h，是河谷日照時數(shù)最長的站，光照資源充足，能夠滿足紅提葡萄對光照條件的需求。

3.1.2 溫度條件

紅提葡萄屬晚熟品種，對熱量條件的要求高。溫度是決定葡萄能否順利萌芽、抽梢和開花的重要氣候因子，紅提葡萄在整個生育期內(nèi)要求溫度在11～32 ℃，隨著溫度升高，生長隨之加快?；魻柟故屑t提葡萄生長發(fā)育時段在4 月下旬—9 月下旬，全生育期150 d左右，需要≥10 ℃積溫3 000～3 500 ℃·d[3，16]，霍爾果斯國家氣象站≥10 ℃積溫為4 035.3 ℃。

紅提葡萄開墩期要求日平均氣溫穩(wěn)定在8～13 ℃，霍爾果斯市紅提葡萄開墩期一般在4 月中、下旬。紅提葡萄新梢生長和展葉期的平均溫度需＞13 ℃，紅提葡萄花蕾形成則要求溫度在16～22 ℃，溫度<12 ℃對花蕾形成不利?；魻柟故? 月中、下旬平均最高氣溫為19.5～23 ℃，白天的溫度條件能夠滿足紅提葡萄展葉和花蕾的形成[3，16]。

紅提葡萄開花期的適宜溫度為24～30 ℃，霍爾果斯市紅提葡萄5 月下旬開花，此時霍爾果斯市平均最高氣溫在26～27.5 ℃，有利于紅提葡萄的開花授粉[11]。

紅提葡萄成熟期的適宜氣溫為28～30 ℃，霍爾果斯市紅提葡萄成熟期在9 月中下旬，期間霍爾果斯市平均最高氣溫在22.6～27.2 ℃，有利于紅提葡萄成熟和品質(zhì)提高[11]。

紅提葡萄埋墩的溫度條件是：歷年平均最低氣溫<-15 ℃需要埋墩越冬，＞-15 ℃不需要埋墩即可安全越冬?；魻柟故衅皆貛Ф咀畹蜌鉁囟嗄昶骄禐?22.0 ℃，遠低于不埋墩安全越冬的臨界值-15 ℃，因此，霍爾果斯市紅提葡萄需全部埋墩越冬[29]。

對照紅提葡萄各生長發(fā)育階段的適宜溫度指標可以看出，以霍爾果斯國家氣象觀測站為代表的霍爾果斯市平原區(qū)熱量條件能夠滿足紅提葡萄生長發(fā)育的需要，也有利于紅提葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。

3.1.3 降水條件

葡萄在整個生長期要求水分充足，水量的多少對于葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量形成至關(guān)重要。紅提葡萄在整個生長期每公頃需要約6 750 m3的水，相當于10 125 mm 的降水量，而霍爾果斯市在葡萄整個生長期總降水量只有130 mm，占葡萄需水量的19%，因此，葡萄的需水量主要依靠灌溉?；魻柟故泻哟◤搅骱偷叵滤軌驖M足葡萄對水分條件的需求。同時，葡萄生長期內(nèi)降水少、空氣干燥反而利于葡萄品質(zhì)的提高[4]。

3.2 紅提葡萄氣候區(qū)劃指標的確定

紅提葡萄的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)優(yōu)劣與熱量條件關(guān)系密切，而光照和降水不是主要影響因子，紅提葡萄氣候區(qū)劃指標的確定以熱量條件為核心。結(jié)合紅提葡萄整個發(fā)育期對熱量條件的需求及前人的研究成果[1-2]，選取≥10 ℃積溫和無霜凍期作為區(qū)劃指標，霍爾果斯市紅提葡萄氣候區(qū)劃指標見表2。

表2 紅提葡萄種植氣候指標

3.3 區(qū)劃指標各氣候要素的空間分布及其變化

3.3.1 ≥10 ℃積溫空間分布

用線性回歸方法分析≥10 ℃積溫與海拔高度、經(jīng)緯度的關(guān)系，可得≥10 ℃積溫空間分布模型，公式如下：

式中：T10代表≥10 ℃積溫、H 為海拔高度、λ 為經(jīng)度、φ 為緯度。

因霍爾果斯市地勢起伏和海拔落差大，≥10 ℃積溫的空間差異較大，總體呈現(xiàn)“南部平原多，北部山區(qū)少”的分布（圖1）。南部海拔720 m 以下的62團、61 團、伊車喀善鄉(xiāng)等平原地帶≥10 ℃積溫為3 400～4 100 ℃·d，中部海拔720～950 m 的山前傾斜平原≥10 ℃積溫為3 000～3 400 ℃·d，海拔≥950m的丘陵和山區(qū)≥10 ℃積溫為3 000 ℃·d 以下。

圖1 霍爾果斯市≥10 ℃積溫空間分布

3.3.2 無霜凍期空間分布

春季最后一次日最低氣溫≤0 ℃之日稱作終霜凍日，秋季第一次出現(xiàn)日最低氣溫≤0 ℃之日稱作初霜凍日，將一年中終霜凍日至初霜凍日之間的天數(shù)稱作無霜凍期[2]。

同樣用線性回歸的方法分析無霜期與海拔高度、經(jīng)緯度的關(guān)系，可得無霜期的空間分布模型：

式中：S 為無霜期、η 為高程、λ 為經(jīng)度、φ 為緯度。

霍爾果斯市無霜凍期的空間分布與≥10 ℃積溫相似，總體呈現(xiàn)“南部平原高，北部山區(qū)低”的分布格局（圖2）。海拔≤890 m 的南部各鄉(xiāng)（場）無霜凍期為180～214 d；中部海拔890～1 300 m 的丘陵地帶為160～180 d；北部海拔≥1 300 m 的山區(qū)無霜凍期在160 d 以下。

圖2 霍爾果斯市無霜凍期空間分布

3.4 葡萄精細化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃及其分區(qū)評述

根據(jù)表2 葡萄區(qū)劃指標，用專家打分法和層次分析法劃分區(qū)劃因子的權(quán)重依賴專家及決策者的意志，主觀人為因素高，不如主成分分析法劃分的權(quán)重客觀，因此，本研究采用主成分分析法來確定區(qū)劃因子的主次，用≥10 ℃積溫和無霜期的主成分載荷除以主成分相對應(yīng)特征值的平方根，可以得到≥10 ℃積溫和無霜期的特征向量，以特征向量和≥10 ℃積溫和無霜期所對應(yīng)的方差貢獻率為權(quán)重，≥10 ℃積溫所占權(quán)重約為0.65，可作為主要的區(qū)劃因子；無霜期所占權(quán)重約為0.35，可作為次要的區(qū)劃因子。先用站點數(shù)據(jù)建立回歸方程，再將站點數(shù)據(jù)推算成100 m×100 m 的格點數(shù)據(jù)。將霍爾果斯市≥10 ℃積溫、無霜凍期的柵格數(shù)據(jù)進行疊加處理，然后利用Arcgis10.6 空間細網(wǎng)格推算模型再結(jié)合葡萄區(qū)劃指標，根據(jù)模糊聚類方法進行綜合區(qū)劃，獲得霍爾果斯市紅提葡萄種植氣候區(qū)劃（圖3）。

圖3 霍爾果斯市葡萄種植農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃

依據(jù)區(qū)劃指標可將霍爾果斯市紅提葡萄種植區(qū)劃分為適宜種植區(qū)、次適宜種植區(qū)和不適宜種植區(qū)。

適宜種植區(qū)位于海拔720 m 以下的霍爾果斯市南部平原地帶，包括莫乎爾片區(qū)、伊車嘎善鄉(xiāng)及61、62 團大部區(qū)域適合種植紅提葡萄；區(qū)域≥10 ℃積溫為3 400～4 100 ℃·d，無霜凍期為190～214 d，是霍爾果斯市熱量資源最豐富、無霜期時間最長的區(qū)域，也是紅提葡萄種植氣候條件相對最適宜、產(chǎn)量最大、品質(zhì)最好的區(qū)域?？稍诖藚^(qū)域擴大紅提葡萄的種植面積。

次適宜種植區(qū)位于霍爾果斯市中部海拔720～950 m 的山前平原，包括開干溝牧場、甲朗阿西牧業(yè)隊等區(qū)域；區(qū)域≥10 ℃積溫為3 000～3 400 ℃·d，無霜凍期為177～190 d，熱量條件可基本滿足紅提葡萄種植的需求，生長期短于適宜區(qū)，產(chǎn)量和含糖量均低于適宜區(qū)，是紅提葡萄種植的氣候次適宜區(qū)。此區(qū)域應(yīng)限制紅提葡萄的發(fā)展，縮小種植面積。

不適宜種植區(qū)位于霍爾果斯市北部海拔高度950 m 以上的山區(qū)，區(qū)域≥10 ℃積溫在3 000 ℃·d 以下，無霜凍期不足177 d，熱量條件難以滿足紅提葡萄種植的基本需求，不適宜紅提葡萄的種植。

政府決策部門可依據(jù)紅提葡萄區(qū)劃調(diào)整霍爾果斯市農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，在適宜種植區(qū)擴大紅提葡萄的種植面積，在次適宜種植區(qū)、不適宜種植區(qū)發(fā)展其他適宜種植的果樹或畜牧業(yè)，做到宜農(nóng)則農(nóng)、宜林則林、宜牧則牧，以充分利用霍爾果斯市的各類氣候資源。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

（1）≥10 ℃積溫和無霜凍期是影響霍爾果斯市葡萄種植的主要氣候因素，受海拔高度、地理緯度等地理因素的綜合影響，霍爾果斯市≥10 ℃積溫和無霜凍期的空間分布總體呈現(xiàn)南部平原多，北部山區(qū)少的特點。

（2）依據(jù)區(qū)劃指標可將霍爾果斯市紅提葡萄種植區(qū)劃分為適宜種植區(qū)、次適宜種植區(qū)和不適宜種植區(qū)。適宜種植區(qū)分布在海拔720 m 以下的南部平原地帶，次適宜種植區(qū)分布在霍爾果斯市中部海拔720～950 m 的山前平原，北部海拔高度950 m 以上的天山山區(qū)為不宜種植區(qū)。

4.2 討論

有關(guān)紅提葡萄的研究很多，多集中于栽培、病蟲害防治、釀酒工藝等方面，尚未見研究紅提葡萄區(qū)劃方面的報道，本研究在確定區(qū)劃因子的權(quán)重時，分別采用了層次分析法和主成分分析法，以這兩種方法劃分出區(qū)劃因子的權(quán)重而做出的區(qū)劃圖沒有明顯差別，由于主成分分析法不含人為因素較為客觀，因此，選取主成分分析法作為最終的權(quán)重劃分方法。葡萄區(qū)劃問題非常復(fù)雜，涉及到品種特性、土壤、氣候和自然地理等多種因素的影響，任何區(qū)劃指標都難以滿足優(yōu)質(zhì)生態(tài)區(qū)劃的現(xiàn)實需要[6]。農(nóng)作物（果樹）種植氣候區(qū)劃只是針對氣候資源的區(qū)劃，未考慮其他因子，也是農(nóng)業(yè)區(qū)劃的一項基礎(chǔ)性部門區(qū)劃。葡萄種植區(qū)域的確定不僅受氣候因素的影響，同時還受市場狀況、種植技術(shù)、土壤和灌溉條件等因素的制約[2]。本研究僅以氣象要素劃分了霍爾果斯市紅提葡萄種植區(qū)劃，今后還應(yīng)考慮自然、社會和經(jīng)濟因素對葡萄生產(chǎn)的綜合影響，制定更加符合實際的紅提葡萄種植區(qū)劃。