金溪蜜梨花期預(yù)測(cè)及氣候區(qū)劃

摘 要：主要利用金溪縣氣象局2013—2022年的氣象數(shù)據(jù)和梨樹(shù)物候觀測(cè)資料，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)系的蜜梨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。綜合分析了梨樹(shù)在金溪縣生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件，制定了切實(shí)可行的區(qū)劃指標(biāo)，對(duì)其生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行了合理劃分。結(jié)果表明：蜜梨開(kāi)花需要的有效積溫在82.55～96.75 ℃·d，用建立的模型對(duì)2020、2021和2022年金溪蜜梨的始花期進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較高，可為金溪梨樹(shù)始花期的預(yù)測(cè)提供參考；最適宜區(qū)和適宜區(qū)面積占金溪縣90%以上，金溪縣西部大部分地區(qū)是種植梨樹(shù)最適宜的區(qū)域，該結(jié)果可以為金溪蜜梨種植提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：梨樹(shù)；花期預(yù)測(cè)；GIS；氣候區(qū)劃

中圖分類(lèi)號(hào)：S661.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）12–0-03

金溪蜜梨是金溪縣特色產(chǎn)業(yè)農(nóng)產(chǎn)品，全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志。利用金溪縣氣象局2013—2022年的氣象數(shù)據(jù)和梨樹(shù)物候觀測(cè)資料，通過(guò)有效積溫的方法建立金溪蜜梨始花期預(yù)測(cè)模型，并運(yùn)用GIS技術(shù)對(duì)金溪蜜梨的種植進(jìn)行合理區(qū)劃，為金溪梨樹(shù)花期觀光產(chǎn)業(yè)發(fā)展和種植規(guī)劃提供科學(xué)參考。

1 研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)許多學(xué)者通過(guò)不同的方法對(duì)梨樹(shù)花期預(yù)報(bào)進(jìn)行了研究。郭連云等[1]對(duì)影響梨花期的氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，建立花期預(yù)報(bào)模型。李德等[2]采用隨機(jī)森林算法預(yù)測(cè)碭山酥梨花期。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)梨花開(kāi)始日期是舉辦梨花觀賞活動(dòng)和防范花期霜凍的重要前提，已成為氣象服務(wù)的重要內(nèi)容?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)果樹(shù)氣候種植適宜性區(qū)劃進(jìn)行研究。杜曉陽(yáng)等[3]

采用線(xiàn)性趨勢(shì)分析、累積距平和反距離權(quán)重插值等方法，分析了影響荔枝種植的關(guān)鍵氣候因子時(shí)空變化特征，以及6個(gè)氣候時(shí)段的變化特征，研究了氣候變化對(duì)廣東省荔枝種植氣候區(qū)劃的影響。方曉潔等[4]采用專(zhuān)家打分法和層次分析法對(duì)區(qū)劃指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析，構(gòu)建臍橙種植適宜性指數(shù)算法，對(duì)臍橙種植進(jìn)行氣候適宜性區(qū)劃。

2 蜜梨花期預(yù)測(cè)

2.1 數(shù)據(jù)資料與來(lái)源

金溪縣2013—2022年梨樹(shù)發(fā)育期觀測(cè)數(shù)據(jù)（其中以開(kāi)花株數(shù)超過(guò)5%記作開(kāi)花始期）；2013—2022年金溪縣氣象局的國(guó)家站氣溫?cái)?shù)據(jù)。觀測(cè)地點(diǎn)位于金溪縣秀谷鎮(zhèn)陶家村，多年定點(diǎn)觀測(cè)，梨園系2011年定植。

2.2 預(yù)測(cè)方法

2.2.1 有效積溫計(jì)算和生物學(xué)下限溫度

作物開(kāi)始生長(zhǎng)發(fā)育要求的下限溫度，實(shí)際上是作物生長(zhǎng)發(fā)育的起始溫度，又稱(chēng)為生物學(xué)下限溫度[5-7]。當(dāng)日平均氣溫高于生物學(xué)下限溫度時(shí)，則對(duì)作物的生長(zhǎng)有效。活動(dòng)溫度與生物學(xué)下限溫度之差稱(chēng)為有效溫度，作物在某段時(shí)間有效溫度的累積總和稱(chēng)為有效積溫?；谧钚《朔ㄓ?jì)算梨樹(shù)花期的生物學(xué)下限溫度B和有效積溫：

Ae=（1）

B=（2）

式（1）和式（2）中，n為觀測(cè)年數(shù)，x為芽開(kāi)放期至始花期的天數(shù)，y為活動(dòng)積溫（日平均氣溫與生物學(xué)下限溫度之差的累積）。計(jì)算時(shí)先假設(shè)一個(gè)B值，將其代入公式求出B值，若求出的B值與假設(shè)的B值相差不超過(guò)

1 ℃，就認(rèn)為求出的B值符合要求；若兩者相差較大，則重新假定一個(gè)B值進(jìn)行計(jì)算，循環(huán)往復(fù)，直到求出符合的B值。

2.2.2 花期預(yù)測(cè)

根據(jù)以下公式預(yù)測(cè)花期：

D=（3）

式（3）中，D為芽開(kāi)放期至始花期的天數(shù)，A為梨樹(shù)芽開(kāi)放期至始花期多年有效積溫的平均值，t為預(yù)測(cè)期平均溫度，k為花期預(yù)測(cè)，需等到萌芽期過(guò)后，根據(jù)中期預(yù)測(cè)進(jìn)行。

2.3 預(yù)測(cè)過(guò)程

先假設(shè)生物學(xué)下限溫度為5 ℃代入公式，將求出的結(jié)果和假設(shè)值進(jìn)行比對(duì)，并循環(huán)代入假設(shè)值求得以下結(jié)果。當(dāng)假設(shè)值為8 ℃時(shí)，代入公式求出的值為8.75 ℃，

兩者相差為0.75 ℃，＜1 ℃，因此8.75 ℃符合要求，即生物學(xué)下限溫度為8.75 ℃（表1）。

再根據(jù)公式計(jì)算2013—2019年梨樹(shù)從芽開(kāi)放期至始花期所需要的有效積溫（圖1）。根據(jù)求出的生物學(xué)下限溫度（8.75 ℃）計(jì)算出的2013—2019年有效積溫為82.55～96.75 ℃·d，變異系數(shù)為0.055，對(duì)求出的有效積溫范圍進(jìn)行擬合得出圖1中的虛線(xiàn)。即梨樹(shù)芽開(kāi)放期至始花期所需要的有效積溫約為90 ℃·d。

2.4 預(yù)測(cè)模型建立

將求出的有效積溫90 ℃·d代入公式（4）預(yù)測(cè)2020、

2021和2022年金溪梨樹(shù)芽開(kāi)放期至始花期的天數(shù)，然后得出始花期的日期。

D=（4）

如表2所示，三年芽的開(kāi)放期分別為3月6日、3月1日和3月3日，根據(jù)中期天氣預(yù)測(cè)的溫度數(shù)據(jù)計(jì)算出三年芽的開(kāi)放期至始花期的天數(shù)分別為16、17和11 d，即預(yù)測(cè)的三年梨樹(shù)始花期分別為3月21日、3月22日和3月13日，而三年的實(shí)際始花期分別為3月21日、3月18日和3月13日，預(yù)測(cè)誤差分別為0、4和0 d。從得出的結(jié)果可以看出基本符合實(shí)際情況。

3 梨樹(shù)氣候區(qū)劃

3.1 地理環(huán)境與氣候概況

江西省金溪縣位于贛東，東枕云林峰，西關(guān)靈谷嶺，西南邊沿?fù)岷尤鐜?，東北三港水交錯(cuò)匯流，地理環(huán)境優(yōu)越。春季多雨，夏季酷熱，秋季干燥，冬季陰冷。常年平均氣溫18.4 ℃，極端最高溫度42.0 ℃，極端最低溫度-11.1 ℃；常年平均降水量為1 927.4 mm，年最大降水量為2 804.3 mm，年最少降水量為1 132.4 mm，

其中，主汛期（4—6月）常年平均降水量為842.3 mm；常年平均日照時(shí)數(shù)1 655.0 h，最多為2 234.2 h，最少為1 272.1 h；常年平均蒸發(fā)量1 383.7 h，最多為1 746.4 mm，最少為1137.1 mm。金溪縣主要?dú)庀鬄?zāi)害有暴雨、干旱、雷電、大風(fēng)、冰雹、臺(tái)風(fēng)、寒潮等。根據(jù)1978—2020年歷史氣象災(zāi)情數(shù)據(jù)，金溪縣發(fā)生次數(shù)最多的氣象災(zāi)害為暴雨、干旱、大風(fēng)。暴雨主要集中在4—7月，高溫干旱主要集中在8—10月，局地強(qiáng)對(duì)流主要集中在3—9月。

3.2 土壤

金溪縣土壤類(lèi)型多樣，土壤分布存在明顯的地帶性，土壤特點(diǎn)是理化性狀幅度大，以紅壤土、砂壤土分布最廣，土壤pH值在5.8～6.5，有效土層厚至100 cm以上，土層深厚，土質(zhì)肥沃、透氣、保水、保肥，有機(jī)質(zhì)含量高，富含硅、鉀、鈣、鎂、鐵等有益中微量元素，形成了金溪蜜梨生長(zhǎng)良好的土壤條件。

3.3 梨樹(shù)氣候條件

金溪縣年平均溫度15～22 ℃。金溪蜜梨適宜溫暖濕潤(rùn)氣候，適宜的溫度對(duì)梨樹(shù)的產(chǎn)量起到?jīng)Q定性作用，對(duì)開(kāi)花期的提前也有顯著影響。全年日平均氣溫＜10 ℃的天數(shù)140 d以下為好，同一品種不同年份因氣溫差異，花期相差半月左右。蜜梨要求年降雨量

1 100 mm以上，空氣相對(duì)濕度60%～80%，土壤田間最大持水量60%～80%。蜜梨屬于喜光類(lèi)果樹(shù)，年需日照1 600～1 700 h。金溪縣近10年總?cè)照諘r(shí)數(shù)都在1 800 h以上，能很好地滿(mǎn)足蜜梨生長(zhǎng)需要。并且在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度增加，光合作用增強(qiáng)，產(chǎn)生光合產(chǎn)物也多，果實(shí)產(chǎn)量增多，品質(zhì)提高。10 m/s以上風(fēng)速對(duì)梨樹(shù)的危害巨大，極其容易造成果樹(shù)落果斷枝現(xiàn)象，主要集中在花期和成熟期的大風(fēng)災(zāi)害。

3.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

利用金溪縣氣象局2013—2022年13個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站點(diǎn)逐日氣象數(shù)據(jù)，選取3—9月積溫、5—7月降水量、年降水量、年平均溫度等氣候要素作為金溪縣蜜梨氣候區(qū)劃因子。

3.5 研究方法與推算過(guò)程

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

Xi=f（i，g，h）+ε（5）

式（5）中，Xi為氣候要素（3—9月積溫，5—7月降水量等）；i、g、h分別為經(jīng)度、緯度、海拔；ε為殘差項(xiàng)，是實(shí)際觀測(cè)值和模型推算值的差。通過(guò)該公式對(duì)金溪縣各氣候要素進(jìn)行小網(wǎng)格推算，在SPSS軟件中將上述4個(gè)氣候要素作為因變量，將經(jīng)度、緯度、海拔3個(gè)地理要素作為自變量，進(jìn)行多元線(xiàn)性回歸分析，獲得每個(gè)區(qū)劃指標(biāo)的推算模型（表3）。得到推算模型后，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)氣象站點(diǎn)不同區(qū)劃指標(biāo)的殘差值，并利用GIS軟件空間分析模塊中的反距離插值法對(duì)每個(gè)區(qū)劃指標(biāo)的殘差進(jìn)行插值，得到殘差的空間分布狀況。

利用表3的網(wǎng)格推算模型，在金溪縣范圍內(nèi)建立分辨率為1 km的網(wǎng)格點(diǎn)，并利用DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)提取對(duì)應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的海拔，根據(jù)表3的推算模型得到每個(gè)點(diǎn)所有指標(biāo)的模擬值，將模擬值與殘差空間分布情況相加，得到金溪縣4個(gè)指標(biāo)的空間分布。

根據(jù)氣候區(qū)劃因子，采取打分法，對(duì)各區(qū)劃指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)打分，利用GIS的重分類(lèi)劃定各個(gè)指標(biāo)分值，并利用柵格計(jì)算器對(duì)每個(gè)區(qū)劃因子的分值進(jìn)行疊加處理得到總分?jǐn)?shù)，根據(jù)疊加后總分?jǐn)?shù)的大小（劃分原則見(jiàn)表4），將金溪縣梨樹(shù)種植劃分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)、和不適宜區(qū)，制作金溪縣梨樹(shù)種植氣候區(qū)劃圖（圖2）。

4 結(jié)果與分析

（1）最適宜區(qū)3—9月積溫5 600 ℃·d以上，5—7月降水量＞600 mm，年降水量1 700 mm以上，年平均溫度18 ℃以上，主要分布在金溪縣的南部和西部，如左坊鎮(zhèn)、瑯琚鎮(zhèn)、琉璃鄉(xiāng)等，占金溪縣總面積的40%左右。

（2）適宜區(qū)3—9月積溫5 450 ℃·d以上，5—7月降水量＞450 mm，主要分布在金溪縣的北部和東部，如對(duì)橋鎮(zhèn)、陸坊鄉(xiāng)、雙塘鎮(zhèn)、陳坊積鄉(xiāng)等，占金溪縣總面積的50%以上。

（3）不適宜區(qū)主要位于金溪縣最南部的高海拔山區(qū)，3—9月積溫＜5 200 ℃·d，年平均溫度低于15 ℃。

5 結(jié)論

利用金溪縣氣象局2013—2022年的氣象數(shù)據(jù)和梨樹(shù)物候觀測(cè)資料，通過(guò)有效積溫的方法對(duì)梨樹(shù)始花期進(jìn)行了預(yù)測(cè)，通過(guò)氣候要素小網(wǎng)格推算模型計(jì)算得出金溪梨樹(shù)芽開(kāi)放期至始花期所需要的有效積溫約為90 ℃·d，始花期的生物學(xué)下限溫度為8.75 ℃，通過(guò)建立的模型預(yù)測(cè)2020、2021和2022年的始花期誤差分別為0、+4和0 d，準(zhǔn)確性較好，誤差較小，證明梨樹(shù)始花期與有效積溫存在顯著聯(lián)系。由于計(jì)算生物學(xué)下限溫度所用的年份太短，計(jì)算出的結(jié)果可能不具有顯著代表性，需要進(jìn)一步收集20～30年的梨樹(shù)氣候觀測(cè)資料，優(yōu)化梨樹(shù)花期預(yù)測(cè)模型，提高梨樹(shù)花期預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。通過(guò)GIS區(qū)劃分析得出，金溪縣適宜種植蜜梨的面積占縣域面積90%以上，非常適宜梨的生長(zhǎng)發(fā)育，通過(guò)對(duì)金溪縣2013—2022年氣象數(shù)據(jù)和梨樹(shù)物候觀測(cè)資料的分析，金溪縣日照、降水量、溫度能夠滿(mǎn)足高品質(zhì)梨的生產(chǎn)，左坊鎮(zhèn)、琉璃鄉(xiāng)、瑯琚鎮(zhèn)和石門(mén)鄉(xiāng)東部等是種植梨樹(shù)最適宜的區(qū)域，在此區(qū)域種植梨樹(shù)能獲得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的金溪蜜梨。

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收稿日期：2024-10-19

作者簡(jiǎn)介：章晨望（1994—），男，江西撫州人，助理工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)氣象服務(wù)。