元江縣紅心火龍果精細化農業(yè)氣候區(qū)劃

丁 圣，張茂松，趙興東

（1元江縣氣象局，云南玉溪653300；2云南省氣候中心，昆明650034；3元江縣農業(yè)農村局，云南玉溪653300）

0 引言

火龍果原產中美洲，由臺灣地區(qū)改良引種到大陸，是熱帶、亞熱帶名優(yōu)水果之一，經濟價值高。廣西、廣東、海南、云南等主要熱區(qū)均有引種火龍果，種植超過40000 hm2?；瘕埞雌涔忸伾煞譃榧t心和白心兩大類。紅心相比白心花青素含量高，甜酸比高口感好，價格高，經濟效益更好，元江縣境內主要種植的是紅皮紅心火龍果。

火龍果抗災能力強，對土壤要求低，病蟲害少，在海拔1400 m 以下土地貧瘠的半山區(qū)均可引種成活。元江縣于2006年引種火龍果，經過數年的發(fā)展已初步形成規(guī)模，全縣火龍果種植面積約1000 hm2。

氣候、土壤、地形、生物等環(huán)境因素都影響作物的種植和分布，其他氣候因素是最基本因素也是影響最大的因素，開展農業(yè)氣候區(qū)劃研究對，優(yōu)化配罝氣候資源與其他各類自然資源及社會經濟資源，實現“高產、優(yōu)質、高效”的農業(yè)生產目標，提高氣候資源利用及防災減災具有極其重要的意義。

前人對火龍果的研究，主要集中在采后保鮮處理、營養(yǎng)成分、遺傳育種、栽培以及生理抗逆適應性等，適應當地火龍果種植氣候條件的氣候區(qū)劃研究工作不多。胡子有等[1-2]已繪制完成廣西省火龍果種植生態(tài)氣候區(qū)劃；王旭等[3-4]已完成黔西南地區(qū)火龍果種植區(qū)劃；袁小康等[5-6]對火龍果生育期寒害指標有所研究。未見有文獻完成火龍果的相關氣象災害區(qū)劃研究。

任何區(qū)劃，都不是一勞永逸的，隨著社會的發(fā)展和科技進步，區(qū)劃制定的數據依據及服務對象發(fā)生改變，區(qū)劃是要及時修改甚至重做的[7-9]。區(qū)劃工作正日漸經常化，長期化。前人所作的火龍果氣候區(qū)劃和氣象災害區(qū)劃研究或資料分辨率不夠，或區(qū)劃指標不明確，對適應當地的氣候區(qū)劃圖制作指導意義不大。因此，本研究充分參考前人成果，提供明確的區(qū)劃指標并生成當地精細化區(qū)劃圖，對幫助其他火龍果生產區(qū)的區(qū)劃制作具有借鑒意義，明確了元江縣紅心火龍果的種植農業(yè)氣候適宜性區(qū)劃指標和低溫冷害風險區(qū)劃指標，通過多要素分析為當地火龍果產業(yè)種植規(guī)劃的準確評估及提高應對低溫災害能力提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

1.1.1 基礎地理數據 本區(qū)劃中使用的基礎地理數據為來自于國家地理信息中心1：25 萬基礎地理信息數據以及1：20 萬土地利用類型數據，主要包括：元江縣縣鄉(xiāng)行政邊界、居民點、經度、緯度、海拔高度、坡向、坡度和不同土地利用類型等。

1.1.2 氣象水文資料 區(qū)劃中使用的氣象資料來自云南省氣象局125 個地面氣象站點逐日地面觀測資料，包括：平均氣溫、日照時數、降水量、最高氣溫、最低氣溫、相對濕度、風速等，資料年限是1986—2015年。

1.1.3 農業(yè)生產資料 包括元江縣火龍果2006—2017年種植面積、鄉(xiāng)鎮(zhèn)種植比例、產量及品質狀況，資料來源于元江縣農業(yè)局。

1.1.4 災情資料 主要包括元江縣歷史低溫發(fā)生頻次、受災年份、受災面積和受災程度等，資料來源于元江縣統計局歷年年鑒。

1.2 方法

1.2.1 農業(yè)氣候相似理論 農業(yè)生產實踐表明任何作物都是在特定生態(tài)環(huán)境下生長繁育的，在眾多的生態(tài)條件中，氣候條件是最基本的。一般地，引種地與引種源地間氣象條件較為接近的，引種就容易獲得成功[10]。火龍果對氣候生態(tài)條件的要求主要考慮氣溫、光照、水分、大風等氣象要素。

（1）氣溫。火龍果是熱帶和亞熱帶水果，其生長過程中所需的熱量比較高。比較適宜在年平均氣溫高于20℃、霜期短的地方種植。

（2）光照?；瘕埞补?，合適的光照條件有利于火龍果的生長發(fā)育。極端情況下高強度日光長時間照射,可能會導致日光灼傷。因此，建議在日光過干強烈的地區(qū)種植火龍果,可適度遮蔭[11]。

（3）水分?；瘕埞挡话l(fā)達，缺水或積水對火龍果的生長發(fā)育全過程都不利，特別是積水易引起腐枝、落花和落果。

（4）大風。大風容易摧毀火龍果的棚架，造成火龍果斷枝嚴重，汛期的臺風造成的危害更嚴重。

目前火龍果栽培技術[12-15]已經考慮了氣候因素，如針對大風棚架都換成水泥柱墩，針對水分管理建議使用人工灌溉系統，同時要考慮土壤通透性。由于紅心火龍果主要采用人工授粉，大風對火龍果生長發(fā)育影響很小。綜合考慮，元江火龍果的氣候適宜性區(qū)劃指標主要考慮氣溫和積溫要素；火龍果的氣象災害只考慮低溫冷害。

1.2.2 氣候適宜性區(qū)劃技術路線 首先，根據研究區(qū)域獲取相應的基礎地理數據和氣候數據，根據農業(yè)氣候相似理論分析作物生長和產量品質形成所需要的氣候條件，結合以往區(qū)劃經驗、專家咨詢、文獻查閱、實地調研論證等方法，定性判斷各氣象因子對氣候適宜性或災害風險的重要性，確定作物種植的農業(yè)氣候適宜性指標，再根據區(qū)劃的指標要素進行氣候數據分析和各指標要素精細化插值處理與圖層疊加，結合區(qū)劃指標要素值給出不同種植適宜區(qū)的分布，最后進行分區(qū)和評述，如圖1。

根據文獻[1-6]對火龍果氣候的分析研究，充分考慮當地火龍果生產，遵循既定的火龍果氣候區(qū)劃原則，提出了元江火龍果種植農業(yè)氣候區(qū)劃指標。選取1月平均氣溫(℃)、6 月平均氣溫(℃)和≥10℃活動積溫(℃·d)等3 個氣候要素作為火龍果農業(yè)氣候區(qū)劃因子，并按照最適宜、適宜、次適宜和不適宜進行分級。火龍果種植農業(yè)氣候區(qū)劃指標及分級，見表1。

圖1 元江縣火龍果氣候適宜性區(qū)劃技術路線

表1 云南火龍果種植農業(yè)氣候區(qū)劃指標

1.2.3 災害風險區(qū)劃技術路線 災害風險區(qū)劃根據作物和災害對象，在已收集的地理數據、氣候數據基礎上，增加農業(yè)生產和災情信息收集，分析災害特征，確定災害風險等級指標，同時對指標要素進行插值推算和空間分析，結合災害風險區(qū)劃指標進行分區(qū)，得到風險區(qū)劃結果并進行分區(qū)評述，如圖2。

低溫冷害主要對農作物造成損害有2 種形式[16]，一種是長期低溫、積溫不滿足農作物需求熱量的延遲型低溫冷害，另一種是短期低溫導致的障礙性低溫冷害。根據云南低溫冷害的活動規(guī)律和特點[17-18]結合元江縣氣候特點，確定元江火龍果低溫冷害致災因子指標（見表2），將元江火龍果低溫冷害類型分為延遲型、障礙型，其中干季（11—4月）低溫冷害主要為延遲型和障礙型，雨季（5—10 月）主要為延遲型。據此，其中干季延遲型指標使用11—4月的月平均氣溫，雨季延遲型使用5—10月的月平均氣溫進行分析。

結合其他文獻研究成果[19-21]表明，輻射降溫引起的凍害同一果園由于地形不同，其凍害程度不同，主要與地形及海拔高度等環(huán)境條件密切相關，孕災環(huán)境敏感指數可表示為式(1)。

圖2 元江火龍果低溫冷害災害風險區(qū)劃技術路線

表2 元江紅心火龍果低溫災害致災因子指標D ℃

其中，I為環(huán)境敏感指數，H為海拔高度，S為地形坡度。I＜0.15 為低風險區(qū)，I取值[0.15,0.35)為中風險區(qū)，I≥0.35為高風險區(qū)。

火龍果生長期綜合低溫冷害風險指數，見公式(2)。

其中，R為風險指數，I為環(huán)境敏感指數，D為低溫冷害致災因子指標（見表2）。

1.2.4 空間插值 常用的空間插值方法有：多項式擬合插值、加權插值、克里格插值、樣條函數插值、梯度距離反比插值和趨勢面插值等。各種空間插值方法應用在不同的研究領域，并各自有不同的優(yōu)缺點。

諸多氣象學者發(fā)現薄盤樣條法對氣溫、日照、降水等氣象要素的空間插值精度最優(yōu)、誤差最小，也已經在國家氣象中心得到廣泛應用[22-25]。同時適當加密站點也可提高插值可靠性。局部薄盤光滑樣條法是對薄盤光滑樣條原型的拓展，除普通的樣條自變量外允許引入線性協變量子模型，如溫度、降水等氣象要素與海拔之間的相關關系。局部薄盤光滑樣條法的統計模型，見(3)。

式中，Zi為位于空間i點的因變量；xi為d維樣條獨立變量矢量，f為要估算的關于xi未知平滑函數；yi為p維獨立協變量矢量；b為yi的p維系數；ei為具有期望值為0的自變量隨機誤差；N為觀測值個數。

由式(3)可見，當沒有協變量（即p=0）時，該模型簡化為普通薄盤樣條模型；當沒有獨立自變量（即f(xi)空缺）時，模型變?yōu)槎嘣€性回歸模型。函數f和系數b通過最小二乘法來確定。

本研究使用ANUSPLIN 空間插值軟件，使用了SPLINA 和LAPGRD 模塊引入數字高程數據，同時結合經緯度和數字高程模型對樣條函數得到的表面進行擬合，生成擬合表面系數產生各個格點上的預測值，即空間插值結果。

2 結果與分析

2.1 元江縣火龍果種植氣候適宜性區(qū)劃火龍果種植1月溫度適宜性

元江縣火龍果種植1月氣溫最適宜區(qū)主要位于元江縣中部地區(qū)，包括甘莊街道西南部、澧江街道、紅河街道等地區(qū)；適宜區(qū)主要分布在羊岔街鄉(xiāng)、咪哩鄉(xiāng)、甘莊街道、龍?zhí)多l(xiāng)和洼垤鄉(xiāng)少部分地區(qū)；次適宜區(qū)主要分布在因遠鎮(zhèn)、甘莊街道和洼垤鄉(xiāng)少部分地區(qū)；不適宜地區(qū)主要分布在羊岔街鄉(xiāng)西部、羊街鄉(xiāng)南部、那諾鄉(xiāng)南部和因遠鎮(zhèn)西部，如圖3所示。

圖3 元江縣火龍果種植1月溫度適宜性區(qū)劃圖

2.2 火龍果種植6月溫度適宜性

元江縣火龍果種植6月氣溫最適宜區(qū)主要位于元江縣中部地區(qū)，澧江街道、紅河街道等地區(qū)；適宜區(qū)主要分布在元江縣中部地區(qū)四周地區(qū)；次適宜區(qū)主要分布在甘莊街道、洼垤鄉(xiāng)和羊岔街鄉(xiāng)等少部分地區(qū)；不適宜地區(qū)主要分布在羊岔街鄉(xiāng)、咪哩鄉(xiāng)、因遠鎮(zhèn)、羊街鄉(xiāng)、那諾鄉(xiāng)、甘莊街道北部地區(qū)、龍?zhí)多l(xiāng)和洼垤鄉(xiāng)大部分地區(qū)，如圖4所示。

圖4 元江縣火龍果種植6月溫度適宜性區(qū)劃圖

2.3 火龍果種植積溫適宜性

元江縣火龍果種植積溫最適宜區(qū)主要位于元江縣中部地區(qū)，澧江街道、紅河街道等地區(qū)；適宜區(qū)主要分布在元江縣中部地區(qū)四周地區(qū)；次適宜區(qū)主要分布在甘莊街道、洼垤鄉(xiāng)和羊岔街鄉(xiāng)等少部分地區(qū)；不適宜地區(qū)主要分布在羊岔街鄉(xiāng)、咪哩鄉(xiāng)、因遠鎮(zhèn)、羊街鄉(xiāng)、那諾鄉(xiāng)、甘莊街道北部地區(qū)、龍?zhí)多l(xiāng)和洼垤鄉(xiāng)大部分地區(qū)，如圖5所示。

圖5 元江縣火龍果種植積溫適宜性區(qū)劃圖

2.4 元江縣火龍果種植氣候適宜性

利用火龍果氣候區(qū)劃指標以及基本氣候要素空間柵格數據，可對火龍果種植氣候進行適宜性評價。氣溫對火龍果生長發(fā)育和品質形成起主導作用，因此考慮區(qū)劃時以熱量條件（6 月平均氣溫）為主要指標，然后以熱量條件（1月平均氣溫）和熱量條件（≥10℃活動積溫）作為逐級適宜性分區(qū)指標。最后為不同分區(qū)賦予不同顏色，并進行疊加，制作出火龍果種植農業(yè)氣候區(qū)劃圖（見圖6）。受地形、植被和土壤分布的影響，元江縣部分地區(qū)屬于火龍果種植適宜種植區(qū)。

圖6 元江縣火龍果種植氣候適宜性區(qū)劃圖

2.4.1 最適宜區(qū) 主要位于元江縣中部地區(qū)，包括澧江街道東部、紅河街道中部等地區(qū)。

2.4.2 適宜區(qū) 主要分布在最適宜區(qū)周邊地區(qū)，澧江街道東部、紅河街道中部、甘莊街道西南部和羊岔街鄉(xiāng)東部少部分地區(qū)。

2.4.3 次適宜區(qū) 零星分布在適宜區(qū)周邊地區(qū)，澧江街道東部、紅河街道中部、甘莊街道西南部和羊岔街鄉(xiāng)東部少部分地區(qū)。

2.4.4 不適宜區(qū) 主要分布在羊岔街鄉(xiāng)、咪哩鄉(xiāng)、因遠鎮(zhèn)、羊街鄉(xiāng)、那諾鄉(xiāng)、甘莊街道北部地區(qū)、龍?zhí)多l(xiāng)和洼垤鄉(xiāng)大部分地區(qū)。

元江縣只有中部部分地區(qū)適宜火龍果種植，氣候條件有利于火龍果生長，但還應該注意防范火龍果種植生育期內發(fā)生低溫等農業(yè)氣象災害帶來的社會經濟損失，提升氣象災害防御管理能力。

2.5 元江縣火龍果低溫冷害風險區(qū)劃

根據火龍果低溫冷害風險區(qū)劃指標，元江縣火龍果種植低溫冷害風險區(qū)可以分為低風險區(qū)、中風險區(qū)、次高風險區(qū)以及高風險區(qū)，總體上呈現出西北到東南帶狀地區(qū)風險較低，東北和西南兩側大部分地區(qū)風險較高，如圖7所示。

2.5.1 低風險區(qū) 主要分布在西北到東南帶狀地區(qū)，包括紅河街道大部、澧江街道大部、和東峨鎮(zhèn)東北部等地區(qū)。

圖7 元江縣火龍果種植低溫冷害風險區(qū)劃圖

2.5.2 中風險區(qū) 主要集中在甘莊街道西部和東峨鎮(zhèn)大部等地區(qū)。

2.5.3 次高風險區(qū) 零星分布在羊街鄉(xiāng)東北部、羊岔街鄉(xiāng)東部、甘莊街道東北部等地區(qū)。

2.5.4 高風險區(qū) 分布較廣，主要位于因遠鎮(zhèn)大部、咪哩鄉(xiāng)大部、羊街鄉(xiāng)中部及南部、羊岔街鄉(xiāng)中西部、那諾鄉(xiāng)西南部、洼垤鄉(xiāng)大部、龍?zhí)多l(xiāng)大部以及甘莊街道東北部等地區(qū)。由于高風險區(qū)已被氣候不適宜區(qū)所覆蓋，不推薦種植，所以區(qū)劃圖中未顯示。

3 結論與討論

本研究通過多要素分析明確了元江縣紅心火龍果的種植農業(yè)氣候適宜性區(qū)劃指標和低溫冷害風險區(qū)劃指標，得出了適應當地地形及氣候特點區(qū)劃指標和結果，分類更科學，結果更精細。

元江火龍果氣候適宜性區(qū)劃指標的研究借鑒了文獻[1-6]對火龍果氣候的分析研究，同時也充分考慮當地氣候特點和火龍果生產實際，舍棄了最低氣溫、最高氣溫、日照時數、無霜日數等指標，增加了6 月平均氣溫作為主要指標之一。低溫冷害區(qū)劃指標結合當地生產實踐及元江縣當地氣候特點，充分考慮了障礙型和延遲型冷害影響，提出了低溫冷害致災因子指標及風險指數公式。空間插值使用局部薄盤光滑樣條法相對普通線性插值精度更優(yōu)、誤差更小?？傮w來說，本研究得出的結果針對性強，操作性強。

由于元江火龍果的推廣種植年限短，低溫冷害災情較少，低溫冷害風險區(qū)劃制定中只考慮了致災因子和孕災環(huán)境，對抗災能力進行了忽略，如以后隨著種植面積的增大，相應農業(yè)氣象保險工作中在災害風險評估還應考慮承災脆弱性要素。

元江熱壩區(qū)年均日照時數達2286 h，年均氣溫23.7℃，具有得天獨厚的氣候條件，是優(yōu)質火龍果的種植區(qū)，目前種植面積達1000 hm2，是云南省最大的火龍果種植基地?！霸瘕埞钡乩順酥旧虡艘呀洺晒Λ@準注冊，元江的火龍果上市早，與廣西和越南的相比，元江的火龍果口感、品質要好得多，元江的火龍果都是走高端市場。本研究的完成有利于充分反映元江的氣候特點和資源優(yōu)勢，能夠為當地火龍果產業(yè)種植規(guī)劃的準確評估及提高應對低溫災害能力提供科學依據。

下一步開展的農業(yè)氣象保險工作將是對本區(qū)劃研究成果的重大檢驗。本區(qū)劃研究是基于當地火龍果生產的氣象要素基礎上完成的氣候適宜性和災害區(qū)劃，不涉及生產措施及社會因素等對作物生長適宜性的影響，隨著品種改良及當地產業(yè)規(guī)劃等重大環(huán)境要素變化，本區(qū)劃也需要進一步的修改完善。