基于GIS的遼寧省大豆種植氣候區劃

王 瑩，張曉月，焦 敏，王賀然，王 婷，張 琪，黃 巖，馬 林，王若男

（1．遼寧省氣象科學研究所，遼寧沈陽110166；2．遼寧省氣象裝備保障中心，遼寧沈陽110166）

基于GIS的遼寧省大豆種植氣候區劃

王 瑩1，張曉月1，焦 敏1，王賀然1，王 婷1，張 琪1，黃 巖1，馬 林2，王若男2

（1．遼寧省氣象科學研究所，遼寧沈陽110166；2．遼寧省氣象裝備保障中心，遼寧沈陽110166）

為遼寧省大豆種植合理布局提供依據，利用1981—2015年遼寧省54個氣象臺站的氣候資料、大豆產量及大豆生育期資料，根據大豆生長發育對氣象條件的要求，確定氣候區劃指標，采用GIS技術對大豆各區劃指標進行網格推算并予以空間分析，進而將全省大豆種植劃分為適宜種植區、次適宜種植區和不適宜種植區3個區域。通過分區評述和分析，提出遼寧省發展大豆種植的合理建議。

大豆；GIS；種植氣候區劃；遼寧

大豆種子含有豐富的蛋白質，在我國普遍種植，近20年來播種面積僅次于水稻、小麥和玉米，位居第四［1］。我國有東北春播大豆區和黃淮海流域夏播大豆區兩大大豆主產區，兩大主產區產量占全國大豆產量的3／4以上。大豆是短光照性作物，適宜在溫暖、水量充沛的環境下生長，故以東北大豆質量最優。遼寧省位于東北春大豆區的最南端，全省年日照時數為2 100～2 600h，年平均氣溫為7～11℃，年降水量為600～1 100mm，無霜期在150d以上。遼寧積溫高，作物生育期長，光、熱、水資源條件較優，具有較高的大豆生產潛力，是大豆的優勢產區。目前，遼寧省現有大豆耕地面積10．64萬hm2，主要分布在沈陽、大連、錦州、阜新、遼陽和鐵嶺等市縣［2］。遼寧省氣候條件復雜多變，大豆種植適宜性有較大地區差異，因而在生產上對大豆種植進行氣候適宜性分區具有重要意義。現階段，國內學者關于大豆的研究主要集中在大豆種植品種的演變、生產現狀分析、高產種植技術等的研究［3－5］，關于大豆適宜栽種區劃方面的研究鮮見報道。因此，根據大豆各生育期對氣候資源的要求，提出大豆種植氣候區劃指標，以此為基礎形成遼寧省大豆種植氣候區劃顯得尤為重要。筆者以遼寧省氣象要素和大豆產量資料為基礎，充分考慮大豆生產和農業氣候特點，通過大豆氣候區劃指標的確定與分析，應用Arc－GIS10．0建立指標因子的小網格推算模型，揭示遼寧省適宜種植大豆的空間分布規律。旨在充分利用自然氣候資源，對遼寧省大豆種植進行合理布局，實現大豆穩產增收。

1資料與方法

1．1資料來源

1．1．1氣象資料 常規氣象資料來自遼寧省氣象局的54個氣象臺站，分析年代為1981—2015年，主要包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量和日照時數。

1．1．2地理信息資料的來源 基礎地理信息資料來自國家基礎地理信息中心（NGCC），比例尺為1∶250 000，主要包括地形數據、數字高程數據和地名數據。

1．1．3大豆產量資料 大豆產量數據來自于遼寧省統計局，分析年代為1981—2015年，主要為遼寧省每年大豆單位面積產量。

1．2研究方法

1．2．1大豆產量資料 根據影響作物產量形成的各種因子和實際研究的需要，將作物的產量分解為趨勢產量和氣象產量［6－7］，即：

式中，Y為作物單產；y（t）為趨勢產量，是反應水肥、品種、栽培管理等農業生產水平的長周期產量分量；y（w）為氣象產量，是受氣象要素影響的短周期產量分量，以1a為周期。

用直線滑動平均方法模擬趨勢產量［8－9］，滑動步長取11。求得趨勢產量后，則y（w）＝Y－y（t）。

氣象產量為不受時間、空間和農業技術水平影響的相對氣象產量，不同地區之間具有可比性。將不同生育期內的各氣象要素與大豆單產進行相關分析，結合大豆生長發育的適宜條件，確定大豆氣候區劃指標。

1．2．2小網格推算模型的建立 利用統計軟件，將大豆區劃指標要素與地理經度、緯度和海拔高度通過多元逐步回歸方法，建立小網格推算模型［11－12］，在此基礎上，在ArcGIS的支持下實現指標要素的推算。

2結果與分析

2．1大豆氣候區劃指標的確定

大豆屬短日照作物，較喜溫暖又比較耐冷涼，是旱田作物中較喜水的作物。大豆經歷營養生長和生殖生長兩個過程，其生長發育的各個時期受溫度、降水和日照等氣象因素的直接影響。在實際生產中，遼寧省大豆在4月下旬至5月上旬播種，9月下旬收獲。因此，以5月上旬至9月下旬為遼寧省大豆的生長期，將大豆生育期劃分為5個階段：即5月上旬至下旬為播種出苗期，6月上旬至下旬為幼苗分枝期，7月上旬至下旬為開花結莢期，8月上旬至下旬為鼓粒灌漿期，9月上旬至下旬為成熟收獲期。利用大豆產量資料分別與以上生育期各旬不同生育時段的平均氣溫、最高氣溫、平均最低氣溫、降水量和日照時數5個氣象因子進行相關性分析（表1）可知，大豆產量與各氣象因子的相關系數中，只有少數能通過0．05顯著性檢驗，由此篩選出影響遼寧省大豆產量的關鍵氣象因子和關鍵生育期。與大豆產量相關程度最高的是鼓粒灌漿期的平均溫度、鼓粒灌漿期的平均最高溫度、鼓粒灌漿期的降水量和開花結莢期的日照時數（均通過0．05的顯著性水平檢驗）。故選取這4個氣候因子為大豆區劃的指標因子。

大豆開花結莢期需適宜的光照，有研究表明［10］，開花結莢期日照時數大于237h不利于大豆產量的形成。鼓粒灌漿期是大豆生長發育和產量形成的關鍵時期，要求溫度適宜，水分充足。大豆鼓粒灌漿期溫度在18～23℃為宜，低于14℃則影響其生長；平均最高溫度達到25℃時生長緩慢，超過30℃則發生熱害；大豆在此發育階段需水量較多，至少為110mm降水量。根據大豆各生育期對氣象條件的要求，確立遼寧省大豆種植適宜區、次適宜區和不適宜區的氣候區劃指標（表2）。

表1 大豆產量與生育期內各氣象要素線性相關系數Table 1 Correlation coefficients of yield and various climatic indexes of soybean in growth period

表2 遼寧省大豆氣候區劃指標Table 2 Soybean climatic regionalization indicators in Liaoning Province

2．2建立區劃指標的地理推算模型

為反映大豆氣候區劃指標的立體多樣性，客觀地描述指標要素的實際分布情況，需建立指標要素與地理因子的關系模型，運用現有的臺站觀測資料，推算出無資料地區的指標要素狀況。本研究中，利用大豆區劃指標要素分別與地理因子（海拔高度h、經度λ、緯度）通過多元逐步回歸建立小網格推算模型［12］。從表3看出，區劃因子與海拔高度、經度、緯度的相關性較好。以此模型為基礎，應用ArcGIS軟件實現各指標要素的網格推算，為區劃作準備。

表3 遼寧省大豆種植氣候區劃指標要素推算模型Table 3 Prediction model of climatic regionalization indicators for soybean planting in Liaoning Province

2．3遼寧大豆種植區劃

2．3．1氣候區劃指標的空間分布 從圖1看出，遼寧省7月日照呈西北—東南方向分布，即西北方向光照較強、東南方向光照較弱，其中阜新西北地區、朝陽大部地區和葫蘆島局部地區歷年7月日照時數大于237h，影響大豆開花結莢，不利于產量的形成。遼寧省8月平均氣溫均大于14℃，有利于大豆的生長發育；8月平均最高氣溫均小于30℃，不會對大豆鼓勵灌漿造成不利影響；8月降水具有西北小于東南的特點，與日照時數的分布基本相反。

圖1 遼寧省大豆種植各區劃指標空間分布Fig．1 Spatial distribution of various regionalization indexes for soybean planting in Liaoning Province

2．3．2遼寧大豆氣候區劃 遼寧大部分地區8月平均氣溫和8月平均最高氣溫不能成為限制大豆栽培生長的限制因子，因此，影響遼寧省大豆種植的主要氣象因子為7月日照時數和8月降水量。利用區劃指標和小網格推算模型，得到遼寧省大豆種植精細化種植區劃（圖2）。受日照和降水條件的影響，遼寧省大豆適宜種植區主要分布在沈陽、大連、鞍山、撫順、本溪、丹東、錦州東南部、營口、阜新東南部、遼陽、鐵嶺和盤錦地區，該區域7月日照時數小于237h，8月降水大于130mm；大豆次適宜種植區分布在錦州西北部、阜新部分地區、朝陽局部地區和葫蘆島大部地區，該區域7月日照時數小于237h，8月降水在110～130mm；不適宜種植區主要分布在阜新西北地區、朝陽大部地區和葫蘆島西北部地區，該區域7月日照時數大于237h，8月降水小于110mm，日照和降水條件均不能滿足大豆生長發育需求，嚴重影響產量的形成。

圖2 遼寧省大豆種植的氣候區劃Fig．2 Climatic regionalization of soybean planting in Liaoning Province

3結論與討論

1）研究表明，遼寧省影響大豆種植的氣象要素為7月日照時數、8月平均溫度、8月平均最高溫度和8月降水量，因此，明確該4因子為遼寧大豆種植氣候區劃指標。對大豆氣候區劃指標因子進行小網格推算，進一步確定影響遼寧省大豆種植的主要氣象因子為7月日照時數和8月降水量。據此將全省大豆劃分為適宜種植區、次適宜種植區和不適宜種植區3個分區。

2）受7月日照和8月降水條件的影響，遼寧省大豆適宜種植區主要分布在沈陽、大連、鞍山、撫順、本溪、丹東、錦州東南部、營口、阜新東南部、遼陽、鐵嶺和盤錦地區。該區劃結果與遼寧省大豆生產現狀總體上一致［2］。建議遼寧省大豆生產在遼南、遼北、遼東和中部地區大力發展，該區域氣候條件相對好，無霜期較長，氣象因素能夠滿足大豆各生育時期生長要求；在遼西葫蘆島市的東南部（以綏中、興城為主）和阜新市的部分地區（以阜新、彰武為主）為次適宜區，該區域屬華北氣候區，氣候條件較好，無霜期較短，可適當種植大豆。

3）大豆適宜種植區域與氣象條件密切相關，地形條件、土壤土質條件、品種選擇及經濟因素等實際情況也不可或缺，而后者缺少定量的數據基礎，僅依靠文字描述無法實現數字化成圖。因此，本區劃結果中的適宜種植區僅代表氣候條件上的適宜區，與實際種植情況還存在一定差異，綜合考慮多因素的更精細化的大豆區劃，有待進一步研究和探索。

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（責任編輯：姜 萍）

讀者·作者·編者

Reader·Author·Editor

Soybean Agricultural Climate Demarcation Using GIS Technique

WANG Ying1，ZHANG Xiaoyue1，JIAO Min1，WANG Heran1，WANG Ting1，ZHANG Qi1，HUANG Yan1，MA Lin2，WANG Ruonan2

（1．Liaoning Institute of Meteorological Science，Shenyang，Liaoning110166；2．Liaoning Meteorological Equipment Support Center，Shenyang，Liaoning110166，China）

To provide the basis for rational distribution of soybean planting in Liaoning Province，the authors confirmed the climatic regionalization indicators according to the demands of soybean growth and development for climatic conditions by using climatological data of 54meteorological stations，soybean yield and growth period in Liaoning Province from 1981to 2015．And GIS technique was employed to conduct grid calculation and spatial analysis，and the soybean planting area was divided into three regions，including suitable planting area，sub－suitable planting area and unsuitable planting area．At last rational suggestions were proposed for soybean planting in Liaoning Province according to subregion assessment and analysis．

soybean；GIS；agricultural climate demarcation；Liaoning

S162．2

A

1001－3601（2016）11－0488－0163－04

2016－03－28；2016－11－01修回

遼寧省科技廳項目“農業氣象災害精細化預報及風險評估研究”（2014210003）

王 瑩（1987－），女，工程師，碩士，從事氣候資源區劃和農業氣象災害研究。E－mail：wangying19870312＠163．com