冬牧70在寧夏灌區復種的適宜種植區劃*

張學藝，韓穎娟※，馬力文，段曉鳳，張玉蘭，楊 婧

(1.寧夏氣象防災減災重點實驗室，銀川 750002； 2.寧夏氣象局應急與減災處，銀川 750002；3.寧夏氣象服務中心，銀川 750002)

·農業區劃·

冬牧70在寧夏灌區復種的適宜種植區劃*

張學藝1，韓穎娟1※，馬力文1，段曉鳳1，張玉蘭2，楊 婧3

(1.寧夏氣象防災減災重點實驗室，銀川 750002； 2.寧夏氣象局應急與減災處，銀川 750002；3.寧夏氣象服務中心，銀川 750002)

寧夏為一年一熟制地區，為提高冬閑田的復種指數，合理利用光熱資源，發揮其生態效益和經濟效益，需做好冬牧70的推廣。為此，需搞清楚什么茬口種，什么地方適合種？為回答這兩個問題，文章利用14個氣象觀測站1981～2010年的氣象觀測數據，首先，根據文獻反查和大田試驗數據反推氣候適宜性區劃指標，再結合坡度、海拔和土地利用類型等信息，構建冬牧70總的適宜種植區劃指標，然后利用ArcGIS平臺，獲得不同復種模式下冬牧70的適宜種植區劃結果。根據區劃結果可知：玉米—冬牧70—插秧稻復種模式最適宜推廣，大部分地區可保障齊穗期收割的需求。其次是水稻—冬牧70—插秧稻復種模式，大部分地區可保障抽穗期收割的需求。而玉米—冬牧70—玉米或旱直播稻復種模式僅能保障孕穗期收割，水稻-冬牧70—玉米或旱直播稻復種模式僅能保障拔節期至孕穗期收割。通過該文的研究為指導冬牧70在寧夏灌區的大范圍推廣提供了技術支撐，也為其他復種作物的大面積推廣提供了參考。

冬牧70 寧夏灌區 種植區劃

0 引言

寧夏灌區為傳統的一年一熟制地區，但氣候變暖、熱量資源的增加，為一年兩熟制或提高復種指數提供了可能。無論是發展一年兩熟制還是提高復種指數都必須先解決好兩個方面的問題，一是既不能因為發展兩熟制作物而出現農牧爭地，影響糧食安全。二是也不能只考慮糧食安全而忽視草畜產業的發展，兩者必須兼顧。在國內，冬牧70的研究開展較早，從1994年開始陳慶沐、李應中、王道龍等[1-4]先后開展了冬閑田復種冬牧草的專題研究與探索，為在其他地區的推廣提供了借鑒。在寧夏，許強等[5]在2000年前后開始探索引黃灌區農牧結合的種植模式，試驗研究了11種農牧組合種植模式，最終篩選出了6種綜合效益比傳統小麥/玉米套作提高50%以上的“理想模式”，但此研究并不是最早在寧夏進行冬牧70引種的試驗研究，最早的記載是1997年陳東升等[6]在永寧縣王太的寧夏農科院作物所進行的小范圍引種試驗，也是目前能查到的寧夏的唯一一個進行全生育期觀測的試驗研究。2003年，高新華[7]等在寧夏中衛縣進行了冬牧70的引種試驗，總結了在寧夏灌區南部栽培種植的技術要點。同年，胡艷莉等[8]進行了冬牧7O生長發育特性與種子生產性能的研究試驗，對具體的生理發育期參數進行了深入研究，得出了冬牧70生育期為123d的結論，為其在寧夏這個熱量資源相對不足地區的推廣提供了支撐。但以往的研究基本上都是小范圍、小區域的試驗，直到2014年才由寧夏農牧廳的大力推動，在寧夏的靈武、吳忠、賀蘭等地開始大范圍、多區域的示范推廣[9]，研究不同播量、不同株高收割、不同復種作物種植效益對比等，為其在寧夏大范圍推廣夯實了基礎，但以上的試驗推廣都沒有進行長時間序列的觀測，而不同年份的氣候狀況往往存在較大的年際間差異，不能很好地回答什么時候種，在哪種的問題。該文基于前人的試驗研究以及近年來的示范推廣，應用資料反查法獲得其發育期積溫指標，建立穩定通過≥0℃的積溫并將其作為主要的區劃指標之一。然后，利用14個氣象觀測站1981～2010年的氣象觀測數據，依據區劃指標獲得不同復種模式下的熱量資源分布情況。而后，結合土壤類型、坡度信息等基礎地理信息資料，利用ArcGIS平臺，最終獲得不同復種模式下冬牧70的適宜種植區劃專題圖，為冬牧70在寧夏灌區的大面積推廣提供科學支撐。

1 資料選取及處理

1.1.1 發育期資料

永寧地區發育期資料來源于胡艷莉等[8]的觀測，靈武地區來源于吳少忠等[10]的觀測，吳忠利通區利用當地農牧局提供的2014～2015年觀測資料，賀蘭縣利用賀蘭原種場提供的2014～2015年觀測資料。

1.1.2 氣象資料

1)選取觀測點附近氣象站逐日平均氣溫資料，永寧地區為永寧縣氣象站2003年4月29日至9月2日日平均氣溫資料，靈武市崇興鎮為2012年9月30日至2013年4月27日崇興鎮自動氣象站日觀測資料，吳忠市利通區金銀灘為2014年9月28日至2015年5月6日金銀灘自動氣象站日數據，賀蘭原種場為2014年10月5日至5月20日原種場自動氣象站日觀測數據。

2)推算站點氣象資料為寧夏灌區7縣及中部干旱帶的鹽池、同心1981～2010年大監站逐日平均氣溫資料，來源于寧夏氣象局信息中心檔案室。

2014年，斯普金斯的實驗室搬到杜克大學，她開始與吉利德科學公司合作。他們研發了一種叫作艾代拉利司（idelalisib）的藥物，目前這種藥物已經用于治療白血病和淋巴瘤。艾代拉利司抑制出了問題、與癌癥有關的信號通路中的一種酶。

1.1.3 地理信息數據

1)氣象站地理信息數據：經度、緯度、海拔高度，來源于寧夏氣象局信息中心檔案室。

2)GIS 地理信息數據，包括行政邊界、坡度、土壤類型，來源于中國氣象局下發的寧夏地理信息基礎資料，進行相應的邊界提取。

1.1.4 氣候適宜性指標

根據江蘇太湖地區冬牧70課題組及馬玉勝[11-12]的研究，冬牧70停止生長的臨界溫度為0.4℃，適宜溫度為15～20℃，莖、葉、苗在-25～-15℃氣溫條件下可不受凍害。另據高新華等[7]的研究也表明，“冬牧70”在日平均氣溫0℃條件下仍可以緩慢生長。故此，可將≥0℃的積溫作為“冬牧70”的氣候區劃生理指標。

1.2 資料處理

1.2.1 穩定通過≥0℃的5日滑動積溫計算

使用寧夏氣象科研所研制的寧夏省級農業氣象服務系統相關模塊進行計算，由于程序不支持跨年計算，越冬期的積溫為當年值和第二年值的累加。計算時段根據論文和試驗中“冬牧70”的發育期觀測時段。根據陳東升等[6]的研究，以牧草為主的黑麥種植業，可在抽穗后10d收割，此時其生長量達到最大值，而且也是營養狀況的最佳時期。所以，最佳收獲期定為“齊穗期”，即抽穗后10d，各地不同發育期的積溫計算結果如下表1。

1.2.2 插值推算

常見的空間插值方法一般可分為整體插值法、局部插值法、地學統計法和混合插值法。其中，局部插值法是提取研究區域內全部已知數據點中鄰近于插值點的部分數據點，基于部分點的特征值對插值點進行估算的一種方法，因為這種方法考慮了插值點局部區域內的特征，它對于插值點的估計值較為精確。代表性的局部插值法有反距離加權插值法、樣條函數插值法、最近鄰點插值法和 Kriging 插值法等。該研究空間插值方法選取局部插值法，根據研究[13-15]，在溫度的局部空間插值方法中，Kriging 插值法比較有優勢。研究中為積溫推算，屬于溫度范疇。另外，對比使用了IDW、Spline和Natural等插值計算方法，并對推算后的整體效果進行了比較，結合實際的分布情況，確認Kriging插值效果最好。

表1 灌區試驗點“冬牧70”各發育期≥0℃積溫統計

發育期永寧王太利通區金銀灘靈武崇興鎮賀蘭縣原種場(月/日)(積溫℃)(月/日)(積溫℃)(月/日)(積溫℃)(月/日)(積溫℃)播種4/299/289/3010/05出苗5/08163.610/08157.110/09114.710/22184.0分蘗5/23179.410/23149.810/22110.3越冬11/25133.0返青3/088.92/1354.13/10160.3拔節6/04245.04/21385.64/15425.7孕穗4/2178.1抽穗6/14201.15/06252.54/2787.25/10670.3齊穗6/24244.25/16167.65/07178.25/20158.7開花6/2641.1盛花7/02118.3成熟9/021379.2 播種至抽穗積溫789.11086.9870.11014.6 播種至齊穗積溫1033.31254.51048.31173.3 全生育期積溫2571.9

1.2.3 坡度、海拔、土地利用類型

根據《寧夏自治區高標準農田建設標準》中基本農田對坡度的相關規定要求[16]，基本農田坡度要求小于20°，灌區基本農田的海拔要求在1600m以下，土地利用類型為可耕地，將以上3種資料進行重分類，符合要求的定義其值為1，不符合要求的定義其值為0。

表2 寧夏灌區“冬牧70”種植區劃指標

區劃等級≥0℃積溫坡 度海拔高度土地利用類型適 宜>1213.0<20°<1600m可利用耕地較適宜1086.9～1213.0<20°<1600m可利用耕地不適宜<1086.9≥20°≥1600m非利用耕地

2 結果與分析

2.1 區劃指標

根據高新華、孫學釗等[7,17]的研究以及吳忠市利通區和賀蘭原種場的試驗結果表明：冬牧70多次割青和1次齊穗期收割其收獲量和效益相差不大，而在寧夏灌區多次割青面臨的主要問題是①生長30～50cm收割后干鮮比小，脫水嚴重，造成總產并不高。②割青后灌溉往往跟不上或面臨無水可灌，影響生長速度及下次的收割時間，割青次數偏少，總產量不足。③多次割青導致水肥管理和人力投入成本大，效益不明顯。一般認為冬牧70在抽穗后的10d即齊穗期收割其效益最佳，所以，可將滿足播種至齊穗期的積溫為最佳適宜氣候區劃指標，滿足播種至抽穗始期的積溫時為較適宜氣候區劃指標，當不能滿足播種至抽穗始期的積溫時為不適宜種氣候區劃指標。需要注意的是：積溫指標的確定原則是就高不就低，積溫指標為兩個高值站點的平均值。此外，考慮地形因素、海拔高度、土地利用類型因素，最終形成冬牧70在寧夏灌區的總的種植區劃指標，具體如下表2：

2.2 復種模式及積溫統計

根據寧夏灌區實際的種植結構，可將冬牧70的復種模式分為4種，并參考多年的作物發育歷期對種植時間和收獲時間取值，原則是在保障灌區主糧(玉米、水稻)完全能夠成熟收獲的情況下，播種期時間盡量往前靠，而收獲期時間盡量向后延，以保障玉米、水稻的完全成熟、收獲。4種復種模式及時間如下：

模式1：玉米(9月25日)——冬牧70——玉米或旱直播水稻(4月10日)

模式2：玉米(9月25日)——冬牧70——插秧稻(5月15日)

模式3：水稻(10月5日)——冬牧70——玉米或旱直播稻(4月10日)

模式4：水稻(10月5日)——冬牧70——插秧稻(5月15日)

根據不同的復種模式，應用軟件按進行積溫統計，獲得灌區7縣及中部干旱帶2縣的1981～2010年新30年的≥0℃的5日穩定滑動平均氣溫的積溫(表3)。

表3 不同復種模式下新30年≥0℃的積溫統計

站 號站 名經 度緯度海 拔模式1模式2模式3模式453518大武口106.339.01102.0721.81255.5585.11113.153519惠農106.839.21092.2642.61143.8509.91006.753615陶樂106.738.81102.9618.31114.8489.3979.653611平羅106.638.91099.9659.61164.3528.51027.653609賀蘭106.338.51108.0667.01176.9537.91040.853614銀川106.238.51112.7682.71194.6552.81059.053618永寧106.338.31117.9706.21216.7576.21080.553610靈武106.338.11117.3646.21147.1522.81017.053617青銅峽106.138.01132.2717.31231.7587.91095.653612吳忠106.238.01129.0733.81252.7602.11113.953705中寧105.737.51184.9731.21250.8599.11112.653704中衛105.237.51226.8675.21174.0547.81041.453723鹽池107.437.81348.9585.21048.9465.4922.953810同心105.937.01345.2694.01183.9563.41047.2

2.3 不同復種模式的區劃結果

根據冬牧70的區劃指標，具體見2.1，按照不同的復種模式分別進行區劃。其中，積溫推算方法使用Kriging插值，坡度、海拔高度、土地利用類型進行重分類。利用ArcGIS柵格計算功能進行多圖層運算，使用人為斷點法進行區劃結果分類，所有圖層的空間分辨率為250m，采用WGS84坐標投影，最終得到4種復種模式下冬牧70的適宜種植區劃，具體見圖1。

圖1 不同復種模式下冬牧70的適宜種植區劃

根據區劃結果(圖1)，模式1和模式3，灌區各地≥0℃積溫不能滿足冬牧70生長至抽穗始期的要求，說明玉米或水稻收獲后至玉米播種或旱直播稻播種前這段時間不適宜復種冬牧70； 模式2，灌區除鹽池的東部、麻黃山地區、同心高海拔山區、興仁及中衛香山不適宜復種外，其他地區都可以復種，都能滿足抽穗始期后收割，尤其是賀蘭山東麓地區以及熱量資源非常好的中寧縣、青銅峽、吳忠利通區西部和紅寺堡區西部地區，熱量條件完全可以滿足齊穗期收獲的要求； 模式4，灌區偏東地區為較適宜種植區，鹽池全縣、靈武山區、沙坡頭區及同心縣大部地區為不適宜區，其熱量條件都無法滿足冬牧70齊穗的要求。

3 結論與討論

總的來說，在寧夏引黃灌區利用秋季作物收獲后的冬春季空閑期復種冬牧70，在①提供青綠飼草，緩解畜牧業急劇發展對飼草的需求；②緩解糧飼爭地矛盾；③改善土壤結構、培肥地力；④控制農田冬春起塵、防止農田沙化等方面有著廣闊的發展前景。寧夏區內前期雖做了大量工作，但仍存在范圍小、時間短的問題，不具備大面積推廣所需的過硬的科技支撐。尤其是西北地區氣候條件惡劣、敏感且脆弱，在復種作物上表現的尤為突出，而獲得好的區劃指標和區劃結果對指導推廣十分必要。該文總結了冬牧70的氣候適宜性區劃指標，結合土壤、土地利用、海拔等因素進行了種植區劃研究，為大范圍推廣冬牧70提供了支撐，也為其他地區的冬牧70的推廣起到了拋磚引玉的作用。但由于可借鑒的相關文獻少，所以區劃仍存在諸多值得商榷和推敲的地方。

3.1 討論

(1)該文只討論了4種復種模式且復種的都是冬牧70，其中模式1和模式3都完全不適宜復種冬牧70，那適宜復種什么作物并沒有進行更深入的探討，需進一步的研究解決此問題。

(2)該文所反推的積溫指標并不是試驗田塊的觀測數據，而是使用了臨近氣象站點的替代數據，這在一定意義上對區劃結果的精度存在影響，如想獲得精確的區劃指標，應進行嚴格的試驗觀測，獲得更加精確的指標。

(3)任何一種作物的區劃指標是關鍵，該文的區劃指標雖考慮了氣溫、土壤、土地利用，但對西北地區來講，冬春季的土壤水分條件、越冬期最低氣溫等也是制約冬牧70推廣的關鍵因素，若要在西北地區進行大范圍推廣，需結合本地的實際情況進行區劃指標的組合。

3.2 結論

(1)根據區劃結果，玉米—冬牧70—插秧稻復種模式最適宜在寧夏灌區進行推廣，大部分地區能夠滿足齊穗期收獲。其次是水稻—冬牧70—插秧稻復種模式，大部分地區基本能夠滿足抽穗期收割。而玉米—冬牧70—玉米或旱直播稻復種模式僅滿足孕穗期收割。水稻—冬牧70—玉米或旱直播稻復種模式僅滿足拔節期至孕穗期間的收割。

(2)在寧夏，灌區玉米爭取在9月20號前收獲，冬牧70最好在9月25日前播種； 水稻爭取在10月1日前收完，冬牧70爭取在10月5日前播種。冬牧70的最佳收割日期最好在抽穗后10～15d收割，使產量和質量達到最佳狀態。

(3)冬牧70飼草越冬期往往不是凍死而是因土壤水分不足旱死，建議越冬前要大水灌溉，對漏水嚴重的田塊可適當補灌，嚴禁冰層覆蓋。土壤封凍后，于12月下旬及時鎮壓打碾，彌合裂縫，保溫防凍； 次年返青前于2月上中旬進行1～2次鎮壓打碾，提墑促進返青。

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THE WINTERGRAZER-70 SUITABLE PLANTING REGIONALIZATION OF MULTIPLE CROPPING PATTERNS IN NINGXIA IRRIGATION AREA

Zhang Xueyi1，Han Yingjuan1※，Ma Liwen1，Duan Xiaofeng1，Zhang Yulan2，Yang Jing3

(1. Ningxia Key Lab for Meteorological Disaster Prevention and Reduction, Yinchuan 750002, China;2. Emergency and Hazard Mitigation Department of Ningxia Meteorological Bureau, Yinchuan 750002, China;3. Ningxia Meteorological Service Center, Yinchuan 750002, China)

Ningxia belongs to a single cropping system region. It is essential to popularize Wintergrazer-70 in order to improve the fallow cropping index, use reasonably the light and heat resources, and obtain ecological and economic benefits. Based on 14 meteorological stations observation data from 1981 to 2010, this paper firstly established climate suitable regionalization index using the literature reverse lookup and field test methods. And then, it constructed the total suitable planting regionalization indexes of the wintergrazer-70 by combined with slope, elevation and land use type and other information. Finally, it analyzed the suitable painting regionalization results under the different cropping patterns by used the ArcGIS platform. The results showed that the multiple cropping pattern of the corn-wintergrazer-70-transplanting rice was the best pattern, and can be harvested at the full heading stage. The rice-wintergrazer-70-transplanting rice was the better pattern and could be harvested in the heading stage. While, the multiple cropping pattern of the corn-wintergrazing-70-corn (or dry direct seeding rice) and the rice-wintergrazing-70-corn (or dry direct seeding rice) were the worse patterns which could be harvested in the booting stage or in the stage from jointing to booting stage. This paper could provide the technical support to guide the wide extension of the wintergrazing-70 in the Ningxia irrigation area.

wintergrazer-70; Ningxia irrigation area; planting regionalization

10.7621/cjarrp.1005-9121.20160432

2015-06-21

張學藝(1978—)，男，河南漯河人，高工、科長。研究方向：農業氣象遙感應用及氣候變化。※通訊作者：韓穎娟(1981—)，女，甘肅平涼人，工程師。研究方向：農業氣象與3S應用。Email：yifei_lzu@sohu.com

*資助項目：中國氣象局氣候變化研究專項“氣候變化對寧夏旱作農業的影響與適應對策”(CCSF201415)； 2015年中央財政“三農”服務專項(氣減函[2014]42號)

S543+.6； F323.1

A

1005-9121[2016]04-0192-06