滕州市冬小麥精細化農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究

張立文，黃燕玲，趙淑芳

（棗莊市氣象局，山東棗莊 277800）

滕州市冬小麥精細化農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究

張立文，黃燕玲，趙淑芳

（棗莊市氣象局，山東棗莊 277800）

文章利用滕州市1個國家氣象觀測站和20個區(qū)域自動觀測站的冬小麥生長階段氣象數(shù)據(jù)、土壤、地形資料及地理信息，選取冬小麥生長的主要影響因子建立區(qū)劃指標，并結合GIS技術和層次分析法，將全市劃分為最適宜種植區(qū)、適宜種植區(qū)和一般適宜種植區(qū)。結果表明，滕州市冬小麥氣候因子適應性整體水平比較高，呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢；從地形因子的角度看，滕州市大部分地區(qū)處于適宜和最適宜種植區(qū)；考慮土壤因子則發(fā)現(xiàn)，滕州市冬小麥種植適宜程度均較好，中部和西南部高于其他地區(qū)。綜合考慮3個因子，并結合河流及土地利用類型得出，冬小麥精細化綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃，即冬小麥適宜性南部高于北部，西南部適宜性最強，最適宜、適宜等級占全市面積的一半以上。

冬小麥 精細化 農(nóng)業(yè)區(qū)劃

冬小麥是世界上分布最廣泛的作物之一，除南極洲外，小麥生產(chǎn)遍布世界各大洲。我國的栽培小麥其原產(chǎn)地主要是中亞和西亞，后經(jīng)土耳其通過阿富汗、新疆或印度傳入我國[1]。冬小麥也是滕州市主要糧食作物之一，播種面積約5.45萬hm2，占全市糧食作物面積的49.4%左右[2]。

該市小麥多為弱冬性品種，生育期約245～250 d。由于各地氣候條件、下墊面屬性及耕作制度的差異，冬小麥生產(chǎn)存在一定的地域性。雖然早在20世紀90年代，崔讀昌就進行了中國小麥綜合氣候區(qū)劃，但區(qū)劃指標主要考慮氣候條件，并未涉及地形、土壤等影響因子[3]。緊接著山東省農(nóng)業(yè)部門也進行了冬小麥種植區(qū)劃[4]。隨著氣候變暖、土地利用多元化和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，冬小麥種植區(qū)域發(fā)生了新的變化，需要重新對冬小麥種植的綜合適宜性進行科學的精細化區(qū)劃。

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃往往是以省份為界限，區(qū)劃結果均是根據(jù)氣象站點資料的分析，忽略海拔高度、坡度、土壤類型等屬性對冬小麥的影響，所得結果難以精確反映縣市的農(nóng)業(yè)區(qū)劃狀況。

滕州市地貌類型多樣，自東北向西南依次為低山、丘陵、平原、濱湖，氣候條件差異較大，站點資料的代表性更差。而在GIS技術支持下，建立區(qū)劃地區(qū)千米網(wǎng)格的精細化農(nóng)業(yè)資源時空分布模型，可大幅度提高區(qū)劃結果的精確度，使區(qū)劃成果趨于相對均質(zhì)的地理網(wǎng)格單元[5-6]。

在農(nóng)業(yè)資源區(qū)劃工作中，GIS技術已得到廣泛的應用[7-8]，效果較為顯著。因此，文章結合GIS技術和層次分析法，在考慮氣象條件的基礎上，增強了對山區(qū)、丘陵、平原等復雜多變的地形及土壤類型、質(zhì)地的模擬能力，且進一步考慮滕州市河流及土地利用類型，得到滕州市冬小麥精細化綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃。這有利于種植戶針對性地優(yōu)化布局和趨利避害，提高冬小麥生產(chǎn)能力。

1 資料與方法

1.1 資料與處理

采用滕州市1個國家氣象觀測站和20個區(qū)域自動觀測站2007～2015年溫度（平均溫度、極端最高、最低溫度）、降水（降水總量、極端降水）、日照、相對濕度等氣象要素數(shù)據(jù)。土壤資料包括土壤類型、土壤質(zhì)地和腐殖質(zhì)層厚度，數(shù)據(jù)均來源于山東省氣象局。地形數(shù)據(jù)為山東省海拔高度、坡度、坡向，資料來源于CGIAR-CSI提供的SRTM全球高程數(shù)據(jù)。綜合區(qū)劃所用的土地類型柵格數(shù)據(jù)和河流矢量數(shù)據(jù)分別由山東省氣象局和中國國家數(shù)據(jù)中心提供。

現(xiàn)有的氣象觀測資料只能反映站點周圍區(qū)域的氣候概況，不能全面表征所代表區(qū)域的詳細情況。因此，采用Kriging插值法，在有限區(qū)域內(nèi)，對區(qū)域化變量進行無偏差最優(yōu)估計，對已知樣本點賦權重來求得未知樣點值，從而獲取滕州市分辨率90 m×90 m的柵格圖。在區(qū)劃過程中，由于所選因子的量綱不同，需要將因子進行標準化。根據(jù)區(qū)劃中因子與作物種植適宜程度的關系而選擇，若因子與作物種植的適宜程度成正比，則采用極大值標準化方法；反之，采用極差標準化方法。

1.2 區(qū)劃方法

目前，精細化農(nóng)業(yè)區(qū)劃中，常用的數(shù)理統(tǒng)計方法涉及最優(yōu)分割、聚類分析、線性回歸、模糊綜合評判、層次分析等方法。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是對一些較為復雜、較為模糊的問題，做出決策的簡易方法，特別適用于那些難于完全定量分析的問題。層次分析法能將決策者的思維過程條理化、數(shù)量化，便于計算。此外，所需的定量化數(shù)據(jù)較少，但對問題的本質(zhì)、所涉及的因素及其內(nèi)在關系分析得比較透徹、清楚。

考慮到不同因子在區(qū)劃評價中的影響程度存在一定的差異，分別對不同的因子賦予不同的權重系數(shù)，并綜合考慮了各個因子對總體對象的影響程度，對各因子的計算結果進行加權平均，即得到綜合區(qū)劃指標。

其中，Cvj評價因子的總值，Qvij是對于因子j的指標i（Qij≥0），Wci是指標i的權重值（0≤Wci≤1），m是評價指標個數(shù)。

根據(jù)冬小麥生育期各階段所需氣象條件的不同，選擇了最可能影響冬小麥生長的8個氣象要素作為冬小麥種植區(qū)的影響因子，并根據(jù)冬小麥對不同地形因子與土壤因子的適應性及受影響程度不同，采用層次分析法賦予不同權重，具體因子的選取及權重分配見圖1。

2 區(qū)劃結果分析

2.1 氣候因子精細化區(qū)劃結果

圖1 滕州市冬小麥精細化農(nóng)業(yè)區(qū)劃因子及權重分配

將影響冬小麥生長發(fā)育的關鍵氣候因子進行累加，結果顯示，滕州市冬小麥種植氣候適宜性總體呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢（圖2）。張汪鎮(zhèn)、柴胡店鎮(zhèn)、官橋鎮(zhèn)、木石鎮(zhèn)、西崗鎮(zhèn)、鮑溝鎮(zhèn)、南沙河鎮(zhèn)為冬小麥氣候因子最適宜種植區(qū)。最適宜種植區(qū)位于滕州市南部區(qū)域，該地區(qū)冬前≥0℃積溫（10月1日至12月10日）范圍在745～760℃，冬季負積溫（12月至來年2月）范圍在-90～-84.0℃。冬前積溫相對較高，有利于提高冬小麥的冬前壯苗葉齡指數(shù)，使其安全越冬；較高的冬季負積溫有利于冬小麥的春化過程。滕州市南部地區(qū)冬小麥灌漿期（5月11日至6月5日）出現(xiàn)輕干熱風日數(shù)少于5.5 d，重干熱風出現(xiàn)的幾率微乎其微，小于0.1 d。冬小麥生育期降水量，自滕州市西北部向東南部逐漸增加，水資源較為豐富，能滿足冬小麥生長的水分需求。該區(qū)域積溫及水資源都比較豐富，與冬小麥各生育期的需求規(guī)律配合恰當，是滕州市冬小麥種植的最適宜氣候區(qū)域。

東北部、西北部為冬小麥氣候條件一般適宜區(qū)。該地區(qū)冬前≥0℃積溫為735～745℃，冬前負積溫為-95.0～-90.0℃，冬小麥灌漿期干熱風氣象災害出現(xiàn)的日數(shù)較多，全生育期降水量小于225 mm，相對比較匱乏。該地區(qū)積溫比較低，易受凍害，冬小麥全生育期降水量偏少，易出旱情。因此，該地區(qū)是滕州市冬小麥種植的一般適宜氣候區(qū)域。

圖2 滕州市冬小麥氣候因子精細化區(qū)劃結果

圖3 滕州市冬小麥地形因子精細化區(qū)劃結果

圖4 滕州市冬小麥土壤因子精細化區(qū)劃結果

冬小麥氣候條件適宜種植區(qū)位于最適宜氣候區(qū)和一般適宜氣候區(qū)之間的過渡區(qū)，主要分布在市區(qū)、級索鎮(zhèn)、姜屯鎮(zhèn)、東沙河鎮(zhèn)及羊莊鎮(zhèn)。該地區(qū)冬前≥0℃積溫為725～735℃，冬前負積溫為-104.0～-95.0℃，冬小麥灌漿期干熱風氣象災害出現(xiàn)的日數(shù)較少，全生育期降水量適中，為235 mm左右，氣候條件比較適合冬小麥種植。

綜上所述，該市冬小麥氣候因子適應性整體水平較高。

2.2 地形因子精細化區(qū)劃結果

海拔高度作為衡量地形變化的重要因子之一，對農(nóng)作物有著重要的影響，一般作物適宜在海拔較低的平原地區(qū)生長。滕州市地處魯中南山區(qū)的西南麓延伸地帶，總體地勢自東北向西南傾斜，依次為低山、丘陵、平原、濱湖。最高點為滕州市東郭蓮青山，海拔596.6 m；最低點為滕州市濱湖湖東村。低山丘陵占總面積的30.5%，平原占61.6%，濱湖占7.9%。其次，坡度對農(nóng)作物的影響也至關重要。作物一般在平原地區(qū)或山間平地生長較好，當坡度大于10°時，對農(nóng)作物的生長就會有一定的影響，當坡度大于30°時，則完全不適宜種植作物。滕州市地勢較為平坦，丘陵、平原占全市的絕大部分地區(qū)。滕州市的中部及西南部坡度均在10°以下，僅北部小部分地區(qū)存在10°以上坡度。而坡向?qū)τ谵r(nóng)作物的影響主要是間接的，坡向通過影響光照和溫度來影響作物的生長。一般越靠近南向的坡，光照和溫度條件越好，對作物的生長也越有利。

圖5 滕州市冬小麥精細化區(qū)劃結果

圖6 滕州市冬小麥精細化綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃結果

結合滕州市海拔高度、坡度、坡向等3個地形因子得出，并從滕州市冬小麥地形因子精細化區(qū)劃結果（圖3）可以看出，滕州市大部分地區(qū)處于適宜和最適宜種植區(qū)。相比而言，東北部和東南部適宜性較差，主要是由于這2個地區(qū)的海拔高度相對較高，坡度也比較大，為一般適宜區(qū)。

2.3 土壤因子精細化區(qū)劃結果

滕州市土壤類型繁多，分布復雜，多樣化程度較高，包括非土壤、石質(zhì)土、風砂土、潮土、紅粘土、砂漿黑土、水稻土、褐土及棕壤等9種。褐土主要分布在界河、大塢、姜屯、羊莊、官橋、柴胡店、濱湖等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。潮土分布于低洼平地，適種作物廣泛，是各種土壤中最好的1個土類。水稻土多分布在部分傾斜平原的交接洼地，宜種植水稻。砂漿黑土主要分布在石灰丘陵東側的低洼狹長地帶。

土壤質(zhì)地則是根據(jù)土壤的顆粒組成劃分的土壤類型。土壤質(zhì)地一般分為砂土、壤土和粘土等3類，是土壤物理屬性之一。滕州市土壤質(zhì)地分為壤質(zhì)砂土、壤土、砂壤土、粘壤土、粉砂壤土、砂質(zhì)粘壤土、粉砂質(zhì)粘壤土等7類。其中，以砂壤土分布最廣，占總面積的絕大部分。壤土主要分布在滕州市的北部和中部；粘壤土較多分布在西北部和中部，少量分布在南部；壤質(zhì)砂土分布在西部和北部；砂質(zhì)粘壤土分布較少，集中分布在西北部。而腐殖質(zhì)層是指富含腐殖質(zhì)的土壤表層，含有較多的植物生長所必需的營養(yǎng)元素，特別是氮素。土壤肥力的高低與腐殖質(zhì)層的厚度和腐殖質(zhì)的含量密切相關。因此，腐殖質(zhì)層的狀況，常作為評價土壤肥力的標準之一。滕州市土壤腐殖質(zhì)厚度空間差異性較大，介于0～10 cm之間。

結合滕州市土壤類型、質(zhì)地及腐殖層厚度，得到滕州市冬小麥土壤因子精細化區(qū)劃結果（圖4）。從土壤因子的角度發(fā)現(xiàn)，滕州市冬小麥種植適宜程度均較好，中部和西南部高于其他地區(qū)。最適宜區(qū)零散分布在濱湖鎮(zhèn)、大塢鎮(zhèn)、界河鎮(zhèn)、姜屯鎮(zhèn)、市區(qū)、級索鎮(zhèn)、西崗鎮(zhèn)、鮑溝鎮(zhèn)、羊莊鎮(zhèn)、張汪鎮(zhèn)、東沙河鎮(zhèn)、南沙河鎮(zhèn)、龍陽鎮(zhèn)、東郭鎮(zhèn)、官橋鎮(zhèn)、柴胡店鎮(zhèn)、木石鎮(zhèn)、洪緒鎮(zhèn)，適宜區(qū)主要分布在最適宜區(qū)的鄰近外圍區(qū)域。

2.4 冬小麥精細化農(nóng)業(yè)區(qū)劃結果

綜合考慮氣候、地形、土壤等3個因子，滕州市冬小麥適宜性整體呈西南向東北遞減的趨勢（圖5）。滕州市西南部地區(qū)氣候條件適宜，光、熱、水資源較為豐富，所處地區(qū)海拔高度80 m以下，地勢較為平坦，土壤的質(zhì)密性、保水性較好。因此，該地區(qū)是冬小麥的最適宜種植區(qū)。而北部地區(qū)，冬前≥0℃積溫和冬季負積溫均偏低，2月下旬至3月上旬的日平均溫度穩(wěn)定通過3℃，日期出現(xiàn)偏晚。在冬小麥灌漿期，出現(xiàn)輕、重干熱風農(nóng)業(yè)氣象災害的頻率比南部地區(qū)高，全生育期降水量明顯偏少，且北部區(qū)域所處地勢較高，多為低山、丘陵，土壤類型多為風沙土、棕壤等。因此，地處北部地區(qū)的濱湖、大塢、界河、龍陽及東郭等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為冬小麥的一般適宜種植區(qū)。

為了使區(qū)劃更加精確，在考慮氣候、地形、土壤因子的區(qū)劃基礎上，進一步考慮滕州市河流及土地利用類型，即將河流、草地、林地、城鎮(zhèn)、裸地等排除，得到滕州市冬小麥精細化綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃（圖6）。

滕州市冬小麥適宜性南部高于北部，西南部適宜性最強。最適宜、適宜等級占全市面積的一半以上。其中，最適宜區(qū)集中分布在柴胡店鎮(zhèn)西部、張汪鎮(zhèn)、西崗鎮(zhèn)、鮑溝鎮(zhèn)、級索鎮(zhèn)及官橋鎮(zhèn)；適宜區(qū)主要分布在洪緒鎮(zhèn)、南沙河鎮(zhèn)、木石鎮(zhèn)、羊莊鎮(zhèn)、東沙河鎮(zhèn)、姜屯鎮(zhèn)及濱湖鎮(zhèn)、大塢鎮(zhèn)、界河鎮(zhèn)、龍陽鎮(zhèn)、東郭鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的南部；一般適宜種植區(qū)主要分布在濱湖鎮(zhèn)、大塢鎮(zhèn)、界河鎮(zhèn)、龍陽鎮(zhèn)、東郭鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的北部。

3 結論與討論

（1）采用Kriging插值法對影響滕州市冬小麥生長的氣候、地形、土壤指標要素柵格化，得到了分辨率90 m×90 m的要素柵格圖。結合GIS技術和層次分析法，將全市劃分為最適宜種植區(qū)、適宜種植區(qū)和一般適宜種植區(qū)等3個分區(qū)，比傳統(tǒng)區(qū)劃結果空間分辨率更高，且更為精細化。

（2）滕州市冬小麥氣候因子適應性整體水平較高，呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢。滕州市南部區(qū)域冬季積溫及水資源都比較豐富，與冬小麥各生育期的需求規(guī)律配合恰當，是種植的最適宜氣候區(qū)域。東北部、西北部積溫比較低，易受凍害，全生育期降水量偏少，易出旱情，是種植的一般適宜氣候區(qū)域。而適宜種植區(qū)主要分布在市區(qū)、級索鎮(zhèn)、姜屯鎮(zhèn)、東沙河鎮(zhèn)及羊莊鎮(zhèn)。從地形因子的角度可以看出，滕州市大部分地區(qū)處于適宜和最適宜種植區(qū)。考慮土壤因子則發(fā)現(xiàn)，滕州市冬小麥種植適宜程度均較好，中部和西南部高于其他地區(qū)。

（3）綜合考慮氣候、地形、土壤等3大因子，滕州市冬小麥適宜性整體呈西南向東北遞減的趨勢。進一步考慮滕州市河流及土地利用類型得出，冬小麥精細化綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃，即冬小麥適宜性南部高于北部，西南部適宜性最強。最適宜、適宜等級占全市面積的一半以上。

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