基于GIS與RS的貴州省芒果種植氣候區劃

吳小波+韓樹全+黃海+龔德勇+范建新

摘要：以貴州省各縣主要氣象臺站1995—2014年的氣候統計資料為基礎，綜合考慮氣候、海拔、坡度等因子，運用地理信息系統（GIS）和遙感（RS）軟件，確定芒果的種植區域，將不適宜芒果種植的地塊屏蔽，完成貴州省芒果種植氣候區劃專題圖制作。結果發現，貴州省芒果可種植區域劃分為優勢種植區（最適宜區、適宜區）和一般種植區（次適宜區）。可種植區域主要分布在貴州省南盤江、北盤江、紅水河、赤水河流域低熱河谷地帶。優勢種植區面積為 46 037.4 hm2，占芒果可種植區域面積的98.86%，主要分布在南盤江、北盤江、紅水河低熱河谷地帶海拔203～850 m的區域；一般種植區面積為531.07 hm2，占芒果可種植區域面積的1.14%，分布在赤水河流域海拔210～400 m處。本區劃可為貴州省芒果產業發展規劃提供科學依據。

關鍵詞：地理信息系統（GIS）；遙感（RS）；芒果；氣候區劃；貴州省

中圖分類號： S127 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）20-0268-04

芒果（Mangifera indica L.）別稱檬果、悶果、蜜望、望果等，屬漆樹科（Anacardiaceae）芒果屬，喜高溫干燥，適應性廣，速生易長，結果早，壽命長，易栽培管理。原產于印度、馬來西亞等熱帶地區，是一種熱帶亞熱帶常綠果樹，集“水果、醫藥、保健”作用為一體，具有很高的經濟價值，有“熱帶果王”的美譽，發展前景看好。貴州是典型的溶巖化高原山區省份，地處我國云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，具有南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶和暖溫帶多種氣候類型，是農業部確定的全國9個南亞熱作省區之一。其中，貴州的南盤江、北盤江、紅水河、赤水河流域海拔在850 m以下的中低山低熱河谷地區，大部分屬南亞熱帶氣候。該區夏、秋多濕，雨熱同季，冬、春干旱少雨，氣候溫暖，干濕季節明顯，無霜期長，比較適宜亞熱帶作物的生產。20世紀90年代以來，貴州先后引進桂熱、桂香、紅象牙、紫花、呂宋、金煌、凱特、紅玉等芒果品種在南盤江、北盤江和紅水河流域的望謨、冊亨、貞豐、興義等縣（市）進行試種觀察，成功篩選出適宜貴州南亞熱帶地區發展的芒果品種。引種成功的芒果品種耐干旱、病蟲害少、高產穩產、品質優良，是貴州山地特色高效農業發展的良好經濟作物。因此，在貴州南盤江、北盤江、紅水河和赤水河流域的低熱河谷地區發展芒果生產具有較大的潛力[1-6]。

近年來，許多研究學者把地理信息系統（GIS）和遙感（RS）軟件技術廣泛應用于我國農業氣候區劃，顯著提高了區劃的精度，同時取得了一些可喜的研究成果。王旭等利用GIS和RS技術對貴州省火龍果種植進行了氣候區劃分析[6-7]。黃桔梅等基于GIS技術實現了貴陽市主要蔬菜品種的氣候適應性區劃[8]。丁麗佳等和王春林等分別運用GIS開展了廣東省荔枝種植氣候區劃和寒害監測預警研究[9-10]。莫建國等和楊鵬武等分別利用GIS技術對威寧縣和昭通市烤煙種植進行了氣候區劃和氣候區劃評估預測研究[11-12]。從目前科研和應用情況看，關于貴州省利用GIS和RS軟件技術進行芒果種植氣候區劃的相關研究還未見報道。為此，筆者根據芒果栽培種植的氣象指標，以貴州省近20年（1995—2014年）氣象統計資料為基礎，采用GIS和RS軟件技術對貴州省芒果可種植區域進行氣候區劃研究，旨在充分挖掘芒果生長的氣候資源優勢和為貴州省芒果產業發展規劃提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 基礎數據收集

地理信息數據來源于貴州省基礎地理信息數據庫，主要采集貴州省行政邊界、等高線、鐵路公路交通圖、水系圖等信息資料。土地利用圖采用2008年分辨率為30 m的ETM遙感圖像。氣候及臺站背景資料主要收集貴州省各縣主要氣象臺站1995—2014年氣象資料及站名、站號、經度、緯度、溫度、海拔等數據。

1.2 區劃指標

根據文獻資料收集查閱，結合專家咨詢和芒果生長特性，總結出制約貴州省芒果種植的主要因素是熱量條件，熱量的高低直接影響著芒果栽培適宜程度，關系著貴州省芒果產業發展的成敗。根據芒果種植對氣候條件的特殊要求，在貴州省南北盤江和紅水河流域部分低熱河谷區試種成功的基礎上，選擇年平均氣溫、最冷月月平均氣溫、≥10 ℃活動積溫、≥10 ℃積溫持續天數、平均極端最低氣溫、日均氣溫≤0 ℃連續時數等熱量指標作為貴州省芒果種植氣候區劃的區劃因子。根據芒果種植對熱量條件的要求及貴州生產栽培的實際情況，參考以往的科研成果，建立了劃分芒果適宜種植區氣候區劃指標體系（表1）。

1.3 地形地類限制因子

貴州省地形地貌復雜，全省地貌包括高原山地、丘陵和盆地3種基本類型，其中山地和丘陵面積占全省總土地面積的92.5%。因此，發展芒果種植，要充分利用山地資源，合理布局，選擇好地形、地勢適度種植。根據貴州省芒果生產栽培適應性情況，種植區海拔一般要求在850 m以下，坡度小于25°，適宜栽培的土地類型主要有山地、農田和灌草地，剔除林地、荒漠山頭、水域、峽谷、坡度>25°的山地、公路及城鎮建設用地等不可種植區。

1.4 區劃方法

1.4.1 氣象方程的建立 貴州省地勢西高東低，自中部向北、東、南3面傾斜，西部海拔2 000 m左右，中部海拔500 m以下，平均海拔在1 100 m左右。這一地勢特征使全省水系順地形由西部、中部呈帚狀向北、東、南3面分流，區域地形地貌類型組合也隨之不同，同時熱量條件也呈現出規律的分布特征[13]。區劃將全省潛在的芒果種植區域進行分組，在貴州省各縣主要氣象臺站1995—2014年氣象統計資料的基礎上，運用SPSS 19.0統計軟件進行分析，同時采用回歸分析曲線模型進行估計，篩選出各個種植區域熱量指標與海拔間顯著性最強、判定系數最高的氣象方程。在氣象方程建立過程中主要的應用模型包括：線性模型、二次項曲線模型、三次項曲線模型、增長曲線模型、對數曲線模型、指數曲線模型、冪函數曲線模型、倒數曲線模型、復合曲線模型、Logistic曲線模型和S曲線模型。endprint

1.4.2 種植區域的確定 根據貴州省芒果種植區劃氣象指標，利用相關氣象指標回歸模型估算出各流域各氣象指標值相應的海拔高度，即可得到符合各項氣象指標的區域范圍，各區域范圍的重疊部分，即是適宜芒果種植的區域。結合地形地類限制因子，確定貴州省適宜種植芒果的縣市。

2 結果與分析

2.1 區劃專題圖制作

在貴州省等高線矢量化的基礎上，利用ArcGIS軟件生成貴州省DEM數據（分辨率為5 m），以DEM數據為基礎，采用ArcGIS軟件三維分析工具提取地形海拔變率和坡度變率的柵格圖層，得到貴州省海拔分級圖和坡度分級圖（圖略）。本區劃采用美國陸地資源衛星分辨率為30 m的ETM 遙感圖像，選用ETM+的2、3、4波段進行標準假彩色合成，在GIS和RS軟件的支持下進行遙感圖像預處理，采用直方圖均衡化、直方圖匹配、去霾處理等GIS圖像處理手段增強圖像效果。同時以野外定點調查結果、貴州省DEM數據和植被分布圖為背景數據，通過室內人機交互、聚類分析、去除分析和數據重采樣等處理技術，得到分辨率為5 m×5 m的貴州省土地利用現狀圖（圖略）。在各專題圖的基礎上，疊加以縣為單位的行政界線，運用ArcGIS軟件的裁剪提取工具，獲得適宜種植芒果各流域的基礎信息。綜合各氣象指標、地形、地類等限制因子，在ArcMAP平臺上對各指標進行空間分類疊加和柵格數據的邏輯運算，得出各流域芒果種植的優勢種植區和一般種植區，給不同區域賦予不同的顏色，通過柵格數據合并，得到貴州省芒果種植區域。同時疊加貴州省鐵路公路交通網、水系網、經緯網、鄉鎮界和圖例等，最后輸出貴州省芒果種植氣候區劃專題圖（圖1）[14-15]。

2.2 芒果種植區域

根據貴州省多年氣象資料和芒果生長栽培特性對熱量條件的要求，將貴州省可能種植芒果的縣市按流域進行劃分：（1）赤水河流域：赤水市、習水縣、仁懷市；（2）南盤江流域：興義市、安龍縣、冊亨縣；（3）北盤江流域：鎮寧縣、關嶺縣、晴隆縣、普安縣、紫云縣、冊亨縣、興仁縣、貞豐縣、望謨縣；（4）紅水河流域：望謨縣、羅甸縣、平塘縣。針對各流域熱量指標、海拔數據進行統計運算，得到的氣象方程經F檢驗均達到極顯著水平（表2）。根據各限制指標和相關氣象方程，結合地形整體海拔在850 m以下等硬性要求，確定出貴州省芒果適宜種植的縣市為赤水、興義、興仁、安龍、冊亨、貞豐、關嶺、鎮寧、望謨、羅甸、平塘，共計11個。

2.3 氣候區劃結果

貴州省芒果氣候適應性不完全是緯向分布，充分體現出山區地形地貌和局地氣候環境的影響。在同緯度的條件下，溫度隨海拔升高而降低，因此，芒果適宜種植區域集中在中低山低熱河谷地區，主要包括南盤江、北盤江、紅水河、赤水河流域（圖1）。在不破壞環境和可開發性的原則下，貴州省芒果可種植的土地利用類型主要有山地、農田和灌草地。運用ArcGIS軟件查詢工具可得到芒果可種植區域的面積。具體如下：

（1） 優勢種植區。優勢種植區包括最適宜種植區和適宜種植區。貴州省芒果優勢種植區面積為46 037.4 hm2，占芒果可種植區域面積的98.86%，主要分布地區為貴州南盤江、北盤江和紅水河低熱河谷地帶海拔在203～850 m的區域，包括興義、安龍、冊亨、興仁、貞豐、關嶺、鎮寧、望謨、羅甸、平塘10個縣（市），各縣（市）適宜種植芒果的區域有：①興義市海拔718～850 m的三江口鎮、則戎鄉、南盤江鎮、滄江鄉、泥凼鎮、洛萬鄉；②安龍縣海拔418～650 m的棲鳳街道、德臥鎮；③冊亨縣海拔238～850 m的巧馬鎮、丫他鎮、八渡鎮、弼佑鄉、百口鄉、雙江鎮、達央鄉、者樓鎮、巖架鎮、慶坪鄉；④興仁縣海拔506～650 m的馬崖鎮；⑤貞豐縣海拔294～750 m的北盤江鎮、平街鄉、沙坪鄉、白層鎮、者相鎮、連環鄉、魯容鄉、魯貢鎮；⑥關嶺縣海拔361～500 m的上關鎮、八德鄉、新鋪鎮、普利鄉、板貴鄉；⑦鎮寧縣海拔254～550 m的六馬鄉、打幫鄉、沙子鄉、簡嘎鄉、良田鄉；⑧望謨縣海拔203～800 m的邊饒鎮、石屯鎮、樂元鎮、平洞街道、王母街道、油邁鄉、樂旺鎮、大觀鎮、昂武鎮、桑郎鎮、蔗香鎮、麻山鄉；⑨羅甸縣海拔233～700 m 的鳳亭鄉、木引鎮、沫陽鎮、紅水河鎮、羅悃鎮、茂井鎮、邊陽鎮、逢亭鎮、龍坪鎮；⑩平塘縣海拔414～550 m的甲茶鎮、者密鎮。

（2） 一般種植區。一般種植區指次適宜種植區，貴州省芒果一般種植區面積為531.07 hm2，占芒果可種植區域面積的1.14%，分布在赤水河流域，包括赤水市葫市鎮、丙安鄉、復興鎮、大同鎮、文化辦、市中辦、金華辦、長期鎮、長沙鎮、白云鄉海拔在210～400 m的地區。

3 結論與討論

貴州省地形地貌復雜，山地資源豐富，為充分利用山地資源，發展芒果種植應選擇好地形地勢適度種植。在不破壞環境和可開發性的前提下，種植區海拔一般要求在850 m 以下，坡度小于25°，可種植的土地利用類型主要有山地、農田和灌草地，剔除林地、荒漠山頭、水域、峽谷、坡度>25°的山地、公路及城鎮建設用地等不可種植區。區劃把貴州省芒果可種植區域劃分為優勢種植區和一般種植區，優勢種植區面積共計46 037.4 hm2，主要分布在貴州省南盤江、北盤江和紅水河低熱河谷地帶海拔203～850 m處，包括興義、安龍、冊亨、興仁、貞豐、關嶺、鎮寧、望謨、羅甸、平塘10個縣（市）。一般種植區面積為531.07 hm2，分布區域包括赤水市葫市鎮、丙安鄉、復興鎮、大同鎮、文化辦、市中辦、金華辦、長期鎮、長沙鎮、白云鄉海拔在210～400 m的地區。

本區劃以GIS和RS軟件為技術支撐，運用回歸分析曲線模型估計，結合熱量指標與海拔指標，直觀反映出熱量指標隨海拔變化的立體特征。在RS軟件技術的支持下，結合土地利用現狀圖，將不適宜芒果種植的地塊屏蔽，確定貴州省芒果種植的優勢種植區和一般種植區，同時保證了芒果種植區域土地利用的可開發性，更加貼近實際，可操作性強。區劃柵格圖分辨率為5 m，可精確地計算出芒果可種植區域的面積，與傳統農業區劃結果相比，本區劃結果更加精細。但是由于貴州地形地貌和局地氣候環境的影響，以及區劃氣象資料年限較短和氣象臺站數量有限，因此氣象方程估算的氣象要素值與實測值間存在一定差異，區劃結果的準確性還有待進一步提高。endprint

除氣候因素外，影響貴州省芒果生長發育和生產栽培的因素還有很多，如品種、土壤肥力、栽培措施、土壤類型、坡度等。本研究著重介紹GIS和RS軟件技術在芒果種植氣候區劃中的應用，因此，在區劃過程中以考慮氣候因子為主。只有將芒果種植區劃氣候因子與其他影響因子綜合起來考慮對芒果生產布局的影響，才能最終完成貴州省芒果的種植區劃。

參考文獻：

[1]龔德勇，劉清國，周正邦，等. 貴州南亞熱區發展芒果生產的前景與對策[J]. 貴州農業科學，2008，36（6）：141-143.

[2]龔德勇，劉清國，周正邦，等. 幾個優良芒果品種在貴州南亞熱區的適應性初報[J]. 貴州農業科學，2009，37（8）：182-184.

[3]劉清國，龔德勇，王曉敏，等. 貴州省幾個芒果品種（系）寒害調查與抗寒性分析[J]. 廣東農業科學，2011，38（17）：26-28.

[4]樊衛國，羅 燕，吳素芳，等. 南北盤江河谷野生芒果種質資源的分布與形態特征[J]. 西南農業學報，2012，25（6）：2244-2247.

[5]龔德勇，張顯波，張 燕，等. 貴州南亞熱區中晚熟芒果品種選優及利用評價[J]. 廣東農業科學，2013，40（7）：33-35，60.

[6]王 旭，向青云，譚 偉，等. 基于RS與GIS的貴州省火龍果種植氣候區劃[J]. 貴州農業科學，2011，39（3）：229-233.

[7]王 旭，譚 偉，穆 彪. 基于RS與GIS的黔西南地區火龍果種植氣候區劃研究[J]. 山地農業生物學報，2010，29（6）：514-518.

[8]黃桔梅，谷曉平，于 飛. 貴陽市主要蔬菜品種的氣候適宜性區劃[J]. 中國農業氣象，2011，32（增刊1）：144-147.

[9]丁麗佳，王春林，鄭有飛，等. 基于GIS的廣東荔枝種植氣候區劃[J]. 中國農業氣象，2011，32（3）：382-387，393.

[10]王春林，劉錦鑾，周國逸，等. 基于GIS技術的廣東荔枝寒害監測預警研究[J]. 應用氣象學報，2003，14（4）：487-495.

[11]莫建國，古書鴻，李洪勛. 基于 GIS 的威寧縣烤煙種植精細化氣候區劃[J]. 貴州農業科學，2014，42（2）：77-80.

[12]楊鵬武，朱 勇，王學鋒，等. 基于GIS的昭通市烤煙種植動態氣候區劃評估（預測）研究[J]. 云南大學學報（自然科學版），2011，33（增刊1）：229-233.

[13]熊亞蘭，張科利，寧茂岐. 貴州省土壤侵蝕危險度評價[J]. 貴州農業科學，2011，39（3）：122-124，130.

[14]湯國安，楊 昕. 地理信息系統空間分析實驗教程[M]. 北京：科學出版社，2007.

[15]楊 昕，湯國安，鄧鳳東，等. 遙感數字圖像處理實驗教程[M]. 北京：科學出版社，2010.endprint