新疆平歐雜種榛種植氣候區劃*

左 琛，宋鋒惠，史彥江，羅 達

（1. 新疆農業大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052；2. 新疆林科院經濟林研究所，烏魯木齊 830000）

榛子，樺木科（Corylaceae）榛屬（Corylus）植物，與核桃、扁桃、腰果并稱為世界四大堅果，又是重要的木本油料樹種之一[1-2]。1993年，新疆引進美洲榛（C.America），試種植10a，表現出良好的生長適宜性。2001年開始，新疆林業科學院從遼寧省陸續引進平歐雜種榛，經引種、品種篩選、生產栽培技術研究，現已在全疆40 余個縣市推廣栽培，成為新疆地區最有發展潛力的特色林果樹種之一，目前全疆榛子種植面積已2000hm2以上，榛果收購價達到45 元?kg-1[3]，榛子產業已經成為脫貧攻堅工作中的一項重要產業，因此，合理布局，歸利弊害，引導林農在氣候適宜區內規模化種植，提高優質林果產量，對新疆地區種植平歐雜種榛適宜性區劃顯得尤為必要。

地理信息系統（ Geographical Information System，簡稱GIS），是一種綜合了地理學、地圖學、遙感技術和計算機科學的學科[4]。GIS 先后在土地資源調查和評價、作物氣候適應性評價和區劃、農業資源信息管理和分析等方面應用，取得了顯著的經濟效益[5-6]。目前，GIS 技術已在農林業區劃上得到廣泛應用。周莉蓉等[7]對阿克蘇地區紅棗栽培的合理布局進行了研究；張山清等[8]研究了氣候變化對新疆紅棗種植氣候區劃的影響，將新疆紅棗分為3 個氣候栽培區，即適宜區、次適宜區和不適宜區。馬仁等[9]通過對氣象因子綜合分析，按照模糊聚類[10]的方法，將隴西縣榛子產業基地劃分為3 大區域，即最適宜區、適宜區、不適宜區。郭兆夏等分別利用GIS技術對白梨[11]、核桃[12]、芒果[13]等果樹進行了氣候區劃研究。岳陽等[14]通過對新疆環塔里木盆地地區的地理信息數據及氣象資料分析結合氣象要素細網格推算模型，確定了影響塔里木盆地地區杏樹生長發育的主導氣候因子，得出適宜杏樹發育的生長指標，并將該地區潛在種植分布區劃分成4 個。盡管許多學者根據林果的生長要求，對不同地區不同林果進行了區劃研究，但由于新疆深居中國內陸地區，其氣候干燥、降水稀少、水資源匱乏，冬季干燥寒冷、凍害等災害性氣候的頻繁發生時常威脅著新疆榛子產業的可持續健康穩定發展，特別是對新疆平歐雜種榛的區域化種植還缺乏系統性研究。針對以上問題，本研究利用近10a（2009-2018年）新疆地區40 個主要氣象臺站觀測資料（平均氣溫、降水量、日照時數等氣候要素數據），結合新疆地區基礎地理信息數據等資料，根據平歐雜種榛對氣象條件的需求，確定平歐雜種榛適宜性區劃指標體系，構建基于空間專題數據庫的適應性評價模型，在GIS 技術支持下，對新疆平歐雜種榛種植的氣候適宜性進行區域劃分，以期為新疆平歐雜種榛產業的布局規劃與推廣提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

新疆維吾爾自治區，深居內陸，面積166.37×104km2，四周有高山阻隔，海洋氣流不易到達，形成明顯的溫帶大陸性氣候，區內溫差較大，日照充足，年日照時數達2500～3500h，降水稀少，年平均降水量150mm 左右。氣候干燥，水分蒸發大，年均蒸發量在1000mm 以上。天山山脈將新疆分為南北疆兩大部分，根據新疆統計年鑒[15]，南疆地區年平均氣溫、日照時數等熱量條件均比北疆地區好；而北疆地區水資源條件優于南疆地區，且北疆年蒸發量低于南疆[16]。

1.2 研究方法

1.2.1 氣象資料

通過國家氣象信息中心獲取新疆40 個氣象臺站（圖1）2009-2018年連續10a 歷年平均氣溫、平均降水量、平均日照時數等。

圖1 新疆地區氣象臺站分布 Fig. 1 Meteorological station distribution map in Xinjiang

1.2.2 地理資料

通過國家基礎地理信息獲取資料包括：（1）1:25萬數字高程模型（DEM）信息數據；（2）縣級以上行政區邊界圖；（3）40 個主要氣象站點經緯度。

1.2.3 新疆榛子產區基本情況

選取北疆地區9 個典型榛子示范園、南疆地區4個典型榛子示范園作為現狀調查點，調查各榛子栽培示范園近10a 的氣候情況（表1），并于2018年9月對各產區當年產量進行實地調查（表2）。

1.2.4 適宜區區劃指標確定

適宜生長指標：選取海拔、年平均氣溫、年降水量和日照時數[17-20]4 個指標作為區劃指標。

基礎護理學實驗教學是護理教學中的一個重要環節，為護理課程學習與臨床實踐架起了一座橋梁。案例教學法是指以案例為教學材料，結合教學主題，通過討論、問答等師生互動的教學過程，讓學生了解與教學主題相關的概念或理論，培養學生高層次能力的教學方法[1]。我校從2009年開始將案例教學法運用于基礎護理學實驗教學，收到滿意效果，獲得師生好評。但由于案例主要由教師自行編寫制作，不僅花費了教師很大精力，也不利于教學資源的共享。若建立案例庫，可最大限度地實現教學資源的共享。教師課前只需根據教學目的從案例庫中選擇適合的案例即可。現將基礎護理學實驗教學案例庫構建介紹如下。

1.2.5 區劃圖制作

采用層次分析法[21]對各項評價指標進行分析，按總目標、各層子目標、評價準則分解為不同的層次結構，構建“新疆平歐雜種榛種植氣候適宜性區劃層次結構圖”，得出不同區劃指標對不同區域的影響程度，求得每一層次各元素對上一層次某元素的優先權重，并運用加權和的方法遞階歸并各區劃因子影響權重參數。運用克里金插值法[22]分別制作海拔、年平均氣溫、年降水量、日照時數各區劃因子分布柵格圖。運用GIS 柵格疊加處理各指標，并用柵格計算器計算各圖斑面積及比例。

1.3 數據處理

氣象數據的處理和分析采用Excel 2003 和SPSS 18.0 統計分析軟件，權重的確定采用MATLAB 2014軟件，適宜區區劃圖像的制作采用ArcGIS 10.2 軟件。

表1 2009-2018年13 個平歐雜種榛栽培示范園氣象調查 Table 1 Meteorological investigation form of 13 hazel cultivation demonstration gardens from 2009 to 2018

表2 2018年13 個平歐雜種榛栽培示范園栽培情況調查 Table 2 Investigating result of 13 hazel cultivation demonstration gardens in 2018

2 結果與分析

2.1 平歐雜種榛氣候區劃指標確定

由表1、表2 可見，2018年榛子示范園年均產量在2000kg·hm-2以上的地區有吉木薩爾縣和烏魯木齊市，主要分布在北疆地區，該區年平均氣溫在4.5℃以上，年均降水量200mm 以上，年均日照時數2800h 以上；年均產量在630kg·hm-2以上的地區有伊寧縣、察布查爾縣、烏蘇市、石河子121 團、哈巴河縣、溫宿縣、疏附縣，該區在南疆、北疆各有分布，北疆地區年平均氣溫5～9℃，年均降水量100mm 以上，年均日照時數2000h 以上，南疆地區年平均氣溫7～11℃，年均降水量60mm 以上，年均日照時數2400h 以上；年均產量在500kg·hm-2以上的地區有五家渠市和皮山縣，該區在南疆、北疆各有分布，北疆地區年平均氣溫6.5℃，年均降水量190mm，年均日照時數2800 以上，南疆地區年平均氣溫11℃以上，年均降水量48mm，年均日照時數2400 以上。

（1）溫度。據文獻研究[4、9、23]，平歐雜種榛抗寒性強，可耐冬季-35.0～-33.0℃的低溫，適宜年均氣溫為7.5～13.0℃，夏季最高溫度不超過38.0℃[24]。結合新疆40 個氣象站點年平均氣溫數據，征求新疆林業科學院經濟林研究所5 位專家的意見，年均產量在630kg·hm-2以上視為適宜區，由此確定新疆各地平歐雜種榛氣候適宜性區劃溫度指標（表3）。

（2）光照。榛樹為喜光植物，光照影響榛樹花芽的分化、根系的生長、營養物質的吸收運輸，要求年光照在2000h 以上，最適宜光照在2200h 以上[25]。結合新疆40 個氣象站點年均日照時數數據，征求新疆林業科學院經濟林所5 位專家的意見，年均產量在630kg·hm-2以上視為適宜區，由此確定新疆各地平歐雜種榛氣候適宜性區劃年均日照時數指標（表3）。

（3）降水量。榛樹喜濕潤氣候，年降水量500～800mm 條件下可滿足栽培條件，最適降水量為700～1000mm[25]，但新疆年降水量低于500mm，采用人工灌溉可滿足栽培條件。結合新疆40 個氣象站點年均降水量數據，征求新疆林業科學院經濟林所5 位專家的意見，年均產量在630kg·hm-2以上視為適宜區，由此確定新疆各地平歐雜種榛氣候適宜性區劃年均降水量指標（表3）。

表3 新疆平歐雜種榛種植的氣候適宜性區劃指標體系 Table 3 Climatic suitability regionalization indices of hazel planting in Xinjiang

2.2 氣候區劃指標空間分布

通過對年平均氣溫、年降水量、年均日照時數 以及經度、緯度和海拔高度等地理信息因子進行多元回歸分析篩選，得到氣候指標因子與宏觀地理因子的模擬方程，分別建立空間分析模型（表4）。由表4 可知，緯度、經度、海拔與年平均氣溫均呈負相關（R=0.847）；緯度、海拔均與年降水量呈負相關，經度與年降水量呈正相關（R=0.830）；緯度、海拔均與日照時數成呈正相關，經度與年降水量呈負相關（R=0.744）。年平均氣溫、年降水量和日照時數分別與緯度、經度、海拔高度擬合參數接近1，擬合程度高，均表現為極顯著。

表4 新疆平歐雜種榛氣候指標要素空間推算模型 Table 4 Spatial calculation model of climatic index elements of Xinjiang hybrid hazel

2.2.2 空間分布

（1）年平均氣溫。根據張音等[26]對新疆近60a氣候變化分析，新疆年平均氣溫的增暖速率總體隨海拔增加而減少，北疆年均氣溫低于全疆，南疆高于全疆；與近10a 氣候一致，年平均氣溫分布總體呈“南疆高，北疆低”的格局（圖2），按照平歐雜種榛適宜性區劃指標體系（表3），由圖2 看出，年平均氣溫9～13℃的區域在伊犁河谷、阿克蘇地區、烏魯木齊市、巴音郭楞蒙古自治州北部以及吐魯番和哈密的部分地區，其主要分布在新疆中部地區；6.5～9.0℃的區域在伊犁地區、塔城地區、昌吉回族自治州、以及哈密地區北部，其主要分布在北疆地區。

（2）年均降水量。根據張音等[26]對新疆近60a氣候變化分析，新疆年均降水量總體上呈隨海拔升高而增加的態勢，北疆年均降水量最高，高于全疆，且高于南疆。與近10a 氣候一致，年均降水量分布總體呈“南疆少，北疆多”的格局（圖2），按照平歐雜種榛適宜性區劃指標體系（表3），由圖2 看出，年均降水量＞200mm 的區域在阿勒泰地區、昌吉回族自治州；100～200mm 的區域在伊犁哈薩克自治州、昌吉回族自治州、烏魯木齊市、哈密北部、吐魯番北部、巴音郭楞蒙古自治州北部以及阿克蘇地區北部，其主要分布在北疆地區。

（3）年均日照時數。根據張山清等[27]對新疆近50a日照時數時空變化分析，新疆各地年日照時數2450～3450h，其空間分布總體呈現“東部多，西部少；平原和盆地多，山區少”的格局。根據近10a氣候變化發現，按照平歐雜種榛適宜性區劃指標體系（表3），由圖2 看出，年均日照時數＞2200h 的區域在哈密地區、吐魯番地區、烏魯木齊市、巴音郭楞蒙古自治州、阿克蘇地區、和田地區、喀什地區以及克孜勒蘇柯爾克孜自治州；2000～2200h 的區域在昌吉回族自治州、伊犁河谷地區，其主要分布在南疆地區。

2.3 平歐雜種榛氣候區劃

2.3.1 氣候區劃評價模型

采用層次分析法對各項評價指標進行分析，構建新疆平歐雜種榛種植氣候適宜性區劃層次結構圖（圖3），得出不同區劃指標對不同區域的影響程度，并最終確定各區劃因子影響權重參數（表5）。

2.3.2 區劃結果評述

根據已確定的區劃因子及其等級指標權重，采用地理信息系統的空間分析技術，利用ArcGIS 中柵格計算器進行圖層的疊加計算分析，對各區劃因子的柵格圖層進行空間疊加運算，新疆平歐雜種榛適生種植氣候區劃結果如圖4 所示，同時通過疊加分別得到4 個等級面積及比例見表6。

圖2 2009-2018年新疆海拔（a）、年平均氣溫（b）、年均降水量（c）、年均日照時數（d）的空間分布 Fig. 2 Spatial distribution of altitude (a)，annual average temperature (b)，annual average precipitation (c) and annual average sunshine hours (d) from 2009 to 2018

圖3 新疆平歐雜種榛種植氣候適宜性區劃層次結構圖 Fig. 3 Map of climatic suitability zoning hierarchy

表5 新疆平歐雜種榛種植氣候適宜性區劃因子權重 Table 5 The weight of climatic suitability zoning factors for hazel planting in Xinjiang

（1）最適宜區。由表6 可見，新疆平歐雜種榛種植最適宜區面積為27.722 萬km2，占新疆土地總面積的16.7%，主要包括喀什地區、阿克蘇地區、伊犁河谷、昌吉回族自治州、烏魯木齊市、巴音郭楞蒙古自治州北部、吐魯番地區、哈密地區北部，其主要分布在新疆中部地區，與最適宜區現有烏魯木齊市、察布查爾縣、吉木薩爾縣、奇臺農場示范園年均產量1260kg·hm-2以上的實際情況相符。

（2）適宜區。由表6 可見，新疆平歐雜種榛適宜區面積為69.056 萬km2，占新疆土地總面積的41.6%，主要分布在南疆地區，其次為北疆，包括喀什地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、和田地區北部、巴音郭楞蒙古自治州北部、阿克蘇地區、塔城地區、阿勒泰部分地區，與適宜區現有伊寧縣、烏蘇市、石河子121 團、哈巴河縣、拜城縣、溫宿縣、疏附縣示范園年均產量630kg·hm-2以上的實際情況相符。

（3）次適宜區。由表6 可見，新疆平歐雜種榛次適宜區面積為17.596 萬km2，占新疆土地總面積的10.6%，分布地區較少，主要分布在北疆地區，該區海拔為200-300m 和1900-2000m，年平均溫度5.5～6.5℃，年均降水量為45～100mm，日照時數為1900～2000h。其中主要包括塔城部分地區、阿勒泰部分地區、哈密部分地區。

（4）不適宜區。由表6 可見，新疆平歐雜種榛不適宜區面積為51.626 萬km2，占新疆土地總面積的31.1%，主要分布在海拔較高的地區，南疆地區分布較廣，該區海拔在200m 以下和2000m 以上，年平均氣溫在5℃以下，年均降水量在45mm 以下，日照時數在1900h 以下。其中主要包括和田地區南部、 巴音郭楞蒙古自治州南部、阿勒泰地區北部等新疆邊緣地區。

圖4 新疆平歐雜種榛種植適宜性區劃圖 Fig. 4 Suitable planting area of hybrid hazel in Xinjiang

表6 新疆平歐雜種榛種植適宜性區劃各等級及所占比例 Table 6 The grade and proportion of planting suitability zoning of hybrid hazel in Xinjiang

3 結論與討論

新疆平歐雜種榛適生種植氣候最適宜區包括喀什地區、阿克蘇地區、伊犁河谷、昌吉回族自治州、烏魯木齊市、巴音郭楞蒙古自治州北部、吐魯番地區、哈密地區北部，其主要分布在新疆中部地區；適宜區主要分布在南疆地區，其次為北疆，包括喀什地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、和田地區北部、巴音郭楞蒙古自治州北部、阿克蘇地區、塔城地區、阿勒泰部分地區；次適宜區主要包括塔城部分地區、阿勒泰部分地區、哈密部分地區；不適宜區主要包括和田地區南部、巴音郭楞蒙古自治州南部、阿勒泰地區北部等新疆邊緣地區。

適宜的品種、環境條件、栽培管理技術等因素均會影響榛果的果實品質，環境因素尤為重要，是林果優質生產的決定性因素[28]。結合平歐雜種榛生長生態條件與新疆氣象數據進行分析，確定海拔、年平均氣溫、年均降水量、日照時數作為適宜性區劃指標[17-20]，降低了單一因子區劃誤差的風險。同時利用多元回歸方程，結合區劃因子與地理因子（經度、緯度、海拔）進行多元回歸分析，對各區劃指標進行建模，利用GIS 空間插值及疊加分析繪制平歐雜種榛在新疆生長的適宜區劃圖，將新疆劃分為最適宜區、適宜區、次適宜區、不適宜區4 個等級，這與前人研究結果[3，28-30]一致。

田雪鄰等[28]對新疆不同立地條件下平歐雜種榛果實品質的調查表明，原產遼寧大連的榛果與引入新疆吉木薩爾縣、安寧渠、察布查爾縣、拜城縣、疏附縣5 個產地的榛果，雖然由于氣候因子的差異，導致榛果外觀及內涵物質有顯著差異，但新疆榛果總體表現為果徑增大、單仁質量增加、出仁率高、含糖量提升；結合2018年對這5 個地區榛子示范園的產量調查發現，其年均產量都在1200kg·hm-2以上，因此，本研究將昌吉回族自治州、烏魯木齊市、阿克蘇地區、喀什地區劃分為適宜區，符合平歐雜種榛的生產實際。羅青紅等[29]在對比沈陽種與伊犁種雜交的榛果時發現，兩產地由于氣候因子和土壤因子影響，導致榛果中糖分等內含物質存在差異，但亞麻酸等含量差異不大，且伊犁日照長（年日照時數2810.7h）、晝夜溫差大對榛果的充實和光合產物的積累更有利，測得榛仁中亞油酸含量較高，表現出更好的口感和更強的豐產性及出仁率，2018年伊寧縣榛子示范園年均產量在1000kg·hm-2以上，因此，本研究將伊犁地區劃分為最適宜區是合理的。多年試驗表明，平歐雜種榛既能在較寒的阿勒泰市、伊犁河谷、天山北坡的瑪納斯、石河子地區生長，又能在較干旱、高溫的阿克蘇正常生長、結實，并且種植第5年平均產量可達0.5kg?株-1[4]，2018年石河子121 團、溫宿縣、拜城縣等示范園產量達800kg·hm-2，經濟效益極高，也表明該區劃結論合理。

本研究利用GIS 技術，研究了平歐雜種榛在新疆的適宜區類別，為新疆平歐雜種榛的區域化種植提供了理論依據，新疆平歐雜種榛種植應向適宜區集中，成規模化栽培，充分利用自然資源，提高榛果產量、質量。但由于新疆地理位置和氣候特點的特殊，以及氣象臺站數量較少和氣象資料年限較短，因此區劃結果的準確性還有待提高。其次，本研究側重于氣象因子對適生種植分區的影響，選取的典型榛子示范園土壤理化指標、空氣濕度、風等條件基本視為一致，但除氣候因素外，還有很多影響平歐雜種榛種植的因素，例如土壤條件（土壤肥力、pH 值、土壤類型等）、坡度、平歐雜種榛品種等。因此，未來有必要將平歐雜種榛氣候區劃因子與其它影響因素綜合起來考慮，以更科學合理地確定新疆平歐雜種榛適生區域。