余杭蜜梨種植適宜性分析與區劃

效文娟，馮 妍，何永健，楚岱蔚

（1.三門峽市氣象局，河南三門峽472000；2.壽縣國家氣候觀象臺中國氣象局淮河流域典型農田生態氣象野外科學試驗基地，安徽淮南232200；3.安徽省氣象科學研究所大氣科學與衛星遙感重點安徽省實驗室，合肥，230031；4.南京信息工程大學，江蘇南京210044；5.余杭區氣象局，浙江杭州311100）

0 引言

在氣候變化背景下，農作物合理布局、種植結構優化調整是現代農業發展的重要方向。隨著近年來農業氣象災害的多發重發，浙江省余杭蜜梨的生長受到影響。因地制宜開展蜜梨種植優化布局和結構調整對提高蜜梨產量和品質具有重要作用。

目前，已有諸多學者通過對自然條件的分析，開展了針對農作物種植適宜程度（適宜性）的區劃研究。從選取的區劃指標上看，大多側重于綜合考慮氣候、土壤、地形等區劃因子，全面分析與評估作物種植適宜性［1-6］。從區劃方法上看，GIS（Geographic Information System）和RS（Remote Sensing）技術被廣泛應用于作物適宜性評價研究中［7-8］，眾多學者利用GIS中空間內插方法實現氣候指標的網格化分布［9］，進而進行適宜性區劃，插值方法簡單可行，但并未充分考慮氣象要素空間分布的局地特征與規律，不利于進行精細化評估和應用。

在蜜梨的氣候適應性研究方面，費蕾等通過在庭院和大田開展小氣候觀測，了解蜜梨種植的小氣候特征［10］。游加清和胥揚帆結合當地產業結構調整需要，分析了蜜梨在金溪縣的氣候條件影響，并提出相應的氣象災害防御措施［11］。盧華和耿獻輝從氣候變化的角度對中國區域梨的影響進行了評估［12］。已有研究主要分析了蜜梨的種植氣候條件和庭院的小氣候條件［13-15］，對地區性蜜梨種植氣候適宜性的精細化區劃研究較少。

蜜梨是余杭“名特優”水果，是當地主要經濟作物之一。為了精準推廣蜜梨種植，文章綜合考慮氣候要素和地形因子，基于復雜地形下氣象要素分布式模型［16-18］和主成分分析法對浙江省余杭區蜜梨種植區域進行適宜性分析和精細化區劃研究，為余杭區蜜梨種植提供地理位置選擇參考。

1 研究區概況

浙江省余杭區位于杭嘉湖平原和浙西丘陵山地的過渡地帶，地理坐標為北緯30°09′～30°34′、東經119°40′～120°23′，地勢由西北向東南傾斜，西北以山地丘陵為主，山峰海拔高達500 m以上，東部為堆積平原，地勢低平，全區平原面積占總面積的61.48%。余杭區地處北亞熱帶季風氣候區，四季分明，光照充足，雨量充沛，有利于葉莖類作物和瓜果生產。

2 材料和方法

2.1 數據

該文主要包括以下研究數據：（1）余杭區基礎地理數據，主要包括余杭區1∶25萬DEM 數據、土地利用類型及鎮街行政邊界；（2）氣象數據，來自余杭國家站、周圍相鄰4個國家站（杭州、桐鄉、海寧、德清）及余杭所有區域自動站，具體字段包括逐日的日照數據、云量數據、氣溫數據（最高氣溫、平均氣溫、最低氣溫）、相對濕度、實際水汽壓、降水數據和氣壓數據（最高氣壓、平均氣壓、最低氣壓）；（3）輻射站觀測數據，包括輻射站1960 年以來的所有總輻射、直接輻射、散射輻射的日數據以及近幾年建成的輻射加密站的所有數據。

2.2 方法

2.2.1 氣候因子網格化

為獲取蜜梨種植的氣候適宜性精細化結果，該文充分考慮復雜地形條件對氣象要素空間分布的影響，借助分布式模型模擬復雜地形下氣候要素的精細化空間分布。

（1）氣溫：對于山地而言，局地地形條件（坡度、坡向、海拔、地形遮蔽）、山地接收到的太陽輻射量、地面長波輻射等因素對溫度的影響不容忽視，因此采用結合地形高度的GIS空間插值技術，綜合考慮宏觀地理要素、局地地形條件、太陽輻射以及大氣狀況等因素，采用ArcGIS建立復雜地形下浙江余杭氣溫空間分布模型，獲得年平均氣溫空間分布。

（2）積溫：通過對氣溫的累積計算得到積溫。采用山地熱量資源分布式模擬［14］，根據復雜地形下月平均氣溫模擬結果推算復雜地形下積溫的分布模擬。

（3）降水：由于地形的動力抬升作用、局地環流影響和對降水的再分配作用，不同地形和海拔的山區降水情況復雜，僅利用簡單的GIS空間插值法和地統計法模擬浙江省余杭區山區降水量的空間分布適用性較差。該文基于中國氣象科學數據共享服務網提供的中國地面降水月值格點數據集，考慮海拔和地形因子對降水的局地再分配作用，構建半經驗半理論模型［15］，實現復雜地形下降水的空間分布式模擬。

（4）日照時數：山區日照時數主要受天空狀況（云量等）和局地地形起伏兩方面因素影響。在利用云量計算日照的基礎上，利用地形遮擋來進行日照時數的修正，實現余杭年日照時數的空間化模擬。

2.2.2 評價指標

（1）氣候條件：蜜梨喜光喜濕，一般情況下蜜梨開花期氣溫在14～15℃最為適宜，15℃以上的氣溫連續3～5 d，即可完成開花。受精溫度要求在10℃以上，最適溫度要求在20℃左右，要求年降水量＞1 500 mm，年日照時數＞2 900 h，＞10℃活動積溫＞3 800℃。

（2）地形條件：依據當地農業部門專家經驗，確定海拔在200 m以上的地區適宜蜜梨種植。

依據因地制宜等原則，結合當地實際蜜梨適宜的氣候和地理條件，該文選擇3個氣候因子、2 個地形因子共計5個因子作為蜜梨種植的評價指標。具體包括：≥10℃活動積溫、年降雨量、年日照時數、海拔高度和坡度。

2.2.3 權重確定

氣候、地形因子對蜜梨種植的影響相互補充、相互制約，針對選定的5項評價因子，利用層次分析法（AHP，Analytic Hierarchy Process）確定蜜梨種植綜合評價因子的權重，權重系數如表1。

表1余杭區蜜梨種植綜合評價因子權重表Table 1 Comprehensive evaluation factors weight of pear planting in Yuhang

2.2.4 評價因子等級量化

根據蜜梨生態適宜性的區劃研究工作和當地蜜梨種植的實際調研情況，將各區劃因子分為不適宜、較適宜和適宜3個等級，分別賦予1、2、3的評價分值，各評價因子的取值如表2所示。

表2 余杭區蜜梨種植因子評價等級表Table 2 Evaluation grade of pear planting factors in Yuhang

2.2.5 綜合區劃評估模型

對農作物種植適宜度的定量評價須經過由單因素的小綜合到多維因素的大綜合，是一個典型的多準則綜合評價問題。該文以蜜梨為研究對象，以起伏地形下的氣候要素空間分布模擬數據和地理數據為基礎，通過構建蜜梨種植適應性綜合評價模型，對余杭區蜜梨種植適宜性進行分析和區劃。構建作物種植適宜性綜合評價模型時，采用加權求和法獲得作物種植適宜性區劃綜合評價結果，其計算公式為：

式（1）中，Yi為柵格i評價指標的綜合得分，wj為第j個評價指標的權重系數；Xij為柵格i在第j個指標上的評價分值。

3 結果與分析

3.1 余杭區氣候環境分析

3.1.1 氣溫

余杭區年平均氣溫模擬空間分布如圖1所示，余杭區年平均氣溫的最高值是19.5℃，最低值是14.8℃。年平均氣溫高值分布在余杭區東部和北部地區，低值區分布于百丈鎮、鸕鳥鎮以及中泰街道和閑林街道的南部地區，這些地區多為山區丘陵地帶，由于海拔起伏較大，溫度隨著海拔的升高而降低。

3.1.2 活動積溫

通過分布式模型模擬得到余杭區起伏地形下各界限多年平均溫度活動積溫，如圖2 所示，余杭區中部和東部地區活動積溫較大。≥10℃的活動積溫的最大值在塘棲鎮、臨平街道、瓶窯鎮和良渚街道北部地區。積溫的低值主要分布在百丈鎮、鸕鳥鎮、黃湖鎮以及中泰街道和閑林街道南部地區。余杭區的西北部≥10℃活動積溫起伏較大，主要是由于當地地勢起伏較大，余杭區西北地區的海拔較高，該地區積溫較低，而余杭區中部地區和東部地區地勢較平坦，該地區≥10℃的活動積溫較高且分布范圍較廣。

圖2余杭區≥10℃活動積溫空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of active accumulated temperature ≥10℃in Yuhang

3.1.3 降水

根據余杭區降水量空間分布圖顯示（圖3），余杭區全年多雨，年降雨在1 151～1 732 mm，空間上呈西高東低分布特征。降雨量低值主要分布在余杭區的東部地區，以及黃湖鎮和瓶窯鎮的北部地區。瓶窯鎮、黃湖鎮、徑山鎮、余杭街道、倉前街道、五常街道以及中泰街道和閑林街道北部地區屬于降雨量值中等地區。降雨高值區位于百丈鎮、鸕鳥鎮、徑山鎮西北部分、黃湖鎮邊緣地區以及中泰街道和閑林街道南部地區。余杭區西北部地區年降雨量起伏較大，主要是因為西北部多山地地勢，形成降雨的暖濕氣流在山地的迎風坡處被阻擋、停留，從而降雨較多，而山地的背風坡處被遮擋，形成降雨的暖濕氣流較難到達，從而降雨較少。從全年來看，余杭區全區的降雨量均較大。

圖3余杭區年降雨量空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of annual precipitation in Yuhang

3.1.4 日照時間

通過起伏地形下日照時數模型模擬了1960—2010年余杭區平均日照時數。圖4是模擬得到的余杭區年日照時數精細化空間分布圖。年日照時數最高值是1 846 h，位于余杭區東部地區，最低值是1 150 h，位于余杭區北部和西南部地區。百丈鎮、鸕鳥鎮、黃湖鎮、徑山鎮北部、瓶窯鎮北部和良渚街道北部屬于年日照時數低的地區。運河街道、東湖街道、臨平街道、星橋街道、南苑街道和喬司街道等地區年日照時數較大。中泰街道和閑林街道南部地區年日照時數也較低。

圖4余杭區年日照時數空間分布圖Fig.4 spatial distribution of annual sunshine hours in Yuhang

3.2 余杭區地理環境分析

根據余杭區海拔高度和坡度空間分布（圖5）可知，浙江省余杭區的海拔高度總體為2～1 077 m，坡度范圍在0.3°～43°之間。海拔高度和坡度較大的地區集中在西北地區的百丈鎮、鸕鳥鎮、徑山鎮、黃湖鎮、瓶窯鎮北部地帶，西南地區的中泰街道、閑林街道以及塘棲鎮、臨平街道、星橋街道和良渚街道的部分地區，此類地區所占余杭區總面積比例較小。余杭區大部分地區的海拔高度均低于120 m，坡度不超過4°。

圖5 余杭區海拔高度和坡度空間分布圖Fig.5 Spatial distribution of altitude and slope in Yuhang

3.3 余杭區蜜梨種植適宜性分析

在ArcGIS中利用空間分析模塊，將各個氣候和地形指標進行疊加運算，得到蜜梨種植適宜性分布圖，結合非農業用地、水體、行政區劃圖，分析蜜梨種植適宜性分布規律，將余杭區蜜梨種植適宜性劃分為適宜、較適宜、不適宜3個等級，具體區劃如圖6所示。

余杭區蜜梨種植不適宜地區較少，主要分布在百丈鎮、鸕鳥鎮、黃湖鎮等地區地形背陰處。蜜梨種植較適宜區主要分布在瓶窯鎮、良渚街道、崇賢街道、仁和街道、塘棲鎮、運河街道、余杭街道等平原地區。除了西南部各街道外，余杭區蜜梨的種植適宜區主要集中在百丈鎮、鸕鳥鎮、黃湖鎮、徑山鎮和瓶窯鎮等西北山區，其溫度、海拔、日照、降水等均適宜蜜梨生長，是余杭區的重點種植區域。中部平原地區為不適宜區域，建議農戶避開中部平原種植蜜梨。

圖6余杭區蜜梨種植適宜性區劃圖Fig.6 Planting suitability of Mili pear in Yuhang

4 結論

該文利用基礎地理數據和氣象觀測數據（國家氣象站與區域自動氣象站）分析了影響余杭區蜜梨分布的氣候和地理環境因子，并在已有研究成果和實地調研基礎上，選用≥10℃活動積溫、年降雨量、年日照時數、海拔高度和坡度5個評價因子，構建蜜梨種植適宜性區劃綜合評價模型，從氣候條件角度對余杭區蜜梨種植適宜性開展了精細化農業種植區劃分析。

在余杭區氣象觀測站逐日觀測資料基礎上，模擬了全區域氣溫、積溫、降水、日照等氣候要素的精細化空間分布，結果發現余杭區中部和東部地區氣溫高、積溫較大、日照時間較長，降水總體上呈現南多北少的特征。模擬結果體現了各氣象要素的宏觀和局地規律，為蜜梨種植適宜性研究提供了精細化基礎數據。

基于GIS技術和氣候要素建模分析建立的適宜性區劃綜合評價模型將余杭區蜜梨種植區劃分為適宜、較適宜、不適宜3個等級，從區劃結果看，余杭區蜜梨種植適宜區主要分布在余杭西部地區，不適宜區較小，主要分布在百丈鎮、鸕鳥鎮、黃湖鎮等地區的地形背陰處。該研究對指導余杭區蜜梨種植規劃和推廣具有重要的參考價值。