基于溫度因子的貴州香蕉種植氣候區(qū)劃

韓樹全， 羅立娜， 王 尉， 王代谷， 劉凡值， 盧加舉， 范建新， 龔德勇

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學院 亞熱帶作物研究所， 貴州 興義 562400； 2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院 熱帶生物技術研究所， 海南 ?？?571101)

香蕉(MusananaLour.)是重要的熱帶水果，產(chǎn)量居世界水果第二位，栽培面積居世界第三位，同時也是世界第四大糧食作物[1]。中國是香蕉原產(chǎn)地之一，有3 000多年的栽培歷史[2]，也是世界香蕉重要的栽培國家之一。中國香蕉主要栽培區(qū)域分布在廣東、廣西、福建、臺灣、云南和海南，貴州、四川、重慶、西藏等省區(qū)也有少量栽培。

貴州地處云貴高原斜坡地帶，平均海拔1 100 m[3]，山地和丘陵面積占92.5%，素有“八山一水一分田”之說[4]。貴州總體屬亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫暖濕潤，氣溫變化小。全省最冷月(1月)平均氣溫多在3～6℃，最熱月(7月)平均氣溫多在22～25℃，全年雨日多達160 d、降水豐富，相對濕度高，日照短缺。

貴州熱區(qū)涉及貴州31個縣市[5]，屬南亞熱帶和中亞熱帶氣候[6]，干、濕季節(jié)明顯，光、水、熱資源豐富，有較長的香蕉種植歷史。清咸豐四年(1854)刊行《興義府志》內(nèi)《物產(chǎn)志土產(chǎn)》中就有貴州種植及食用香蕉記載[7]。貴州最早引進香蕉品種(香牙蕉)種植可以追溯到1957年，1986年后國務院將貴州省列為南亞熱作物重點發(fā)展地區(qū)，由此開始大面積引入香蕉商業(yè)品種進行試種。香蕉生長周期相對較短，產(chǎn)量高，經(jīng)濟效益較好，目前貴州熱區(qū)一些縣市已將其作為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)扶貧的主要品類之一加以發(fā)展，尤其是冊亨縣生產(chǎn)的粉蕉已成為冊亨縣的地理標志產(chǎn)品，由于口感及品質(zhì)好，深受市場歡迎，市場價格高，給當?shù)氐墓r(nóng)和企業(yè)帶來了良好經(jīng)濟效益，為當?shù)氐拿撠毠宰鞒隽酥匾暙I。

以貴州各地的氣候、地形坡度等為基礎，根據(jù)近20年貴州香蕉種植試驗示范取得的成果，選取影響貴州香蕉種植的主要限制因子溫度，采用3S技術對貴州香蕉適宜種植區(qū)進行區(qū)劃，進一步明確貴州香蕉種植的優(yōu)勢區(qū)域，對優(yōu)化貴州香蕉產(chǎn)業(yè)布局和資源配置，全面提升貴州香蕉產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和市場競爭力，推進貴州香蕉產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展、融合發(fā)展有重要現(xiàn)實意義。

1 區(qū)劃資料來源與處理

1.1 氣象資料

氣象資料來源于貴州省各縣主要氣象站點1995—2014年的數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、降雨量、日照等，經(jīng)計算獲得多年平均溫度、最冷月平均溫度、≥10℃活動積溫等指標數(shù)據(jù)。

1.2 地圖資料

地圖資料由貴州省基礎地理信息數(shù)據(jù)庫提供的1∶25萬數(shù)字高程資料以及最新的貴州省行政邊界、貴州省等高線及貴州省水系等資料。

2 區(qū)劃指標的選定

香蕉是熱帶果樹，對熱量要求較高，其中溫度是決定香蕉生長發(fā)育的重要環(huán)境因子。香蕉全生育期一般要求年平均氣溫在20℃以上，生長的適宜日平均氣溫為16～30℃，24～30℃是最適宜的生長發(fā)育溫度，高于38℃或者低于10℃時香蕉停止生長，當溫度降到10～15℃時香蕉的生長會減緩[8-9]。長時間的低溫以及霜凍更會對樹體造成嚴重傷害甚至死亡。所以，溫度是香蕉種植區(qū)劃的主要限制因子。此外香蕉生長會受降雨、光照等影響。其中：周年分布均勻的年降雨量1 500～2 500 mm是香蕉最適宜的；年日照一般要求在1 600 h以上[10]，充足的光照利于香蕉的生長發(fā)育，但太強光照香蕉會出現(xiàn)日灼等現(xiàn)象；如果光照不足，也會影響香蕉的生育期、產(chǎn)量和品質(zhì)。

基于香蕉生長發(fā)育對氣候條件的要求，故選取溫度指標作為貴州香蕉種植區(qū)劃的主要評價因子。包括年均氣溫、平均極端最低氣溫、最冷月平均氣溫、≥10℃活動積溫和日均溫≤0℃最長連續(xù)時數(shù)等，按3個等級劃分(表1)。

表1 貴州香蕉種植主要氣候區(qū)劃指標及等級量化

此外，貴州熱區(qū)以坡地為主，河流多，地貌復雜，香蕉種植還受地形等因素制約，因此選取海拔800 m以下、坡度<25°作為適宜種植區(qū)。

3 區(qū)劃方法

3.1 建立氣候回歸模型

根據(jù)基本的氣象、地理、水文資料以及香蕉生長發(fā)育對熱量條件的要求，通過統(tǒng)計軟件(SPSS)，采用數(shù)理統(tǒng)計學方法，建立氣候資源的梳理統(tǒng)計模擬模型，應用GIS技術進行小網(wǎng)格資源推算與分析[11-12]。篩選出顯著性最強、判定系數(shù)最高的熱量指標與海拔相關的氣象方程(使用逐步回歸或多元回歸的方法建立模型，經(jīng)分析后得到的回歸模型)。

3.2 制作區(qū)劃專題圖

利用ArcGIS空間疊置分析方法，提取貴州網(wǎng)格的經(jīng)度、緯度、海拔高度等方面的地理信息數(shù)據(jù)，利用各氣候區(qū)劃因子空間分析模式，推導出網(wǎng)格上每個區(qū)劃因子所在的指標值[13]。為真實地反映每個網(wǎng)格上的氣候區(qū)劃指標值，計算出氣象監(jiān)測站的實測值與推算值之間的殘差，通過反距離權重插值法對網(wǎng)格殘差柵格圖進行插值，并與區(qū)劃指標柵格圖疊加，生成單一氣候指標圖層[14]。最后將各氣候指標圖層進行矢量疊置，得到網(wǎng)格上的香蕉栽培氣候適宜性精細化區(qū)劃圖。

3.3 確定可種植區(qū)域

根據(jù)香蕉生長發(fā)育對生態(tài)條件的要求以及貴州熱區(qū)及河流的分布，將貴州香蕉種植的可能區(qū)域分為4組，分別為赤水河流域、南盤江流域、北盤江流域、紅水河流域。由最冷月平均氣溫、≥10℃年積溫、≥10℃積溫持續(xù)天數(shù)、日均氣溫≤0℃最長連續(xù)時數(shù)分別和海拔高度回歸得出氣候適應性推算模型(表2)。結合地形及地類限制因子等指標，確定貴州適合種植香蕉的地區(qū)主要分布在赤水市、興義市、安龍縣、冊亨縣、貞豐縣、關嶺縣、鎮(zhèn)寧縣、望謨縣、羅甸縣、平塘縣等市縣。

表2 主要區(qū)劃區(qū)域熱量指標與海拔的推算模型

4 貴州香蕉適宜種植區(qū)

貴州香蕉適宜種植區(qū)總面積共計18 679 hm2，主要分布在紅水河流域、南盤江流域、北盤江流域以及赤水河流域(圖1)。其中，紅水河流域適宜種植區(qū)面積最大,為11 840.07 hm2，占總適宜區(qū)面積的63.39%；北盤江流域適宜種植區(qū)面積為4 656.13 hm2，占24.93%；南盤江流域適宜種植區(qū)面積為2 074.67 hm2，占11.11%；赤水河流域適宜種植區(qū)面積為108.8 hm2，占0.58%(表3)。

4.1 優(yōu)勢種植區(qū)

貴州香蕉優(yōu)勢種植區(qū)面積為18 570.8 hm2，占適宜區(qū)總面積的99.42%(表3)，主要分布在南盤江流域375～800 m的興義市、安龍縣、冊亨縣等沿江地帶；北盤江流域主要分布在貞豐、望謨、關嶺、鎮(zhèn)寧等地375～500 m的沿江地帶；紅水河流域主要分布在羅甸縣、望謨縣、平塘縣海拔375～500 m的沿江地帶(圖1)。

4.2 一般種植區(qū)

一般種植區(qū)面積為108.4 hm2，占適宜區(qū)面積的0.58%，主要分布在赤水河流域，包括赤水市復興鎮(zhèn)、文化辦、市中辦等地海拔在375 m以下的地區(qū)(表3)。

圖1 貴州省香蕉種植氣候區(qū)劃

表3 貴州香蕉適宜種植區(qū)面積分布

5 結論與討論

貴州香蕉栽培歷史悠久，高原山地種植、晝夜溫差大、生長期長等特點，出產(chǎn)的香蕉口感優(yōu)良，非常受市場歡迎。并且百姓有種植香蕉傳統(tǒng)，發(fā)展香蕉產(chǎn)業(yè)百姓接受度高；香蕉生長期相對較短，收益見效快，同時政府支持力度大，是貴州熱區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)扶貧中的重點產(chǎn)業(yè)之一。發(fā)展香蕉產(chǎn)業(yè)，對于提升貴州熱區(qū)百姓收入，實現(xiàn)脫貧致富具有重要作用。但貴州地形、地貌復雜，由于海拔高度、地形、緯度和下墊面的共同影響，造就了在貴州各個氣象要素非均勻變化，使得貴州有“一山分四季，十里不同天”的說法[15]，也造就了貴州豐富的氣候生態(tài)和小區(qū)域小氣候，也導致貴州熱區(qū)發(fā)展香蕉產(chǎn)業(yè)的適宜區(qū)不明確，急需要對貴州香蕉種植區(qū)域進行詳細的區(qū)劃，減少氣候因素對產(chǎn)業(yè)造成的影響，為貴州香蕉產(chǎn)業(yè)合理發(fā)展提供科學依據(jù)。

在對農(nóng)作物進行氣候區(qū)劃時，選擇的區(qū)劃指標對區(qū)劃指標影響較大。由于不同類型香蕉對環(huán)境的要求不同，差別較大，目前也沒有形成統(tǒng)一標準。本研究選擇光照、溫度、水分作為影響香蕉生長發(fā)育的主要氣候因子，從各種資源綜合考慮，盡可能完善香蕉種植的氣候適應性指標，使區(qū)劃指標更加趨于客觀，更貼近實際，便于實際操作。本研究通過分析影響生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的主要氣候因子，選取年平均氣溫、最冷月平均氣溫、極端最低氣溫平均值≥10℃活動積溫和日均溫≤0℃最長連續(xù)時數(shù)等5個因素作為氣候適應性區(qū)劃指標，規(guī)劃貴州香蕉適宜種植區(qū)總面積為18 679 hm2，其中優(yōu)勢區(qū)域面積占99.42%，一般區(qū)域占0.58%。主要分布在南盤江流域、北盤江流域、紅水河流域、赤水河流域等，并細化到每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的分布和面積。

香蕉適宜性種植的區(qū)劃指標除與氣象條件密切相關外，還受當?shù)赝寥览砘再|(zhì)、地表水資源以及市場中的經(jīng)濟情況、市場調(diào)節(jié)等因素影響，但此類指標難以進行定量統(tǒng)計，所以區(qū)劃過程中未作為區(qū)劃指標。因此，在擴大種植時還需要因地制宜，提前進行引種試種，根據(jù)實際情況進行調(diào)整，合理布局。