基于GIS 的精河縣枸杞種植氣候適應性精細化區劃

華 燁 ，張祖蓮 ，張山清 *，孫 蕾 ，戎 博 ，李迎春

（1.新疆氣象臺，新疆 烏魯木齊830002；2.新疆農業氣象臺，新疆 烏魯木齊830002；3.精河縣氣象局，新疆 博樂833400）

精河縣位于天山北坡，準噶爾盆地西南緣，地形呈凹字形，地勢南高北低，南部為天山山區，北部為艾比湖，中部為博爾塔拉河沖積平原，屬典型的北溫帶大陸性干旱氣候。精河縣光照充足，熱量豐富、降水稀少，空氣干燥，冬夏冷熱懸殊，多大風。獨特的氣候為精河縣種植枸杞奠定了基礎，精河縣已有60 余年栽培枸杞的歷史，目前精河枸杞已成為新疆極具地方特色的“名優特”農產品之一。

枸杞系木本植物，漿果呈鮮紅色，形似紡錘，更似紅瑪瑙墜。精河枸杞曾在種植面積、總產量、出口量和有效營養含量4 個方面位居全國枸杞主產區之首。精河縣1998 年被農業部任命為“枸杞之鄉”。精河枸杞在新疆南、北疆均有分布，精河縣地區栽植面積最大，品質最優。但由于地形地貌復雜，地勢高差懸殊，氣候類型多樣，各地種植枸杞的氣候適宜性差異很大。關于枸杞區劃研究方面，寧夏馬力文、蘇占勝、崔學禎等[1-3]從影響枸杞產量和品質的農業氣象指標，研究了寧夏枸杞氣候區劃。青海樊光秀[4]從枸杞生長的植物學特性研究了德令哈地區枸杞種植氣候適應性。徐德源、喻樹龍[5-6]從生態適宜性方面劃分了新疆枸杞適宜種植區。但隨著氣候變暖、品種更替以及區劃技術方法的提高和氣候資料的豐富[7]，原來的區劃已經不能指導目前精細的產業結構調整現狀[8]，因此，本文引入地理信息，通過細網格推算方法，研究分析精河縣氣候分布規律，結合枸杞生長發育對氣候條件的要求，研究精河縣枸杞種植精細化氣候區劃，為科學規劃枸杞種植布局，充分合理地利用有利氣候資源優勢，規避不利氣象災害的影響，促進精河枸杞這一極具地方特色的“紅色”產業持續穩定發展。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選用精河縣及其周邊15 個氣象站1981—2020年逐日平均氣溫和最低氣溫資料，利用1：50 000 基礎地理信息，提取精河縣的緯度、經度、海拔高度、坡度、坡向等地理數據，通過重采樣獲得空間分辨率為100 m×100 m。各站氣象數據、地理坐標的柵格圖層，地理信息基礎數據由新疆氣象信息中心提供。研究區域地形地貌分布見圖1。

圖1 精河縣地形地貌分布

1.2 數據分析及區劃方法

通過分析枸杞種植所需的氣候生態條件，對每個劃分氣候指標進行標準化處理[9-12]。采用GIS 空間疊置分析法[13]，對精河縣數字高程DEM 數據進行柵格化[14-16]，提取經度、緯度、海拔高度、坡度、坡向，空間分辨率為100 m×100 m，基于GIS 空間分析模型，獲取枸杞種植氣候適宜性各氣候指標圖層，采用加權綜合評判法得到精河縣枸杞種植氣候適宜性精細化區劃圖。

2 枸杞氣候生態條件分析

2.1 熱量條件

枸杞樹的物候期一般分為萌芽期、展葉期、新梢生長期、現蕾期、開花期、果熟期、落葉期和休眠期等8 個階段。年平均氣溫高的地區比氣溫低的地區萌芽、開花、果熟等物候期要早，而落葉和休眠期要遲[17-18]。種子發芽的最適溫度為 20～25 ℃，4 月中旬氣溫達到10 ℃以上開始展葉，4 月中旬氣溫達到12 ℃以上春梢生長，5 月上旬氣溫達到16 ℃以上開始開花，果實開始發育。春季現蕾開花期是4 月下旬—7 月上旬，開花最適溫度為17～22 ℃，果實發育最適溫度為20～25 ℃。秋季氣溫降到10 ℃以下，果實生長發育轉緩[20]。從展葉、新稍生長到開花、結實所需要的溫度都在10 ℃以上。

枸杞對溫度要求不太嚴格，具有一定的耐寒性，當年平均氣溫為4.4～12.7 ℃，7 月平均氣溫為17.2～26.6 ℃，絕對最高氣溫為 33.9～42.9 ℃，對枸杞的生存和生產沒有影響。但要獲得既高產又優質的枸杞就必須考慮當地的氣候條件，尤其是注意2 個溫度指標：一是≥10 ℃的積溫。枸杞全生育期≥10 ℃積溫在3 450 ℃·d 左右最為適宜，≥10 ℃積溫在3 200～3 700 ℃·d，枸杞一般能獲得正常產量，≥10 ℃積溫在3 200 ℃以下時，熱量不足引起枸杞減產；二是從展葉到落葉氣溫日較差大，對提高果實品質有利[20]。

2.2 光照條件

喜光是枸杞的生理特性。光照對枸杞果實干物質積累和果實品質影響極為明顯，光照不足不僅影響枸杞生長，而且影響其果實品質。每年3—10 月累計日照時數達2 081 h，可以充分滿足優質制干品種的光照生理需求。在枸杞果實生長發育期間，平均每天的日照時數可以達到10 h 以上，且該期間光照強度強，極有利于枸杞果實生長。枸杞全生育期最適宜日照時數為1 640 h，日照不是限制枸杞產量的因素。當日照時數＜1 500 h 時，全生育期日數短、積溫少，使枸杞減產；當日照時數＞1 800 h 時，與高溫相伴，加速了夏果發育，延長了夏眠期，產量也會有所下降[20-22]。精河縣年日照時數為 2 500～2 600 h，4—10 月日照百分率為60%～70%。日照能滿足枸杞生長發育期需求。

2.3 水分條件

枸杞離不開水，又怕水，枸杞最忌地表淹水和表土長期積水，在過濕的土壤中，容易引起樹體死亡。水對枸杞生長的影響因季節不同而異。春季土壤水分不足時，影響萌芽和枝葉生長。秋季干旱，使枝條和根系生長提前停止。在花果期，尤其是果熟期，如果土壤水分充足，果實膨大快，體積大；如果缺水，就會控制樹體和果實生長發育，使樹體生長慢，果實小，還會促進花柄和果柄離層形成，加重落花落果，降低產量。但在枸杞生長季節，若陰雨天時間長，枸杞易得霜霉病和黑果病，紅熟了的果實會破裂，從而降低果實質量[20-22]。

2.4 災害性天氣

3 月下旬以前為枸杞冬眠期，生理活動微弱，耐低溫，但3 月下旬，樹液開始流動，此時發生大風或沙塵天氣，會加速枸杞枝干的水分散失，損傷新芽；4月大風天氣易造成抽干，影響枸杞發枝。同時春季大風可以吹干枸杞樹嫩葉，吹斷枸杞枝條，損傷果枝嫩梢而失去生長點，使果枝的生長處于極度的抑制。在枸杞花期，大風還可造成枸杞大量落花，夏季大風往往會造成枸杞大量落果[20-22]。

3 枸杞種植氣候適宜性區劃指標

精河縣光照充足，種植枸杞對水分條件的需求可通過灌溉得到充分保障，精河縣雖多風，但由于枸杞具有較強的抗風沙能力，大風對其影響相對較小。因此，各地能否種植枸杞以及種植枸杞的氣候適宜性主要決定于枸杞生長期間的熱量條件。另外，枸杞生長季節，若陰雨天時間長，枸杞易得霜霉病和黑果病[19]，果實成熟期若雨水偏多，易造成果實破裂、腐爛，從而降低果實質量。根據上述分析，并參考前人有關研究成果[20-22]，確定精河縣枸杞種植氣候適宜性區劃指標（表1）。

表1 精河縣枸杞種植氣候區劃指標

4 枸杞種植氣候適宜性區劃指標因子的空間分布

4.1 ≥10 ℃積溫分布

精河縣日平均氣溫穩定≥10 ℃積溫的空間分布總體呈現“平原多，山區少”的格局（圖2）。海拔190 m 以下的艾比湖流域西北部低平原地帶是精河縣熱量資源最豐富的區域，≥10 ℃積溫在4 100～4 265 ℃·d。精河縣北部海拔 190～300 m 的平原地帶≥10 ℃積溫為 3 900～4 100 ℃·d，精河縣中部海拔300～500 m 的傾斜平原≥10 ℃積溫為3 700～3 900 ℃·d，海拔 500～1 000 m 的山前沖積平原≥10 ℃積溫為 2 900～3 700 ℃·d，海拔 1 000 m 以上的南部山區≥10 ℃積溫一般不足2 900 ℃·d 。

圖2 精河縣≥10 ℃積溫分布

4.2 ≥10 ℃日數分布

精河縣日平均氣溫穩定≥10 ℃的日數總體呈現“平原多，山區少”的格局（圖3）。海拔650 m 以下中、北部平原地帶≥10 ℃日數在170～191 d，650～800 m 的山前沖積平原≥10 ℃日數為 160～170 d，海拔 800 ～1 000 m 的沖積平原和低山丘陵地帶≥10 ℃日數為150～160 d，海拔1 000 m 以上的南部山區≥10 ℃日數不足150 d。

圖3 精河縣≥10 ℃日數分布

4.3 ≥10 ℃期間降水量

精河縣≥10 ℃期間降水量的空間分布總體呈中北部平原和南部山區高山帶少，南部山區中、低山帶多的格局（圖4）。海拔800 m 以下的中、北部平原地帶，≥10 ℃期間降水量較少，一般在150 mm 以下，其中艾比湖流域南部甚至不足50 mm ；南部海拔2 500 m 以上的中、高山帶雖年降水量較多，但由于日平均氣溫穩定≥10 ℃的日數較少，因此≥10 ℃期間降水量也較少，一般在150 mm 以下，其中海拔3 000 m 以上的高山帶甚至不足 50 mm；海拔800～1 500 m 的山前沖積平原和低山丘陵地帶，以及海拔2 000～2 500 m 的中山帶≥10 ℃期間降水量為 150～200 m，海拔 1 500～2 000 m 的中、低山帶≥10 ℃期間降水量較多，為200～216 mm。

圖4 精河≥10 ℃期間的降水量分布

5 枸杞種植精細化氣候適宜性區劃

根據表1 中各區劃指標因子的等級標準，在ArcGis10.0 平臺上分別對≥10 ℃積溫、≥10 ℃日數和≥10 ℃期間降水量3 項氣候要素的柵格數據進行分級。再將各指標氣候要素的分級圖層進行等權重疊加，即可獲得綜合考慮≥10 ℃積溫、≥10 ℃日數和≥10 ℃期間降水量3 項氣候要素的精河縣枸杞種植氣候適宜性區劃。精河縣枸杞種植氣候適宜性區劃可劃分為最適宜區、適宜區、次適宜區和不適宜區 4 個分區（圖 5）。

圖5 精河縣枸杞種植氣候適宜性區劃

5.1 最適宜種植區

精河縣中部海拔400～600 m 的帶狀平原地帶≥10 ℃積溫在 3 400～3 700 ℃·d，≥10 ℃日數為170～175 d，≥10 ℃期間降水量為 50～150 mm，綜合氣候條件非常利于枸杞優質高產，因此是精河縣枸杞種植的氣候最適宜區。

5.2 適宜種植區

沿最適宜種植區南北兩側海拔250～400 m 和600～800 m 的中部平原地帶≥10 ℃積溫在3 200～3 900 ℃·d，≥10 ℃日數為 160～185 d，≥10 ℃期間降水量為50～160 mm，綜合氣候條件稍遜于最適宜區，是精河縣枸杞種植的氣候適宜區。

5.3 次適宜種植區

精河縣枸杞種植的氣候次適宜區主要包括兩部分，第一部分是精河縣北部海拔190～250 m 的低平原地帶，該區域≥10 ℃日數為175～185 d，≥10 ℃期間降水量為30～130 mm，這兩項氣候指標雖總體適于枸杞種植，但≥10 ℃積溫在 4 000～4 100 ℃·d，高于枸杞種植的適宜范圍，因此綜合氣候條件次于適宜種植區，是精河縣枸杞種植的氣候次適宜區之一。第二部分是精河縣中南部海拔800～1 000 m 的山前沖積平原和低山丘陵地帶，≥10 ℃積溫在2 900～3 200 ℃·d，≥10 ℃日數為 150～160 d，熱量條件較枸杞種植的適宜范圍偏低，≥10 ℃期間降水為150～190 mm，綜合氣候條件同樣次于適宜種植區，是精河縣枸杞種植的另一個氣候次適宜區。

5.4 不適宜種植區

精河縣枸杞種植的氣候不適宜區由兩部分組成。一是海拔190 m 以下的艾比湖流域西北部低平原地帶，該區域≥10 ℃日數為 185～191 d，≥10 ℃期間降水量為50～70 mm，這兩項氣候指標總體適于枸杞種植，但≥10 ℃積溫卻高達 4 100～4 265 ℃·d，明顯高于枸杞種植的適宜范圍，高溫熱害對枸杞的生長發育和優質高產將造成不利影響，因此，是精河縣枸杞種植的氣候不適宜區之一。二是精河縣南部海拔1 000 m 以上的天山山區，≥10 ℃積溫在2 900 ℃·d 以下，≥10 ℃日數少于 150 d，熱量條件難以滿足枸杞正常生長發育和產量形成的基本需求，是精河縣枸杞種植的另一個氣候不適宜區。

6 結論

采用影響枸杞生長發育的氣候生態條件與地理因子相結合的方法，基于GIS 空間分析模型獲得精河縣枸杞種植的氣候適宜性精細化區劃，得出以下結論：

（1）受海拔高度影響，氣候要素分布差異明顯，≥10 ℃積溫和≥10 ℃日數總體呈現“平原多、山區少”的格局；≥10 ℃期間的降水量總體呈現“中北部平原和南部高山帶少，南部山區中、低山帶多”的格局。

（2）枸杞最適宜種植區主要分布在精河縣中部海拔400～600 m 的帶狀平原地帶，該區能夠滿足枸杞生長需要，有利于枸杞產量的形成，因此該區可以擴大枸杞種植面積，提高枸杞生產的經濟效益。適宜種植區主要分布在沿最適宜種植區南北兩側海拔250～400 m 和海拔 600～800 m 的中部平原地帶，綜合氣候條件稍遜于最適宜區。兩塊次適宜種植區分別位于精河縣北部海拔190～250 m 的低平原地帶和中南部海拔800～1 000 m 的山前沖積平原和低山丘陵地帶，前者熱量條件過高，而后者熱量條件又過低且降雨量偏多，均超出了枸杞種植的適宜范圍，對枸杞的優質高產有不利影響。不適宜區種植區分布于海拔190 m 以下的艾比湖流域西北部低平原地帶和精河縣南部海拔1 000 m 以上的天山山區，前者熱量條件過于富余，而后者又嚴重匱乏，難以滿足枸杞正常生長發育和產量形成的基本需求。

本文區劃指標未考慮6—7 月氣溫日較差對枸杞品質的可能影響，今后分析枸杞品質區劃時應引入該因子。另外，精河縣地形地貌復雜，地勢高差懸殊，但本文基于GIS 的指標要素空間分析細網格推算模型的構建只使用了精河縣及其周圍15 個常規氣象站資料，未能將加密的自動站資料經訂正或延長后也引入模型，這對區劃的客觀性、準確性造成了一定影響，今后在該領域的研究中加以完善。