基于GIS的貴陽地區(qū)美味獼猴桃種植氣候適應性區(qū)劃

仲偉敏，張學彬，唐冬梅*，楊敬婷，李宗參，秦 杰

(1.貴州省果樹科學研究所，貴州 貴陽 550006；2.清鎮(zhèn)市氣象局，貴州 清鎮(zhèn) 551400；3.貴州省環(huán)境科學研究設計院，貴州 貴陽 550081；4.烏當區(qū)氣象局，貴州 貴陽 550018；5.貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550001)

0 引言

【研究意義】貴州是我國獼猴桃屬植物資源的西南核心分布區(qū)，因晝夜溫差大、紫外光線強、雨量充沛，氣候條件非常利于樹體生長和果實發(fā)育，是獼猴桃的最適宜種植區(qū)[1]。貴州省獼猴桃科研和產業(yè)發(fā)展始于20世紀70年代末，經歷了“發(fā)展、蕭條、再發(fā)展”的過程，當下獼猴桃產業(yè)已成為貴州省精品水果的重要組成部分，至2020年全省獼猴桃栽培面積達4.54萬hm2，投產面積2.541萬hm2，總產量30萬t，獼猴桃面積和產量位居全國前列。貴陽地區(qū)是貴州省獼猴桃產業(yè)的主要產區(qū)，98%以上的種植戶栽植美味獼猴桃品種即貴長品種，栽培面積超過1.7萬hm2，少部分零星種植獼猴桃其他品種[2]。貴陽市地處黔中山原丘陵中部，地形地貌和氣候條件境內差異較大。貴陽地區(qū)地貌屬于以山地、丘陵為主的盆地地區(qū)，平均海拔1 100 m左右，海拔跨度較大(506～1 762 m)，地形地貌復雜，氣候條件特殊。因此，科學合理地利用當?shù)剞r業(yè)氣候資源，對貴陽獼猴桃種植進行適應性區(qū)劃指導生產具有重要意義。【前人研究進展】相關領域專家學者對獼猴桃氣候適應性區(qū)劃作了大量研究[3-9]，填補了當?shù)孬J猴桃區(qū)劃空缺，對當?shù)孬J猴桃生產布局有較好指導作用；但多關注的是獼猴桃對水熱資源的生理需求，未綜合考慮品質和產量形成的其他主要氣候因子。【研究切入點】隨著美味獼猴桃貴長品種種植面積不斷擴大且陸續(xù)進入豐產期，不少果農和企業(yè)因盲目引種擴種，其生態(tài)氣候適應性的空間差異化特征愈發(fā)明顯，由于品種、生產技術、當?shù)貧夂蛸Y源未能協(xié)調統(tǒng)一，致使產業(yè)生產成本投入高，經濟效益低。【擬解決的關鍵問題】根據貴陽地區(qū)氣候特點，引種前預測分析美味獼猴桃在目標地的適生性，選取影響獼猴桃品質和產量的主要氣候因子，采用GIS技術對貴陽美味獼猴桃種植適應性進行區(qū)劃，以避免品種結構單一化及產業(yè)頻繁遭受災害性氣候導致重大損失等問題，引導品種形成區(qū)域化布局，為貴陽地區(qū)獼猴桃生產及品種結構調整提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴陽市地處長江與珠江分水嶺地帶，位于106°07′～107°17′E，26°11′～27°22′N，幅員面積8 034 km2。地貌以山地、丘陵為主，總地西南高、東北低，苗嶺橫延，海拔跨度較大。貴陽地區(qū)屬于亞熱帶濕潤溫和氣候，冬無嚴寒夏無酷暑，降水充沛，無霜期長，山地氣候明顯。

1.2 資料來源

氣候數(shù)據來自于貴陽市氣象局，2000—2020年貴陽地區(qū)208個氣象自動站數(shù)據，包括逐旬氣溫、逐月氣溫、累年氣溫、降水、相對濕度、日照等數(shù)據。利用1︰250 000的比例尺，提取貴陽的緯度、經度和海拔高度等地理數(shù)據。

1.3 氣候區(qū)劃指標選擇與適宜性分區(qū)

1.3.1 指標選擇 參考國內有關文獻研究結果[6-13]，分析貴陽地區(qū)獼猴桃主產區(qū)氣候條件；為達到美味獼猴桃優(yōu)質、高產目的，將貴陽地區(qū)主要的氣候特征與對應時期要求的氣象條件進行比對分析。

1.3.2 指標閾值 區(qū)劃指標在參考四川、陜西等獼猴桃生態(tài)適宜區(qū)有關研究的基礎上[4,6,10-12]，結合貴州獼猴桃主產區(qū)氣候特征，將指標閾值確定為4個等級，即高適宜、適宜、次適宜和不適宜。

1.3.3 適宜性分區(qū) 根據區(qū)劃因子對獼猴桃品質、產量的影響程度，確定各指標因子的權重：年均溫0.15、年降水量0.15、≥10℃積溫0.15、1月均溫0.2、7月均溫0.2、日照數(shù)0.15，利用GIS技術，得到貴陽地區(qū)美味獼猴桃種植氣候適宜性區(qū)劃圖。

1.4 數(shù)據處理

通過分析獼猴桃種植所需氣象條件，對每個劃分適應性的氣候指標進行處理。同時采用GIS空間疊置分析法[10]，對貴陽DEM數(shù)據進行轉化，提出區(qū)劃所需的經緯度、海拔高度等數(shù)據，在GIS上疊置各類氣候指標層，獲得30 m×30 m網格獼猴桃種植氣候適宜性區(qū)劃圖。

2 結果與分析

2.1 貴陽地區(qū)種植獼猴桃的氣候條件

獼猴桃生長需要充足的溫度、降水和光照等相關生態(tài)條件，貴陽地區(qū)的生態(tài)條件能為美味獼猴桃貴長品種生長提供適宜的生長環(huán)境。

2.1.1 溫度 獼猴桃屬于喜溫涼植物，正常生長要求年平均氣溫11～18℃，其中14～16℃為最適宜，高于19℃或低于12.5℃均會抑制其生理活動；獼猴桃生長發(fā)育階段要求≥10℃積溫為4 500～5 200℃。由表1可知，貴陽地區(qū)年平均氣溫為14.8～15.6℃，≥10℃積溫為4 516.8～4 770.9℃。獼猴桃進入春季開始萌芽生長，新梢生長速度取決于溫度適宜程度，適宜氣溫10～15℃。從表2看出，貴陽地區(qū)3月平均氣溫為11.1℃，獼猴桃開始萌芽抽梢。開花時間和開花數(shù)量與氣溫密切相關，開花最適宜氣溫為15～20℃，低于10℃會導致花期推遲，同時低溫持續(xù)且陰雨綿綿氣候易誘發(fā)花腐病和潰瘍病，高于16℃則會造成花期提前；貴陽地區(qū)美味獼猴桃開花期一般在4月底或5月初，其中貴陽4月和5月平均氣溫分別為15.9℃和19.1℃。美味獼猴桃果實生長發(fā)育期為6—10月，最熱月(7月)平均氣溫應為21～26℃，若夏季低于21℃或高于36℃不利于果實生長發(fā)育，而貴陽最熱月(7月)均溫為22.9～24.3℃。8月為獼猴桃品質形成期，需要晝夜溫差超過8℃，低于5℃則影響果實干物質積累，貴陽地區(qū)8月晝夜溫差為9.4～10.6℃。當氣溫下降到10℃以下時開始落葉進入休眠期，獼猴桃正常休眠要求日平均氣溫≤7℃且持續(xù)20～30 d，否則，將造成翌年發(fā)芽不整齊的現(xiàn)象，獼猴桃在貴陽地區(qū)休眠期為12月至翌年2月。由表2可知，12月、1月和2月的平均氣溫依次為5.7℃、4.2℃和6.8℃，極端最低溫度為-7.2～-14.3℃。可見，貴陽地區(qū)自然溫度能滿足獼猴桃生長發(fā)育的最佳條件。

2.1.2 水分 獼猴桃為喜濕不耐旱的樹種，根系為肉質根，地上枝葉生長旺盛、蒸發(fā)量大，對土壤水分及空氣濕度的要求較高，一般獼猴桃生長要求年降雨量1 000～1 500 mm，空氣濕度70%～80%，雨水過多或不足均不利于獼猴桃生長發(fā)育，尤其在果實發(fā)育期，會影響果實坐果及膨大。由表1和表2可知，貴陽地區(qū)年降水量1 018～1 164.6 mm，全年降水量的56.69%集中在果實發(fā)育期(5月中下旬至9月上旬)，空氣相對濕度81.5%～85.4%，表明貴陽地區(qū)的水分能完全滿足獼猴桃種植所需。

表1 貴陽地區(qū)2000—2020年主要氣象要素 Table 1 Main meteorological elements in Guiyang area during 2000—2020

表2 貴陽地區(qū)2000—2020年逐月平均氣溫和逐月平均降雨量Table 2 The monthly average temperature and precipitation of Guiyang area during 2000—2020

2.1.3 光照 獼猴桃為中等喜光耐陰植物，適宜生長于漫射光環(huán)境，在整個生長發(fā)育期間要求的日照時數(shù)為1 300～2 600 h。由表1可知，貴陽地區(qū)光資源較豐富，年均日照時數(shù)為972～1 166.8 h，基本能滿足獼猴桃生長發(fā)育對光照條件的需求。

2.2 氣候區(qū)劃指標確定

2.2.1 指標選擇 經分析，貴陽地區(qū)美味獼猴桃生長對氣候生態(tài)條件的主要要求有溫度、降水、光照和風。風速與空氣相對濕度對獼猴桃生產影響較小，最終篩選出年平均氣溫、年降水量、≥10℃積溫、1月均溫、7月均溫、日照數(shù)6個氣候因子作為劃分貴陽地區(qū)美味獼猴桃栽培氣候適宜的主要指標。

2.2.2 指標閾值 貴陽地區(qū)美味獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃指標指標閾值確定為4個等級，即高適宜、適宜、次適宜和不適宜(表3)。在獼猴桃生長發(fā)育期，高適宜區(qū)年均溫為15～18℃，年降水量1 200～1 500 mm，日照時數(shù)1 300～2 000 h，從現(xiàn)蕾至果實成熟≥10℃積溫5 000～6 000℃，1月均溫3～7℃，7月均溫21～25℃；適宜區(qū)獼猴桃生長的年均溫為13～15℃或18～19℃，年降水量1 000～1 200 mm或1 500～1 600 mm，日照時數(shù)1 000～1 200 h或2 100～2 200 h，從現(xiàn)蕾至果實成熟≥10℃積溫4 500～5 000℃或6 000～6 500℃，1月均溫0～3℃或7～10℃，7月均溫20～21℃或25～27℃；獼猴桃生長的次適宜區(qū)主要氣候特征為年均溫為10～12℃或19～23℃，年降水量800～1 000 mm或1 600～1 800 mm，日照時數(shù)2 300～2 600 h，從現(xiàn)蕾至果實成熟≥10℃積溫4 000～5 000℃，1月均溫-3～0℃，7月均溫17～20℃或27～29℃；不適宜區(qū)的主要氣象因子年均溫低于10℃或高于23℃，年降水量小于800 mm或大于1 800 mm，≥10℃積溫低于4 000℃或高于6 500℃，1月均溫低于-3℃或高于0℃，7月均溫低于17℃或高于29℃。

表3 貴陽地區(qū)美味獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃指標Table 3 Climatic suitability zoning index of A. deliciosa in Guiyang area

2.3 適宜性分區(qū)

從圖1可知，貴陽地區(qū)美味獼猴桃種植氣候適宜性劃分為高適宜區(qū)和適宜區(qū)，無次適宜區(qū)和不適宜區(qū)。

圖1 貴陽地區(qū)美味獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃Fig.1 Climatic suitability division of A. deliciosa in Guiyang area

適宜區(qū)集中在貴陽地區(qū)中部高海拔區(qū)域，包括修文縣南部和東部(久長鎮(zhèn)、小箐鎮(zhèn)、龍場鎮(zhèn)南部、扎佐鎮(zhèn)南部、六屯鎮(zhèn)西北部)、息烽縣南部(石硐鎮(zhèn)、青山鎮(zhèn)、永靖東南部)、開陽縣西部(雙流鎮(zhèn)、城關鎮(zhèn)西部和東南部)、烏當區(qū)北部(百宜鎮(zhèn)、羊昌鎮(zhèn)和新場鎮(zhèn))、白云區(qū)北部(牛場鄉(xiāng)、沙文鎮(zhèn)北部和麥架鎮(zhèn)北部)，散布在修文縣西部(灑坪鎮(zhèn)西部、六廣鎮(zhèn)中部和大石鎮(zhèn)西北部)、息烽縣中東部(鹿窩鎮(zhèn)南部和小寨壩鎮(zhèn)東南部)、開陽縣東南部(高寨鄉(xiāng)西北部和東部、龍崗鎮(zhèn)東部和毛云鄉(xiāng)南部)、烏當區(qū)東部(水田鎮(zhèn)東部和偏坡鎮(zhèn)中部)、清鎮(zhèn)市中部(麥格鄉(xiāng)南部、站街鎮(zhèn)北部和流長鎮(zhèn)南部)和花溪南部(高坡鄉(xiāng)東部)；區(qū)域水分資源充足，熱量適宜，光照較少，冬春季常有低溫、陰雨、雪冰天氣發(fā)生，基本滿足美味獼猴桃生長發(fā)育的需求，宜栽植對潰瘍病抗性強的美味獼猴桃。

貴陽地區(qū)除適宜區(qū)之外，其余均為高適宜區(qū)，主要集中在貴陽地區(qū)四周的低海拔區(qū)域，包括修文縣西部和北部、息烽縣中部和北部、開陽縣北部和西部、烏當區(qū)中部和南部、白云區(qū)中部和南部、清鎮(zhèn)市西部和南部、花溪區(qū)。該區(qū)域雨熱充沛，光照適宜，但春季回暖較遲，滿足美味獼猴桃生長發(fā)育的需求，該區(qū)生產的美味獼猴桃果實品質優(yōu)，是貴陽地區(qū)美味獼猴桃品質最優(yōu)地區(qū)。

3 討論

獼猴桃是貴州特色優(yōu)勢水果，現(xiàn)已成為貴陽地區(qū)“十四五”期間鞏固拓展脫貧攻堅成果與鄉(xiāng)村振興有效銜接的重要產業(yè)之一。對貴陽地區(qū)獼猴桃種植氣候適宜性進行分析，有利于調整產業(yè)結構和品種種植布局，避免大量種植單一品種。基于貴陽地區(qū)近20年氣候資料，根據美味獼猴桃在貴州地區(qū)物候期表現(xiàn)，分析獼猴桃生長發(fā)育需要的溫度、降水和光照的氣候條件得出，屬于亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)的貴陽地區(qū)，熱量豐富、雨水充沛、光照溫和[14]，能為獼猴桃生長提供良好的環(huán)境。近10年，貴州省果樹科學研究所漿果研究團隊在貴陽地區(qū)開展獼猴桃種質資源調研中發(fā)現(xiàn)，貴陽地區(qū)分布大量野生獼猴桃種質資源，其中美味獼猴桃是分布最廣和數(shù)量最多的種[15]，進一步表明貴陽地區(qū)滿足美味獼猴桃生長發(fā)育所需的氣候環(huán)境。同時，地理位置優(yōu)越和交通便利也讓貴陽地區(qū)的獼猴桃能夠暢銷國內外，成為中國科學院及業(yè)內專家認定的全球高品質獼猴桃最佳產區(qū)之一。

對獼猴桃氣候區(qū)劃指標選擇和閾值確定及氣候適應性區(qū)劃研究[3-9]，重點關注獼猴桃對水熱資源的生理需求，大多采取年平均氣溫、無霜期和≥10℃積溫的組合構建區(qū)劃指標，但從追求獼猴桃經濟效益方面講，除考慮滿足獼猴桃生理需求外還有對果實品質和產量的要求，篩選氣候區(qū)劃指標時選取涵蓋美味獼猴桃全生育期熱量、水分、光照、越冬最冷月氣溫和果實生長最熱月氣溫等對品質和產量形成較為關鍵的氣候因子。何鵬等[11]、莫建國等[13]研究獼猴桃種質的氣候適應性時選取年平均氣溫、年降水量、≥10℃積溫、1月均溫、7月均溫、日照數(shù)、空氣相對濕度和無霜期8個因子，由于貴陽各地區(qū)年空氣相對濕度>75%、無霜期>300 d且完全滿足獼猴桃生長需求[14]，為更好地分析農業(yè)生產效果，避免在區(qū)劃中引入過多的冗余信息而導致較大誤差，最終篩選出年平均氣溫、年降水量、≥10℃積溫、1月均溫、7月均溫、日照數(shù)6個氣候因子作為劃分貴陽地區(qū)美味獼猴桃栽培氣候適宜性的主要指標。獼猴桃指標閾值范圍與已有研究確定的指標范圍[11-12,16-17]較接近。

以6種主導氣候因子進行貴陽地區(qū)美味獼猴桃適宜性分析得出，高適宜區(qū)位于貴陽地區(qū)四周的低海拔區(qū)域面積寬廣；適宜區(qū)位于貴陽地區(qū)中部偏北區(qū)域。對貴陽地區(qū)美味獼猴桃種植實際情況進行詳細實地調查，結合與當?shù)剞r業(yè)部門的座談反饋，實際種植情況與該研究結果相符[17-18]。從適宜區(qū)內的耕地面積看，高適宜區(qū)分布較廣，部分縣區(qū)市還有一定發(fā)展美味獼猴桃產業(yè)的空間，特別是息烽縣北部、開陽縣東北部、清鎮(zhèn)市西部和花溪區(qū)西南部；但是由于適宜區(qū)面積較小，未來應適當控制發(fā)展規(guī)模且以提質增效為主。在作物適宜性區(qū)劃研究中，雖然以上氣候因子是最重要的影響因素，但是在獼猴桃實際規(guī)劃布局中，還應該考慮土壤、立地條件、氣象災害、栽培技術等環(huán)節(jié)，作為今后進一步研究方向。

4 結論

貴陽地區(qū)是我國西南地區(qū)美味獼猴桃的主要產區(qū)，依據美味獼猴桃在貴州地區(qū)物候期表現(xiàn)，分析貴陽地區(qū)的熱量、降水和光照的氣候條件，貴陽地區(qū)熱量豐富、雨水充沛、光照溫和，為獼猴桃生長發(fā)育提供良好的生態(tài)環(huán)境。綜合考慮影響獼猴桃品質和產量形成較為關鍵的氣候因子，選取年平均氣溫、年降水量、≥10℃積溫、1月均溫、7月均溫、日照數(shù)6個氣候因子作為劃分貴陽地區(qū)美味獼猴桃栽培氣候適宜性的主要因子，每個指標分4級，對應高適宜、適宜、次適宜和不適宜；各主導因子的適宜范圍為年平均氣溫13～19℃、年降水量1 000～1 600 mm、≥10℃積溫4 500～6 500℃、1月均溫0～10℃、7月均溫20～27℃、日照數(shù)1 000～2 200 h。根據2000—2020年氣象資料，采用GIS技術對貴陽地區(qū)獼猴桃種植氣候適宜性進行區(qū)劃，高適宜區(qū)位于貴陽地區(qū)四周的低海拔區(qū)域，且面積寬廣，部分縣區(qū)市還有一定發(fā)展美味獼猴桃產業(yè)空間；適宜區(qū)位于貴陽地區(qū)中部偏北區(qū)域，面積較小，未來應適當控制發(fā)展規(guī)模且以提質增效為主。