柴達木盆地枸杞種植氣候適宜度等級及區劃研究

何生錄 ，王發科 ，李海鳳 ，陳宏松 ，祁貴明 ，顏亮東 ，雷玉紅 ，張 仙

（1.格爾木市氣象局，青海 格爾木 816099；2.青海省防災減災重點實驗室，西寧 810001；3.青海省氣象科學研究所，西寧 810001；4.海西州氣象局，青海 海西 817099）

《中國氣候變化藍皮書（2021）》指出，1951 年以來中國地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢，升溫速率為0.26 ℃/10 年，升溫速率明顯高于同期全球平均水平［1］，是全球氣候變化的敏感區和影響顯著區；在全球變暖進一步加劇的情景下，以氣溫上升、氣候變暖為主要特征的氣候變化對世界經濟、生態和社會系統產生了重大影響，氣候始終是影響農業生產的首要決定因子，農業對氣候變化非常敏感。氣候變化不僅影響農業氣候資源的利用和自然災害狀況的發生發展，還會影響農業生產質量和效益［2，3］。因此，在氣候變化背景下，農業的穩定性和可持續性是各級政府和農業生產者關心的關鍵問題，也是農業可持續發展面臨的主要問題［4］。

氣候適宜度為農業氣候的定量分析和分類評價開辟了一個新的途徑［5］。近年來，諸多學者將氣候適宜度廣泛用于農作物和氣候條件之間適應程度的研究，李陽等［6］分析了寧夏中南部山區馬鈴薯氣候適宜度時空變化特征，構建了適合寧夏中南部山區的馬鈴薯綜合適宜度計算模型；王春玲等［7］研究了黃土高原半干旱區馬鈴薯氣候適宜度模擬及其時空變化特征，發現定西北部地區馬鈴薯氣候適宜度增加十分明顯；李超等［8］、高操等［9］、劉新等［10］就玉米氣候適宜度建立模型并做了評價；王連喜等［11］、李昊宇等［12］針對江蘇、華北冬小麥適宜度時空變化構建了氣候適宜度及預測模型，檢驗結果表明模型能較為客觀地反映作物受氣候條件的影響；張彩霞等［13］、徐敏等［14］、胡春麗等［15］就水稻種植氣候適宜度的時空變化特征進行分析，并預測了氣候年景，檢驗后效果理想。

在全球氣候變化的大背景下，柴達木盆地的氣候也發生了明顯變化，對該地區農作物產生了一定影響。柴達木盆地既是氣候變化敏感區，又是生態環境脆弱帶，農作物對農業氣候資源變化的響應敏感［16，17］，開展枸杞氣候適宜性研究對優化柴達木盆地枸杞種植結構和區域布局具有重要意義，但目前針對柴達木盆地枸杞氣候適宜度影響方面的研究尚不多見，不能滿足科學指導枸杞種植結構和區域布局的需求。因此，基于柴達木盆地氣溫、降水、日照等氣象因子對枸杞各生長發育階段的影響，開展枸杞氣候適宜度等級及區劃研究，一方面為當地開展枸杞特色農業氣象服務工作提供技術支撐，另一方面為當地枸杞生產相關部門合理利用氣候資源，優化枸杞產業結構，促進枸杞產業穩產、增產和可持續發展等方面意義重大。

1 研究資料與方法

1.1 研究區概況

柴達木盆地位于青藏高原東北部，介于90°16′—99°16′E、35°00′—39°20′N，盆地略呈三角形，南北寬約300 km，東西長約800 km，地域總面積25.72 萬 km2，海拔在 2 675～3 350 m，是中國海拔最高的內陸山間盆地，也是青海省最大的綠洲農業基地，對氣候變化表現很敏感。區域內降水稀少，氣候干燥，太陽輻射強，光照充足，光能資源豐富，光溫生產潛力大，光、熱、水、土資源豐富，利于枸杞生長發育和有機物質的積累。近年來，隨著農業種植結構調整和特色農業發展，枸杞特色農業發展迅速，已經成為推動當地農牧業經濟增長的主導產業。2018年枸杞種植面積達34 400 hm2，干果產量達88 000 t，產值達24 億元。

1.2 資料來源

選取柴達木盆地茫崖、大柴旦、冷湖、小灶火、格爾木、諾木洪、都蘭、德令哈、烏蘭、茶卡、天峻11 個氣象站（圖1）1991—2018 年枸杞生育期氣溫、降水、日照、輻射、風速、相對濕度等氣象數據；2001—2018 年枸杞生育期觀測數據，用于分析枸杞生育期進程；氣象資料及生育期觀測數據來自青海省氣象信息中心。

圖1 柴達木盆地氣象站點分布

1.3 枸杞主要發育期選取

枸杞是一種耐旱、耐鹽堿、喜光照的經濟灌木，適宜在柴達木盆地生長發育。柴達木盆地枸杞生長期較短，一般4 月底至5 月初老眼枝開始發芽，5 月上中旬進入展葉期，5 月中下旬為春梢生長期，6 月上中旬老眼枝處于開花期，6 月下旬進入春梢開花期，7 月上旬進入秋梢生長期，7 月中下旬處于老眼枝果實成熟期、秋梢開花期，8 月上旬至下旬進入夏果成熟期，9 月上旬進入秋果形成期，9 月中旬至9 月下旬為秋果成熟期。由于枸杞是無限花序，邊開花邊結果，因此自夏果開花起，開花、幼果形成和果實成熟期重疊，果實不斷成熟，需要分3～4 次采摘、晾曬，因此本研究選取展葉、老眼枝開花、春稍開花、老眼枝果成熟、夏果成熟、秋果成熟6 個枸杞主要生育期（表1）。

表1 柴達木盆地枸杞主要生育期

1.4 研究方法

為定量評價柴達木盆地氣候資源對枸杞生長發育的影響，利用枸杞主要生育期內的氣溫、降水、日照資料，結合劉新等［10］的研究，建立溫度、降水、日照及綜合氣候適宜度模型，進行柴達木盆地枸杞氣候適宜度等級及區劃評估研究，基于GIS 技術繪制柴達木盆地枸杞適宜種植區劃圖。

1.4.1 溫度適宜度模型 研究表明，Beta 函數能較好地反映作物生長與溫度的關系，并且具有普適性，其值為0～1，本研究采用該方法進行溫度適宜度模型建立，計算公式如下［18］。

式中，Ft(i)為第i個生育期的氣溫條件適宜度；T、T1、T2、T0分別為某生育期平均、下限、上限及最適溫度。根據《青海省農業氣象服務手冊（試用版）》枸杞農業氣象服務指標，結合柴達木盆地生產實際，確定枸杞各生育階段三基點溫度（表2）。

表2 柴達木盆地枸杞主要生育期參數

1.4.2 降水適宜度模型 降水適宜度表征了種植地區枸杞各生長發育階段內的降水量對其生長發育和產量形成的適宜程度，用作物正常生長需水量作為作物生長的適宜水量標準［1-3］，計算公式如下［10］。

式中，Fr(i)為第i個生育期的降水氣候條件適宜度，r為某生育期降水量，W為枸杞相應生育階段的理論需水量，利用FAO 最新修訂的Penman-Monteith 公式計算［19，20］，各主要生育期的理論需水量見表2。

1.4.3 日照適宜度模型 枸杞喜光怕陰，充足的日照能促進枸杞高產，枸杞對光照最敏感的時段是老眼枝、春梢、秋梢現蕾至開花期及老眼枝果實、夏果、秋果形成至成熟期，若此期間光照不足，枸杞植株正常發育受阻或坐果率降低，造成結實不良或病果率增加。日照適宜度模型公式如下［10］。

式中，H、H0分別為某生育期日照時數及日照百分率超過70% 的日照時數；柴達木盆地枸杞各生育階段旬日照百分率超過70%的日照時數見表2。

1.4.4 綜合氣候適宜度模型 各生育期綜合適宜度為光、溫、水各氣象要素適宜度加權求和所得，計算公式如下［10］：

式中，F(i)分別為第i個生育期的綜合氣候條件適宜度；n為生育期個數；Ft、Fr Fs、F分別為全生育期氣溫、降水、日照和綜合氣候條件適宜度；a、b、c分別為氣溫、降水和日照影響權重系數，利用枸杞全生育期氣溫、降水及日照適宜度與枸杞年平均產量資料，通過相關系數法得到各氣象要素影響權重系數（表2）。

2 結果與分析

2.1 枸杞各生育期氣候適宜度時空分布特征

2.1.1 溫度適宜度時空分布特征 從1991—2018年柴達木盆地枸杞全生育期溫度適宜度年際變化可知（圖2），溫度適宜度均在0.400 以上，平均溫度適宜度為0.591，最大溫度適宜度為0.698，出現在2016年，最小為0.405，出現在1992 年，最大值和最小值間相差0.293；溫度適宜度以0.05/10 年呈波動上升趨勢，且通過了0.01 水平的顯著性檢驗。

圖2 柴達木盆地枸杞全生育期氣候適宜度年際變化

從柴達木盆地枸杞不同生育期溫度適宜度可以看出（表3），各生育期平均溫度適宜度較好，均大于0.500，其中展葉期溫度適宜度最大，為0.647，老眼枝果實成熟期最小，為0.514。從空間對比來看，柴達木盆地中南部格爾木、小灶火、諾木洪3 地溫度適宜度較大，生育期溫度適宜度均大于0.750；東部天峻、茶卡地區溫度適宜度較小，茶卡地區除展葉、老眼枝開花期分別達0.514、0.486 外，其余各生育期溫度適宜度均小于0.300，而天峻地區各生育期溫度適宜度均小于0.100，說明柴達木盆地熱量條件以中南部地區最好，東部差。

表3 柴達木盆地枸杞各生育期溫度適宜度

2.1.2 降水適宜度時空分布特征 1991—2018 年柴達木盆地枸杞全生育期降水適宜度年際變化顯示（圖2），降水適宜度均在0.400 以下，明顯低于溫度適宜度；平均降水適宜度為0.299，降水適宜度最大值為0.392，出現在2012 年，最小值為0.195，出現在2001 年，枸杞全生育期降水適宜度最大值和最小值間相差0.197；降水適宜度以0.02/10 年呈波動上升趨勢，未通過顯著性檢驗，表明柴達木盆地降水對枸杞適宜性影響較小。

表4 為柴達木盆地各地枸杞不同生育期降水適宜度，可以看出各個生育期平均降水適宜度差，均小于0.400，其中老眼枝開花期降水適宜度最大，為0.373，秋果成熟期最小，為0.217。從空間對比來看，柴達木盆地中西部各地區降水適宜度較小，各地各生育期降水適宜度均小于0.300。東部德令哈、烏蘭、都蘭及茶卡地區降水適宜度較大，降水適宜度為0.300～0.500；而東部天峻地區降水適宜度最大，各生育期降水適宜度均大于0.600，說明水分條件中西部地區差，東部較好。

表4 柴達木盆地枸杞各生育期降水適宜度

2.1.3 日照適宜度時空分布特征 由1991—2018年柴達木盆地枸杞全生育期日照適宜度年際變化可見（圖2），日照適宜度在0.700～0.900，明顯高于枸杞溫度適宜度和降水適宜度，平均日照適宜度為0.825，最大日照適宜度為0.897，出現在1994 年，最小值為0.741，出現在2018 年，枸杞全生育期日照適宜度最大值和最小值間相差0.156；日照適宜度以0.02/10 年呈波動下降趨勢。

表5 為柴達木盆地各地枸杞不同生育期日照適宜度，可以看出柴達木盆地全區各生育期平均日照適宜度均大于0.600，其中老眼枝果實成熟期日照適宜度最大，為0.875，春梢開花期最小，為0.769。從空間對比來看，柴達木盆地中西部各地區日照適宜度較東部大，說明柴達木盆地枸杞生長季日照時數長，光照條件充足，中西部較東部地區光照更充足。

表5 柴達木盆地枸杞各生育期日照適宜度

2.2 枸杞全生育期氣候適宜度空間分布特征

表6 為1991—2018 年柴達木盆地枸杞全生育期日照、降水、氣溫及綜合適宜度?？梢钥闯鋈珔^各地枸杞全生育期溫度適宜度差異較大，格爾木最大，為0.902，天峻最小，為0.022，兩者相差0.880；降水適宜度中西部小，東西部大，其中天峻最大，為0.774，冷湖最小，為0.038，兩地相差0.736；日照適宜度各地均大于0.70，中西部較東西部大，其中冷湖最大，為0.930，天峻最小，為0.736，兩地相差0.194；綜合氣候適宜度變化與氣溫適宜度基本一致，各地差異較大，格爾木最大，為0.739，天峻最小，為0.399，兩者相差0.340。

表6 柴達木盆地枸杞全生育期氣候適宜度

3 枸杞種植氣候適宜度等級評價指標及區劃

3.1 枸杞種植氣候適宜度等級評價指標

分析表明，柴達木盆地熱量條件中南部和西部地區好、東部差；水分條件中西部地區差、東部較好；各地日照時數長，光照條件充足，中西部較東部地區光照更充足。由于柴達木盆地屬綠洲農業區，農業以灌溉為主，加之各地光照條件充足，因此水分和光照條件不是枸杞生長發育和產量形成的主導因子，溫度條件是影響枸杞適宜度的主導因子。根據上述分析結果，結合柴達木盆地枸杞種植生產實際進行綜合分析、評判，確定了柴達木盆地枸杞種植氣候適宜度劃分等級標準，見公式（10）至公式（13）。

溫度適宜度評價指標：

3.2 基于GIS 技術柴達木盆地枸杞種植氣候適宜度區劃

柴達木盆地溫度適宜度和光熱水綜合適宜度≥0.6 為適宜、0.5～0.6 為較適宜、≤0.5 為不適宜；降水適宜度≥0.6 為適宜、0.6～0.4 為較適宜、≤0.4 為不適宜；日照適宜度≥0.7 為適宜、0.5～0.7 為較適宜、≤0.5為不適宜。依據各地氣溫、降水、日照及綜合氣候適宜度指標，結合當地經度、緯度和海拔高度地理信息，利用GIS 技術繪制出柴達木盆地枸杞種植氣溫適宜度、降水適宜度、日照適宜度及綜合氣候適宜度區劃（圖3）。由圖3 可以看出，柴達木盆地枸杞種植氣候適宜區分布在德令哈中南部、都蘭縣西北部、格爾木及茫崖中北部等地區；較適宜區分布在大柴旦西北部及適宜區周邊等地區；不適宜種植區分布在德令哈北部、天峻、烏蘭東部及盆地海拔較高的周邊等地區，表明柴達木盆地海拔較低的大部分地區適宜枸杞種植。

圖3 柴達木盆地枸杞種植溫度（a）、降水（b）、日照（c）及綜合（d）氣候適宜度區劃

4 結論

柴達木盆地各地枸杞溫度適宜度差異較大，格爾木最大，為0.902，天峻最小，為0.022，兩者相差0.880；降水適宜度中西部小，東西部大，天峻最大為0.774，冷湖最小為0.038，兩地相差0.736；日照適宜度各地均大于0.70，中西部較東西部大，冷湖最大為0.930，天峻最小為0.736，兩地相差0.194；綜合氣候適宜度各地差異較大，格爾木最大為0.739，天峻最小為0.399，兩者相差0.340。

柴達木盆地溫度適宜度和光熱水綜合適宜度≥0.6 為適宜、0.5～0.6 為較適宜、≤0.5 為不適宜；降水適宜度≥0.6 為適宜、0.4～0.6 為較適宜、≤0.4 為不適宜；日照適宜度≥0.7 為適宜、0.5～0.7 為較適宜、≤0.5 為不適宜。

柴達木盆地枸杞種植氣候適宜區分布在德令哈中南部、都蘭縣西北部、格爾木及茫崖中北部等地區；較適宜區分布在大柴旦西北部及適宜區周邊等地區；不適宜種植區分布在德令哈北部、天峻、烏蘭東部及盆地海拔較高的周邊等地區，表明柴達木盆地海拔較低的大部分地區適宜枸杞種植。