基于GIS的岑鞏縣線辣椒氣候適宜性區劃

蔣松林， 馬洪燕， 盛升旺， 龍凌云

(1.岑鞏縣氣象局， 貴州 岑鞏 522626； 2.鎮遠縣氣象局， 貴州 鎮遠 522625)

0 引言

【研究意義】辣椒為一年生或有限多年生草本植物，原產于墨西哥，明朝末年流入中國[1]。因辣椒果實的果皮含辣椒素而有辣味，能增進食欲，成為人們喜食的蔬菜之一。隨著高效農業的推進，辣椒產業迅速發展，辣椒已成為主要經濟作物和重要經濟來源之一。為了優化產業結構，大力發展特色農業，岑鞏縣將辣椒種植作為農民增收的主要渠道之一，且引種“玉夢二號”線辣椒，形成了較大規模的產業基地。影響線辣椒生長發育的關鍵是氣象條件和氣候環境，因此開展岑鞏地區線辣椒適宜氣候區劃研究對推動線辣椒產業以及農業經濟發展具有重要意義。【前人研究進展】辣椒是喜溫作物，溫度、光照、降水是影響辣椒生長發育的關鍵氣象因子，氣溫是影響辣椒生長發育的主要因素；光照是影響辣椒品質的關鍵因素，辣椒生長發育階段的適宜溫度為25～30℃，溫度低于15℃其生長發育受阻，溫度高于35℃會因花器發育不全或柱頭干枯不能受精而落花[2]，果實發育和轉色需要溫度高于25℃[3]。【研究切入點】岑鞏立體氣候特征明顯，區域氣候差異較大，生態環境復雜，現有的氣象觀測站點資料不能完全反映岑鞏的氣候分布特點，以往的研究選取多為國家氣象觀測站資料，不能較好反映當地氣候分布特點，這在一定程度上影響了地方辣椒生產布局，進而影響辣椒產業的可持續發展。【擬解決的關鍵問題】運用區域自動氣象觀測站資料對無氣象觀測的區域進行時空分布分析，以反映當地氣候特點。采集岑鞏縣11個鄉鎮區域自動站及岑鞏縣國家氣象觀測站2016—2020年的氣象資料，結合線辣椒生長發育不同時期所需的溫度、水分、光照等關鍵氣象要素，利用ArcGIS軟件進行樣條函數插值得出岑鞏縣降雨及日照的時空分布，對線辣椒種植氣候適宜性進行擬合分析，以獲得岑鞏線辣椒種植的氣候適宜區劃，為發展該縣線辣椒種植提供可靠依據。

1 資料與方法

1.1 岑鞏縣地形地貌與氣候概況

岑鞏縣位于云貴高原向湘西過渡的斜坡地帶，地勢自西北向東南逐漸降低傾斜，可劃分為山地、丘陵、盆地3種類型；海拔330～1 359.9 m，大部分地區在400～700 m(圖1)；年平均氣溫為16.4℃，平均降雨量為1 138.2 mm，氣候溫和，屬亞熱帶濕潤季風氣候。轄區共11個鄉鎮，海拔最低點位于水尾鎮馬公塘，最高點位于凱本鎮小頂山。

1.2 資料來源

1.2.1 氣象資料 地面氣象觀測資料為岑鞏縣區域自動氣象站和國家氣象觀測站2016—2020年的觀測數據，包括氣溫、降水量、日照時數等氣象要素的逐日觀測資料，均來源于貴州省氣象資料查詢系統。

1.2.2 地理信息 基于GIS獲取的岑鞏縣1︰100萬行政邊界數據，數據來源于全國地理信息資源目錄服務系統，岑鞏縣SRTMDEMUTM 90 M分辨率數字高程數據來源于地理空間數據云。

1.3 方法

1.3.1 區劃指標地理模型 岑鞏縣地形復雜多樣，立體氣候明顯，區域氣候差異大。現有的氣象觀測站點資料不能完全反映岑鞏的氣候分布特點，因此，需要對無氣象觀測的區域進行時空分布規律分析。目前，在插值方法上，通常用反距離加權插值法(DW)、普通克里格插值法和樣條函數插值法。在復雜的山地環境下，樣條函數插值法對溫度、降水和相對濕度的插值精度最優，特別是溫度和降水優于其他2種插值方法[4]。故采用樣條函數插值法對岑鞏縣溫度、降水進行時空分布規律分析。

1.3.2 適宜度模型

1) 溫度。根據馬樹慶[5]的研究結果，即作物適宜度由作物生長發育的下限溫度、上限溫度和最適溫度共同決定，擬定溫度適宜度模型公式如下：

(1)

(2)

式中，S(t)為溫度適宜度；B為中間參數；T為平均氣溫，T1、T2和T0分別為辣椒育苗所需的下限溫度、上限溫度和最適溫度，當T≤T1或T≥T2時，S(t)=0，當T=T0時，S(t)=1。

2) 降水。根據宋迎波等[6]的研究結果，擬定降水適宜度模型公式如下：

(3)

式中，S(p)為降水適宜度，P為區域某時段平均降水量(mm)，R為線辣椒生長適宜降水量。

3) 氣候。辣椒苗期與生長期對光照的需求較弱，掛果到熟收期需求較強，但岑鞏日照觀測站點稀少，故不建立光照適宜度模型。氣候適宜度模型綜合考慮溫度、降水要素對辣椒不同生育期的影響，采用幾何平均方法，建立辣椒氣候適宜度模型，公式如下：

(4)

式中，S(t,p)為氣候適宜度，S(t)為溫度適宜度，S(p)為降水適宜度。

2 結果與分析

2.1 辣椒種植氣候適宜性指標

線辣椒的主要生育期分為定植期、生長期、開花掛果期、熟收期。由表1可見，辣椒種植的適溫范圍比較廣，且在不同生長發育時期對溫度的要求不同，定植期適宜溫度為15～28℃，溫度低于15℃或高于28℃對辣椒生長發育不利，甚至導致其停止生長；適宜降水量為80～120 mm。生長到開花掛果期適宜溫度為18～30℃，適宜降水量為290～380 mm。開花掛果到熟收期是影響辣椒品質和產量的關鍵時期，適宜溫度為20～32℃，適宜降水量為290～350 mm，適宜日照時數>320 h。

表1 岑鞏線辣椒的氣候適宜性指標

2.2 辣椒生長發育期氣候適宜性

2.2.1 定植期 4月下旬至5月上旬是岑鞏縣線辣椒定植時期，此期若溫度過高苗易失水萎蔫死亡，太低不利于其生長。同時，線辣椒移栽后根據降水適當控制水分，植株生長需水量也隨之增加，但田間持水量也不宜太高，否則不利地下部根系伸展發育，并導致地上部枝葉徒長。

從圖2a可知，定植期岑鞏縣的平均氣溫為16.5～20.2℃，且呈從中部、北部向東部、南部遞增趨勢。岑鞏縣的氣溫均能滿足線辣椒定植期的生長發育需要，溫度最適宜區主要分布在岑鞏縣東部和西南部。從降水分布(圖2b)看出，定植期岑鞏縣降水最少的區域主要分布在縣西北部位，次降水少區分布在縣中部區域，降水充沛區域分布在縣東北面。根據線辣椒獲得較高產量對應苗期土壤的水分下限為(田間持水量)50%～55%[7-8]的標準判斷定植期除縣西北部和中部外，其余地區水分條件均能滿足線辣椒生長發育的需求。

從氣候適宜度(圖2c)可知，岑鞏縣線辣椒定植期間氣候適宜度在0.1～0.8，最低值在縣西北部，結合圖2a和圖2b得出，氣候最適宜地區的溫度和降水配合較好，次適宜地區的降水偏少或溫度偏低，不適宜地區的降水與溫度均偏低。

2.2.2 生長到開花掛果期 5—6月是岑鞏線辣椒生長到開花掛果期，5月是線辣椒生長期，6月上旬到中旬是線辣椒始花期，6月下旬線辣椒掛果。

從圖3a可知，岑鞏縣5—6月上旬平均溫度為20.6～23.8℃，平均氣溫分布呈從中部、北部向東部、南部遞增趨勢。故生長到開花掛果期間，線辣椒生長發育溫度最適宜區主要分布在縣東部和西南部。從圖3b看出，生長到開花掛果期岑鞏縣的降水比較充沛，降水量在267.6～399.2 mm。為縮短定植后緩苗時間，加速生長發育，需要充足的水分供給，降水量在290～380 mm比較適宜。同時，理論上線辣椒獲得最大產量的適宜上限和下限田間持水量分別為83.4%和55.4%[9]。由此表明，岑鞏縣水分條件能較好滿足線辣椒生長到開花掛果的需要。

從氣候適宜度(圖3c)可知，岑鞏線辣椒生長到開花掛果期氣候適宜度在0.82～1，岑鞏的氣候條件均能較好滿足線辣椒生長發育的需要。

2.2.3 開花掛果到熟收期 7—8月氣候條件是影響辣椒產量與品質的關鍵，溫度、降水、日照合適才能獲得較高品質和產量的線辣椒。

由圖4可知，岑鞏縣2016—2020年7—8月累計日照時數均在350 h以上，光照資源充足，有利于促進線辣椒的轉色，由此獲得優質的線辣椒。開花掛果到熟收期溫度是影響辣椒產量的關鍵因子，此期最適宜溫度為26℃；果實膨大的適宜溫度為23～28℃，高于35℃果實易受灼燒，造成落花落果，低于20℃辣椒的膨大速度易受到抑制；果實加速轉色的適宜溫度為25～30℃，溫度過低將使果實轉色過慢，成熟期延長。從圖5a可知，岑鞏縣7—8月平均溫度為24.6～28.1℃，呈從西北向東南遞增趨勢，岑鞏線辣椒的溫度適宜度較高，有利于線辣椒品質的形成。線辣椒植株掛果后營養生長旺盛，對溫度、濕度仍然敏感，溫度適宜時田間土壤持水率達70%，才能促進開花和提高結果率，獲得高產。7—8月高溫燥熱使作物的蒸騰和土壤水分的蒸發率過大，導致土壤持水率降低。從圖5b可知，岑鞏縣除東北部及南部少數地區外，其余地區的降水均不能滿足線辣椒此期生長發育的水分需求，需要適時灌溉補水保持土壤濕度。

結合氣候適宜度(圖5c)得知，岑鞏縣線辣椒開花掛果到熟收期氣候適宜度在0.59～1，最適宜地區位于東北部及南部少數地區。

3 討論

氣候適宜性指標是氣候適宜性區劃的關鍵。辣椒屬于中光性作物，苗期對于短日照具有良好的適應，生長后期表現出光中性，掛果期長光照對辣椒也無抑制作用[10]，而光照充足，辣椒轉紅快，色澤鮮艷，品質較高；光照不足，色澤暗淡，品質較低，表明岑鞏縣東北部和南部少數地區線辣椒的定植期到熟收期氣候適宜度均在0.8以上，區域氣候條件能較好滿足線辣椒生長發育全階段的需要；線辣椒生長到開花掛果期岑鞏縣氣候適宜度在0.82～1，岑鞏縣所有區域氣候條件均能較好滿足線辣椒生長發育的需要，與陳芳等[11-13]結果一致。

關于辣椒關鍵氣象因子的氣候區劃指標目前尚無統一標準，區劃結果具有差異性，且在辣椒生長發育過程中除受到氣候條件的影響外，還受到下墊面土壤類型、肥料等影響，因此建立氣候與品種、土壤等類型相結合的適宜度模型，其評價效果更客觀，更具有科學指導性。同時，由于線辣椒適宜性指標和氣候適宜性區劃使用的時間研究尺度為較長的月尺度，其結果具有一定的局限性，未能較好考慮短時災害性天氣對線辣椒產量及品質的影響。因此，進行線辣椒氣象災害性指標的研究也尤為重要。

4 結論

光照、溫度、降水等氣象因子優質配合才能獲得產量和品質較高的線辣椒。岑鞏線辣椒種植最適宜的區域主要位于東北部和南部少數地區；其余地區溫度在各時期均能滿足線辣椒生長發育的需要，但在開花掛果到熟收期關鍵時期大部分地區降水不能較好滿足線辣椒生長發育的需求，需要適當的灌溉補水，保持土壤濕度，以提高線辣椒的產量和品質。