基于GIS的慶陽市蘋果種植氣候適宜性區劃

摘要 利用慶陽市7縣1區8個氣象站1968—2020年氣象資料，采用線性趨勢分析、累積距平及GIS空間插值方法，對影響蘋果種植的關鍵氣候因子（年平均氣溫、6—8 月平均最低氣溫、1月平均氣溫和年降水量）進行時空變化特征分析，結合蘋果種植區劃指標，研究慶陽市蘋果種植氣候適宜性區劃。結果表明：慶陽市1968—2020年年平均氣溫、6—8月平均最低氣溫、1月平均氣溫顯著升高，年降水量波動增加；空間分布受海拔高度影響，年平均氣溫和6—8月平均最低氣溫具有東北低西南高的特點，1月平均氣溫由南到北逐漸降低，年降水量隨著海拔的降低而增加。蘋果最適宜種植區為寧縣大部、西峰南部、鎮原東南部、合水西南部、慶城南部、正寧西部等海拔800～1 400 m的塬地和川地；適宜和次適宜種植區為西峰中北部、鎮原西部、正寧大部、合水東北部和環縣中南部、華池大部等地海拔1 400～2 000 m的山地及塬地；不適宜種植區是環縣西部等地2 000 m以上的高海拔山地。

關鍵詞 蘋果種植；GIS；適宜性；氣候區劃；慶陽市

中圖分類號：S162.2 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2023）03–0111-03

近年來，氣候變化對農業生產的影響主要體現在農作物生長與產量、種植制度與農作物品種分布、農業氣候資源利用等方面。蘋果是典型的溫帶落葉果樹，光、熱、水等氣候條件是蘋果地帶性適生分布和品質優劣的前提和基礎[1]。吳星宇等[2-4]通過GIS研究了云南、遼寧省的蘋果種植氣候適宜性區劃，關清等[5-6]研究了伊吾縣、秦安縣蘋果種植氣候區劃，認為蘋果適宜生長在海拔在1 200～1 800 m的區域。氣候變化造成熱量資源增加，蘋果種植區隨之發生變化，張山清等[7]研究發現新疆蘋果1997年后適宜種植區縮小，次適宜區擴大，不適宜區縮小。

慶陽市位于甘肅省東部，黃土高原溝壑區，土層深厚，質地疏松，富含鉀、鈣、鎂、鋅、硒等多種微量元素，擁有種植高品質蘋果的自然條件，是全國蘋果最佳優生區之一[8]。作為慶陽市的特色致富產業，蘋果相關的研究很多，車向軍等[9]研究發現氣候變化對隴東地區蘋果生長以負面影響為主；張紅妮[10]等研究蘋果全生育期所發生的氣象災害防御，而針對慶陽市蘋果基于GIS的高分辨率蘋果種植氣候適宜性精細區劃研究并未報道過。因此，利用1968—2020年慶陽市氣象站資料，分析影響蘋果生長的氣候因子，利用GIS空間插值方法對慶陽市蘋果種植適宜性進行精細化區劃研究，為氣象防災減災和農業種植區劃調整提供參考，這不僅能促進當地對氣候資源的合理開發利用，還能促進種植業空間結構的優化升級。

1 資料與方法

1.1 資料來源

研究所用氣象數據選用慶陽市7縣1區8個氣象站點1968—2020年逐日氣溫、降水觀測資料，地理信息資料為慶陽市1∶50萬數字高程模型，來源于國家基礎地理信息中心。

1.2 研究方法

基于慶陽市1968—2020年氣象資料和蘋果物候資料，選取影響蘋果種植的關鍵氣候因子，采用線性傾向率、累積距平分析各指標的時間變化趨勢和突變特征[11-12]。

利用氣象資料和DEM數據，借助GIS獲得慶陽市的縣、鄉邊界線和經緯度、海拔的矢量數據，通過層次分析法確定影響蘋果種植的區劃指標權重系數，通過數據分析、空間分析、重分類和疊加計算，得出慶陽市蘋果種植氣候適宜性區劃[13]。

2 蘋果種植農業氣候條件

2.1 熱量條件

蘋果是喜溫果樹，熱量條件不僅決定著蘋果種植的分布區域，還制約著蘋果生長發育、生理活動和品質糖分[14]。慶陽市蘋果發育期在每年的4—10月，開花期在4月中下旬，氣溫越高，開花時節越早[15]。在蘋果生長階段，溫度過高，會造成蘋果灼燒和果肉硬度下降，溫度過低，蘋果無法成熟。適宜蘋果生長發育所需的溫度狀況是年平均氣溫為8～14 ℃。隨著氣候變暖，前期溫度高容易使蘋果遭受霜凍災害。冬季最低氣溫不得低于-5 ℃，冬季溫度太低果樹會出現“抽條”或凍害，不能安全過冬。

2.2 水分條件

蘋果種植要求適宜年平均降水量500～800 mm，相對濕度為60%～70%[16]。蘋果生長分為萌芽期、開花期和成熟期，每個生長階段所需要的水分不同。慶陽市年降水量400～750 mm，基本能滿足生長所需水分。但是，考慮到慶陽市海拔北高南低，降水分布極為不均，雨量集中在夏季，蘋果成熟期降水多會影響蘋果著色和口感，因此，降水需要適時、適量。

2.3 光照條件

蘋果喜光，充足的光照是保證其正常生長發育和品質佳的必要條件。一般情況下，蘋果生長要求年日照時數2 200～2 800 h，其中8—9月果實成熟期要求日照時數在300 h以上[17]。慶陽市年總日照時數為2 310～2 558 h，8—9月日照時數均＞300 h，完全滿足蘋果生長發育的需求。

2.4 蘋果種植區劃指標選取

綜合考慮蘋果種植所需的水分、熱量、光照等氣象條件和上述蘋果種植農業氣候條件分析結果，選取年降水量、6—8月平均最低氣溫、1月平均氣溫和年平均氣溫作為慶陽市蘋果種植區劃指標，結合生產實際劃分出最適宜區、適宜區、較適宜區和不適宜區，具體區劃指標見表1[18-19]。

3 結果與分析

3.1 蘋果氣候區劃指標因子的時空分布

3.1.1 年平均氣溫時空分布 由圖1可知，1968—2020年慶陽市年平均氣溫9.3 ℃，以0.31 ℃/10年的趨勢增長，年值在8.0～10.5 ℃之間變化。累積距平呈現出“V”型變化，在1997年之前，年平均氣溫均＜10.0 ℃，1997之后升溫明顯。

慶陽市年平均氣溫分布主要受海拔影響，整體呈現從東北向西南隨著海拔的降低而逐漸增加的空間分布（圖2）。華池縣和環縣平均氣溫小于9.0 ℃，正寧、西峰年平均氣溫為9.0～9.6 ℃，鎮原、慶城熱量資源豐富，年平均氣溫較高，可達9.6 ℃以上。3.1.2 6—8月平均最低氣溫空間分布 由圖3可知，慶陽市1968—2020年6—8月平均最低氣溫為14.7 ℃，與年平均氣溫增幅相同，在2006—2020年波動較大，氣溫最高值出現在2006年，為17.6 ℃，高于平均值2.9 ℃。

近53年慶陽市6—8月平均最低氣溫與年平均氣溫空間分布趨于相似（圖4）。海拔1 700 m以上的華池縣和環縣6—8月平均最低氣溫＜15.5 ℃，海拔1 400～1 700 m的寧縣、正寧6—8月平均最低氣溫為15.5～15.8 ℃，此溫度適宜，能滿足蘋果生長發育的需求，海拔＜1 400的鎮原、慶城、西峰和合水年平均氣溫較高，可達15.8 ℃以上。

3.1.3 1月平均氣溫空間分布 由圖5可知，1月平均氣溫-5.0 ℃，升溫速率為0.33 ℃/10年，較年平均氣溫升溫明顯，整體波幅較大，最高值出現在2002年，為-1.9 ℃，高于常年3.2 ℃，最低值出現在2011年，為-9.0 ℃，低于常年-3.9 ℃。

近53年慶陽市1月平均氣溫呈現出從北向南逐漸升高的趨勢（圖6）。海拔＞1 700 m的華池縣和環縣1月平均氣溫小于-5.5 ℃，海拔1 400～1 700 m的寧縣、慶城1月平均氣溫為-5.5～-4.9 ℃，海拔＜1 400 m的鎮原、正寧、西峰和合水1月平均氣溫較高，可達-4.9 ℃以上，可以保證蘋果安全越冬。

3.1.4 年降水量空間分布 由圖7可知，慶陽市1968—2020年年降水量為526.8 mm，2003年降水量達到最大，為743.3 mm，1997年降水量最小，只有362.4 mm，1994—2020年降水量小于均值。整體呈現出波動增加趨勢，增加速率為5.0 mm/10年。

慶陽市年降水量整體由東南向西北依次遞減（圖8）。海拔＞1 700 m的環縣年降水量＜511.9 mm，海拔1 400～1 700 m的鎮原、慶城、西峰年降水量為511.9～534.9 mm，海拔＜1 400 m的寧縣、正寧和合水年降水量豐富，可達534.9 mm以上。

3.2 基于GIS的慶陽市蘋果種植氣候適宜性區劃

基于GIS的慶陽市蘋果種植氣候適宜性區劃如圖9所示。

3.2.1 最適宜種植區 慶陽市蘋果最適宜種植區主要分布在以寧縣為中心的西峰大部、鎮原東南部、合水西南部、慶城南部、正寧西部等海拔800～1 400 m的塬地和川地，上述地區光照充足、降水量多，氣溫適宜，蘋果花期受凍害的風險小，生長期內熱量和水分適宜，可作為慶陽市蘋果種植的重點戰略種植區。

3.2.2 適宜種植區和次適宜種植區 慶陽市蘋果適宜和次適宜種植區主要分布在西峰中北部、鎮原西部、正寧大部、合水東北部和環縣中南部、華池大部等地海拔1 400～2 000 m的山地和半山區。該地區海拔較低，降水量偏多，果實生長期熱量和降水量較為適宜，蘋果產量和含糖量較高，可作為慶陽市蘋果的規模擴大種植區。

3.2.3 不適宜種植區 慶陽市蘋果不適宜種植區主要分布在環縣西北部等地高于2 km的高海拔山地。該地區地勢不平，降水和熱量資源少，且分布不均。低溫使蘋果越冬期受到凍害影響，降水量少使蘋果生長得不到水分的補充，2種因素嚴重影響了蘋果的生長，不宜作為經濟作物栽培。

4 結論

（1）慶陽市1968—2020年年平均氣溫、6—8月平均最低氣溫、1月平均氣溫分別以0.31、0.31、0.33 ℃/10年的速率升溫，年降水量以速率為5.0 mm/10年波動增加。

（2）受地形和海拔高度的共同影響，近53年慶陽市氣象要素空間分布差異明顯，年平均氣溫和6—8月平均最低氣溫分布相似，呈現東北低、西南高的特點，1月平均氣溫由南到北逐漸降低，年降水量空間分布隨著海拔高度的降低而增加。

（3）影響慶陽市蘋果種植的各指標時空分布表明慶陽市呈現出暖濕化特征，該特征有利于作物適宜種植區的擴大和提質增產。

（4）慶陽市蘋果最適宜種植區為寧縣，其余以寧縣為中心的絕大多數地區屬于蘋果種植適宜區或較適宜區，慶陽市環縣西北地區屬于不適宜區。區劃結果能夠反映出慶陽市實際蘋果種植狀況特征，并且可根據各區域適宜程度對蘋果種植區域做出調整和優化。

（5）蘋果適宜種植的區劃指標除了與氣象條件密切相關，還與土壤土質條件、地表水資源等種植條件息息相關。該研究只研究了影響蘋果生長的氣候條件，未研究蘋果生長階段所遭受的災害和影響蘋果品質和口感的其他因子，在今后的研究中，要進一步探索不同生育期內蘋果的受災情況，使適宜性的評價得到全面反映，使評價結果更為客觀、準確。此研究的開展可為氣候變化背景慶陽蘋果種植合理布局提供理論依據。

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責任編輯：黃艷飛

Study on Climatic Suitability Zoning of Apple Planting in Qingyang City Based on GIS

Wang Juan et al（Qingyang City Meteorological Bureau， Qingyang， Gansu 745000）

Abstract Based on the meteorological data of 8 meteorological stations in 7 counties and 1 district of Qingyang City from 1968 to 2020， using linear trend analysis， cumulative anomaly and GIS spatial interpolation methods， the spatio-temporal change characteristics of key climatic factors （annual average temperature， average minimum temperature in June August， average temperature in January and annual precipitation） affecting apple planting were analyzed， and the climatic suitability zoning of apple planting in Qingyang City was studied in combination with apple planting zoning indicators. The results show that the annual average temperature， the average minimum temperature from June to August， and the average temperature in January in Qingyang City from 1968 to 2020 have significantly increased， and the fluctuation of annual precipitation has increased; The spatial distribution is affected by the altitude. The annual average temperature was similar to the average minimum temperature from June to August， which is low in the northeast and high in the southwest. The average temperature in January decreases gradually from south to north， and the annual precipitation increases with the decrease of altitude. The most suitable planting areas for apples are tableland and Sichuan land with an altitude of 800～1400m， such as most of Ningxian County， the south of Xifeng， the southeast of Zhenyuan， the southwest of Heshui， the south of Qingcheng， and the west of Zhengning. The suitable and sub suitable planting areas are the mountains and tablelands with an altitude of 1400～2000m in the middle and north of Xifeng， the west of Zhenyuan， most of Zhengning. the northeast of Heshui， the middle and south of Huanxian County， and most of Huachi; The unsuitable planting area was the high altitude mountain area above 2000 m in the west of Huanxian County.

Key words Apple; GIS; Suitability; Climate zoning; Qingyang

基金項目 甘肅省氣象局科研項目“氣候變化對慶陽市蘋果種植氣候適宜性的影響”（2122rczx-縣局業務技術帶頭人-10）。

作者簡介 王娟（1991—），女，甘肅環縣人，工程師，主要從事大氣科學、農業氣象研究。

收稿日期 2023-01-06