基于GIS的信陽市冬小麥農業氣候資源特征與區劃

小麥作為我國主要的糧食作物，在糧食生產中占據著重要地位。常年小麥產量約占全球總產量的 17% ，因此小麥生產的持續發展對保障我國口糧安全至關重要。

信陽市位于河南省南部（ （113^°45^′～115^°55^′E， 30^°23^′～32^°27^′N） ，地跨我國氣候分界線 （秦嶺一淮河），地貌迥異，氣候、土壤等條件呈現明顯的過渡性地帶特征，境內氣候差異較大。南北方農業特色交織在一起，形成了溫暖濕潤的以稻麥兩熟為主的獨特的過渡性生態類型區。信陽市小麥每年播種面積約30萬 hm² ，占土地總面積的 15.8% ，小麥產量約占全市糧食總產量的25%_° 同時，信陽市政府出臺麥類種植政策，為小麥種植面積逐年增加提供了有利條件。

本研究基于GIS開展信陽市冬小麥精細化農業氣候區劃，旨在闡明各區域的氣候資源特點及差異、趨勢潛力，合理利用各縣區農業氣候資源，為冬小麥合理布局和長遠發展規劃服務，為決策者制訂農業發展規劃提供科學依據。

一、材料與方法

（一）數據來源

氣象資料數據主要來自1991—2020年信陽市及周邊縣區共13個國家級氣象站地面氣象觀測站所提供的冬小麥生育期內的氣溫、降水、日照等逐日歷史資料。地理信息資料采用國家基礎地理信息中心提供的 1：25 萬信陽市基礎地理背景數據。運用地理信息系統 （GIS）技術進行數字地形定量分類技術研究。

（二）研究方法

1.氣候傾向率。反映氣象要素隨時間的變化趨勢及變化程度。y為時間t所對應的氣象要素，樣本的數量為n。公式為： y=b+kt （ ，2，3…n）式中：b為回歸常數，k為回歸系數。k值采用最小二乘法確定，k值的正負表明氣象要素增加或減少的趨勢。

2.區劃方法。通過分析信陽市冬小麥生長與氣象要素的關系，參考現有優質專用小麥區劃研究成果，充分考慮信陽市小麥實際生產情況，篩選出全生育期降水、全生育期 ?0^°C 積溫、3一4月日照時數、5月降水量、3—4月雨日、5月平均氣溫日較差、5月日照時數7個氣象因子作為信陽市優質專用小麥農業氣候種植區劃指標，具體的劃分標準及分值見表1。對上述7個區劃指標進行賦值，然后求和。根據計算結果，結合信陽市冬小麥種植情況，確定信陽市冬小麥精細化農業氣候區劃分級指標，具體見表2。

采取打分法，按照表1中的優質專用小麥區劃因子進行分級打分，即給每一個分級指標都賦予一定的分值。然后按照下式對每個區劃因子的分值進行疊加處理得到總分數。

式中bi表示第i個因子的得分值，ai表示第i個因子的影響權重。本次區劃研究中將5月降水量的因子權重賦值為2.0，其余因子權重都為1.0。根據7個指標按照不同權重疊加后總分數的大小，將全市優質專用小麥種植劃分為強筋小麥適宜區、強筋中筋小麥過渡區、中筋小麥適宜種植區、中筋弱筋小麥過渡區和弱筋小麥適宜種植區，分區標準見上頁表2。最后為不同的區域賦予不同的顏色，制作出優質專用小麥農業氣候區劃圖。

二、冬小麥生育期內氣候資源特征

信陽市地處我國中東部的中緯度內陸地區，經緯度跨度較大，具有四季分明、雨水充沛，雨熱同期、復雜多樣、氣象災害頻繁的基本特點。氣象條件對小麥的影響一般表現為多因子的復合作用。信陽市各縣區冬小麥多年生長季積溫平均值為 2674.5～2795.5^°C?d， ，多年平均日照時數為 1046.3～1214.6h ，多年平均降水量為425.0～553.6mm ，多年平均總降水日數為62～77天。

（一）溫度

溫度影響小麥籽粒干物質積累和氮、磷的累積，進而影響蛋白質含量。氣溫日較差與干物質積累和光合產物轉化為蛋白質。較低的平均氣溫日較差降低了冬小麥籽粒蛋白質的合成和積累，適宜籽粒弱筋品質形成。不同學者分析了不同時期溫度要素與冬小麥籽粒品質的關系，有學者認為，冬小麥灌漿期適宜的高溫有利于籽粒粗蛋白的合成和積累，顯著影響冬小麥的濕面筋含量和沉淀值。也有研究表明，小麥的籽粒蛋白質含量與開花至成熟期平均氣溫呈顯著正相關。

如圖1所示，信陽市各縣區冬小麥生長季平均氣溫在 10.9～11.4^°C ，信陽市區、潢川縣、固始縣、商城縣冬小麥生長季平均氣溫相對較高，在 11.3^°C 以上；新縣相對較低，為 10.9^°C 信陽市各地區冬小麥生長季平均氣溫呈增長趨勢，變化速率在 0.17～0.44^°C?10a^-1 整體表現為增長速率由西部向東部遞減。信陽市西部（市區和羅山縣）冬小麥生長季平均氣溫增長速率稍大于其他地區，在 0.40^°C?10a^-1 以上，東部（固始縣）增長速率相對較緩慢，在 0.20^°C?10a^-1 以下。

（二）降水

研究表明，小麥的籽粒蛋白質含量與開花至成熟期總降水量呈顯著負相關，也與抽穗到灌漿成熟期間的降水量呈顯著負相關。降水量不僅影響小麥的籽粒蛋白質含量，還與沉降值成顯著正相關。降水多會造成土壤濕度過大，小麥籽粒的蛋白質和面筋含量減少，從而降低了面筋彈性。

如圖2所示，信陽市冬小麥生長季年平均降水量呈現明顯由南到北逐步減小空間分布特征。平均降水量為 425.1～553.6mm 。其中，商城縣、新縣相對較高，在 500mm 以上；息縣、羅山縣、淮濱縣相對較少，在450mm 以下。信陽市各地冬小麥生長季年降水量的變化速率在 -14.5～13.9mm?10a^-1 。息縣、淮濱縣、潢川縣、固始縣冬小麥生長季年降水量呈增加趨勢；信陽市、羅山縣、光山縣、新縣、商城縣為負值，呈減少趨勢。淮濱縣、固始縣增加較多，分別以 10mm?10a^-1 和 14mm?10a^-1 的速度增加。信陽市區、光山縣、新縣、商城縣以 10～15mm?10a^-1 的速度減少。

信陽市冬小麥生長季多年平均降水日數呈由南到北逐步減小的空間分布特征，在62～76天。其中，新縣、商城縣、光山縣降水日數相對較多，在70天以上；息縣、淮濱縣降水日數相對較少，在65天以下。全市冬小麥生長季降水日數呈增加趨勢，變化幅度在0.9～3.7d?10a^-1. 。新縣、商城縣、息縣冬小麥生長季降水日數增加較快，以 gt;2d?10a^-1 的速率增加。

（三）日照

日照時數顯著影響籽粒蛋白含量、濕面筋含量和沉淀值。有研究表明，開花到成熟期日照時數和子粒蛋白質含量顯著正相關，與形成時間和穩定時間顯著負相關。在抽穗至灌漿成熟期間，日照對小麥籽粒的影響十分顯著，充足的日照有利于蔗糖和淀粉的合成，籽粒質量增加，蛋白質含量也高。

如圖3所示，信陽市冬小麥生長季年平均日照時數在 1046.3～1214.6h ，西北部、中部、東部的冬小麥生長季年平均日照時數相對較大，其余地區的日照時數相對較少。其中，光山縣的冬小麥生長季年平均日照時數相對較多，在 1200h 以上；息縣、信陽市區、新縣、淮濱縣日照時數相對較少，在 1100h 以下。近30年，信陽市大部分冬小麥生長季年日照時數不斷減少。信陽市東南部（商城縣、固始縣）冬小麥生長季年日照時數以 4h?10a^-1 和 60h?10a^-1 的速度減少；信陽市區、淮濱縣冬小麥生長季年日照時數減少的速度相對較快，以超過 100h?10a^-1 的速度減少。

三、冬小麥農業氣候區劃

如圖4所示，信陽市冬小麥全生育期 ?0^°C 積溫多年平均值為 2710.6^°C?d ，冬小麥全生育期降水量多年平均值為 474.7mm ，3一4月日照多年平均值 318.0h 3—4月雨日多年平均值18.5天，5月降水量多年平均值 108.0mm ，5月日照時數多年平均值 178.2h ，5月平均氣溫日較差多年平均值 9.6^°C_c ，根據各項區劃指標制作的綜合區劃結果。

（一）弱筋小麥適宜區

弱筋小麥是指小麥粉質率高、蛋白質含量低、面筋強度弱、吸水率低、延伸性較好、麥粉的濕面筋含量較低，筋力較弱，面團穩定時間較短，適于制作餅干、糕點和白酒等食品的小麥。隨著人民生活水平的日益提高，我國對用于加工優質糕點和餅干的弱筋小麥的需求持續增長。信陽市弱筋小麥適宜區主要包括羅山縣、光山縣、新縣、潢川縣、商城縣、固始縣的全部區域，信陽市獅河區、平橋區、息縣、淮濱縣的中部及南部地區。這些地區全生育期降水充沛，生育后期降水量較多，雨日偏多，日照時數相對較多，平均氣溫日較差相對較小，不利于蛋白質積累和面筋的形成。

（二）弱筋中筋過渡區

信陽市冬小麥弱筋中筋過渡區主要位于信陽市平橋區明港工業管理區、邢集鎮、王崗鄉、高梁店鄉、平昌鎮北部、查山鄉北部、明港鎮北部；信陽市獅河區吳家店鎮北部及西部；息縣白土店鄉北部及中部、東岳鎮中部及南部、崗李店鄉南部、包信鎮、張陶鄉北部、小茴店鎮北中部；淮濱縣張李鄉、防胡鎮、三空橋鄉北部、河南農業2025年第15期趙集鎮西部、新李鎮北部。

（三）中筋小麥適宜區

信陽市中筋小麥適宜區主要分布在息縣東岳鎮北部、崗李店鄉中部及北部。這些地區生長季降水量相對較少；生育后期降水量相對較少，雨日偏少，日照時數偏少，平均氣溫日較差相對較大，使得該地區相較于信陽市其他縣（區）更有利于蛋白質積累和面筋的形成。

四、結論

考慮冬小麥生長發育對氣候條件的需求，結合研究成果，選取7個氣象因子作為優質專用小麥農業氣候區劃指標，利用信陽市及其周邊共13個國家級氣象站1991一2020年氣候資料，采取打分法，根據7個指標按照不同權重疊加后總分數的大小，將全市優質專用小麥種植劃分為不同筋形小麥適宜區，最后為不同的區域賦予不同的顏色，從而實現信陽市冬小麥種植的精細化氣候區劃。研究結果表明，信陽市大部地區適宜弱筋小麥種植，這些地方水資源豐富，平均氣溫日較差相對較大，適宜弱筋小麥的形成。息縣北部屬于中筋適宜區；信陽市獅河區北部、平橋區西北部、息縣和淮濱縣北部局部屬于中筋弱筋過渡區。

本研究選取全生育期降水量、全生育期 ?0^°C 積溫、3—4月日照時數、3一4月雨日、5月降水量、5月平均氣溫日較差和5月日照時數7個因素作為劃分區劃的因子，此次區劃結果與目前信陽市優質小麥種植分布現狀基本相符合，指標選取比較客觀合理，為考察研究當前冬小麥種植情況及科學合理制訂冬小麥種植方案提供理論依據。

本研究采用方法和選取指標比較GIS空間分析功能進行氣候區劃分析，將信陽市優質小麥種植劃分為弱筋區、中筋、弱筋中筋小麥過渡區3個不同的適宜種植區，彌補了站點分布不均勻而造成的誤差，使得區劃分布圖更為客觀和形象，對實際生產有較強的指導作用。

本研究僅依據氣候資源特征分析了信陽市優質冬小麥種植氣候區劃，實際上，影響作物生長與成熟的因素廣泛且復雜，由于資料有限，本研究只選取了關鍵生育期的一部分氣象因子進行分析，今后的研究中，可將土壤類型、土地利用類型、山脈水系分布、城鎮布局、作物品種等信息綜合考慮分析，進一步完善和精細化區劃結果，使研究成果在指導實際生產中發揮更大的作用。

作者簡介：方彤（1997—），女，湖北武漢人，碩士，助理工程師，主要從事農業氣象觀測工作。

基金項目：2023年信陽市茶葉氣象重點實驗室科研基金項目（XYZD-202301）。

（責任編輯張小玲）