基于GIS的元陽縣芒果種植的氣候適宜性區(qū)劃

李艷春，謝映海,朱黎陽

(云南省紅河州氣象局，云南 蒙自 661199)

1 引言

芒果是熱帶常綠果樹，喜高溫，不耐寒。芒果對(duì)氣候條件的適應(yīng)性較廣，通常年平均溫度在22 ℃以上，最冷月平均溫度不低于15 ℃，全年總積溫達(dá)7823.2～8265.8 ℃，日平均氣溫≥20 ℃達(dá)230 d，日最高氣溫≥30 ℃達(dá)168 d，終年無霜的地方都較適宜種植。

元陽縣地處云南南部，哀牢山脈南段，紅河南岸，屬于處低緯度高海拔地區(qū)，境內(nèi)層巒疊嶂，溝壑縱橫，山地連綿，無一平川。最低海拔144 m，最高海拔2939.6 m，海拔差異明顯。由于地形地貌復(fù)雜多樣，立體氣候顯著，具有“一山分四季，隔里不同天”的氣候特點(diǎn)。行政區(qū)內(nèi)13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)各氣象要素均有明顯的差異，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均氣溫在16.0～24.4 ℃之間，年降雨量850～2500 mm之間。本研究在仔細(xì)研判了前人研究成果的基礎(chǔ)上，利用云南省 125 個(gè)氣象站30年氣候資料和地理信息數(shù)據(jù)，應(yīng)用 GIS 技術(shù)將氣候要素空間插值，模擬元陽縣復(fù)雜地形下的氣候要素空間分布，再依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行元陽縣芒果種植氣候精細(xì)化區(qū)劃，得到了一些有意義的結(jié)論，為元陽縣芒果的合理種植布局提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料來源及分析方法

2.1 資料來源

使用的氣象資料為云南省1986～2015年125個(gè)地面氣象站點(diǎn)逐日地面觀測資料，包括平均氣溫、日照時(shí)數(shù)、降水量、最高氣溫、最低氣溫、極端最低氣溫、積溫、年穩(wěn)定通過15 ℃積溫、10 ℃積溫、0 ℃積溫等。分析中使用1∶25萬的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和土地利用類型數(shù)據(jù)，主要包括元陽縣鄉(xiāng)行政邊界、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村、經(jīng)度、緯度、海拔高度、坡向、坡度和不同土地利用類型等。用GIS技術(shù)通過SRTM網(wǎng)站上提供的90 m分辨率數(shù)字高程模型(DEM)獲取。

2.2 分析方法

使用云南省(1986～2015年)氣象資料和元陽縣地理信息數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、海拔高度、坡向和坡度等)，按照氣候?qū)W基本規(guī)則，結(jié)合相應(yīng)生態(tài)背景，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法，計(jì)算不同氣候要素并進(jìn)行農(nóng)業(yè)氣候資源空間分布推算；應(yīng)用多元回歸+殘差訂正法等函數(shù)統(tǒng)計(jì)模型空間插值方法，使用軟件ArcGis將氣候要素空間插值(90 m×90 m)，綜合考慮相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)，建立空間柵格數(shù)據(jù)集。利用高分辨率的氣候要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行種植適宜性指標(biāo)空間推算，同時(shí)考慮坡度和土地利用資料對(duì)區(qū)劃分析結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)化分析。

3 元陽縣芒果種植適宜性區(qū)劃指標(biāo)的確定

3.1 元陽縣芒果種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)

根據(jù)芒果生長發(fā)育特點(diǎn)和中國芒果種植區(qū)氣候特征，充分考慮元陽縣當(dāng)?shù)厣a(chǎn)及氣候特點(diǎn)，客觀地綜合多數(shù)專家經(jīng)驗(yàn)與主觀判斷對(duì)大量難以采用技術(shù)方法進(jìn)行定量分析的因素做出合理估算，最終確定年≥10 ℃活動(dòng)積溫、1月平均氣溫、2～4月累積日照時(shí)數(shù)3個(gè)指標(biāo)作為元陽縣芒果種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)，并按照最適宜、適宜、次適宜和不適宜進(jìn)行分級(jí)。元陽縣茶樹種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)見表1。

表1 元陽縣芒果種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)

3.2 元陽縣芒果種植地形因素適宜性指標(biāo)

充分考慮元陽本地地形的影響，選取坡度、海拔高度作為元陽縣芒果種植地形適宜性指標(biāo)。并按照最適宜、適宜、次適宜和不適宜進(jìn)行分級(jí)。芒果種植地形區(qū)劃指標(biāo)及分級(jí)見表2。

表2 元陽縣芒果種植地形因素區(qū)劃指標(biāo)

3.3 元陽縣芒果種植綜合適宜性區(qū)劃指標(biāo)

各區(qū)劃因子對(duì)茶葉的影響不是孤立存在的，不同氣象要素因子(熱量、水分、光照、災(zāi)害和土壤等)對(duì)芒果生長的重要性是不同的。利用氣候和地形、土地利用3類共6個(gè)因子，并給各個(gè)因子賦予具體的系數(shù)，使用權(quán)重法和圖層疊加運(yùn)算得到綜合適宜性區(qū)劃。

4 氣候區(qū)劃適應(yīng)性指標(biāo)因子分析

4.1 年≥10 ℃積溫適宜性指標(biāo)的分析

元陽縣芒果種植年≥10 ℃積溫適宜性分析得出(圖1)： 最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)3個(gè)區(qū)域基本呈現(xiàn)出并列相連在一起的帶狀分布，主要分布在紅河沿岸、沙拉托至黃茅嶺一帶、俄扎至黃草嶺一帶以及大坪中南部；其中最適宜區(qū)與適宜區(qū)面積較大，次適宜區(qū)面積最小。 不適宜區(qū)與適宜區(qū)界限比較分明，且面積較適宜種植區(qū)大。主要分布在馬街、沙拉托至逢春嶺、大坪一帶的中南部地區(qū)，橫貫整個(gè)元陽，以及元陽西南部自西向東的兩條狹長地帶。

圖1 元陽縣芒果種植≥10℃積溫適宜性

圖2 元陽縣芒果種植1月平均氣溫適宜性

4.2 最冷月(1月)平均氣溫適宜性指標(biāo)的分析

元陽縣芒果種植最冷月(1月)平均氣溫適宜性指標(biāo)的分析得出(圖2)： 最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)3個(gè)區(qū)域基本呈現(xiàn)出并列相連在一起的帶狀分布，占據(jù)了元陽縣的大部分地區(qū)，主要分布在紅河沿岸的大片地區(qū)、沙拉托至黃茅嶺一帶、俄扎至黃草嶺一帶、大坪大部；其中最適宜區(qū)面積最大，適宜區(qū)面積最小，南沙全境均在最適宜區(qū)內(nèi)。不適宜區(qū)分布較少，主要分布在新街至大坪一帶的南部、馬街與牛角寨的西部、元陽西南邊境小部分地區(qū)以及大坪東北部。

4.3 2～4月累積日照時(shí)數(shù)適宜性指標(biāo)的分析

元陽縣2～4月累積日照時(shí)數(shù)適宜性分析得出(圖3)：各個(gè)區(qū)域分布均比較破碎，總體而言，西部適宜區(qū)較多，東部不適宜區(qū)分布較多。最適宜區(qū)在沙拉托、俄扎分布最多。適宜區(qū)在沙拉托、俄扎、牛角寨分布最多。次適宜區(qū)分布較廣、面積較大，在元陽中北部分布較多。不適宜區(qū)在新街、嘎娘、小新街、大坪分布較多。

圖3 元陽縣芒果種植2～4月累積日照時(shí)數(shù)適宜性

圖4 元陽縣芒果種植海拔高度適宜性

5 地形因素適宜性因子分析

5.1 海拔高度適宜性指標(biāo)的分析

元陽縣芒果種植海拔高度適宜性分布為(圖4)： 最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)3個(gè)區(qū)域基本呈現(xiàn)出并列相連在一起的帶狀分布，主要分布在紅河沿岸、沙拉托至黃茅嶺一帶、俄扎至黃草嶺一帶以及大坪中南部；其中最適宜區(qū)面積最大。不適宜區(qū)與適宜區(qū)界限比較分明，且面積較適宜種植區(qū)大，占據(jù)了元陽縣的大部分地區(qū)。主要分布在馬街、沙拉托至逢春嶺、大坪一帶的中南部地區(qū)，橫貫整個(gè)元陽，以及元陽西南部自西向東的兩條地帶。

5.2 坡度適宜性指標(biāo)的分析

由于元陽縣地形較復(fù)雜，坡度分布也不均勻，坡度適宜性區(qū)域的分布圖也比較破碎(圖略)，總體來說，西南部不適宜區(qū)分布較多，北部適宜區(qū)分布較多。最適宜區(qū)、適宜區(qū)面積較大的區(qū)域主要在南沙、新街、牛角寨、沙拉托、上新城南部。次適宜區(qū)分布最廣、面積最大，主要分布在元陽北部。不適宜區(qū)主要分布在黃草嶺、俄扎、黃茅嶺、嘎娘以及大坪。

6 元陽縣芒果種植綜合適宜性模型的分析

根據(jù)芒果種植適宜性區(qū)劃指標(biāo)，并使用權(quán)重法充分考慮氣候條件、地形因素及土地利用類型等多項(xiàng)因子，并給各個(gè)因子賦予具體的系數(shù)，使用權(quán)重法和圖層疊加運(yùn)算得到綜合適宜性區(qū)劃?？蓪⒃柨h芒果種植區(qū)域劃分為最適宜區(qū)，適宜區(qū)，次適宜區(qū)、不適宜區(qū)以及非農(nóng)用地5個(gè)區(qū)域(圖5)。

最適宜區(qū)分布最少，主要集中在南沙鎮(zhèn)，在黃茅嶺、俄扎至黃草嶺一帶、大坪、馬街也有少量分布。適宜區(qū)在3個(gè)適宜種植區(qū)中分布范圍最廣、面積最大，主要分布在馬街至上新城一帶的中北部、沙拉托至黃茅嶺一帶、俄扎至黃草嶺一帶、大坪中南部。次適宜區(qū)主要在適宜區(qū)外圍有部分分布，在西部地區(qū)較多，有大面積分布。 不適宜區(qū)主要分布在馬街至小新街一帶的中南部地區(qū)，以及西南部的部分地區(qū)。

7 討論

(1)本研究直觀地將元陽縣芒果種植區(qū)域劃分為最適宜區(qū)，適宜區(qū)，次適宜區(qū)、不適宜區(qū)以及非農(nóng)用地5個(gè)區(qū)域，可操作性較強(qiáng)，為元陽縣芒果的合理種植布局提供科學(xué)依據(jù)。

圖5 元陽縣芒果種植綜合適宜性區(qū)劃

(2)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，土壤、良種和種植技術(shù)可以通過人工調(diào)節(jié)來滿足生產(chǎn)需要，但氣候條件卻難以進(jìn)行大規(guī)模的的控制和改造。因此，根據(jù)氣候條件選擇適宜的種植地，是促進(jìn)芒果高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的途徑之一。

(3)在利用氣象資料建立空間氣候模型時(shí)，元陽縣氣象資料站點(diǎn)密度還太稀疏，不能夠較好模擬山地氣候特征，由于數(shù)據(jù)精度和分辨率的限制，本研究的評(píng)價(jià)結(jié)果也有待于進(jìn)一步詳細(xì)驗(yàn)證。