基于GIS的新疆澤普縣紅棗氣候適宜性精細區(qū)劃

劉紀疆，艾則買提，許 亮，李戰(zhàn)超，王 森，張山清＊

1.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺，烏魯木齊 830002

2.新疆澤普縣氣象局，新疆喀什 844800

紅棗是南疆主要林果之一。澤普縣紅棗產(chǎn)業(yè)起步于1985年，1988年被自治區(qū)命名為全疆紅棗商品生產(chǎn)基地縣。以其得天獨厚的光熱資源和獨具特色的水土優(yōu)勢與氣候特點，鑄就了其優(yōu)良的品質(zhì)，以果大皮薄、色紅如血、性平味甘、入口即食、不留殘渣被列為南疆紅棗之冠。近年來，澤普縣紅棗種植規(guī)模發(fā)展迅速，已成為農(nóng)民增收致富的新的經(jīng)濟增長點，也正在成為發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟、助理鄉(xiāng)村振興的一個支柱產(chǎn)業(yè)。2017年,澤普縣紅棗的結果面積達1.26 hm2，占林果面積的41%，總產(chǎn)量9.6989萬t，為全縣林果總產(chǎn)的44%，總產(chǎn)值71384萬元，為全縣林果總產(chǎn)值的44%。但近年來，因忽視氣候的適宜性，一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)盲目擴大種植區(qū)域，加之極端氣候事件頻繁，澤普縣紅棗常常遭受春季大風、沙塵、夏季高溫熱害、秋季異常降水以及冬季越冬凍害等災害性天氣影響，造成紅棗產(chǎn)量低而不穩(wěn)，品質(zhì)下降，嚴重影響紅棗果農(nóng)經(jīng)濟收入。因此，根據(jù)紅棗的生物學習性及其對氣候條件的具體要求，利用近30年（1981-2010年）澤普縣氣象站和周邊10個氣象站的觀測資料，結合紅棗氣候適宜性區(qū)劃指標和地理信息系統(tǒng)軟件（ArcGIS10.0）的精細化空間插值技術，開展?jié)善湛h紅棗種植的精細化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，對科學合理地制定澤普縣紅棗種植發(fā)展規(guī)劃和調(diào)整林果結構布局，采取趨利避害的生產(chǎn)管理技術措施，促進紅棗產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展以及在保護和改善生態(tài)環(huán)境提供氣候依據(jù)。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

使用澤普縣及其周邊10個氣象站1981—2010年的逐日氣候資料,統(tǒng)計≥10℃積溫，90%保證率年極端最低氣溫，開花-坐果期平均氣溫，氣象數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)來自新疆氣象信息中心。

1.2 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域為澤普縣域，位于南疆西南部，昆侖山北麓，喀喇昆侖山東側，塔里木盆地西緣，東 經(jīng)76°52′0″-77°29′30″，北 緯37°57′-38°19′。海拔高度為1215-1490m。地勢由西南向東北平緩傾斜，西南部為葉爾羌河沖積扇，東北部為葉爾羌河沖積平原。轄2個鎮(zhèn)、10個鄉(xiāng)。澤普縣屬暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫11.7℃，≥0℃積溫4592.4℃·d，日照時數(shù)2684.2h,極端最高氣溫41.0℃，極端最低氣溫-23.3℃。澤普縣屬暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫11.7℃，≥0℃積溫4592.4℃·d，日照時數(shù)2684.2h,極端最高氣溫41.0℃，極端最低氣溫-23.3℃。地形地貌及海拔高程及氣象站點見圖1。

圖1 澤普縣高程圖

1.3 研究方法

采用地理信息系統(tǒng)的精細化空間插值技術,在對氣候要素進行統(tǒng)計分析的基礎上，建立氣候要素與地理因子（經(jīng)度、緯度、和海拔高度）的回歸模型，并將模型值與實際值得到的殘差再通過IDW法進行訂正，最后將模型圖層和殘差圖層進行疊加，形成上述氣候要素柵格數(shù)據(jù)層。為了檢驗上述氣候要素空間插值效果，對預留站點數(shù)據(jù)進行交叉驗證，插值結果較理想。

2 紅棗生產(chǎn)與氣象條件的關系

2.1 溫度條件

紅棗為喜溫樹種，當春季氣溫達13～15℃時開始萌動，15～17℃以上時抽枝展葉、花芽分化，19℃以上時現(xiàn)蕾?；ㄆ诘淖钸m溫度為24～26℃，低于20℃或高于30℃時花粉發(fā)育不良。坐果和棗核形成期要求平均氣溫在25～30℃，低于25℃或高于30℃均對果實生長造成一定影響。成熟期平均氣溫以20℃以上為宜，氣溫低于20℃時，果實發(fā)育停止，低于15℃時，成熟過程受阻，并開始進入落葉期。5℃以下，棗樹進入休眠期。棗樹休眠階段對低溫的適應性較強，能抗-30℃的低溫。

2.2 日照條件

紅棗為典型的喜光樹種，光照充足則棗果產(chǎn)量高、品質(zhì)佳。一般，生長期內(nèi)日照時數(shù)在1700h以上較為適宜。澤普縣光照資源充足，棗樹生長發(fā)育期間大部分地區(qū)日照時數(shù)在1800～2000h，因此光照不是制約澤普縣棗樹生長發(fā)育的氣候因子。

2.3 降水條件

紅棗抗旱耐澇，澤普縣降水較少，紅棗生長期間平均降水量只有60.2mm，不能滿足紅棗需水，所以，澤普縣棗樹主要靠灌溉供水，因此，降水不是制約棗樹生長發(fā)育的氣候因子。

3 紅棗氣候區(qū)劃指標的確定

通過上述分析表明，熱量條件是影響澤普縣紅棗生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和果品優(yōu)劣的主要氣候因素，光照和降水對其影響很小。因此，紅棗氣候區(qū)劃指標的確定也應以熱量條件為核心。結合紅棗整個生長期對熱量條件的需求及前人的研究成果，選取≥10℃積溫和90%保證率年極端最低氣溫為主導指標，開花-坐果期平均氣溫為輔助指標，綜合考慮上述三個因子作為澤普縣紅棗氣候區(qū)劃指標（表1）。

表1 澤普縣紅棗種植氣候區(qū)劃指標

4 區(qū)劃指標各氣候要素的空間分布

4.1 ≥10℃積溫空間分布特征

澤普縣≥10℃積溫4129℃·d，因地勢起伏較小，海拔落差不大，全縣≥10℃積溫的空間分異較小，總體呈“東北部平原最多、中部次之、西南部最少”的空間格局（圖2）。其中，東北部的依瑪鄉(xiāng)、古勒巴格鄉(xiāng)等廣大平原區(qū)域≥10℃積溫較多，為4194～4311℃·d；中部的澤普鎮(zhèn)、奎依巴格鎮(zhèn)、波斯喀木鄉(xiāng)、賽力鄉(xiāng)、依克蘇鄉(xiāng)、奎依巴格鄉(xiāng)、阿克塔木鄉(xiāng)、阿依庫勒鄉(xiāng)等廣大中部區(qū)域≥10℃積溫次多，為4045～4194℃·d。，東南部區(qū)域在3768～4045℃·d之間。根據(jù)表1中紅棗種植對≥10℃積溫的需求可以看出，澤普縣全縣各地≥10℃積溫條件均適宜紅棗的種植，其中，中部和東北部較西南部更適宜。

圖2 澤普縣≥10℃積溫空間分布

4.2 90%保證率年極端最低氣溫空間分布特征

近30年澤普縣90%保證率年極端最低氣溫的空間分布特征總體呈現(xiàn)“由西南向東北遞減”的分布格局（圖3）。澤普縣中部及東北部的澤普鎮(zhèn)、波斯喀木鄉(xiāng)、賽力鄉(xiāng)、依克蘇鄉(xiāng)、圖呼其鄉(xiāng)、阿依庫勒鄉(xiāng)、布依魯克塔吉克族鄉(xiāng)、依瑪鄉(xiāng)、古勒巴格鄉(xiāng)、90%保證率年極端最低氣溫稍高，為-19.7～-19.1℃；中部偏西部的奎依巴格鎮(zhèn)、奎依巴格鄉(xiāng)、阿克塔木鄉(xiāng)的廣大區(qū)域次之，為-20.3～-19.7℃；西南部偏南部海拔1400m以上的區(qū)域80%保證率年極端最低氣溫最低，為-21.4～-20.3℃。根據(jù)表1中90%保證率極端最低氣溫對紅棗越冬安全性的影響可以看出，澤普縣全縣區(qū)域，紅棗越冬凍害的風險較小，并且由西南至東北凍害風險漸次減小。

圖3 澤普縣90%保證率極端最低氣溫空間分布

4.3 紅棗開花-坐果期平均氣溫空間分布特征

近30年澤普縣紅棗開花-坐果期平均氣溫的空間分布與≥10℃積溫相似，也總體呈現(xiàn)“東北部平原最高、中部次之、西南部最低”的分布格局（圖4）。其中，東北部的依瑪鄉(xiāng)、古勒巴格鄉(xiāng)、圖呼其鄉(xiāng)等廣大平原區(qū)域平均氣溫最高，為24.3～24.7℃；中南部的澤普鎮(zhèn)、波斯喀木鄉(xiāng)、賽力鄉(xiāng)、依克蘇鄉(xiāng)、奎依巴格鎮(zhèn)、奎依巴格鄉(xiāng)、阿克塔木鄉(xiāng)、阿依庫勒鄉(xiāng)、布依魯克塔吉克族鄉(xiāng)等廣大區(qū)域紅棗開花-坐果期平均氣溫較高，為23.7～24.2℃；西南部以南海拔1300m以上的區(qū)域為22.5～23.6℃。根據(jù)表1中紅棗開花-坐果期平均氣溫可以看出，澤普縣各地紅棗開花-坐果期溫度條件均適宜紅棗的生長發(fā)育，尤其中部和東北部較西南部更適宜些。

圖4 澤普縣紅棗開花-坐果期平均氣溫空間分布

5 紅棗種植農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃結果及其分區(qū)評述

根據(jù)表1紅棗區(qū)劃指標，將澤普縣≥10℃積溫、90%保證率年極端最低氣溫和開花-坐果期平均氣溫的柵格數(shù)據(jù)在ArcGis10.0平臺上進行模糊疊加處理，獲得了綜合上述三項氣候指標的澤普縣紅棗種植氣候區(qū)劃（圖5）。從中可以看出澤普縣海拔1300m以下的區(qū)域氣候最有利于紅棗的適宜種植，因西南角熱量條件略差于中部和東北部，所以，將澤普縣紅棗氣候適宜性區(qū)域劃分為最適宜區(qū)Ⅰ、最適宜區(qū)Ⅱ和適宜區(qū)三級。下面分別進行評述：

圖5 澤普縣紅棗種植農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃

5.1 最適宜種植區(qū)Ⅰ

主要分布在澤普縣的中部偏北和東北部，具體包括東北部的依瑪鄉(xiāng)、古勒巴格鄉(xiāng)、圖呼其鄉(xiāng)等廣大平原區(qū)域，這些區(qū)域≥10℃積溫最多，在4100～4300℃·d之間；90%保證率年極端最低氣溫較高，在-19.0℃以上；紅棗開花-坐果期平均氣溫也較高，在24.0℃以上。氣候條件非常適宜紅棗優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，因此，該區(qū)域是澤普縣種植紅棗種植最理想的區(qū)域。

5.2 最適宜區(qū)Ⅱ

主要分布在縣域中部和偏西南，主要包括澤普鎮(zhèn)、波斯喀木鄉(xiāng)、賽力鄉(xiāng)、依克蘇鄉(xiāng)、奎依巴格鎮(zhèn)、奎依巴格鄉(xiāng)、阿克塔木鄉(xiāng)、阿依庫勒鄉(xiāng)、布依魯克塔吉克族鄉(xiāng)等廣大區(qū)域大部區(qū)域，該區(qū)≥10℃積溫較最適宜種植Ⅰ區(qū)略少，一般在39 000～4100℃·d；90%保證率年極端最低氣溫在-20℃以上；紅棗開花-坐果期的平均氣溫較高，在23.0℃以上，氣候條件較適宜紅棗優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)。

5.3 適宜種植區(qū)

主要分布在縣域的西南角以南海拔1300 m以上的區(qū)域，該區(qū)熱量條件較最適宜區(qū)略差，≥10℃的積溫在3900℃·d以下；90%保證率年極端最低氣溫在-20℃以下；紅棗開花-坐果期的平均氣溫在22～23℃之間，氣候條件能滿足紅棗優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的需求。

6 結論

熱量條件是影響澤普縣紅棗生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和果品優(yōu)劣的主要氣候因素，光照和降水對其影響很小。澤普縣≥10℃積溫、90%保證率年極端最低氣溫和開花-坐果期平均氣溫是影響紅棗氣候適宜性的主要因子。

澤普縣年平均≥10℃積溫4129℃·d，因地勢起伏較小，海拔落差不大，全縣≥10℃積溫的空間分異較小，總體呈“東北部平原最多、中部次之、西南部最少”的空間格局。根據(jù)紅棗種植對≥10℃積溫的需求，澤普縣全縣各地≥10℃積溫條件均適宜紅棗的種植，其中，中部和東北部較西南部更適宜。

近30年澤普縣90%保證率年極端最低氣溫的空間分布特征總體呈現(xiàn)“由西南向東北遞減”的分布格局。根據(jù)90%保證率極端最低氣溫對紅棗越冬安全性的影響，澤普縣全縣區(qū)域，紅棗越冬凍害的風險較小，并且由西南至東北凍害風險漸次減小。

近30年澤普縣紅棗開花-坐果期平均氣溫的空間分布與≥10℃積溫相似，也總體呈現(xiàn)“東北部平原最高、中部次之、西南部最低”的分布格局。氣溫由東北部向西南部逐漸減小。根據(jù)紅棗開花-坐果期對平均氣溫要求，澤普縣各地紅棗開花-坐果期溫度條件均適宜紅棗的生長發(fā)育，尤其中部和東北部較西南部更適宜些。

7 討論

澤普縣紅棗最適宜種植區(qū)主要分布在澤普鎮(zhèn)中部和東北部等廣大平原區(qū)域，本區(qū)域≥10℃積溫、90%保證率年極端最低氣溫、紅棗開花-坐果期平均氣溫等氣候條件非常適宜紅棗優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，可以說是澤普縣種植紅棗種植最理想的區(qū)域。

適宜種植區(qū)主要分布在縣域的西南角，海拔1300m以上的區(qū)域，該區(qū)熱量條件略差最適宜區(qū)，≥10℃的積溫、90%保證率年極端最低氣溫均能滿足需求；但紅棗開花-坐果期的平均氣溫略次于最適宜區(qū)，整體氣候條件較能滿足紅棗優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的需求。