基于GIS的貴陽地區(qū)美味獼猴桃種植氣候適應(yīng)性區(qū)劃

仲偉敏，張學(xué)彬，唐冬梅*，楊敬婷，李宗參，秦 杰

(1.貴州省果樹科學(xué)研究所，貴州 貴陽 550006；2.清鎮(zhèn)市氣象局，貴州 清鎮(zhèn) 551400；3.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計院，貴州 貴陽 550081；4.烏當(dāng)區(qū)氣象局，貴州 貴陽 550018；5.貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550001)

0 引言

【研究意義】貴州是我國獼猴桃屬植物資源的西南核心分布區(qū)，因晝夜溫差大、紫外光線強(qiáng)、雨量充沛，氣候條件非常利于樹體生長和果實發(fā)育，是獼猴桃的最適宜種植區(qū)[1]。貴州省獼猴桃科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展始于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了“發(fā)展、蕭條、再發(fā)展”的過程，當(dāng)下獼猴桃產(chǎn)業(yè)已成為貴州省精品水果的重要組成部分，至2020年全省獼猴桃栽培面積達(dá)4.54萬hm2，投產(chǎn)面積2.541萬hm2，總產(chǎn)量30萬t，獼猴桃面積和產(chǎn)量位居全國前列。貴陽地區(qū)是貴州省獼猴桃產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)區(qū)，98%以上的種植戶栽植美味獼猴桃品種即貴長品種，栽培面積超過1.7萬hm2，少部分零星種植獼猴桃其他品種[2]。貴陽市地處黔中山原丘陵中部，地形地貌和氣候條件境內(nèi)差異較大。貴陽地區(qū)地貌屬于以山地、丘陵為主的盆地地區(qū)，平均海拔1 100 m左右，海拔跨度較大(506～1 762 m)，地形地貌復(fù)雜，氣候條件特殊。因此，科學(xué)合理地利用當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)氣候資源，對貴陽獼猴桃種植進(jìn)行適應(yīng)性區(qū)劃指導(dǎo)生產(chǎn)具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者對獼猴桃氣候適應(yīng)性區(qū)劃作了大量研究[3-9]，填補(bǔ)了當(dāng)?shù)孬J猴桃區(qū)劃空缺，對當(dāng)?shù)孬J猴桃生產(chǎn)布局有較好指導(dǎo)作用；但多關(guān)注的是獼猴桃對水熱資源的生理需求，未綜合考慮品質(zhì)和產(chǎn)量形成的其他主要氣候因子?！狙芯壳腥朦c】隨著美味獼猴桃貴長品種種植面積不斷擴(kuò)大且陸續(xù)進(jìn)入豐產(chǎn)期，不少果農(nóng)和企業(yè)因盲目引種擴(kuò)種，其生態(tài)氣候適應(yīng)性的空間差異化特征愈發(fā)明顯，由于品種、生產(chǎn)技術(shù)、當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源未能協(xié)調(diào)統(tǒng)一，致使產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)成本投入高，經(jīng)濟(jì)效益低?！緮M解決的關(guān)鍵問題】根據(jù)貴陽地區(qū)氣候特點，引種前預(yù)測分析美味獼猴桃在目標(biāo)地的適生性，選取影響獼猴桃品質(zhì)和產(chǎn)量的主要氣候因子，采用GIS技術(shù)對貴陽美味獼猴桃種植適應(yīng)性進(jìn)行區(qū)劃，以避免品種結(jié)構(gòu)單一化及產(chǎn)業(yè)頻繁遭受災(zāi)害性氣候?qū)е轮卮髶p失等問題，引導(dǎo)品種形成區(qū)域化布局，為貴陽地區(qū)獼猴桃生產(chǎn)及品種結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴陽市地處長江與珠江分水嶺地帶，位于106°07′～107°17′E，26°11′～27°22′N，幅員面積8 034 km2。地貌以山地、丘陵為主，總地西南高、東北低，苗嶺橫延，海拔跨度較大。貴陽地區(qū)屬于亞熱帶濕潤溫和氣候，冬無嚴(yán)寒夏無酷暑，降水充沛，無霜期長，山地氣候明顯。

1.2 資料來源

氣候數(shù)據(jù)來自于貴陽市氣象局，2000—2020年貴陽地區(qū)208個氣象自動站數(shù)據(jù)，包括逐旬氣溫、逐月氣溫、累年氣溫、降水、相對濕度、日照等數(shù)據(jù)。利用1︰250 000的比例尺，提取貴陽的緯度、經(jīng)度和海拔高度等地理數(shù)據(jù)。

1.3 氣候區(qū)劃指標(biāo)選擇與適宜性分區(qū)

1.3.1 指標(biāo)選擇 參考國內(nèi)有關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果[6-13]，分析貴陽地區(qū)獼猴桃主產(chǎn)區(qū)氣候條件；為達(dá)到美味獼猴桃優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)目的，將貴陽地區(qū)主要的氣候特征與對應(yīng)時期要求的氣象條件進(jìn)行比對分析。

1.3.2 指標(biāo)閾值 區(qū)劃指標(biāo)在參考四川、陜西等獼猴桃生態(tài)適宜區(qū)有關(guān)研究的基礎(chǔ)上[4,6,10-12]，結(jié)合貴州獼猴桃主產(chǎn)區(qū)氣候特征，將指標(biāo)閾值確定為4個等級，即高適宜、適宜、次適宜和不適宜。

1.3.3 適宜性分區(qū) 根據(jù)區(qū)劃因子對獼猴桃品質(zhì)、產(chǎn)量的影響程度，確定各指標(biāo)因子的權(quán)重：年均溫0.15、年降水量0.15、≥10℃積溫0.15、1月均溫0.2、7月均溫0.2、日照數(shù)0.15，利用GIS技術(shù)，得到貴陽地區(qū)美味獼猴桃種植氣候適宜性區(qū)劃圖。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過分析獼猴桃種植所需氣象條件，對每個劃分適應(yīng)性的氣候指標(biāo)進(jìn)行處理。同時采用GIS空間疊置分析法[10]，對貴陽DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，提出區(qū)劃所需的經(jīng)緯度、海拔高度等數(shù)據(jù)，在GIS上疊置各類氣候指標(biāo)層，獲得30 m×30 m網(wǎng)格獼猴桃種植氣候適宜性區(qū)劃圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴陽地區(qū)種植獼猴桃的氣候條件

獼猴桃生長需要充足的溫度、降水和光照等相關(guān)生態(tài)條件，貴陽地區(qū)的生態(tài)條件能為美味獼猴桃貴長品種生長提供適宜的生長環(huán)境。

2.1.1 溫度 獼猴桃屬于喜溫涼植物，正常生長要求年平均氣溫11～18℃，其中14～16℃為最適宜，高于19℃或低于12.5℃均會抑制其生理活動；獼猴桃生長發(fā)育階段要求≥10℃積溫為4 500～5 200℃。由表1可知，貴陽地區(qū)年平均氣溫為14.8～15.6℃，≥10℃積溫為4 516.8～4 770.9℃。獼猴桃進(jìn)入春季開始萌芽生長，新梢生長速度取決于溫度適宜程度，適宜氣溫10～15℃。從表2看出，貴陽地區(qū)3月平均氣溫為11.1℃，獼猴桃開始萌芽抽梢。開花時間和開花數(shù)量與氣溫密切相關(guān)，開花最適宜氣溫為15～20℃，低于10℃會導(dǎo)致花期推遲，同時低溫持續(xù)且陰雨綿綿氣候易誘發(fā)花腐病和潰瘍病，高于16℃則會造成花期提前；貴陽地區(qū)美味獼猴桃開花期一般在4月底或5月初，其中貴陽4月和5月平均氣溫分別為15.9℃和19.1℃。美味獼猴桃果實生長發(fā)育期為6—10月，最熱月(7月)平均氣溫應(yīng)為21～26℃，若夏季低于21℃或高于36℃不利于果實生長發(fā)育，而貴陽最熱月(7月)均溫為22.9～24.3℃。8月為獼猴桃品質(zhì)形成期，需要晝夜溫差超過8℃，低于5℃則影響果實干物質(zhì)積累，貴陽地區(qū)8月晝夜溫差為9.4～10.6℃。當(dāng)氣溫下降到10℃以下時開始落葉進(jìn)入休眠期，獼猴桃正常休眠要求日平均氣溫≤7℃且持續(xù)20～30 d，否則，將造成翌年發(fā)芽不整齊的現(xiàn)象，獼猴桃在貴陽地區(qū)休眠期為12月至翌年2月。由表2可知，12月、1月和2月的平均氣溫依次為5.7℃、4.2℃和6.8℃，極端最低溫度為-7.2～-14.3℃。可見，貴陽地區(qū)自然溫度能滿足獼猴桃生長發(fā)育的最佳條件。

2.1.2 水分 獼猴桃為喜濕不耐旱的樹種，根系為肉質(zhì)根，地上枝葉生長旺盛、蒸發(fā)量大，對土壤水分及空氣濕度的要求較高，一般獼猴桃生長要求年降雨量1 000～1 500 mm，空氣濕度70%～80%，雨水過多或不足均不利于獼猴桃生長發(fā)育，尤其在果實發(fā)育期，會影響果實坐果及膨大。由表1和表2可知，貴陽地區(qū)年降水量1 018～1 164.6 mm，全年降水量的56.69%集中在果實發(fā)育期(5月中下旬至9月上旬)，空氣相對濕度81.5%～85.4%，表明貴陽地區(qū)的水分能完全滿足獼猴桃種植所需。

表1 貴陽地區(qū)2000—2020年主要氣象要素 Table 1 Main meteorological elements in Guiyang area during 2000—2020

表2 貴陽地區(qū)2000—2020年逐月平均氣溫和逐月平均降雨量Table 2 The monthly average temperature and precipitation of Guiyang area during 2000—2020

2.1.3 光照 獼猴桃為中等喜光耐陰植物，適宜生長于漫射光環(huán)境，在整個生長發(fā)育期間要求的日照時數(shù)為1 300～2 600 h。由表1可知，貴陽地區(qū)光資源較豐富，年均日照時數(shù)為972～1 166.8 h，基本能滿足獼猴桃生長發(fā)育對光照條件的需求。

2.2 氣候區(qū)劃指標(biāo)確定

2.2.1 指標(biāo)選擇 經(jīng)分析，貴陽地區(qū)美味獼猴桃生長對氣候生態(tài)條件的主要要求有溫度、降水、光照和風(fēng)。風(fēng)速與空氣相對濕度對獼猴桃生產(chǎn)影響較小，最終篩選出年平均氣溫、年降水量、≥10℃積溫、1月均溫、7月均溫、日照數(shù)6個氣候因子作為劃分貴陽地區(qū)美味獼猴桃栽培氣候適宜的主要指標(biāo)。

2.2.2 指標(biāo)閾值 貴陽地區(qū)美味獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)指標(biāo)閾值確定為4個等級，即高適宜、適宜、次適宜和不適宜(表3)。在獼猴桃生長發(fā)育期，高適宜區(qū)年均溫為15～18℃，年降水量1 200～1 500 mm，日照時數(shù)1 300～2 000 h，從現(xiàn)蕾至果實成熟≥10℃積溫5 000～6 000℃，1月均溫3～7℃，7月均溫21～25℃；適宜區(qū)獼猴桃生長的年均溫為13～15℃或18～19℃，年降水量1 000～1 200 mm或1 500～1 600 mm，日照時數(shù)1 000～1 200 h或2 100～2 200 h，從現(xiàn)蕾至果實成熟≥10℃積溫4 500～5 000℃或6 000～6 500℃，1月均溫0～3℃或7～10℃，7月均溫20～21℃或25～27℃；獼猴桃生長的次適宜區(qū)主要氣候特征為年均溫為10～12℃或19～23℃，年降水量800～1 000 mm或1 600～1 800 mm，日照時數(shù)2 300～2 600 h，從現(xiàn)蕾至果實成熟≥10℃積溫4 000～5 000℃，1月均溫-3～0℃，7月均溫17～20℃或27～29℃；不適宜區(qū)的主要氣象因子年均溫低于10℃或高于23℃，年降水量小于800 mm或大于1 800 mm，≥10℃積溫低于4 000℃或高于6 500℃，1月均溫低于-3℃或高于0℃，7月均溫低于17℃或高于29℃。

表3 貴陽地區(qū)美味獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)Table 3 Climatic suitability zoning index of A. deliciosa in Guiyang area

2.3 適宜性分區(qū)

從圖1可知，貴陽地區(qū)美味獼猴桃種植氣候適宜性劃分為高適宜區(qū)和適宜區(qū)，無次適宜區(qū)和不適宜區(qū)。

圖1 貴陽地區(qū)美味獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃Fig.1 Climatic suitability division of A. deliciosa in Guiyang area

適宜區(qū)集中在貴陽地區(qū)中部高海拔區(qū)域，包括修文縣南部和東部(久長鎮(zhèn)、小箐鎮(zhèn)、龍場鎮(zhèn)南部、扎佐鎮(zhèn)南部、六屯鎮(zhèn)西北部)、息烽縣南部(石硐鎮(zhèn)、青山鎮(zhèn)、永靖東南部)、開陽縣西部(雙流鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)西部和東南部)、烏當(dāng)區(qū)北部(百宜鎮(zhèn)、羊昌鎮(zhèn)和新場鎮(zhèn))、白云區(qū)北部(牛場鄉(xiāng)、沙文鎮(zhèn)北部和麥架鎮(zhèn)北部)，散布在修文縣西部(灑坪鎮(zhèn)西部、六廣鎮(zhèn)中部和大石鎮(zhèn)西北部)、息烽縣中東部(鹿窩鎮(zhèn)南部和小寨壩鎮(zhèn)東南部)、開陽縣東南部(高寨鄉(xiāng)西北部和東部、龍崗鎮(zhèn)東部和毛云鄉(xiāng)南部)、烏當(dāng)區(qū)東部(水田鎮(zhèn)東部和偏坡鎮(zhèn)中部)、清鎮(zhèn)市中部(麥格鄉(xiāng)南部、站街鎮(zhèn)北部和流長鎮(zhèn)南部)和花溪南部(高坡鄉(xiāng)東部)；區(qū)域水分資源充足，熱量適宜，光照較少，冬春季常有低溫、陰雨、雪冰天氣發(fā)生，基本滿足美味獼猴桃生長發(fā)育的需求，宜栽植對潰瘍病抗性強(qiáng)的美味獼猴桃。

貴陽地區(qū)除適宜區(qū)之外，其余均為高適宜區(qū)，主要集中在貴陽地區(qū)四周的低海拔區(qū)域，包括修文縣西部和北部、息烽縣中部和北部、開陽縣北部和西部、烏當(dāng)區(qū)中部和南部、白云區(qū)中部和南部、清鎮(zhèn)市西部和南部、花溪區(qū)。該區(qū)域雨熱充沛，光照適宜，但春季回暖較遲，滿足美味獼猴桃生長發(fā)育的需求，該區(qū)生產(chǎn)的美味獼猴桃果實品質(zhì)優(yōu)，是貴陽地區(qū)美味獼猴桃品質(zhì)最優(yōu)地區(qū)。

3 討論

獼猴桃是貴州特色優(yōu)勢水果，現(xiàn)已成為貴陽地區(qū)“十四五”期間鞏固拓展脫貧攻堅成果與鄉(xiāng)村振興有效銜接的重要產(chǎn)業(yè)之一。對貴陽地區(qū)獼猴桃種植氣候適宜性進(jìn)行分析，有利于調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和品種種植布局，避免大量種植單一品種?；谫F陽地區(qū)近20年氣候資料，根據(jù)美味獼猴桃在貴州地區(qū)物候期表現(xiàn)，分析獼猴桃生長發(fā)育需要的溫度、降水和光照的氣候條件得出，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)的貴陽地區(qū)，熱量豐富、雨水充沛、光照溫和[14]，能為獼猴桃生長提供良好的環(huán)境。近10年，貴州省果樹科學(xué)研究所漿果研究團(tuán)隊在貴陽地區(qū)開展獼猴桃種質(zhì)資源調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，貴陽地區(qū)分布大量野生獼猴桃種質(zhì)資源，其中美味獼猴桃是分布最廣和數(shù)量最多的種[15]，進(jìn)一步表明貴陽地區(qū)滿足美味獼猴桃生長發(fā)育所需的氣候環(huán)境。同時，地理位置優(yōu)越和交通便利也讓貴陽地區(qū)的獼猴桃能夠暢銷國內(nèi)外，成為中國科學(xué)院及業(yè)內(nèi)專家認(rèn)定的全球高品質(zhì)獼猴桃最佳產(chǎn)區(qū)之一。

對獼猴桃氣候區(qū)劃指標(biāo)選擇和閾值確定及氣候適應(yīng)性區(qū)劃研究[3-9]，重點關(guān)注獼猴桃對水熱資源的生理需求，大多采取年平均氣溫、無霜期和≥10℃積溫的組合構(gòu)建區(qū)劃指標(biāo)，但從追求獼猴桃經(jīng)濟(jì)效益方面講，除考慮滿足獼猴桃生理需求外還有對果實品質(zhì)和產(chǎn)量的要求，篩選氣候區(qū)劃指標(biāo)時選取涵蓋美味獼猴桃全生育期熱量、水分、光照、越冬最冷月氣溫和果實生長最熱月氣溫等對品質(zhì)和產(chǎn)量形成較為關(guān)鍵的氣候因子。何鵬等[11]、莫建國等[13]研究獼猴桃種質(zhì)的氣候適應(yīng)性時選取年平均氣溫、年降水量、≥10℃積溫、1月均溫、7月均溫、日照數(shù)、空氣相對濕度和無霜期8個因子，由于貴陽各地區(qū)年空氣相對濕度>75%、無霜期>300 d且完全滿足獼猴桃生長需求[14]，為更好地分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效果，避免在區(qū)劃中引入過多的冗余信息而導(dǎo)致較大誤差，最終篩選出年平均氣溫、年降水量、≥10℃積溫、1月均溫、7月均溫、日照數(shù)6個氣候因子作為劃分貴陽地區(qū)美味獼猴桃栽培氣候適宜性的主要指標(biāo)。獼猴桃指標(biāo)閾值范圍與已有研究確定的指標(biāo)范圍[11-12,16-17]較接近。

以6種主導(dǎo)氣候因子進(jìn)行貴陽地區(qū)美味獼猴桃適宜性分析得出，高適宜區(qū)位于貴陽地區(qū)四周的低海拔區(qū)域面積寬廣；適宜區(qū)位于貴陽地區(qū)中部偏北區(qū)域。對貴陽地區(qū)美味獼猴桃種植實際情況進(jìn)行詳細(xì)實地調(diào)查，結(jié)合與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門的座談反饋，實際種植情況與該研究結(jié)果相符[17-18]。從適宜區(qū)內(nèi)的耕地面積看，高適宜區(qū)分布較廣，部分縣區(qū)市還有一定發(fā)展美味獼猴桃產(chǎn)業(yè)的空間，特別是息烽縣北部、開陽縣東北部、清鎮(zhèn)市西部和花溪區(qū)西南部；但是由于適宜區(qū)面積較小，未來應(yīng)適當(dāng)控制發(fā)展規(guī)模且以提質(zhì)增效為主。在作物適宜性區(qū)劃研究中，雖然以上氣候因子是最重要的影響因素，但是在獼猴桃實際規(guī)劃布局中，還應(yīng)該考慮土壤、立地條件、氣象災(zāi)害、栽培技術(shù)等環(huán)節(jié)，作為今后進(jìn)一步研究方向。

4 結(jié)論

貴陽地區(qū)是我國西南地區(qū)美味獼猴桃的主要產(chǎn)區(qū)，依據(jù)美味獼猴桃在貴州地區(qū)物候期表現(xiàn)，分析貴陽地區(qū)的熱量、降水和光照的氣候條件，貴陽地區(qū)熱量豐富、雨水充沛、光照溫和，為獼猴桃生長發(fā)育提供良好的生態(tài)環(huán)境。綜合考慮影響獼猴桃品質(zhì)和產(chǎn)量形成較為關(guān)鍵的氣候因子，選取年平均氣溫、年降水量、≥10℃積溫、1月均溫、7月均溫、日照數(shù)6個氣候因子作為劃分貴陽地區(qū)美味獼猴桃栽培氣候適宜性的主要因子，每個指標(biāo)分4級，對應(yīng)高適宜、適宜、次適宜和不適宜；各主導(dǎo)因子的適宜范圍為年平均氣溫13～19℃、年降水量1 000～1 600 mm、≥10℃積溫4 500～6 500℃、1月均溫0～10℃、7月均溫20～27℃、日照數(shù)1 000～2 200 h。根據(jù)2000—2020年氣象資料，采用GIS技術(shù)對貴陽地區(qū)獼猴桃種植氣候適宜性進(jìn)行區(qū)劃，高適宜區(qū)位于貴陽地區(qū)四周的低海拔區(qū)域，且面積寬廣，部分縣區(qū)市還有一定發(fā)展美味獼猴桃產(chǎn)業(yè)空間；適宜區(qū)位于貴陽地區(qū)中部偏北區(qū)域，面積較小，未來應(yīng)適當(dāng)控制發(fā)展規(guī)模且以提質(zhì)增效為主。