陜西北擴區(qū)蘋果種植的氣候適宜性及潛力分析*

梁 軼，屈振江，魯 成，張 黎，劉 璐，王景紅

陜西北擴區(qū)蘋果種植的氣候適宜性及潛力分析*

梁 軼1,2，屈振江3**，魯 成4，張 黎5，劉 璐1,2，王景紅6

（1.陜西省農(nóng)業(yè)遙感與經(jīng)濟作物氣象服務(wù)中心，西安 710015；2.秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境氣象重點實驗室，西安 710015；3.陜西省氣象科學(xué)研究所，西安 710015；4.榆林市果業(yè)發(fā)展中心，榆陽 719053；5.陜西省氣象臺，西安 710014；6.陜西省氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，西安 710015）

為了厘清新的氣候期（1991?2020年）陜西北擴區(qū)蘋果氣候適宜種植區(qū)的精細化分布，揭示該區(qū)域蘋果可發(fā)展種植潛力，本文基于陜西蘋果產(chǎn)區(qū)氣象觀測、數(shù)字高程模型、耕地確權(quán)等多源數(shù)據(jù)資料，綜合考慮陜北山地蘋果種植的氣候與立地條件需求，選取年平均氣溫、年降水量、6?8月空氣相對濕度、6?8月平均最低氣溫、1月平均氣溫、坡向、坡度共7項因子作為區(qū)劃指標，采用多元回歸方法進行各氣候因子空間化模擬推算，基于模糊集線性隸屬函數(shù)方法構(gòu)建各項單因子適宜度定量評價模型，利用加權(quán)綜合評判和集優(yōu)法研制了陜西北擴區(qū)蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃，并應(yīng)用耕地確權(quán)數(shù)據(jù)提取分縣（區(qū)）蘋果北擴適宜種植區(qū)的旱地和可灌溉面積分布，以明確其可發(fā)展種植潛力。結(jié)果表明：（1）陜西蘋果適宜種植區(qū)北界主要分布在自吳起、靖邊中南部向東北經(jīng)橫山南部、米脂延伸至佳縣中南部一帶向陽緩坡丘陵溝壑區(qū)，海拔一般在730～1660m。（2）野外調(diào)查驗證顯示，區(qū)劃結(jié)果與果園實地種植分布的一致性約80%。（3）基于耕地確權(quán)數(shù)據(jù)的分縣（區(qū)）蘋果氣候適宜區(qū)精細化空間分布結(jié)果顯示，北擴區(qū)蘋果氣候適宜等級以上可發(fā)展種植面積約276.9khm2，占可用耕地24.6%，其中旱地面積占96.3%，以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主。與各縣（區(qū)）蘋果種植現(xiàn)狀統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比分析表明，榆林市除神木、府谷外的其他大部分縣（區(qū)）和延安市吳起縣蘋果氣候適宜區(qū)潛在種植面積尚有4.9～28.5khm2的發(fā)展空間，延安市志丹縣蘋果氣候適宜區(qū)潛在種植發(fā)展面積已趨于飽和。

蘋果；氣候；適宜度模型；種植發(fā)展?jié)摿?/p>

陜西是蘋果優(yōu)生區(qū)，也是蘋果連片面積最大的區(qū)域。2020年，陜西蘋果種植面積620.18khm2，產(chǎn)量1185.21萬t[1]，在蘋果產(chǎn)業(yè)格局中影響力不斷增強。陜北黃土高原區(qū)是富士蘋果適宜種植面積最大的區(qū)域之一，同時也是典型的生態(tài)過渡帶，是受氣候變化影響最為敏感的地區(qū)之一。隨著以增溫為主要特征的氣候變化加劇，陜西蘋果產(chǎn)區(qū)氣候也向暖濕化方向發(fā)展變化[2?5]，蘋果氣候適宜種植區(qū)界限逐漸向北移動。陜北山地蘋果產(chǎn)業(yè)帶作為陜西“十四五”蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃重點區(qū)域，如何科學(xué)劃定陜西北擴區(qū)蘋果栽培種植氣候適宜區(qū)北界，厘清該區(qū)域蘋果氣候適宜種植區(qū)的精細化分布，開展蘋果可發(fā)展種植潛力定量評估，是加快推進陜西蘋果產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展亟需解決的重要科學(xué)問題。

近年來，眾多學(xué)者圍繞蘋果種植氣候適宜性和氣候變化對其生長的影響開展了大量研究。李世奎等[6]首次提出中國蘋果適宜種植的7項氣候區(qū)劃指標并沿用至今；魏欽平等[7?11]分別對豫西地區(qū)、黃土高原區(qū)和陜西的蘋果氣候適宜性進行了分析研究與區(qū)劃，開展了當(dāng)?shù)靥O果種植氣候論證。屈振江等[12?13]從全國尺度開展了蘋果氣候適宜性評價研究，給出全國和各主產(chǎn)省蘋果氣候適宜區(qū)面積的理論計算值。劉園等[14]基于云南昭通單點歷史氣象觀測、蘋果種植統(tǒng)計和果園生產(chǎn)等數(shù)據(jù)，在探討分析該地蘋果最大可能生育期內(nèi)農(nóng)業(yè)氣候資源和農(nóng)業(yè)災(zāi)害的變化特征基礎(chǔ)上，估算其氣候生產(chǎn)潛力。邱美娟等[15]利用數(shù)理統(tǒng)計方法分析中國北方7個蘋果主產(chǎn)省的降水時空分布，探析了蘋果關(guān)鍵生育期適宜降水量。上述研究多從氣候角度探討了蘋果生長適宜性和適生區(qū)分布面積的理論參考值，并未考慮研究區(qū)的土地利用現(xiàn)狀，也未與蘋果實際生產(chǎn)種植分布進行比較分析，區(qū)劃指標中也僅考慮氣候要素，未考慮坡度、坡向等立地條件。劉璐等[16]明確了影響中國北方蘋果始花期的關(guān)鍵氣候因子及其影響時段與強度，柏秦鳳等[17]研究發(fā)現(xiàn)1981年以來中國不同產(chǎn)區(qū)富士系蘋果花期呈提前的變化趨勢。隨著氣候變化加劇，原有基于1981?2010年氣候背景資料的陜西蘋果氣候區(qū)劃結(jié)果[18]在當(dāng)前陜北山地蘋果產(chǎn)業(yè)區(qū)域布局優(yōu)化中的參考價值逐漸減弱。

本研究利用新的氣候期（1991?2020年）氣象觀測、數(shù)字高程模型、耕地確權(quán)等多源數(shù)據(jù)資料，構(gòu)建綜合考慮氣候與地形的蘋果種植氣候區(qū)劃指標體系，基于模糊集線性隸屬函數(shù)方法對各區(qū)劃因子適宜度進行定量評價，利用加權(quán)綜合評判和集優(yōu)法研制了陜西北擴區(qū)蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃。在此基礎(chǔ)上，借助GIS空間分析技術(shù)應(yīng)用耕地確權(quán)數(shù)據(jù)提取分縣（區(qū)）的陜西蘋果北擴適宜種植區(qū)精細化旱地和可灌溉面積分布，并結(jié)合其種植現(xiàn)狀統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析其適宜種植發(fā)展?jié)摿?，以期為氣候變化背景下陜西北擴區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)優(yōu)化區(qū)域布局，聚焦高質(zhì)量發(fā)展提供更加直接的參考與依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

陜西北擴區(qū)特指位于陜西北部榆林市12個縣（區(qū)）和延安市西北部2個縣，介于36°21′?39°35′N、107°28′?111°15′E（圖1）。該區(qū)屬陜北黃土高原，地勢由西向東傾斜，海拔高度566?1914m，地貌大致可分為長城沿線及其以北毛烏素沙漠南緣風(fēng)沙草灘區(qū)、中南部黃土高原腹地丘陵溝壑區(qū)和西南部黃土梁峁丘陵溝壑區(qū)。研究區(qū)屬溫帶、暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫8.5～11.7℃，年極端最低氣溫平均值?17.1～?23.7℃，≥10℃積溫3007.4～4101.9℃·d，年降水量346～504mm，年日照時數(shù)2399～2931h。

圖1 陜西蘋果北擴區(qū)數(shù)字地形及氣象站點分布

1.2 資料來源

氣象資料主要選取陜西蘋果產(chǎn)區(qū)及其周邊共53個氣象站連續(xù)完整的1981?2020年氣象觀測資料，來源于陜西省氣象信息中心。地理信息數(shù)據(jù)采用研究區(qū)1:5萬數(shù)字高程模型（DEM）和行政邊界矢量數(shù)據(jù)，分別用于提取經(jīng)度、緯度、坡向、坡度柵格數(shù)據(jù)和結(jié)果分析與制圖，來源于陜西省測繪局。耕地確權(quán)數(shù)據(jù)用于蘋果氣候適宜種植區(qū)旱地、水澆地潛在分布面積提取，來源于陜西省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳。蘋果種植統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于陜西省果業(yè)中心。

1.3 研究方法

1.3.1 區(qū)劃指標因子選取

蘋果是典型的溫帶落葉果樹，性喜涼干燥。氣候條件雖然是蘋果地帶性適生分布和品質(zhì)優(yōu)劣的先決條件，但其適宜性也與坡度、坡向等立地條件密切相關(guān)。據(jù)查閱文獻[19?20]、咨詢蘋果栽培專家意見和山地蘋果種植區(qū)實地調(diào)查，陽坡、背風(fēng)坡或峽谷地的東西溝（谷）太陽輻射強，光照條件佳，氣溫和土溫高，氣溫日較差大，蘋果生態(tài)反應(yīng)良好；山地蘋果生產(chǎn)地坡度不宜超過35°，坡度過大由于沖刷嚴重，土壤貧瘠，含水量低，不利于果樹生長[21]。針對陜西主栽富士系蘋果，實地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)1月平均氣溫是陜北山地蘋果種植分布的重要限制因子之一，最冷月平均氣溫過低會導(dǎo)致蘋果樹不能安全越冬，直接影響其生理存在。因此，綜合考慮蘋果氣候適宜性、限制因子及立地條件需求，選取年平均氣溫、年降水量、6?8月空氣相對濕度、6?8月平均最低氣溫、1月平均氣溫、坡向、坡度共7項因子作為陜西北擴區(qū)蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃指標，參考全國蘋果氣候適宜性評分標準[6]、陜西已有研究成果[22]和屈振江等[12]影響富士蘋果在中國分布的主導(dǎo)氣候因子適宜閾值研究結(jié)果，結(jié)合陜西蘋果產(chǎn)業(yè)實地分布與生產(chǎn)情況調(diào)查結(jié)果，確定研究區(qū)蘋果種植區(qū)劃因子的適宜和不適宜閾值區(qū)間，詳見表1。

1.3.2氣候因子的空間小網(wǎng)格模擬推算

由于大地形因子（經(jīng)度、緯度、高度）與熱量、水分等氣候資源有較強的線性相關(guān)關(guān)系，據(jù)此可建立各氣候因子的空間分布模型，其表達式為

表1 研究區(qū)蘋果種植氣候區(qū)劃因子的適宜和不適宜閾值區(qū)間

注：X1為年平均氣溫；X2為年降水量；X3為6?8月平均相對濕度；X4為6?8月平均最低氣溫；X5為1月平均氣溫；X6為坡度；X7為坡向。下同。

Note: X1is annual mean temperature;X2is annual precipitation;X3is average relative humidity from June to August;X4is average minimum temperature from June to August;X5is average temperature in January;X6is slope;X7is aspect. The same as below.

為了分析新的氣候期（1991?2020年，簡稱近30a）陜西北擴區(qū)蘋果種植關(guān)鍵氣候區(qū)劃指標較前一氣候期（1981?2010年，簡稱前30a）的空間分布演變特征，將研究區(qū)前30a、近30a的年平均氣溫和年降水量分別與各氣象站點經(jīng)度、緯度和海拔高度進行相關(guān)分析，建立其空間小網(wǎng)格推算模型（表2）。同時建立研究區(qū)近30a的6?8月空氣相對濕度、6?8月平均最低氣溫和1月平均氣溫3個區(qū)劃指標的空間小網(wǎng)格推算模型（表2）對其進行空間插值處理[23?24]，利用IDW等方法對模型誤差進行插值后修正其空間化模擬結(jié)果。

1.3.3 區(qū)劃方法

首先建立研究區(qū)蘋果氣候適宜性綜合評價柵格數(shù)據(jù)層。根據(jù)各區(qū)劃指標氣候適宜性閾值，采用模糊集線性隸屬函數(shù)的方法[25]分別建立其氣候適宜度定量評價模型（表3），利用GIS編程語言實現(xiàn)各模型算法，對各單項評價指標的柵格數(shù)據(jù)層進行歸一化處理，綜合熵權(quán)法和野外驗證確定氣候因子權(quán)重集（表4），再利用加權(quán)綜合評判法建立研究區(qū)蘋果氣候適宜性評價柵格數(shù)據(jù)層，其表達式為

表2 氣候因子的空間網(wǎng)格化推算模型

其次建立研究區(qū)蘋果種植地形適宜性評價柵格數(shù)據(jù)層。利用GIS空間分析模塊提取研究區(qū)坡向、坡度地形數(shù)據(jù)，利用隸屬函數(shù)方法分別建立其坡向、坡度地形適宜度評價模型（表3），將坡向、坡度適宜性評價柵格數(shù)據(jù)進行疊加分析，建立研究區(qū)蘋果種植地形適宜性評價柵格數(shù)據(jù)層。

表3 區(qū)劃指標氣候適宜度評價模型

最后，應(yīng)用集優(yōu)法對氣候和地形適宜性柵格數(shù)據(jù)層疊加分析后獲取研究區(qū)蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃專題圖。

表4 氣候因子的權(quán)重

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和Matlab 2016a進行氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與氣候因子權(quán)重確定，利用 ArcMap10.8.1進行各區(qū)劃指標適宜度模型算法實現(xiàn)、柵格數(shù)據(jù)分類提取與計算分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果關(guān)鍵氣候區(qū)劃指標空間分布演變特征

2.1.1 年平均氣溫

溫度是決定作物分布的重要因子，年平均氣溫作為生長季長度和熱量供應(yīng)的重要表征，是蘋果正常發(fā)育進程和果實品質(zhì)的保證。根據(jù)年平均氣溫空間網(wǎng)格化推算模型模擬得到研究區(qū)近30a和前30a的年平均氣溫空間分布結(jié)果。由圖2可見，與前30a相比，近30a北擴區(qū)適宜蘋果種植的8.5℃年平均氣溫等溫線由東南部向北、向西拓展，推移至定邊、靖邊的中北部，以及橫山、榆陽、神木、府谷的北部地區(qū)，熱量資源的增加有利于該區(qū)域蘋果種植界限向北、向西推進。

2.1.2 年降水量

年降水量既是決定蘋果種植地理分布的氣候因子，也是影響陜北蘋果種植分布的重要限制性因子。根據(jù)年降水量空間網(wǎng)格化推算模型模擬得到研究區(qū)近30a和前30a的年降水量空間分布結(jié)果，由圖3可見，北擴區(qū)年降水量分布總體呈現(xiàn)西北少、西南和東南多的特點。與前30a相比，近30a該區(qū)域年降水量總體呈現(xiàn)增加趨勢，蘋果生長水分需求下限400mm年降水量等值線向北移至定邊中部、靖邊北部、橫山西北部、榆陽西部以及神木和府谷地區(qū)，特別是西南部和東南部大部分地區(qū)年降水量增至450mm以上，降水適宜性進一步增加。

2.2 北擴區(qū)蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果分析

利用GIS空間分析模塊，對氣候、地形適宜性柵格數(shù)據(jù)層疊加分析后獲取陜西北擴區(qū)蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果。由圖4可見，最適宜區(qū)主要分布在東南部子洲和清澗的向陽緩坡丘陵溝壑區(qū)，海拔一般在700～1300m。本區(qū)年平均氣溫8.7～11.5℃，1月平均氣溫?7.3～?5.4℃，6?8月平均最低氣溫14.9～18.7℃，志丹西北部、子洲南部和清澗中東部年降水量在464～500mm，其余各地在501～539mm，6?8月空氣相對濕度62%～69%。該區(qū)氣候條件優(yōu)越，土層深厚，蘋果果形指數(shù)高，果面著色好，含糖量高，蠟質(zhì)層厚，風(fēng)味濃，耐儲運，屬陜西蘋果品質(zhì)最佳優(yōu)生區(qū)。

圖2 近30a（a）和前30a（b）平均氣溫的空間分布

圖3 近30a（a）和前30a（b）降水量的空間分布

圖4 蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃及野外驗證點

適宜區(qū)主要分布在自吳起、靖邊中南部向東北經(jīng)橫山南部、榆陽南部局地、米脂延伸至佳縣中南部一帶向陽緩坡丘陵溝壑區(qū)，海拔一般在730～1660m。本區(qū)年平均氣溫7.3～12.0℃，1月平均氣溫?8.3～?5.2℃，6?8月平均最低氣溫13.3～19.5℃，志丹年降水量在501～562mm，其余各地418～500mm，6?8月空氣相對濕度59%～70%。該區(qū)蘋果生長季溫涼干燥，夏秋季氣溫日較差大，果實著色期光照條件佳，氣候條件基本滿足蘋果生長需求，蘋果著色深，糖度高，風(fēng)味佳。值得注意的是，本區(qū)大部地區(qū)年降水量接近500mm，冬春季節(jié)干旱多風(fēng)，易出現(xiàn)生理干旱“抽條”現(xiàn)象，越冬期低溫對幼樹及嫩梢有一定威脅，吳起、志丹、靖邊、綏德等地蘋果花期易遭受晚霜凍的危害。

次適宜區(qū)主要分布在自定邊中南部和東部向東北經(jīng)靖邊中北部、橫山中部、榆陽中南部延伸至神木東南部一帶向陽緩坡丘陵溝壑區(qū)和峽谷丘陵區(qū)，海拔670～1750m。本區(qū)年平均氣溫6.7～12.2℃，1月平均氣溫?8.7～?5.2℃，6?8月平均最低氣溫12.8～19.2℃，靖邊南部、志丹北部年降水量501～576mm，其他地區(qū)375～500mm，靖邊和橫山北部、榆陽、佳縣和神木6?8月空氣相對濕度在57%～60%，其他地區(qū)61%～70%。該區(qū)大部熱量資源尚可，降水不足，蘋果果個小，著色濃，味偏甜，耐儲藏。值得注意的是，定邊、靖邊、橫山、榆陽等地長城沿線地區(qū)年降水量接近400mm臨界值，春季多風(fēng)沙，夏季空氣相對濕度小，干旱嚴重。榆林東北部的地區(qū)冬季氣溫偏低，蘋果幼樹越冬凍害風(fēng)險較大。

不適宜區(qū)主要分布在次適宜區(qū)以北及其周邊的風(fēng)沙草灘區(qū)和高海拔丘陵山區(qū)，以及蘋果適種區(qū)周邊，坡度大于35o或坡向為北、東北、東、西北的陰坡黃土高原丘陵溝壑區(qū)。本區(qū)水熱資源或立地條件不能滿足蘋果生長需求，不適宜蘋果生長。

2.3 北擴區(qū)蘋果氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果野外驗證

選取區(qū)劃結(jié)果劃定的適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)分界地帶的20個蘋果種植點（圖4）進行野外實地調(diào)查（表5），分別對10a左右成齡蘋果園和1～5a樹齡新栽蘋果園的種植分布、長勢、掛果等果樹生長表現(xiàn)情況，以及蘋果園的海拔高度、坡向、坡度等地形地貌特征進行驗證。按照所調(diào)查蘋果園的果樹長勢良好、一般、偏差三種情況與其所處不同氣候適宜性區(qū)劃等級是否一致的標準，對兩者的一致性進行統(tǒng)計。結(jié)果顯示，研究區(qū)蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果與蘋果園實地種植分布情況基本一致，一致率約80%。

表5 蘋果氣候區(qū)劃結(jié)果的野外調(diào)查驗證

（續(xù)表）

注：樹齡分“幼園（1～5a）”和“成齡園（10a左右）”，分別用“Y”和“M”表示。“√”表示區(qū)劃結(jié)果與野外調(diào)查“一致”，“×”表示區(qū)劃結(jié)果與野外調(diào)查“不一致”。

Note: Tree age is “young orchard(1-5 years)” or “Mature orchard(about 10 years)”, which shows Y or M in this table. “√”means that the zoning results are consistent with the field investigation, “×”means that the zoning results are inconsistent with the field investigation.

2.4 北擴區(qū)蘋果潛在可種植面積分布

基于耕地確權(quán)分布數(shù)據(jù)分別提取北擴區(qū)各縣（區(qū)）蘋果不同氣候適宜種植區(qū)的旱地和水澆地面積分布，得到橫山區(qū)等14個縣（區(qū)）蘋果不同等級氣候適宜區(qū)的潛在可種植分布（圖5，其它略）。在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)計分析各縣（區(qū)）不同等級氣候適宜區(qū)蘋果可發(fā)展種植面積及其所占可用耕地比（表6），并結(jié)合各縣（區(qū)）現(xiàn)有蘋果種植面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析其氣候適宜種植區(qū)的可發(fā)展種植潛力（表7）。結(jié)果顯示，陜西北擴區(qū)14個縣（區(qū)）最適宜區(qū)蘋果可發(fā)展種植面積約41.2khm2，占可用耕地的3.7%。適宜區(qū)蘋果可發(fā)展種植面積約235.6khm2，占可用耕地20.9%。北擴區(qū)蘋果氣候適宜等級以上可發(fā)展種植面積約276.9khm2，占可用耕地24.6%，其中旱地面積占96.3%，以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主。與研究區(qū)各縣（區(qū)）現(xiàn)有蘋果栽植面積現(xiàn)狀對比可見，榆林市除神木、府谷以外的大部分縣（區(qū)）和延安市吳起縣蘋果氣候適宜潛在種植面積尚有4.9～28.5khm2的發(fā)展空間，延安市志丹縣蘋果氣候適宜區(qū)潛在種植發(fā)展面積已趨于飽和。

圖5 橫山區(qū)蘋果種植不同等級氣候適宜區(qū)的潛在分布

表6 北擴區(qū)各縣（區(qū)）蘋果不同等級氣候適宜區(qū)的潛在種植面積及其占比（R）統(tǒng)計

注：I為水澆地；D為旱地；T為水澆地旱地合計；R為水澆地旱地合計占可用耕地百分比。下同。

Note：I is irrigated land；D is dry land；T is the total of irrigated and dry land; R is the percentage of total irrigated and dry land area to available cultivated land. The same as below.

注：適宜等級以上的蘋果種植面積系指氣候最適宜區(qū)和適宜區(qū)兩個等級的蘋果種植面積之和。潛在可發(fā)展面積為適宜發(fā)展與現(xiàn)有面積的差值。

Note: Apple planting area of suitable grade above refers to that of the two grades for high-suitable and suitable.Potential development area is the difference between suitable development and existing.

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

綜合考慮蘋果氣候適宜性、栽植限制因子，以及陜北山地蘋果種植立地條件需求，構(gòu)建了陜西北擴區(qū)蘋果種植氣候區(qū)劃指標體系，并建立各項單因子適宜度定量評價模型，利用加權(quán)綜合評判和集優(yōu)法研制了陜西北擴區(qū)蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃。結(jié)果顯示，最適宜區(qū)主要分布在東南部子洲和清澗海拔700～1300m向陽緩坡丘陵溝壑區(qū)。適宜區(qū)主要分布在自吳起、靖邊中南部向東北經(jīng)橫山南部、榆陽南部局地、米脂延伸至佳縣中南部一帶海拔730～1660m的向陽緩坡丘陵溝壑區(qū)。

對適宜發(fā)展區(qū)域的可利用旱地面積以及可灌溉面積進行統(tǒng)計分析表明，北擴區(qū)中除靖邊、橫山有2khm2左右具備灌溉條件的蘋果氣候適宜區(qū)外，大部分縣（區(qū)）蘋果氣候適宜區(qū)均為旱地，以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主。與北擴區(qū)各縣（區(qū)）現(xiàn)有蘋果栽植面積現(xiàn)狀對比可見，榆林市神木、府谷氣候條件不適宜蘋果栽植，應(yīng)謹慎發(fā)展。榆林市其他大部分縣（區(qū)）和延安市吳起縣蘋果氣候適宜潛在種植面積尚有4.9～28.5khm2發(fā)展空間，可選擇有利地形適度發(fā)展山地蘋果種植。延安市志丹蘋果氣候適宜區(qū)潛在種植發(fā)展面積趨于飽和，宜根據(jù)現(xiàn)有蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際情況及時調(diào)整優(yōu)化布局，不宜過度發(fā)展。從可發(fā)展種植潛力來看，靖邊、橫山、清澗、綏德、米脂和子洲氣候適宜耕地面積較大，在24.3～40.2khm2，占可用耕地的26.5%～59.8%。

3.2 討論

區(qū)劃指標的選擇是開展蘋果氣候適宜性區(qū)劃的基礎(chǔ)。屈振江等[12]利用最大熵（MaxEnt）模型的方法得出年日照時數(shù)、年平均氣溫、≥10℃積溫、最冷月平均氣溫、夏季氣溫平均日較差、年降水量、夏季平均氣溫和夏季平均空氣相對濕度8個因子是影響富士蘋果在中國分布的主導(dǎo)氣候因子。從與全國蘋果氣候適宜性劃分指標對比來看，日照是除氣溫和降水之外最重要的氣候因子，它不僅影響蘋果樹的花芽分化和枝葉生長，也是果實著色及糖度累積的重要保證，對蘋果品質(zhì)影響顯著。但本研究區(qū)地處陜北黃土高原丘陵區(qū)，光照條件總體處于最適指標范圍，因此在本區(qū)劃指標選擇中剔除了該因子。另外，氣候條件雖然是蘋果地帶性適生分布和品質(zhì)優(yōu)劣的先決條件，但其適宜性也與坡度、坡向等果園立地條件密切相關(guān)。劉曉紅等[20]認為陽坡果園光照條件佳，氣溫和土溫高，溫度日較差大，蘋果生態(tài)反應(yīng)良好。李化龍等[21]指出山地蘋果園選擇不宜坡度過大，否則會由于沖刷嚴重，土壤貧瘠，含水量低，不利于果樹生長。本研究綜合考慮蘋果氣候適宜性、栽植限制因子及立地條件要求三方面因素，構(gòu)建了陜西北擴區(qū)區(qū)域蘋果氣候適宜性區(qū)劃指標體系，較已有區(qū)域尺度[9?11]和全國尺度[12?13]蘋果氣候區(qū)劃相關(guān)研究中僅考慮氣候因素的區(qū)劃指標更為客觀、合理，貼近區(qū)域蘋果生產(chǎn)實際需求。

在區(qū)劃方法方面，本研究根據(jù)各蘋果氣候區(qū)劃要素的氣候適宜性閾值，采用模糊集線性隸屬函數(shù)的方法進行蘋果區(qū)劃單因子氣候適宜度評價，改進了已有蘋果氣候指標評分標準[6]中采用3～4個適宜等級范圍對年平均氣溫等4個不同氣候區(qū)劃指標分別進行打分賦值后，依據(jù)其綜合評分值對其進行氣候區(qū)劃時在不同氣候適宜區(qū)分界處存在明顯跳躍性問題。另外，氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果在實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中應(yīng)與現(xiàn)有耕地的存量和基礎(chǔ)條件結(jié)合才能更好地為生產(chǎn)提供科學(xué)決策。本研究基于北擴區(qū)現(xiàn)有耕地確權(quán)分布細網(wǎng)格數(shù)據(jù)，分別提取了陜西北擴區(qū)14個縣（區(qū)）蘋果不同等級氣候適宜區(qū)的潛在可種植分布，并結(jié)合各縣（區(qū)）現(xiàn)有蘋果種植面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析該區(qū)域蘋果氣候適宜區(qū)的可發(fā)展種植潛力，其結(jié)果可為陜西北擴區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)優(yōu)化區(qū)域布局、聚焦高質(zhì)量發(fā)展提供更加直接的參考與依據(jù)。

從區(qū)劃結(jié)果來看，與王景紅等[18]利用前30a氣候資源數(shù)據(jù)獲取的陜西蘋果氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果相比，本研究得出近30a陜西北擴區(qū)蘋果種植氣候適宜區(qū)北界向北推進，總體來看，吳起、志丹、清澗、吳堡、綏德、子洲和米脂等地蘋果種植氣候適宜性較好。該結(jié)果與張玥瀅等[13]得出的隨著氣候變化，黃土高原北部以及陜甘交界處由次適宜種植區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜種植區(qū)，種植范圍呈北移西擴變化趨勢的結(jié)論一致。也與屈振江[26]通過研究中國富士蘋果種植氣候區(qū)劃年代際變化，得到的氣候變化導(dǎo)致富士蘋果種植分布的氣候界限和適宜區(qū)明顯北移，黃土高原西北部是富士蘋果種植適宜度對氣候變化響應(yīng)最為敏感的地區(qū)之一的結(jié)論一致。

野外調(diào)查驗證發(fā)現(xiàn)，驗證走訪的規(guī)?；O果園盡管大都在氣候適宜區(qū)或次適宜區(qū)，蘋果樹長勢參差不齊，其地域分布除受氣候條件影響外，蘋果園的局地小氣候、地形、土壤、科學(xué)的精細化果園管理等對蘋果樹勢的形成也起關(guān)鍵作用，與程存剛等[27]的見解一致。野外調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，區(qū)劃結(jié)果中延安市志丹縣洛河沿岸地區(qū)被劃分為蘋果氣候最適宜區(qū)，而該縣蘋果生產(chǎn)實際中洛河沿岸地區(qū)受區(qū)域地形小氣候影響，蘋果種植氣候適宜性相對高海拔地區(qū)偏差，其不一致的原因主要有兩個方面：一是氣候資源空間化方法系基于各氣候要素與經(jīng)度、緯度和海拔高度等地形因子的多元回歸推算模型，因此，導(dǎo)致洛河沿岸低海拔區(qū)域氣候資源推算結(jié)果優(yōu)于高海拔地區(qū)，被劃分為最適宜區(qū)；二是此次區(qū)劃綜合考慮了坡度、坡向地形因素，洛河沿岸地區(qū)相對開闊平坦，空間分辨率為25m的柵格顯示到區(qū)劃圖上，呈現(xiàn)洛河河流兩岸狹長區(qū)域為最適宜區(qū)，其他高海拔地區(qū)為適宜區(qū)的情況。

此外，蘋果氣候區(qū)劃野外驗證結(jié)果與蘋果園實地種植分布情況出現(xiàn)20%的不一致性，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是榆陽區(qū)金雞灘鎮(zhèn)白舍牛灘村的蘋果幼園地處陜北長城沿線以北的風(fēng)沙草灘不適宜區(qū)，但長勢良好，其原因是該地區(qū)熱量資源可滿足蘋果生長，但降水少、空氣濕度小，果樹越冬期氣溫低，為蘋果氣候不適宜區(qū)，但該果園栽植品種為耐寒的雞心果品種，土壤經(jīng)過改良且可灌溉，因此果樹長勢良好。二是吳起縣廟溝鎮(zhèn)柳溝村的成齡蘋果園雖地處蘋果種植氣候適宜區(qū)，卻長勢一般，原因是該果園地處低洼地帶，蘋果花期凍害嚴重，管理欠佳，因此果樹長勢一般。野外實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)降水依然是限制陜西蘋果產(chǎn)業(yè)北擴的重要限制因子，與張義等[28]對黃土溝壑區(qū)蘋果生長的生態(tài)適宜度綜合量化評價研究后得出的降水是該區(qū)域優(yōu)質(zhì)蘋果生產(chǎn)最重要的限制因子結(jié)論一致。盡管新建果園大多有灌溉設(shè)施，干旱對該地區(qū)蘋果生產(chǎn)影響有限，但越冬凍害、花期凍害、冰雹等仍然是北擴區(qū)蘋果生產(chǎn)中的主要氣象災(zāi)害。因此，未來北擴區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，一是要重點解決降水不足這一限制因素，宜在有灌溉條件（滴灌或集雨灌溉）的地方適度發(fā)展蘋果產(chǎn)業(yè)，加強果園灌溉水源以及配套建設(shè)管網(wǎng)、溝渠以及噴灌、滴灌和水肥一體化的節(jié)水灌溉設(shè)施建設(shè)，同時選擇耐寒、耐旱果樹品種，合理搭配適宜氣候變化的中、晚熟品種[29?30]。二是在新建蘋果園選址中一定要根據(jù)地形特點，因地制宜，宜選擇山體中上位背風(fēng)向陽的緩坡灣塌地，切忌將果園建在低溫凍害嚴重的谷地，同時加強蘋果花期和越冬期凍害防御，以減輕花期低溫凍害天氣對蘋果開花坐果、越冬期持續(xù)低溫凍害天氣對蘋果樹安全越冬和幼樹及嫩梢的影響與危害。三是陜西蘋果北擴區(qū)多處于陜北白于山區(qū)雹源區(qū)和來自內(nèi)蒙古雹源區(qū)冰雹移動路徑帶上，屬陜西省冰雹多發(fā)區(qū)[31]，在積極開展人工防雹的同時，加強果園防雹網(wǎng)工程建設(shè)，在多雹地帶改善生態(tài)環(huán)境，抑制局地?zé)釋α靼l(fā)展[32]，進一步減輕冰雹災(zāi)害影響與危害。

本研究僅從氣候變化背景下研究區(qū)域氣候資源多年平均狀況分析了蘋果種植的氣候適宜性，而氣候變化對蘋果生產(chǎn)的影響較為復(fù)雜，極端天氣氣候事件對蘋果種植適宜性的影響風(fēng)險加大[33?34]，氣候適宜性與土壤、生產(chǎn)環(huán)境以及局地地形小氣候等因素也存在直接或間接的相關(guān)性。因此，綜合多方面因素進行縣（區(qū)）尺度精細化蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃方法的改進和氣候適宜區(qū)中的災(zāi)害風(fēng)險評估也是下一步研究的重點。

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Climatic Suitability and Potential Analysis of Apple Planting in Northern Expansion Area of Shaanxi Province

LIANG Yi1,2，QU Zhen-jiang3，LU Cheng4，ZHANG Li5，LIU Lu1,2，WANG Jing-hong6

（1. Shaanxi Meteorological Service Center of Agricultural Remote Sensing and Economic Crops, Xi’an 710015, China; 2. Key Laboratory of Eco-Environment and Meteorology for the Qinling Mountains and Loess Plateau, Xi’an 710015; 3. Meteorological Institute of Shaanxi Province, Xi’an 710015; 4.Yulin Fruit Industry Development Center, Yuyang719053; 5. Shaanxi Meteorological Observatory, Xi’an 710014; 6. Shaanxi Meteorological Cadre Training College, Xi’an 710015）

The purpose of this study is to clarify the fine distribution of climatic suitable area for apple planting in the northern extension area of Shaanxi province in the new climate period (1991?2020), and reveal the development potential of apple planting in this region. Based on the meteorological observation data, the digital elevation model data and the arable land confirmation data，the requirements for the climatic suitability and mountainous site conditions of apple planting in the northern expansion area of Shaanxi province were comprehensively analyzed. Seven factors, including annual average temperature, annual precipitation, average relative humidity from June to August, average minimum temperature from June to August, average temperature in January, aspect and slope, were selected as zoning indexes to divide the climatic suitability of apple planting in the research area. The multiple regression method was used to simulate and calculate the spatialization of every climatic factor. Then the suitability quantitative evaluation model of each single factor was constructed by fuzzy set linear membership function method. The climatic suitability regionalization of apple planting in the northern extension area of Shaanxi was developed by weighted comprehensive evaluation and set optimization methods. Finally, the distribution of dry land and irrigation area in the suitable planting area for apple of each district was extracted by using the arable land confirmation data. The results showed：(1) the northern boundary of the suitable area for apple planting in Shaanxi was from Wuqi county, the middle and south of Jingbian county to the northeast through the south of Hengshan county, Mizhi county to the middle and southern of Jiaxian county, whose terrain were mainly hilly and gully area along the sunny gentle slope, with a general altitude of 730-1660m. (2) The field investigation showed that the zoning result was about 80% consistent with the field planting distribution of apple orchard. (3) The refined spatial distribution of climatic appropriate areas for apple by county (district) based on the arable land confirmation data showed that the area of climatic suitable level above for apple could be developed in the northern expansion zone was about 276.9kha, accounting for 24.6% of the available arable land, among which the dry land area accounted for 96.3%, with rain-fed agriculture as mainstay. Compared with the statistical data of apple planting status in each county (district), it could be seen that there was still 4.9?28.5kha development space in most counties (districts) except Shenmu county and Fugu county in Yulin city, and Wuqi county in Yan’an city. The potential planting area of climatic suitable for apple in Zhidan county in Yan’an city had tended to be saturated. The results can provide reference for optimizing regional layout of apple industry under the background of climate change.

Apple; Climate; Suitability model; Planting development potential

10.3969/j.issn.1000-6362.2023.05.001

收稿日期：2022?05?31

中國氣象局創(chuàng)新發(fā)展專項（CXFZ2021J064）；陜西省重點研發(fā)計劃項目“陜西省蘋果花期凍害精細化防控關(guān)鍵技術(shù)研究”（2022NY-219）

通訊作者：屈振江，正高級工程師，研究方向為農(nóng)業(yè)氣象及氣候變化，E-mail：nju_qzj@126.com

梁軼，E-mail：23183372@qq.com

梁軼,屈振江,魯成,等.陜西北擴區(qū)蘋果種植的氣候適宜性及潛力分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2023,44(5):347-360