浙江省杨梅种植适宜性区划

钟乐1,曾燕2,3,邱新法1,施国萍4

1.南京信息工程大学应用气象学院,南京 210044

2.中国气象局交通气象重点实验室,南京 210008

3.南京气象科技创新研究院,南京 210008

4.南京信息工程大学地理科学学院,南京 210044

摘要:

杨梅是浙江省的特色作物之一,栽培面积居全国之首。为了对浙江省杨梅的种植适宜性进行全面研究分析,科学利用现代化气象观测数据,更好地为杨梅种植服务,基于气候因子分布式模拟,引入土壤、地形影响因子,利用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)确定各因子权重,结合各影响因子适宜性等级指标,将浙江省分为适宜、较适宜和不适宜3个种植区。结果表明: 浙江省气候适宜性区域占绝大部分面积,气候资源优越; 土壤条件较为优异,基本处于杨梅种植较适宜和适宜区间; 地形差异较大,地形是精细化杨梅种植适宜性的关键因子,地形适宜区海拔在250~450 m,坡度在5°~25°之间; 除浙江省北部地区和绍兴市、宁波市交界处外,其他地区均适宜或较适宜杨梅种植。研究结果实现了对气象因子的空间模拟,可为浙江省的杨梅种植布局发展和改进提供数据支撑,对提高杨梅产量和品质具有重要的现实意义。

0引言

“稽出杨梅世无双,深知风味胜他乡”,浙江省杨梅的栽培面积、产量、品质均居全国之首。杨梅风味独特,树体耐贫瘠,宜山地种植,且固氮能力良好,颇有社会、经济和生态效益潜力。据农业资料统计,杨梅已成为浙江省水果行业中第二大水果,但随着近年来全球气候变暖,气候灾害多发重发,浙江省杨梅种植产业发展受到一定制约。因此,因地制宜地开展杨梅种植的优化布局和结构调整刻不容缓,进行气候资源分析和精细化气候区划、提高防灾减灾的计划性和科学性、提高可靠的数据支撑,对提高杨梅产量和品质有重要的现实意义。

目前,国内外对杨梅研究多集中在品种资源、树体栽培等方面,如杨梅的栽活成活率等; 对种植区划的研究止于气候灾害方面,如冻害过后的处理; 也有少数学者对杨梅种植适宜性区划进行了探究,具有重要意义及价值。然而,前人对杨梅适宜性区划的研究着重于对影响杨梅生长发育的气候因子的单因子分析,如年平均气温分析、≥10 ℃活动积温分析、年降雨量分析等,或将研究重点放在杨梅种植的土壤种类分析及地形因子分析,而气候因子、土壤种类、地形因子三者对于杨梅种植适宜性的综合影响区划并未取得过多成果。

在区划方法上,国内外诸多专家对不同种类的植物进行适宜性区划研究时,大都采用基于地理信息系统(geographic information system,GIS)的空间内插方法,利用有限的实测资料建立栅格化数据库(如香榧、台湾青枣、咖啡等)。然而,气象因子的实际空间分布因地形、下垫面等因子复杂多变,且气象观测站一般设置于开阔平坦的地段,对水平面的观测结果无法反映实际的气象因子变化。

本文根据现有研究选取的区划指标,运用主成分分析法(principal component analysis,PCA)进行计算,既保障气候影响因子全集性,又在理论基础上精简了气候影响因子个数,同时引入土壤、地形因子,实现区划指标的细网格化。采用复杂地形下气象因子空间分布模型的理论成果,基于气候因子分布式模拟,模拟浙江省复杂地形下气象影响因子的空间分布模型,充分考虑实际地形下气象因子空间分布的变化,对浙江省杨梅种植适宜性区划进行全面研究分析,旨在为浙江省的杨梅种植布局发展和改进提供数据支撑。

1 研究区概况及数据源1.1 研究区概况

浙江省(E118°02'~123°08',N27°3'~31°11')位于中国东南沿岸,地形复杂多变,地势由西南向东北呈阶梯状倾斜,西南以山地为主,中部多为丘陵(约占全省的70.4%),东北部主要为平原,故被誉为“七山一水两分田”(图1)。全省为典型亚热带季风气候,光照充足,年气温适中,四季分明,雨热同期,雨量丰沛,为杨梅生长发育提供了有利条件。

图1浙江省地形图及遥感影像图

1.2 数据源

1)浙江省71个气象观测站1980—2015年的逐日平均气温、最低气温、降雨量数据,均包含站号及经纬度、高程信息。

2)浙江省基础地理信息数据(1∶25万),来源于国家基础地理信息中心()。

3)土壤数据,来源于世界土壤数据库(world soil database,WSD)的中国土壤数据集。

2 研究方法2.1 评价指标选择

通过查阅各类文献,选择多个影响因子并运用PCA法,使其重新组合,成为一组新的低相关性的综合因子,既可反映原有信息,又使原始数据信息损失量达到最小,起到降维的作用,克服了人为赋权的主观因子,提高了分析效率,使得分析结果更加准确科学。最终确定了9个影响因子作为杨梅种植适宜性区划的评价指标。具体包括: 4个气象因子(年平均气温/℃、一月份最低平均气温/℃、≥10 ℃活动积温/℃和年降水量/mm),2个土壤因子(土壤pH值和土壤质地),3个地形因子(海拔高度/m,坡度/(°)和坡向)。

1)气候条件: 杨梅喜温较耐寒,怕高温炎热,对日照要求不严,畏严寒及干旱,分布在我国南方的温带、亚热带地区。一般情况下,适宜的年平均气温在14~21 ℃,且冬季最低平均气温≥-9.7 ℃,年内≥10 ℃活动积温>4 500 ℃·d,年降水量>1 300 mm。

2)地形条件: 海拔高度为50~500 m、坡度在0°~30°以下的平缓地区或丘陵地区。

3)土壤条件: pH值在4.5~6.5之间的砾质土、砂质壤土、壤土、黏壤土中,土壤过黏不利于杨梅生长。

2.2 评价指标体系及权重确定2.2.1 评价体系及区划因子权重

对杨梅种植的影响因子相互添补制约,对单独因子分析解读是不全面的。因此,针对以上选定的9个影响因子,利用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)建立浙江省杨梅种植适宜性评价体系(图2),分层次进行定性、定量分析(计算公式见式(1)—(8)),从而确定各影响因子在杨梅种植综合评价因子中所占权重(表1)。

表1浙江省杨梅种植区划因子权重

2.2.2 评价因子等级量化处理

结合对杨梅种植已有的研究,将各区划因子划分为不适宜、较适宜和适宜3个等级,并量化指标,分别赋予1,2,3的评价分值(表2)。

表2各区划指标等级量化

2.3 气候因子网格化

浙江省地形复杂,太阳辐射因局地地形的分布变化及局地地形对气温的重分配作用使得气温的变化更加多变,且地表长波有效辐射直接影响最低气温的空间分布,对平均气温及积温空间分布的影响十分重要。同时,考虑到降水情况受地形的动力抬升、局地环流及局地对降水的影响,仅利用简单的地统计法或GIS空间插值法模拟降水量的空间分布并不准确,无法表达局地地形的变化,与实际结果存在偏差。因此,本文基于分布式模拟研究,模拟浙江省复杂地形下气象影响因子的空间分布模型(图3),以充分考虑实际地形下气象因子空间分布的变化。

图3气象影响因子的空间分布模型

本文使用1980—2015年间浙江省气象台站气温数据,建立复杂地形下浙江气温空间分布模型,综合考虑宏观地理条件、局地地形因子、太阳辐射因子以及大气状况变化等因子的影响作用,获得年平均气温空间分布图(图3(a))和一月最低平均气温空间分布图(图3(b)),反映了气温的宏观分布和局地分布规律; 以山地热量资源分布式模拟为基础,建立复杂地形下≥10 ℃年积温分布式模拟(图3(c)); 采用潘虹等研究思想模拟复杂地形下年降水分布,根据地面降水数据,叠加由海拔和地形因引起的局地降水再分配作用,实现年降水分布式模拟(图3(d))。

2.4 综合区划评估模型

利用上述指标因子生成气候因子、地形因子和土壤因子的单因子空间分布栅格图,并按照表2标准生成栅格等级图,将各等级图按表1标准加权叠加,得到杨梅种植适宜性综合评价结果。

3 结果与分析3.1 气候适宜性

浙江省丰富的气候资源与杨梅种植相适宜,除嘉兴市部分地区外,气候资源基本处于较适宜区和适宜区间,对杨梅品种的选择和果实的口感和酸甜度产生一定的影响。图4为浙江省杨梅种植的气候适宜性分布图。从中可以看出,浙江省气候适宜性区域占绝大部分,这些区域具有充足的热量和充沛的降水,气候资源优越,适宜杨梅生长需要。气候较适宜区主要分布在浙江省西北地区,湖州市和宁波北部西部,在杭州市、绍兴市、台州市也有零碎分布,这是因为这些地区虽然热量充足,气温满足杨梅种植的需求; 但降水偏少,年降水量在1 000~1 500 mm之间,对杨梅的生长产生一定的影响,加权相加后降年降水量成为制约杨梅种植的主要气象因子。气候不适宜区主要集中在嘉兴市及杭州南部湖州北部,这些地区热量不足,年平均气温低于杨梅生长需要的14 ℃,≥10 ℃年活动积温不满足杨梅生长需要的4 500 ℃·d,年降水量同样偏少,在1 000~1 500 mm之间,加权相加后使该区域较其他地区更不适宜杨梅种植。

3.2 土壤适宜性

浙江的土壤条件基本在杨梅种植较适宜和适宜区间变化,土壤条件较为优越,满足杨梅的种植需求(图5)。

从图5中可以看出,土壤适宜区零星分布在整个浙江省,主要分布在杭州市、湖州市、衢州市、金华市和嘉兴市,这些地区多为砾质土、砂质黏土,pH值约在5.5~6.5之间,土壤酸碱度最为合适,十分适宜杨梅的种植生长。土壤较适宜区占浙江省的绝大部分区域,这些地区多为砾质土、砂质黏土、(黏)壤土,pH值在4.5~5.5或6.5~7之间,土壤酸碱度较为合适,较为适宜杨梅的种植生长。土壤不适宜区域同样零星分布在整省,主要分布在湖州市、嘉兴市、衢州市、金华市和绍兴市,这些地区多为黏土、壤质黏土,土壤过酸或呈碱性,pH值不适宜杨梅种植; 且肥力不足,不适宜杨梅种植。

3.3 地形适宜性

由AHP结果可知,地形因子是精细化杨梅种植适宜性的关键因子,其中海拔因子在所有因子中占权重最大。从图6可以看出,地形适宜区主要分布在绍兴市、台州市、杭州市中部和衢州市西部,这些地区海拔在250~450 m,坡度在5°~25°之间,热量充足,降水充沛,适宜杨梅种植。地形不适宜区分布在浙江省的西南部与金华市、台州市、温州市的交界处,这些地区为海拔高于500 m的山区,热量不足,无法满足杨梅种植的生长需要。

3.4 杨梅种植适宜性分析

运用GIS模块分析,结合式(9)和表1,将气候因子、土壤因子和地形因子的适宜性栅格等级图进行叠加计算,得出最终的杨梅种植适宜性分布图(图7)。结合杨梅的实际生产情况及浙江省统计局公示数据,将浙江省杨梅种植适宜性划分为不适宜、较适宜和适宜3个等级。分析图7可知,浙江省绝大部分地区都较适宜种植杨梅。杨梅适宜种植在浙江省的西部和南部,主要分布在衢州市、丽水市和温州市,零星分布在杭州市、金华市和台州市。综合评析上述适宜种植地区,热量资源较为丰富,年平均气温、≥10 ℃年积温和一月最低平均气温能够较好地满足杨梅种植的适宜条件; 降水充沛,年降水量高于1 300 mm; 土壤多为砾质土、砂质黏土,呈弱酸性; 地形条件也普遍适宜杨梅种植,且多为丘陵地带,能很好地避免阳光直射。综合这些资源优势,得出杨梅种植优质高产的结论。与杨梅的实际产量统计相对比,本文研究结果基本符合现实情况,但因杭州市和衢州市的杨梅种植面积偏少,宁波市种植面积更多,所以虽然杭州市和衢州市条件适宜杨梅生长,但产量不如宁波市高。

杨梅较适宜种植在台州市、金华市、杭州市、绍兴市、宁波市和湖州中北部。这些地区热量资源充沛,年平均气温高于14 ℃且低于21 ℃,≥10 ℃年积温大于4 500 ℃·d,一月平均最低气温-9.7 ℃,海拔除市边界处外大多低于500 m,土壤pH值基本呈酸性或中性,多为砾质土、砂质黏土、(黏)壤土。海拔较低的平原地区,夏季容易出现高温热害造成杨梅减产或增加杨梅果实酸度; 而海拔高于500 m的山区易出现热量不足的现象,无法满足杨梅生长的热量需求,影响果实产量及品质。因此,上述地区为较适宜种植区,是浙江杨梅产出的重要区域,根据统计局公示数据显示,台州市杨梅产量为浙江省第一。近年来,随着种植技术的提高和对杨梅品种的选择,杨梅种植可以通过选择中熟或晚熟品种、移栽、合理施肥、嫁接、增施石灰、控梢促花等方式方法进行完善,充分利用浙江省的资源优势,促进杨梅的高产高质,发展优质杨梅种植培育,促进种植较适宜区向适宜区转换。

杨梅不适宜种植区分布在嘉兴市、湖州市,位于北部与绍兴市、宁波市的交界处。杨梅喜温暖较耐寒又怕高温炎热,对水分要求较高,不适宜区的热量资源较低,且年降水量不足1 300 mm,不能满足杨梅的生长需求; 同时,这些地区多为黏土、壤质黏土,土壤过酸或呈碱性,肥力不足,不适宜杨梅种植。因此,这些地区要慎重考虑杨梅种植。

将本文的研究结果与浙江省统计局及浙江水果产业协会公布数据相对比,浙江省的杨梅主要生产地前5名分别为台州、宁波、温州、金华与丽水,与本文适宜种植区和较适宜种植区基本一致; 与浙江省的杨梅种植基地所在地相对比,结果基本一致,浙江十大杨梅种植基地分布于慈溪、余姚、萧山、仙居、临海、青田、温州、兰溪等地,均属于杨梅种植的适宜区与较适宜区。

4 结论与讨论4.1 结论

1)本文利用AHP法及气候因子的分布式模拟模型,实现了气象因子的空间模拟; 引入海拔、坡度、坡向、土壤质地和土壤pH值因子,建立杨梅综合区划评估模型,并对各区划指标的种植适宜性进行了具体分析。

2)研究结果表明,杨梅适宜种植在浙江的西部和南部,主要分布在衢州市、丽水市和温州市,零星分布在杭州市、金华市和台州市; 台州市、金华市、杭州市、绍兴市、宁波市和湖州市中北部为较适宜种植区; 嘉兴市、湖州市位于北部与绍兴市、宁波市的交界处,为不适宜杨梅种植区。浙江省气候资源适宜性优于地形资源和土壤资源,因此,在种植杨梅时,可适当增加人工技术,改善土壤,提高杨梅种植的适宜性。

3)本文对杨梅种植区划结果进行分析,可为杨梅精细化种植提供数据支持,为浙江省杨梅的种植优化布局提供优质的科学决策参考。

4.2 讨论

本文虽考虑了气候因子、地形因子和土壤因子,但杨梅的种植也同时受其他方面的影响(如经济、政策、种植面积等),所以本文的适宜性种植区域和较适宜性种植区域的产量与实际的杨梅生产存有出入。由于杨梅的品种差异,对气候因子、地形因子和土壤因子的要求也存在差异,在杨梅的种植过程中,同样需要人为调控,使得该区划更加合理适用。此外,本文并未深入研究浙江省的水域、基础设施、土地利用及居民居住等情况,因此在实际运用的过程中,还需进一步综合考虑。在对杨梅种植的下一步研究中,可根据MODIS,Landsat8等遥感数据产品及植被遥感信息提取等方法,制作预测杨梅产量的相关产品,使得研究成果具有宏观、快速、动态、实时等特点。

（原文有删减）

【作者简介】钟 乐(1996-),女,硕士研究生,主要研究方向为气象防灾减灾。

E-mail：qq654148335@126.com。

【基金资助】国家重点研发计划项目“面向绿色生态城市的一体化综合管理服务系统与应用”(2019YFB2102003)

【引用格式】钟乐, 曾燕, 邱新法, 施国萍. 浙江省杨梅种植适宜性区划[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 236-244.