新疆平欧杂种榛种植气候区划*

左 琛，宋锋惠，史彦江，罗 达

（1. 新疆农业大学林学与园艺学院，乌鲁木齐 830052；2. 新疆林科院经济林研究所，乌鲁木齐 830000）

榛子，桦木科（Corylaceae）榛属（Corylus）植物，与核桃、扁桃、腰果并称为世界四大坚果，又是重要的木本油料树种之一[1-2]。1993年，新疆引进美洲榛（C.America），试种植10a，表现出良好的生长适宜性。2001年开始，新疆林业科学院从辽宁省陆续引进平欧杂种榛，经引种、品种筛选、生产栽培技术研究，现已在全疆40 余个县市推广栽培，成为新疆地区最有发展潜力的特色林果树种之一，目前全疆榛子种植面积已2000hm2以上，榛果收购价达到45 元⋅kg-1[3]，榛子产业已经成为脱贫攻坚工作中的一项重要产业，因此，合理布局，归利弊害，引导林农在气候适宜区内规模化种植，提高优质林果产量，对新疆地区种植平欧杂种榛适宜性区划显得尤为必要。

地理信息系统（ Geographical Information System，简称GIS），是一种综合了地理学、地图学、遥感技术和计算机科学的学科[4]。GIS 先后在土地资源调查和评价、作物气候适应性评价和区划、农业资源信息管理和分析等方面应用，取得了显著的经济效益[5-6]。目前，GIS 技术已在农林业区划上得到广泛应用。周莉蓉等[7]对阿克苏地区红枣栽培的合理布局进行了研究；张山清等[8]研究了气候变化对新疆红枣种植气候区划的影响，将新疆红枣分为3 个气候栽培区，即适宜区、次适宜区和不适宜区。马仁等[9]通过对气象因子综合分析，按照模糊聚类[10]的方法，将陇西县榛子产业基地划分为3 大区域，即最适宜区、适宜区、不适宜区。郭兆夏等分别利用GIS技术对白梨[11]、核桃[12]、芒果[13]等果树进行了气候区划研究。岳阳等[14]通过对新疆环塔里木盆地地区的地理信息数据及气象资料分析结合气象要素细网格推算模型，确定了影响塔里木盆地地区杏树生长发育的主导气候因子，得出适宜杏树发育的生长指标，并将该地区潜在种植分布区划分成4 个。尽管许多学者根据林果的生长要求，对不同地区不同林果进行了区划研究，但由于新疆深居中国内陆地区，其气候干燥、降水稀少、水资源匮乏，冬季干燥寒冷、冻害等灾害性气候的频繁发生时常威胁着新疆榛子产业的可持续健康稳定发展，特别是对新疆平欧杂种榛的区域化种植还缺乏系统性研究。针对以上问题，本研究利用近10a（2009-2018年）新疆地区40 个主要气象台站观测资料（平均气温、降水量、日照时数等气候要素数据），结合新疆地区基础地理信息数据等资料，根据平欧杂种榛对气象条件的需求，确定平欧杂种榛适宜性区划指标体系，构建基于空间专题数据库的适应性评价模型，在GIS 技术支持下，对新疆平欧杂种榛种植的气候适宜性进行区域划分，以期为新疆平欧杂种榛产业的布局规划与推广提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

新疆维吾尔自治区，深居内陆，面积166.37×104km2，四周有高山阻隔，海洋气流不易到达，形成明显的温带大陆性气候，区内温差较大，日照充足，年日照时数达2500～3500h，降水稀少，年平均降水量150mm 左右。气候干燥，水分蒸发大，年均蒸发量在1000mm 以上。天山山脉将新疆分为南北疆两大部分，根据新疆统计年鉴[15]，南疆地区年平均气温、日照时数等热量条件均比北疆地区好；而北疆地区水资源条件优于南疆地区，且北疆年蒸发量低于南疆[16]。

1.2 研究方法

1.2.1 气象资料

通过国家气象信息中心获取新疆40 个气象台站（图1）2009-2018年连续10a 历年平均气温、平均降水量、平均日照时数等。

图1 新疆地区气象台站分布 Fig. 1 Meteorological station distribution map in Xinjiang

1.2.2 地理资料

通过国家基础地理信息获取资料包括：（1）1:25万数字高程模型（DEM）信息数据；（2）县级以上行政区边界图；（3）40 个主要气象站点经纬度。

1.2.3 新疆榛子产区基本情况

选取北疆地区9 个典型榛子示范园、南疆地区4个典型榛子示范园作为现状调查点，调查各榛子栽培示范园近10a 的气候情况（表1），并于2018年9月对各产区当年产量进行实地调查（表2）。

1.2.4 适宜区区划指标确定

适宜生长指标：选取海拔、年平均气温、年降水量和日照时数[17-20]4 个指标作为区划指标。

基础护理学实验教学是护理教学中的一个重要环节，为护理课程学习与临床实践架起了一座桥梁。案例教学法是指以案例为教学材料，结合教学主题，通过讨论、问答等师生互动的教学过程，让学生了解与教学主题相关的概念或理论，培养学生高层次能力的教学方法[1]。我校从2009年开始将案例教学法运用于基础护理学实验教学，收到满意效果，获得师生好评。但由于案例主要由教师自行编写制作，不仅花费了教师很大精力，也不利于教学资源的共享。若建立案例库，可最大限度地实现教学资源的共享。教师课前只需根据教学目的从案例库中选择适合的案例即可。现将基础护理学实验教学案例库构建介绍如下。

1.2.5 区划图制作

采用层次分析法[21]对各项评价指标进行分析，按总目标、各层子目标、评价准则分解为不同的层次结构，构建“新疆平欧杂种榛种植气候适宜性区划层次结构图”，得出不同区划指标对不同区域的影响程度，求得每一层次各元素对上一层次某元素的优先权重，并运用加权和的方法递阶归并各区划因子影响权重参数。运用克里金插值法[22]分别制作海拔、年平均气温、年降水量、日照时数各区划因子分布栅格图。运用GIS 栅格叠加处理各指标，并用栅格计算器计算各图斑面积及比例。

1.3 数据处理

气象数据的处理和分析采用Excel 2003 和SPSS 18.0 统计分析软件，权重的确定采用MATLAB 2014软件，适宜区区划图像的制作采用ArcGIS 10.2 软件。

表1 2009-2018年13 个平欧杂种榛栽培示范园气象调查 Table 1 Meteorological investigation form of 13 hazel cultivation demonstration gardens from 2009 to 2018

表2 2018年13 个平欧杂种榛栽培示范园栽培情况调查 Table 2 Investigating result of 13 hazel cultivation demonstration gardens in 2018

2 结果与分析

2.1 平欧杂种榛气候区划指标确定

由表1、表2 可见，2018年榛子示范园年均产量在2000kg·hm-2以上的地区有吉木萨尔县和乌鲁木齐市，主要分布在北疆地区，该区年平均气温在4.5℃以上，年均降水量200mm 以上，年均日照时数2800h 以上；年均产量在630kg·hm-2以上的地区有伊宁县、察布查尔县、乌苏市、石河子121 团、哈巴河县、温宿县、疏附县，该区在南疆、北疆各有分布，北疆地区年平均气温5～9℃，年均降水量100mm 以上，年均日照时数2000h 以上，南疆地区年平均气温7～11℃，年均降水量60mm 以上，年均日照时数2400h 以上；年均产量在500kg·hm-2以上的地区有五家渠市和皮山县，该区在南疆、北疆各有分布，北疆地区年平均气温6.5℃，年均降水量190mm，年均日照时数2800 以上，南疆地区年平均气温11℃以上，年均降水量48mm，年均日照时数2400 以上。

（1）温度。据文献研究[4、9、23]，平欧杂种榛抗寒性强，可耐冬季-35.0～-33.0℃的低温，适宜年均气温为7.5～13.0℃，夏季最高温度不超过38.0℃[24]。结合新疆40 个气象站点年平均气温数据，征求新疆林业科学院经济林研究所5 位专家的意见，年均产量在630kg·hm-2以上视为适宜区，由此确定新疆各地平欧杂种榛气候适宜性区划温度指标（表3）。

（2）光照。榛树为喜光植物，光照影响榛树花芽的分化、根系的生长、营养物质的吸收运输，要求年光照在2000h 以上，最适宜光照在2200h 以上[25]。结合新疆40 个气象站点年均日照时数数据，征求新疆林业科学院经济林所5 位专家的意见，年均产量在630kg·hm-2以上视为适宜区，由此确定新疆各地平欧杂种榛气候适宜性区划年均日照时数指标（表3）。

（3）降水量。榛树喜湿润气候，年降水量500～800mm 条件下可满足栽培条件，最适降水量为700～1000mm[25]，但新疆年降水量低于500mm，采用人工灌溉可满足栽培条件。结合新疆40 个气象站点年均降水量数据，征求新疆林业科学院经济林所5 位专家的意见，年均产量在630kg·hm-2以上视为适宜区，由此确定新疆各地平欧杂种榛气候适宜性区划年均降水量指标（表3）。

表3 新疆平欧杂种榛种植的气候适宜性区划指标体系 Table 3 Climatic suitability regionalization indices of hazel planting in Xinjiang

2.2 气候区划指标空间分布

通过对年平均气温、年降水量、年均日照时数 以及经度、纬度和海拔高度等地理信息因子进行多元回归分析筛选，得到气候指标因子与宏观地理因子的模拟方程，分别建立空间分析模型（表4）。由表4 可知，纬度、经度、海拔与年平均气温均呈负相关（R=0.847）；纬度、海拔均与年降水量呈负相关，经度与年降水量呈正相关（R=0.830）；纬度、海拔均与日照时数成呈正相关，经度与年降水量呈负相关（R=0.744）。年平均气温、年降水量和日照时数分别与纬度、经度、海拔高度拟合参数接近1，拟合程度高，均表现为极显著。

表4 新疆平欧杂种榛气候指标要素空间推算模型 Table 4 Spatial calculation model of climatic index elements of Xinjiang hybrid hazel

2.2.2 空间分布

（1）年平均气温。根据张音等[26]对新疆近60a气候变化分析，新疆年平均气温的增暖速率总体随海拔增加而减少，北疆年均气温低于全疆，南疆高于全疆；与近10a 气候一致，年平均气温分布总体呈“南疆高，北疆低”的格局（图2），按照平欧杂种榛适宜性区划指标体系（表3），由图2 看出，年平均气温9～13℃的区域在伊犁河谷、阿克苏地区、乌鲁木齐市、巴音郭楞蒙古自治州北部以及吐鲁番和哈密的部分地区，其主要分布在新疆中部地区；6.5～9.0℃的区域在伊犁地区、塔城地区、昌吉回族自治州、以及哈密地区北部，其主要分布在北疆地区。

（2）年均降水量。根据张音等[26]对新疆近60a气候变化分析，新疆年均降水量总体上呈随海拔升高而增加的态势，北疆年均降水量最高，高于全疆，且高于南疆。与近10a 气候一致，年均降水量分布总体呈“南疆少，北疆多”的格局（图2），按照平欧杂种榛适宜性区划指标体系（表3），由图2 看出，年均降水量＞200mm 的区域在阿勒泰地区、昌吉回族自治州；100～200mm 的区域在伊犁哈萨克自治州、昌吉回族自治州、乌鲁木齐市、哈密北部、吐鲁番北部、巴音郭楞蒙古自治州北部以及阿克苏地区北部，其主要分布在北疆地区。

（3）年均日照时数。根据张山清等[27]对新疆近50a日照时数时空变化分析，新疆各地年日照时数2450～3450h，其空间分布总体呈现“东部多，西部少；平原和盆地多，山区少”的格局。根据近10a气候变化发现，按照平欧杂种榛适宜性区划指标体系（表3），由图2 看出，年均日照时数＞2200h 的区域在哈密地区、吐鲁番地区、乌鲁木齐市、巴音郭楞蒙古自治州、阿克苏地区、和田地区、喀什地区以及克孜勒苏柯尔克孜自治州；2000～2200h 的区域在昌吉回族自治州、伊犁河谷地区，其主要分布在南疆地区。

2.3 平欧杂种榛气候区划

2.3.1 气候区划评价模型

采用层次分析法对各项评价指标进行分析，构建新疆平欧杂种榛种植气候适宜性区划层次结构图（图3），得出不同区划指标对不同区域的影响程度，并最终确定各区划因子影响权重参数（表5）。

2.3.2 区划结果评述

根据已确定的区划因子及其等级指标权重，采用地理信息系统的空间分析技术，利用ArcGIS 中栅格计算器进行图层的叠加计算分析，对各区划因子的栅格图层进行空间叠加运算，新疆平欧杂种榛适生种植气候区划结果如图4 所示，同时通过叠加分别得到4 个等级面积及比例见表6。

图2 2009-2018年新疆海拔（a）、年平均气温（b）、年均降水量（c）、年均日照时数（d）的空间分布 Fig. 2 Spatial distribution of altitude (a)，annual average temperature (b)，annual average precipitation (c) and annual average sunshine hours (d) from 2009 to 2018

图3 新疆平欧杂种榛种植气候适宜性区划层次结构图 Fig. 3 Map of climatic suitability zoning hierarchy

表5 新疆平欧杂种榛种植气候适宜性区划因子权重 Table 5 The weight of climatic suitability zoning factors for hazel planting in Xinjiang

（1）最适宜区。由表6 可见，新疆平欧杂种榛种植最适宜区面积为27.722 万km2，占新疆土地总面积的16.7%，主要包括喀什地区、阿克苏地区、伊犁河谷、昌吉回族自治州、乌鲁木齐市、巴音郭楞蒙古自治州北部、吐鲁番地区、哈密地区北部，其主要分布在新疆中部地区，与最适宜区现有乌鲁木齐市、察布查尔县、吉木萨尔县、奇台农场示范园年均产量1260kg·hm-2以上的实际情况相符。

（2）适宜区。由表6 可见，新疆平欧杂种榛适宜区面积为69.056 万km2，占新疆土地总面积的41.6%，主要分布在南疆地区，其次为北疆，包括喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、和田地区北部、巴音郭楞蒙古自治州北部、阿克苏地区、塔城地区、阿勒泰部分地区，与适宜区现有伊宁县、乌苏市、石河子121 团、哈巴河县、拜城县、温宿县、疏附县示范园年均产量630kg·hm-2以上的实际情况相符。

（3）次适宜区。由表6 可见，新疆平欧杂种榛次适宜区面积为17.596 万km2，占新疆土地总面积的10.6%，分布地区较少，主要分布在北疆地区，该区海拔为200-300m 和1900-2000m，年平均温度5.5～6.5℃，年均降水量为45～100mm，日照时数为1900～2000h。其中主要包括塔城部分地区、阿勒泰部分地区、哈密部分地区。

（4）不适宜区。由表6 可见，新疆平欧杂种榛不适宜区面积为51.626 万km2，占新疆土地总面积的31.1%，主要分布在海拔较高的地区，南疆地区分布较广，该区海拔在200m 以下和2000m 以上，年平均气温在5℃以下，年均降水量在45mm 以下，日照时数在1900h 以下。其中主要包括和田地区南部、 巴音郭楞蒙古自治州南部、阿勒泰地区北部等新疆边缘地区。

图4 新疆平欧杂种榛种植适宜性区划图 Fig. 4 Suitable planting area of hybrid hazel in Xinjiang

表6 新疆平欧杂种榛种植适宜性区划各等级及所占比例 Table 6 The grade and proportion of planting suitability zoning of hybrid hazel in Xinjiang

3 结论与讨论

新疆平欧杂种榛适生种植气候最适宜区包括喀什地区、阿克苏地区、伊犁河谷、昌吉回族自治州、乌鲁木齐市、巴音郭楞蒙古自治州北部、吐鲁番地区、哈密地区北部，其主要分布在新疆中部地区；适宜区主要分布在南疆地区，其次为北疆，包括喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、和田地区北部、巴音郭楞蒙古自治州北部、阿克苏地区、塔城地区、阿勒泰部分地区；次适宜区主要包括塔城部分地区、阿勒泰部分地区、哈密部分地区；不适宜区主要包括和田地区南部、巴音郭楞蒙古自治州南部、阿勒泰地区北部等新疆边缘地区。

适宜的品种、环境条件、栽培管理技术等因素均会影响榛果的果实品质，环境因素尤为重要，是林果优质生产的决定性因素[28]。结合平欧杂种榛生长生态条件与新疆气象数据进行分析，确定海拔、年平均气温、年均降水量、日照时数作为适宜性区划指标[17-20]，降低了单一因子区划误差的风险。同时利用多元回归方程，结合区划因子与地理因子（经度、纬度、海拔）进行多元回归分析，对各区划指标进行建模，利用GIS 空间插值及叠加分析绘制平欧杂种榛在新疆生长的适宜区划图，将新疆划分为最适宜区、适宜区、次适宜区、不适宜区4 个等级，这与前人研究结果[3，28-30]一致。

田雪邻等[28]对新疆不同立地条件下平欧杂种榛果实品质的调查表明，原产辽宁大连的榛果与引入新疆吉木萨尔县、安宁渠、察布查尔县、拜城县、疏附县5 个产地的榛果，虽然由于气候因子的差异，导致榛果外观及内涵物质有显著差异，但新疆榛果总体表现为果径增大、单仁质量增加、出仁率高、含糖量提升；结合2018年对这5 个地区榛子示范园的产量调查发现，其年均产量都在1200kg·hm-2以上，因此，本研究将昌吉回族自治州、乌鲁木齐市、阿克苏地区、喀什地区划分为适宜区，符合平欧杂种榛的生产实际。罗青红等[29]在对比沈阳种与伊犁种杂交的榛果时发现，两产地由于气候因子和土壤因子影响，导致榛果中糖分等内含物质存在差异，但亚麻酸等含量差异不大，且伊犁日照长（年日照时数2810.7h）、昼夜温差大对榛果的充实和光合产物的积累更有利，测得榛仁中亚油酸含量较高，表现出更好的口感和更强的丰产性及出仁率，2018年伊宁县榛子示范园年均产量在1000kg·hm-2以上，因此，本研究将伊犁地区划分为最适宜区是合理的。多年试验表明，平欧杂种榛既能在较寒的阿勒泰市、伊犁河谷、天山北坡的玛纳斯、石河子地区生长，又能在较干旱、高温的阿克苏正常生长、结实，并且种植第5年平均产量可达0.5kg⋅株-1[4]，2018年石河子121 团、温宿县、拜城县等示范园产量达800kg·hm-2，经济效益极高，也表明该区划结论合理。

本研究利用GIS 技术，研究了平欧杂种榛在新疆的适宜区类别，为新疆平欧杂种榛的区域化种植提供了理论依据，新疆平欧杂种榛种植应向适宜区集中，成规模化栽培，充分利用自然资源，提高榛果产量、质量。但由于新疆地理位置和气候特点的特殊，以及气象台站数量较少和气象资料年限较短，因此区划结果的准确性还有待提高。其次，本研究侧重于气象因子对适生种植分区的影响，选取的典型榛子示范园土壤理化指标、空气湿度、风等条件基本视为一致，但除气候因素外，还有很多影响平欧杂种榛种植的因素，例如土壤条件（土壤肥力、pH 值、土壤类型等）、坡度、平欧杂种榛品种等。因此，未来有必要将平欧杂种榛气候区划因子与其它影响因素综合起来考虑，以更科学合理地确定新疆平欧杂种榛适生区域。