基于GIS的五莲县樱桃种植农业气候区划研究

朱秀红

（山东省五莲县气象局，山东日照 262300）

0 引言

五莲县处于鲁东南山区，樱桃栽培历史达2000年以上，是中国最早种植樱桃的地区之一，“五莲樱桃”被评为国家农产品地理标志品牌，2019年全县樱桃种植面积5000 hm2，当地果农把种植樱桃作为增收致富的重要手段。樱桃生长发育期易受低温、干旱、暴雨等恶劣天气影响，造成冻害、落果、裂果等现象[1-3]，有些果农不考虑气候、果园地形、地貌等实际情况，盲目发展樱桃园，导致效益不高。2006年姚圣贤[4]建立了泰安市数字高程模型(DEM)，结合小网格推算方法和气候要素地理推算模型编制了新泰樱桃种植农业气候区划。魏国芹[5]采用模糊聚类方法将山东省划分为6个甜樱桃生态栽培区。张春山利用灰色定权聚类分析法对新疆地区樱桃栽培进行气候区划分析。前人研究中的樱桃种植区划只是对山东有关地区进行编制，尚未见过针对五莲县樱桃种植区划编制的研究，因此启动了本项研究，拟为五莲县合理种植樱桃及优化推广提供理论依据。

1 资料与方法

气象资料来源于日照市气象局。地形、土壤资料、河流矢量数据来源于五莲县农业农村局、五莲县统计局、五莲县自然资源和规划局[6]。五莲县13个乡镇区域气象站建站时间不一致，第1批乡镇区域站建于2006年5月，第2批建于2011年12月，第3批建于2012年4月，为了最大限度延长资料收集年限，本研究采用的气象资料开始年份没有进行统一，以建站时间为准。

利用Kriging插值法，由五莲县各乡镇区域站观测资料获取分辨率为100 m×100 m的栅格图，将相关因子进行极大值和极差标准化，通过加权综合评价法对区划编制有影响的各因子进行综合，并集成影响因素数值指标，然后利用层次分析法对影响因素进行对比和计算，得出不同权重，利用GIS技术获得鲁东南山区樱桃种植精细化综合区划图[7-8]。

2 区划因子选择与权重确定

影响五莲县樱桃区划编制的因子主要有气候因子、地形因子和土壤因子[6]，对其分别赋予0.6、0.15、0.25权重。樱桃全生育期分为萌芽、开花、果实发育、成熟、分化等[10]，选择影响樱桃生长的8个密切相关气象因子作为种植区划影响因子，各因子权重如下：开花期日最低气温＜-1℃日数0.27，幼果期日最低温度＜-1.1℃日数0.22，休眠期日最低温度＜-10℃日数0.17，果实发育至成熟期日较差0.11，果实发育至成熟期日最高温度＞35℃日数0.09，果实发育至成熟期平均相对湿度0.06，全生育期总降水量0.05，全生育期总日照时数0.03。地形因子和土壤因子的不同权重数值通过层次分析法(AHP)赋值[11-12]，海拔高度、坡度、坡向3个地形因子权重均为0.33，土壤类型、质地、腐殖质厚度3个土壤因子权重分别为0.35、0.15、0.5。

3 樱桃精细化区划因子和分级指标分析

3.1 气候因子

3.1.1 开花期日最低温度＜-1℃日数 樱桃不抗霜冻，五莲县樱桃开花期（3月下旬—4月上旬）日最低气温＜-1℃的日数分布特征为西北部高，东南部低。高值区在西北部，最高值为13.1天。低值区在东南部，最小值为11.3天，全县平均为12.4天。

3.1.2 幼果期日最低气温＜-1.1℃日数 樱桃在幼果期抗冻能力比开花期弱，五莲县樱桃幼果期日最低气温＜-1.1℃的日数高值区分布在于里镇、汪湖镇和石场乡等西部地区，低值区出现在中部和东部乡镇，变化范围为0.3～0.7天，平均值0.5天，相差0.4天，变化较小。

3.1.3 休眠期日最低温度＜-10℃日数 五莲县樱桃休眠期（12月上旬—次年3月中旬）日最低气温＜-10℃的日数呈现西北部高于东南部的特点，最高值为5.4天，最小值为2.6天，最大相差2.8天，平均日数为4.4天。高值区主要包括西北部、北部和中部地区，低值区主要包括东南部地区。

3.1.4 樱桃果实发育至成熟期日较差 五莲县樱桃果实发育至成熟期（4月下旬—5月上旬）日较差呈西北部高，其他地区低的分布特点。最高值为10.8℃，分布在汪湖镇、于里镇等西北地区；最低值为10.6℃，分布在洪凝街道、松柏镇等地区。均值10.7℃，最高最低值相差0.2℃，差值不大。

3.1.5 樱桃果实发育至成熟期日最高温度＞35℃日数 五莲县樱桃果实发育至成熟期（4月下旬—5月上旬）日最高温度＞35℃日数空间分布特点为西北部、东部高于中部、南部地区。全县＞35℃日数平均值为2.9天，最高为3.1天，最低为2.7天，相差0.4天。

3.1.6 樱桃果实发育至成熟期平均相对湿度 五莲县樱桃果实发育至成熟期平均相对湿度空间分布相对较均匀，东南略高，西北部略低。最大值为63%，最小值是61%，平均值为62%，全县总体来看相对湿度相差不大。

3.1.7 樱桃全生育期降水量 五莲县樱桃全生育期（3月下旬—11月下旬）降水量分布呈现由南向北逐渐递减的规律，范围在675～699 mm，相差24 mm，平均降水量为690.6 mm。南部中部地区降水量较多，属高值区，低值区出现在北部。

3.1.8 樱桃全生育期日照时数 樱桃喜光，五莲县樱桃全生育期日照时数分布由北向南逐渐递减，最高值为1481.6 h，最低值为1449.2 h，全县平均值为1465.3 h，最高值和最低值相差32.4 h。其中西部、北部、中部地区属于高值区，西南、南部和东南地区为低值区。

3.2 地形因子

3.2.1 海拔高度 五莲县海拔高度起伏较大，范围在14～662 m之间，多山地丘陵[2-3]。全县大小山丘3000余个。海拔高度作为重要的地形因子，对樱桃生长有着重要影响，樱桃适宜在海拔较低的地方生长，本研究在计算时将此因子进行极小值标准化。

3.2.2 坡度 五莲县境内地形起伏大。当坡度大于10°时，对樱桃生长会有一定影响，当坡度大于30°时，不适宜种植樱桃，在计算时将此因子进行极小值标准化。

3.2.3 坡向 坡向通过影响光照和温度影响樱桃生长，将五莲县坡向进行分级，并赋值，无坡为1，北、东北、西北坡为2，东、西坡为3，东南、西南、正南坡为4。

3.3 土壤因子

3.3.1 土壤类型 五莲县土壤类型主要包括石质土、风沙土、新积土和棕壤土[6]。其中石质土主要分布在东北、中部、西南、南部和东南部地区；风沙土分布在西北、北部、中部、东南部地区，南部街头镇有少量风沙土；新积土和棕壤在全县零星分布。

3.3.2 土壤质地 五莲县壤土分布最广，其次为壤质砂土、砂壤土、砂质粘土壤，粘土和粘质壤土最少且零星分布在西部、中南部地区。

3.3.3 土壤腐殖质厚度 五莲县绝大部分土壤腐殖质厚度为0～3 cm，最厚的为5～10 cm，东部、南部、西北部等乡镇土壤腐殖质厚度大，其他地区土壤肥力低。

4 五莲县樱桃精细化区划

4.1 五莲县樱桃气候因子精细化区划

将影响樱桃生长发育的关键气候因子进行累加[13-17]，如式(1)。

式中，Y气候表示樱桃气候因子的种植适宜程度，Xi为气候因子，λi为权重。

将五莲县樱桃气候适宜度分成适宜、次适宜、不适宜3个级别，将8个气候因子加权计算[18-20]，得到五莲县樱桃气候因子精细化区划（图1）。结果表明，适宜度由东南向西北依次降低，3种类型面积相差不大。适宜区主要包括潮河镇、叩官镇、户部乡东部、街头镇东南大部地区和松柏镇东南小部地区，次适宜区主要包括洪凝街道、石场乡、街头镇西北部、户部乡西北部和许孟镇大部地区，不适宜区主要包括汪湖镇、于里镇、高泽镇、中至镇大部、许孟镇西北部。

图1 五莲县樱桃气候因子精细化区划图

4.2 五莲县樱桃地形因子精细化区划结果

将3个地形因子加权计算，如式(2)。

式中，Y地形表示樱桃地形因子种植适宜程度，X1、X2、X3分别表示坡度、海拔高度、坡向，λ1、λ2、λ3对应权重均为0.33，得到五莲县樱桃地形因子区划图（图2）。结果显示，五莲县樱桃种植地形适宜度总体较高。全县除了零星分布的少部分不适宜地区之外，其他绝大部分均为适宜、次适宜地区。

图2 五莲县樱桃地形因子区划图

4.3 五莲县樱桃土壤因子区划结果

将3个土壤因子标准化并乘以对应权重后进行加权计算，如式(3)。

式中，Y土壤表示樱桃土壤因子种植适宜程度，X1、X2、X3分别表示土壤类型、土壤质地、土壤腐殖质层厚度，λ1、λ2、λ3表示对应权重0.35、0.15、0.5，得到五莲县樱桃土壤因子区划图（图3）。从土壤因子的角度，五莲县樱桃种植适宜度一般，空间分布极不均匀，西北部、中部和东南部存在少部分适宜区。适宜区面积最少，次适宜区面积次少，不适宜区面积最大，3种类型零星交错分布在全县各地。

图3 五莲县樱桃土壤因子区划图

4.4 五莲县樱桃农业综合气候区划结果

用GIS软件对影响樱桃生长的气候、地形、土壤等14个影响因子进行加权叠加分析[21-23]，如式(4)。

式中，λ1为0.60，λ2为0.15，λ3为0.25。利用自然间断点分级方法将综合指数划分成一般适宜、适宜、最适宜3个等级[24-25]，得到五莲县樱桃农业气候区划图（图4）。

图4 五莲县樱桃农业气候区划图

五莲县樱桃种植适宜度呈现自东南向西北递减的趋势，适宜区所占面积为394.0 km2，约占全县的26.3%；次适宜区面积占708.7 km2，约占47.2%；不适宜区所占面积为397.2 km2，约占全县的26.5%。五莲县樱桃种植适宜区主要分布在东南部的街头镇、叩官镇、潮河镇和户部乡，次适宜区主要分布在中部和北部的许孟镇、洪凝街道、松柏镇、石场镇等部分地区，不适宜区主要分布在于里镇、高泽镇、汪湖镇和中至镇。综合考虑气象、地形、土壤因子，全县大部分区域适宜樱桃种植，具有较广的区域性和较强的适宜性。

5 讨论

孙玉刚曾用数学统计方法对影响甜樱桃生长的关键气象因子进行模糊聚类分析，并将五莲县作为30个聚类样本之一，结论是五莲县属甜樱桃最适宜栽培区，跟本研究的结论基本一致，不同的是本研究将全县樱桃种植区划进行了细化，全县绝大多数地区属于樱桃种植适宜或次适宜区，西北地区属于不适宜区。区划结果能够反映五莲县实际樱桃种植状况特征，并且可根据各区域适宜性程度对樱桃种植区域做出调整和优化。五莲县樱桃种植产业除了适当扩大种植面积外，还应该结合山区春季易发生干旱和倒春寒的气候特点，选择抗旱、抗冻品种。樱桃不耐储藏，但营养丰富，需要进行产品深加工，建议向生产樱桃汁、樱桃酒、樱桃化妆品等方向发展，帮助果农提高产品附加值。