基于GIS 支持的阳谷县冬小麦精细农业气候区划

2013-12-23赵春芳张义豪孙培良魏吉忠

山西农业科学 2013年9期

赵春芳，张义豪，孙培良，刘顼，魏吉忠

（1.阳谷县气象局，山东阳谷250000；2.聊城市气象局，山东聊城252000）

山东阳谷县位于东经115°39′～116°06′，北纬35°55′～36°19′之间，地处山东省西部，聊城地区南端，鲁西平原，黄河之北。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季晴爽有旱涝，冬季盛行西北风，寒冷干燥。阳谷县下辖阳谷镇、高庙王、张秋镇等16个乡镇。山东省气象学会、冯晓云等对山东省农作物的气候资源进行过研究，建立的区划标准已在业务中应用[1-9]。为了更好地指导全县小麦生产，利用区域自动气象观测站、邻县观测资料，模拟计算30 a全县各乡镇小麦区划气象资料，以GIS技术作为支持，开展了县域以下小麦的精细化气候区划研究。

1 资料来源

气象观测数据采用阳谷县气象站1981—2012年地面观测资料、各乡镇2006—2012年区域自动气象观测站资料以及周边聊城市、莘县、台前等台站观测资料；乡镇无观测点的利用差值法计算得到。

主要农作物的生长期等作物生育期观测资料来自聊城市气象局国家基本农业气象观测站历年作物发育期观测资料，区划中所选用的其他分析指标如耕地比例等数据来自阳谷县2011年统计年鉴。

2 区划原理与区划方法

2.1 农业气候区划原理

农业气候区划是从农业生产的需要出发，根据农业气候条件的地区差异进行区域划分。一般是在分析地区农业气候条件的基础上，采用对农业生产有重要意义的气候指标，遵循农业气候相似原则，将一个地区划分为若干个农业气候区域；各区都有其自身的农业气候特点、农业发展方向和利用改造途径。农业气候区划步骤为：首先针对农业生产中的主要气候问题，找出关键性气候因子和关键时期确定指标，进行农业气候条件分析；然后确定区划系统与区划指标值，进行分区；最后进行分区评述。

农业气候区划可分为综合和单项2类。综合区划全面考虑农、林、牧、渔各业与气候条件的关系；单项区划只考虑某一生产门类、某一作物或某一农业生产问题与气候条件的关系，或某种农业气象灾害、某项农业气象要素。

为了加强农业适应气候变化，提高决策服务的水平，对阳谷县播种的主要农作物进行精细化农业气候区划，区域以乡镇为基准划分，并根据农作物受气象灾害影响情况作农作物气象灾害风险区划。阳谷县属古老的平原农业区，随着农业生产的发展，主要种植的农作物有小麦、玉米等粮食作物。此次阳谷县的农业气候区划主要选择粮食作物小麦作单一农作物精细化农业气候区划。

2.2 农业气候区划指标和农作物气象灾害的风险指标

该次区划中的热量指标为0℃农业界限温度期间的积温、年平均气温日较差、作物生长期平均气温日较差、最热月平均气温以及最冷月平均气温；水分指标为降水量。此外，还有极大风速和光照等其他指标。除前面提到的气象条件指标外，辅助指标结合土壤、地形等自然景观的差异作补充指标。

农作物的气象灾害危害性有干旱造成的缺水，洪涝使农作物受淹，大风造成的农作物倒伏，高温造成的高温灼伤和低温造成的冻害，气象要素引起的病虫害等。指数分别为水分敏感指数、受淹指数、倒伏指数、耐低温能力、抗冻能力、抗病虫害能力。

2.3 农作物生长基本特征

小麦是小麦属植物的统称，是一种广泛种植的粮食作物，总产量在世界上排名第2，仅次于玉米。山东地处中国的北方，种植的为冬小麦，秋季10—11月播种，翌年5—6月成熟，生育期长达180 d左右。其生长必须经过春化和光照2个发育阶段。小麦种子萌发后，便进入春化阶段的发育。其特点是在所需要的综合条件中必须有一定时间和一定程度的低温，否则就不能通过春化阶段，永远停留在分蘖状态。根据小麦通过春化阶段所需温度高低和时间长短，可把小麦品种分为冬性、半冬性和春性3种基本类型。

小麦通过春化阶段后，在适宜的外界环境条件下，就进入第2个发育阶段，即在光照阶段，低温使小麦通过春化，具备了拔节抽穗结实基础，但还必须通过一定的光照时间，才能最终完成生长周期。若已通过春化阶段的幼苗，仍处在每天8～10 h光照条件下，小麦则迟迟不能抽穗。特别是冬性品种，反应更为敏感。反应迟钝型：每日8～12 h光照，16 d通过。中等类型，每日8～12 h光照，24 d通过。反应敏感型，每日12 h的光照，30～40 d通过[10]。

2.4 气象资料插值方法

本次评估根据实际情况，没有区域自动气象观测站期间采用线性回归方法。原理为：线性回归模型描述2个要素之间的线性相关关系，如2个要素间存在显著的相关关系，就可以建立二者之间的线性回归方程，其表达式为：

在部分乡镇安装区域自动气象观测站以后，没有安装区域自动气象观测站的乡镇采用空间格点插值法计算相应气象资料。

3 阳谷县气象气候特征分析

3.1 阳谷县0 ℃积温气象条件分布

阳谷县累年稳定通过0℃的积温在4 779.9～5 171.7℃之间（图1），其中郭屯乡位于阳谷县北端，积温最低，为4 779.9℃，阳谷县西南部的高庙王镇最高，为5 171.7℃，其他乡镇在4 779.9～5 171.7℃之间。

3.2 阳谷县降水量分布

阳谷县累年平均降水量在473.8～552.6 mm之间（图2），阳谷县南部金斗营、李台、寿张、十五里元、张秋5镇及北部的郭屯镇累年降水在500 mm以下，西湖、定水、安乐、阿城以及阳谷城累年降水量在530 mm以上。其中，张秋镇降水最少，只有473.8 mm，阿城镇累年降水量最多，达552.6 mm，其他乡镇在473.8～552.6 mm之间。

3.3 阳谷县日照时数分布

阳谷县累年的平均日照时数集中在2 090～2 290 h之间（图3），西南部的金斗营镇累年日照时数最低，为2 094.5 h，阳谷县的定水、阿城及阳谷县城在2 200 h以上，县城最高，为2 283.1 h，其他乡镇在2 100～2 200 h之间。

3.4 阳谷县平均日较差分布

阳谷县累年平均日较差在9.8～11.4℃之间（图4），南部地区累年日较差在10℃以下，阳谷县定水镇累年日较差11.4℃，为全县最高，其他乡镇在10.0～11.0℃之间。

3.5 阳谷县最热月平均气温分布

阳谷县累年最热月平均气温在25.9～30.6℃之间（图5），阳谷县的七级、郭屯、阳谷县城累年最热月平均气温在27℃以下，其中，郭屯镇平均气温最低，为25.9℃，阳谷县高庙王镇最热月平均温度最高，达30.6℃，其他乡镇在27.0～30.0℃之间。

3.6 阳谷县最冷月平均气温分布

阳谷县累年最冷月平均气温在-4.0～-1.1℃之间（图6），平均温度分布基本呈从南到北降低，其中，阿城镇最冷月累年平均气温最低，为-4.0℃，阳谷县南部的金斗营镇最冷月平均气温最高，为-1.1℃，其他乡镇在-3.8～-1.6℃之间。

3.7 阳谷县极大风速分布

阳谷县累年平均极大风速在5.6～9.4 m/s之间，其中，定水镇累年极大风速最低，为5.6 m/s，阳谷东北角的七级镇平均极大风速最大，为9.4 m/s，其他乡镇在5.6～9.4 m/s之间。

4 阳谷县小麦精细化农业气候区划

小麦气候区划各地指标不同，山东省一般采用全生育期≥0℃积温、冬前≥0℃积温、12—2月负积温、光照阶段的日照时数、灌浆期日较差、全生育期降水量等指标。根据聊城市1981—2012年小麦农业生育期开始和成熟时间统计，生育期一般为10月13日至翌年6月7日，灌浆期平均为5月14日至6月4日。

4.1 阳谷县小麦生育期0 ℃积温气候区划

按聊城市代表站累年平均生育期计算，阳谷县小麦生育期≥0℃积温在1 967.2～2 100.8℃之间（图7），除郭屯镇生育期≥0℃积温低于小麦生育期2 000～2 200℃的积温外，其他乡镇生育期积温均能满足小麦生育期的积温需求。由图7可知，郭屯镇小麦种植时间应早于其他乡镇，以提高生育期积温。

4.2 阳谷县小麦冬前0 ℃积温气候区划

阳谷县小麦生育期按聊城市代表站累年平均冬前温度计算≥0℃积温在559.3～631.8℃之间（图8），按“山东省主要农作物气象指标及农业气候区划研究”中冬前积温550～750℃作为冬小麦适时播种的一个温度标准，冬前积温少于400℃难以形成壮苗，多为弱苗；冬前积温若介于750～800℃之间，可形成冬前壮苗。阳谷县冬前积温均在适宜范围内。参考临近省[1-2]半冬性和弱春性小麦对冬前积温的试验结论，积温在600℃以下适合种植弱春性小麦，主要分布在阳谷县的中部和南部，其他地区适合种植半冬性小麦。

4.3 阳谷县小麦12—2 月负积温气候区划

阳谷县小麦12—2月的负积温在-175.6.3～-78.9℃之间（图9），按“山东省主要农作物气象指标及农业气候区划研究”结论，冬小麦负积温在-240℃以上不会造成冻害，整个阳谷县均在无冻害范围内。阳谷县负积温呈现从南向北增大趋势，小麦越冬条件从南向北变差。

4.4 阳谷县小麦灌浆期日较差气候区划

阳谷县小麦灌浆期日较差在10.9～13.0℃之间（图10），冬小麦灌浆期日较差最小值出现在阿城镇，为10.9℃，最大出现在高庙王镇，为13.0℃。阳谷县灌浆期日较差从东向西增大，全县灌浆期日较差基本上都在11℃以上，属昼夜温差较大的地区，尤其七级和高庙王镇日较差在12℃以上，使小麦糖分含量高、口感好。

4.5 阳谷县小麦生育期降水气候区划

阳谷县小麦生育期降水量与冬小麦蓄水量百分比在26.7%～34.6%之间（图11），按“山东省主要农作物气象指标及农业气候区划研究”结论，山东省小麦生育期降水占需水量的20%～40%，阳谷县冬小麦生育期降水量正好在此中间，冬小麦生育期在山东的需水量450～525 mm，小麦生育期缺水量比较大，需要很好的灌溉条件[10-12]。

4.6 阳谷县小麦光照阶段日照时数气候区划

阳谷县光照阶段的日照时数均为8～9 h（图12），光照时间最长为金斗营镇（9.1 h），最短为郭屯镇（8.1 h），冬小麦品种应选择感光性弱或中等类型。

5 小结

综合上面小麦生长期间的生育期积温、冬前积温、灌浆期日较差等6个生育指标，阳谷县全县处于冬小麦的适宜种植区。

阳谷县小麦生育期内的积温正好在小麦的适宜期间，以阳谷县各乡镇小麦生育期积温作平均统计，按2 000～2 200℃的生育期积温要求，阳谷县冬小麦的适宜播期为10月3—16日[2-3，10]。

根据冬前积温的分布，阳谷县从南向北小麦适合弱春性向半冬性品种播种；从负积温看，一般年份不会出现冻害，个别年份可能会出现晚霜冻害；从最热月温度分布来看，会有干热风等高温灾害存在[10-14]。从灌浆期日较差的统计可知，阳谷县小麦从东向西日较差增大，成熟小麦的含糖量增多，口感品质越好[4-7]。阳谷县小麦光照阶段的日照时数短，小麦品种应选择感光性弱或中等类型。阳谷县的降水量与需水量比例在30%左右，缺水量比较大，需要很好的灌溉条件。阳谷县地处鲁西平原，每千米分布机井40眼，很好地满足了小麦的灌溉条件，可保障小麦丰收[10-14]。

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