滕州市冬小麦精细化农业区划研究

张立文，黄燕玲，赵淑芳

（枣庄市气象局，山东枣庄 277800）

滕州市冬小麦精细化农业区划研究

张立文，黄燕玲，赵淑芳

（枣庄市气象局，山东枣庄 277800）

文章利用滕州市1个国家气象观测站和20个区域自动观测站的冬小麦生长阶段气象数据、土壤、地形资料及地理信息，选取冬小麦生长的主要影响因子建立区划指标，并结合GIS技术和层次分析法，将全市划分为最适宜种植区、适宜种植区和一般适宜种植区。结果表明，滕州市冬小麦气候因子适应性整体水平比较高，呈现由东南向西北递减的趋势；从地形因子的角度看，滕州市大部分地区处于适宜和最适宜种植区；考虑土壤因子则发现，滕州市冬小麦种植适宜程度均较好，中部和西南部高于其他地区。综合考虑3个因子，并结合河流及土地利用类型得出，冬小麦精细化综合农业区划，即冬小麦适宜性南部高于北部，西南部适宜性最强，最适宜、适宜等级占全市面积的一半以上。

冬小麦 精细化 农业区划

冬小麦是世界上分布最广泛的作物之一，除南极洲外，小麦生产遍布世界各大洲。我国的栽培小麦其原产地主要是中亚和西亚，后经土耳其通过阿富汗、新疆或印度传入我国[1]。冬小麦也是滕州市主要粮食作物之一，播种面积约5.45万hm2，占全市粮食作物面积的49.4%左右[2]。

该市小麦多为弱冬性品种，生育期约245～250 d。由于各地气候条件、下垫面属性及耕作制度的差异，冬小麦生产存在一定的地域性。虽然早在20世纪90年代，崔读昌就进行了中国小麦综合气候区划，但区划指标主要考虑气候条件，并未涉及地形、土壤等影响因子[3]。紧接着山东省农业部门也进行了冬小麦种植区划[4]。随着气候变暖、土地利用多元化和经济的迅速发展，冬小麦种植区域发生了新的变化，需要重新对冬小麦种植的综合适宜性进行科学的精细化区划。

传统的农业气候区划往往是以省份为界限，区划结果均是根据气象站点资料的分析，忽略海拔高度、坡度、土壤类型等属性对冬小麦的影响，所得结果难以精确反映县市的农业区划状况。

滕州市地貌类型多样，自东北向西南依次为低山、丘陵、平原、滨湖，气候条件差异较大，站点资料的代表性更差。而在GIS技术支持下，建立区划地区千米网格的精细化农业资源时空分布模型，可大幅度提高区划结果的精确度，使区划成果趋于相对均质的地理网格单元[5-6]。

在农业资源区划工作中，GIS技术已得到广泛的应用[7-8]，效果较为显著。因此，文章结合GIS技术和层次分析法，在考虑气象条件的基础上，增强了对山区、丘陵、平原等复杂多变的地形及土壤类型、质地的模拟能力，且进一步考虑滕州市河流及土地利用类型，得到滕州市冬小麦精细化综合农业区划。这有利于种植户针对性地优化布局和趋利避害，提高冬小麦生产能力。

1 资料与方法

1.1 资料与处理

采用滕州市1个国家气象观测站和20个区域自动观测站2007～2015年温度（平均温度、极端最高、最低温度）、降水（降水总量、极端降水）、日照、相对湿度等气象要素数据。土壤资料包括土壤类型、土壤质地和腐殖质层厚度，数据均来源于山东省气象局。地形数据为山东省海拔高度、坡度、坡向，资料来源于CGIAR-CSI提供的SRTM全球高程数据。综合区划所用的土地类型栅格数据和河流矢量数据分别由山东省气象局和中国国家数据中心提供。

现有的气象观测资料只能反映站点周围区域的气候概况，不能全面表征所代表区域的详细情况。因此，采用Kriging插值法，在有限区域内，对区域化变量进行无偏差最优估计，对已知样本点赋权重来求得未知样点值，从而获取滕州市分辨率90 m×90 m的栅格图。在区划过程中，由于所选因子的量纲不同，需要将因子进行标准化。根据区划中因子与作物种植适宜程度的关系而选择，若因子与作物种植的适宜程度成正比，则采用极大值标准化方法；反之，采用极差标准化方法。

1.2 区划方法

目前，精细化农业区划中，常用的数理统计方法涉及最优分割、聚类分析、线性回归、模糊综合评判、层次分析等方法。层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是对一些较为复杂、较为模糊的问题，做出决策的简易方法，特别适用于那些难于完全定量分析的问题。层次分析法能将决策者的思维过程条理化、数量化，便于计算。此外，所需的定量化数据较少，但对问题的本质、所涉及的因素及其内在关系分析得比较透彻、清楚。

考虑到不同因子在区划评价中的影响程度存在一定的差异，分别对不同的因子赋予不同的权重系数，并综合考虑了各个因子对总体对象的影响程度，对各因子的计算结果进行加权平均，即得到综合区划指标。

其中，Cvj评价因子的总值，Qvij是对于因子j的指标i（Qij≥0），Wci是指标i的权重值（0≤Wci≤1），m是评价指标个数。

根据冬小麦生育期各阶段所需气象条件的不同，选择了最可能影响冬小麦生长的8个气象要素作为冬小麦种植区的影响因子，并根据冬小麦对不同地形因子与土壤因子的适应性及受影响程度不同，采用层次分析法赋予不同权重，具体因子的选取及权重分配见图1。

2 区划结果分析

2.1 气候因子精细化区划结果

图1 滕州市冬小麦精细化农业区划因子及权重分配

将影响冬小麦生长发育的关键气候因子进行累加，结果显示，滕州市冬小麦种植气候适宜性总体呈现由东南向西北递减的趋势（图2）。张汪镇、柴胡店镇、官桥镇、木石镇、西岗镇、鲍沟镇、南沙河镇为冬小麦气候因子最适宜种植区。最适宜种植区位于滕州市南部区域，该地区冬前≥0℃积温（10月1日至12月10日）范围在745～760℃，冬季负积温（12月至来年2月）范围在-90～-84.0℃。冬前积温相对较高，有利于提高冬小麦的冬前壮苗叶龄指数，使其安全越冬；较高的冬季负积温有利于冬小麦的春化过程。滕州市南部地区冬小麦灌浆期（5月11日至6月5日）出现轻干热风日数少于5.5 d，重干热风出现的几率微乎其微，小于0.1 d。冬小麦生育期降水量，自滕州市西北部向东南部逐渐增加，水资源较为丰富，能满足冬小麦生长的水分需求。该区域积温及水资源都比较丰富，与冬小麦各生育期的需求规律配合恰当，是滕州市冬小麦种植的最适宜气候区域。

东北部、西北部为冬小麦气候条件一般适宜区。该地区冬前≥0℃积温为735～745℃，冬前负积温为-95.0～-90.0℃，冬小麦灌浆期干热风气象灾害出现的日数较多，全生育期降水量小于225 mm，相对比较匮乏。该地区积温比较低，易受冻害，冬小麦全生育期降水量偏少，易出旱情。因此，该地区是滕州市冬小麦种植的一般适宜气候区域。

图2 滕州市冬小麦气候因子精细化区划结果

图3 滕州市冬小麦地形因子精细化区划结果

图4 滕州市冬小麦土壤因子精细化区划结果

冬小麦气候条件适宜种植区位于最适宜气候区和一般适宜气候区之间的过渡区，主要分布在市区、级索镇、姜屯镇、东沙河镇及羊庄镇。该地区冬前≥0℃积温为725～735℃，冬前负积温为-104.0～-95.0℃，冬小麦灌浆期干热风气象灾害出现的日数较少，全生育期降水量适中，为235 mm左右，气候条件比较适合冬小麦种植。

综上所述，该市冬小麦气候因子适应性整体水平较高。

2.2 地形因子精细化区划结果

海拔高度作为衡量地形变化的重要因子之一，对农作物有着重要的影响，一般作物适宜在海拔较低的平原地区生长。滕州市地处鲁中南山区的西南麓延伸地带，总体地势自东北向西南倾斜，依次为低山、丘陵、平原、滨湖。最高点为滕州市东郭莲青山，海拔596.6 m；最低点为滕州市滨湖湖东村。低山丘陵占总面积的30.5%，平原占61.6%，滨湖占7.9%。其次，坡度对农作物的影响也至关重要。作物一般在平原地区或山间平地生长较好，当坡度大于10°时，对农作物的生长就会有一定的影响，当坡度大于30°时，则完全不适宜种植作物。滕州市地势较为平坦，丘陵、平原占全市的绝大部分地区。滕州市的中部及西南部坡度均在10°以下，仅北部小部分地区存在10°以上坡度。而坡向对于农作物的影响主要是间接的，坡向通过影响光照和温度来影响作物的生长。一般越靠近南向的坡，光照和温度条件越好，对作物的生长也越有利。

图5 滕州市冬小麦精细化区划结果

图6 滕州市冬小麦精细化综合农业区划结果

结合滕州市海拔高度、坡度、坡向等3个地形因子得出，并从滕州市冬小麦地形因子精细化区划结果（图3）可以看出，滕州市大部分地区处于适宜和最适宜种植区。相比而言，东北部和东南部适宜性较差，主要是由于这2个地区的海拔高度相对较高，坡度也比较大，为一般适宜区。

2.3 土壤因子精细化区划结果

滕州市土壤类型繁多，分布复杂，多样化程度较高，包括非土壤、石质土、风砂土、潮土、红粘土、砂浆黑土、水稻土、褐土及棕壤等9种。褐土主要分布在界河、大坞、姜屯、羊庄、官桥、柴胡店、滨湖等乡镇。潮土分布于低洼平地，适种作物广泛，是各种土壤中最好的1个土类。水稻土多分布在部分倾斜平原的交接洼地，宜种植水稻。砂浆黑土主要分布在石灰丘陵东侧的低洼狭长地带。

土壤质地则是根据土壤的颗粒组成划分的土壤类型。土壤质地一般分为砂土、壤土和粘土等3类，是土壤物理属性之一。滕州市土壤质地分为壤质砂土、壤土、砂壤土、粘壤土、粉砂壤土、砂质粘壤土、粉砂质粘壤土等7类。其中，以砂壤土分布最广，占总面积的绝大部分。壤土主要分布在滕州市的北部和中部；粘壤土较多分布在西北部和中部，少量分布在南部；壤质砂土分布在西部和北部；砂质粘壤土分布较少，集中分布在西北部。而腐殖质层是指富含腐殖质的土壤表层，含有较多的植物生长所必需的营养元素，特别是氮素。土壤肥力的高低与腐殖质层的厚度和腐殖质的含量密切相关。因此，腐殖质层的状况，常作为评价土壤肥力的标准之一。滕州市土壤腐殖质厚度空间差异性较大，介于0～10 cm之间。

结合滕州市土壤类型、质地及腐殖层厚度，得到滕州市冬小麦土壤因子精细化区划结果（图4）。从土壤因子的角度发现，滕州市冬小麦种植适宜程度均较好，中部和西南部高于其他地区。最适宜区零散分布在滨湖镇、大坞镇、界河镇、姜屯镇、市区、级索镇、西岗镇、鲍沟镇、羊庄镇、张汪镇、东沙河镇、南沙河镇、龙阳镇、东郭镇、官桥镇、柴胡店镇、木石镇、洪绪镇，适宜区主要分布在最适宜区的邻近外围区域。

2.4 冬小麦精细化农业区划结果

综合考虑气候、地形、土壤等3个因子，滕州市冬小麦适宜性整体呈西南向东北递减的趋势（图5）。滕州市西南部地区气候条件适宜，光、热、水资源较为丰富，所处地区海拔高度80 m以下，地势较为平坦，土壤的质密性、保水性较好。因此，该地区是冬小麦的最适宜种植区。而北部地区，冬前≥0℃积温和冬季负积温均偏低，2月下旬至3月上旬的日平均温度稳定通过3℃，日期出现偏晚。在冬小麦灌浆期，出现轻、重干热风农业气象灾害的频率比南部地区高，全生育期降水量明显偏少，且北部区域所处地势较高，多为低山、丘陵，土壤类型多为风沙土、棕壤等。因此，地处北部地区的滨湖、大坞、界河、龙阳及东郭等乡镇为冬小麦的一般适宜种植区。

为了使区划更加精确，在考虑气候、地形、土壤因子的区划基础上，进一步考虑滕州市河流及土地利用类型，即将河流、草地、林地、城镇、裸地等排除，得到滕州市冬小麦精细化综合农业区划（图6）。

滕州市冬小麦适宜性南部高于北部，西南部适宜性最强。最适宜、适宜等级占全市面积的一半以上。其中，最适宜区集中分布在柴胡店镇西部、张汪镇、西岗镇、鲍沟镇、级索镇及官桥镇；适宜区主要分布在洪绪镇、南沙河镇、木石镇、羊庄镇、东沙河镇、姜屯镇及滨湖镇、大坞镇、界河镇、龙阳镇、东郭镇等乡镇的南部；一般适宜种植区主要分布在滨湖镇、大坞镇、界河镇、龙阳镇、东郭镇等乡镇的北部。

3 结论与讨论

（1）采用Kriging插值法对影响滕州市冬小麦生长的气候、地形、土壤指标要素栅格化，得到了分辨率90 m×90 m的要素栅格图。结合GIS技术和层次分析法，将全市划分为最适宜种植区、适宜种植区和一般适宜种植区等3个分区，比传统区划结果空间分辨率更高，且更为精细化。

（2）滕州市冬小麦气候因子适应性整体水平较高，呈现由东南向西北递减的趋势。滕州市南部区域冬季积温及水资源都比较丰富，与冬小麦各生育期的需求规律配合恰当，是种植的最适宜气候区域。东北部、西北部积温比较低，易受冻害，全生育期降水量偏少，易出旱情，是种植的一般适宜气候区域。而适宜种植区主要分布在市区、级索镇、姜屯镇、东沙河镇及羊庄镇。从地形因子的角度可以看出，滕州市大部分地区处于适宜和最适宜种植区。考虑土壤因子则发现，滕州市冬小麦种植适宜程度均较好，中部和西南部高于其他地区。

（3）综合考虑气候、地形、土壤等3大因子，滕州市冬小麦适宜性整体呈西南向东北递减的趋势。进一步考虑滕州市河流及土地利用类型得出，冬小麦精细化综合农业区划，即冬小麦适宜性南部高于北部，西南部适宜性最强。最适宜、适宜等级占全市面积的一半以上。

[1] 龚绍先．粮食作物与气象．北京：农业大学出版社，1988．15～18

[2] 滕州市地方史志办公室编著．滕州年鉴2016．中国国际文化出版社，2016．192～193

[3] 崔读昌，曹广才，张龙，等．中国小麦气候生态区划．贵州科技出版社，1991．1～10

[4] 山东省农业厅编著．山东小麦．北京：农业出版社，1990．1～7

[5] 马晓群，张宏群，吴文玉，等．安徽省冬小麦品种生态气候适宜性分析和精细化区划．中国农业气象，2012，33（1）：86～92

[6] 余卫东，陈怀亮．河南省夏玉米精细化农业气候区划研究．气象与环境科学，2010，33（2）：14～19

[7] 郭兆夏，朱琳．GIS在气候资源分析及农业气候区划中的应用．西北大学学报（自然科学版），2000，30（4）：357～359

[8] 苏永秀，李政，丁美花，等．基于GIS的广西沙田柚种植气候区划研究．果树学报，2005，22（5）：500～504

[9] 苏占胜，秦其明，陈晓光，等．GIS技术在宁夏枸杞气候区划中的应用．资源科学，2006，28（6）：68～72