基于GIS与RS的贵州省芒果种植气候区划

2017-11-30吴小波韩树全黄海龚德勇范建新

江苏农业科学 2017年20期

吴小波+韩树全+黄海+龚德勇+范建新

摘要：以贵州省各县主要气象台站1995—2014年的气候统计资料为基础，综合考虑气候、海拔、坡度等因子，运用地理信息系统（GIS）和遥感（RS）软件，确定芒果的种植区域，将不适宜芒果种植的地块屏蔽，完成贵州省芒果种植气候区划专题图制作。结果发现，贵州省芒果可种植区域划分为优势种植区（最适宜区、适宜区）和一般种植区（次适宜区）。可种植区域主要分布在贵州省南盘江、北盘江、红水河、赤水河流域低热河谷地带。优势种植区面积为 46 037.4 hm2，占芒果可种植区域面积的98.86%，主要分布在南盘江、北盘江、红水河低热河谷地带海拔203～850 m的区域；一般种植区面积为531.07 hm2，占芒果可种植区域面积的1.14%，分布在赤水河流域海拔210～400 m处。本区划可为贵州省芒果产业发展规划提供科学依据。

关键词：地理信息系统（GIS）；遥感（RS）；芒果；气候区划；贵州省

中图分类号： S127 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）20-0268-04

芒果（Mangifera indica L.）别称檬果、闷果、蜜望、望果等，属漆树科（Anacardiaceae）芒果属，喜高温干燥，适应性广，速生易长，结果早，寿命长，易栽培管理。原产于印度、马来西亚等热带地区，是一种热带亚热带常绿果树，集“水果、医药、保健”作用为一体，具有很高的经济价值，有“热带果王”的美誉，发展前景看好。贵州是典型的溶岩化高原山区省份，地处我国云贵高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，具有南亚热带、中亚热带、北亚热带和暖温带多种气候类型，是农业部确定的全国9个南亚热作省区之一。其中，贵州的南盘江、北盘江、红水河、赤水河流域海拔在850 m以下的中低山低热河谷地区，大部分属南亚热带气候。该区夏、秋多湿，雨热同季，冬、春干旱少雨，气候温暖，干湿季节明显，无霜期长，比较适宜亚热带作物的生产。20世纪90年代以来，贵州先后引进桂热、桂香、红象牙、紫花、吕宋、金煌、凯特、红玉等芒果品种在南盘江、北盘江和红水河流域的望谟、册亨、贞丰、兴义等县（市）进行试种观察，成功筛选出适宜贵州南亚热带地区发展的芒果品种。引种成功的芒果品种耐干旱、病虫害少、高产稳产、品质优良，是贵州山地特色高效农业发展的良好经济作物。因此，在贵州南盘江、北盘江、红水河和赤水河流域的低热河谷地区发展芒果生产具有较大的潜力[1-6]。

近年来，许多研究学者把地理信息系统（GIS）和遥感（RS）软件技术广泛应用于我国农业气候区划，显著提高了区划的精度，同时取得了一些可喜的研究成果。王旭等利用GIS和RS技术对贵州省火龙果种植进行了气候区划分析[6-7]。黄桔梅等基于GIS技术实现了贵阳市主要蔬菜品种的气候适应性区划[8]。丁丽佳等和王春林等分别运用GIS开展了广东省荔枝种植气候区划和寒害监测预警研究[9-10]。莫建国等和杨鹏武等分别利用GIS技术对威宁县和昭通市烤烟种植进行了气候区划和气候区划评估预测研究[11-12]。从目前科研和应用情况看，关于贵州省利用GIS和RS软件技术进行芒果种植气候区划的相关研究还未见报道。为此，笔者根据芒果栽培种植的气象指标，以贵州省近20年（1995—2014年）气象统计资料为基础，采用GIS和RS软件技术对贵州省芒果可种植区域进行气候区划研究，旨在充分挖掘芒果生长的气候资源优势和为贵州省芒果产业发展规划提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 基础数据收集

地理信息数据来源于贵州省基础地理信息数据库，主要采集贵州省行政边界、等高线、铁路公路交通图、水系图等信息资料。土地利用图采用2008年分辨率为30 m的ETM遥感图像。气候及台站背景资料主要收集贵州省各县主要气象台站1995—2014年气象资料及站名、站号、经度、纬度、温度、海拔等数据。

1.2 区划指标

根据文献资料收集查阅，结合专家咨询和芒果生长特性，总结出制约贵州省芒果种植的主要因素是热量条件，热量的高低直接影响着芒果栽培适宜程度，关系着贵州省芒果产业发展的成败。根据芒果种植对气候条件的特殊要求，在贵州省南北盘江和红水河流域部分低热河谷区试种成功的基础上，选择年平均气温、最冷月月平均气温、≥10 ℃活动积温、≥10 ℃积温持续天数、平均极端最低气温、日均气温≤0 ℃连续时数等热量指标作为贵州省芒果种植气候区划的区劃因子。根据芒果种植对热量条件的要求及贵州生产栽培的实际情况，参考以往的科研成果，建立了划分芒果适宜种植区气候区划指标体系（表1）。

1.3 地形地类限制因子

贵州省地形地貌复杂，全省地貌包括高原山地、丘陵和盆地3种基本类型，其中山地和丘陵面积占全省总土地面积的92.5%。因此，发展芒果种植，要充分利用山地资源，合理布局，选择好地形、地势适度种植。根据贵州省芒果生产栽培适应性情况，种植区海拔一般要求在850 m以下，坡度小于25°，适宜栽培的土地类型主要有山地、农田和灌草地，剔除林地、荒漠山头、水域、峡谷、坡度>25°的山地、公路及城镇建设用地等不可种植区。

1.4 区划方法

1.4.1 气象方程的建立贵州省地势西高东低，自中部向北、东、南3面倾斜，西部海拔2 000 m左右，中部海拔500 m以下，平均海拔在1 100 m左右。这一地势特征使全省水系顺地形由西部、中部呈帚状向北、东、南3面分流，区域地形地貌类型组合也随之不同，同时热量条件也呈现出规律的分布特征[13]。区划将全省潜在的芒果种植区域进行分组，在贵州省各县主要气象台站1995—2014年气象统计资料的基础上，运用SPSS 19.0统计软件进行分析，同时采用回归分析曲线模型进行估计，筛选出各个种植区域热量指标与海拔间显著性最强、判定系数最高的气象方程。在气象方程建立过程中主要的应用模型包括：线性模型、二次项曲线模型、三次项曲线模型、增长曲线模型、对数曲线模型、指数曲线模型、幂函数曲线模型、倒数曲线模型、复合曲线模型、Logistic曲线模型和S曲线模型。endprint

1.4.2 种植区域的确定根据贵州省芒果种植区划气象指标，利用相关气象指标回归模型估算出各流域各气象指标值相应的海拔高度，即可得到符合各项气象指标的区域范围，各区域范围的重叠部分，即是适宜芒果种植的区域。结合地形地类限制因子，确定贵州省适宜种植芒果的县市。

2 结果与分析

2.1 区划专题图制作

在贵州省等高线矢量化的基础上，利用ArcGIS软件生成贵州省DEM数据（分辨率为5 m），以DEM数据为基础，采用ArcGIS软件三维分析工具提取地形海拔变率和坡度变率的栅格图层，得到贵州省海拔分级图和坡度分级图（图略）。本区划采用美国陆地资源卫星分辨率为30 m的ETM 遥感图像，选用ETM+的2、3、4波段进行标准假彩色合成，在GIS和RS软件的支持下进行遥感图像预处理，采用直方图均衡化、直方图匹配、去霾处理等GIS图像处理手段增强图像效果。同时以野外定点调查结果、贵州省DEM数据和植被分布图为背景数据，通过室内人机交互、聚类分析、去除分析和数据重采样等处理技术，得到分辨率为5 m×5 m的贵州省土地利用现状图（图略）。在各专题图的基础上，叠加以县为单位的行政界线，运用ArcGIS软件的裁剪提取工具，获得适宜种植芒果各流域的基础信息。综合各气象指标、地形、地类等限制因子，在ArcMAP平台上对各指标进行空间分类叠加和栅格数据的逻辑运算，得出各流域芒果种植的优势种植区和一般种植区，给不同区域赋予不同的颜色，通过栅格数据合并，得到贵州省芒果种植区域。同时叠加贵州省铁路公路交通网、水系网、经纬网、乡镇界和图例等，最后输出贵州省芒果种植气候区划专题图（图1）[14-15]。

2.2 芒果种植区域

根据贵州省多年气象资料和芒果生长栽培特性对热量条件的要求，将贵州省可能种植芒果的县市按流域进行划分：（1）赤水河流域：赤水市、习水县、仁怀市；（2）南盘江流域：兴义市、安龙县、册亨县；（3）北盘江流域：镇宁县、关岭县、晴隆县、普安县、紫云县、册亨县、兴仁县、贞丰县、望谟县；（4）红水河流域：望谟县、罗甸县、平塘县。针对各流域热量指标、海拔数据进行统计运算，得到的气象方程经F检验均达到极显著水平（表2）。根据各限制指标和相关气象方程，结合地形整体海拔在850 m以下等硬性要求，确定出贵州省芒果适宜种植的县市为赤水、兴义、兴仁、安龙、册亨、贞丰、关岭、镇宁、望谟、罗甸、平塘，共计11个。

2.3 气候区划结果

贵州省芒果气候适应性不完全是纬向分布，充分体现出山区地形地貌和局地气候环境的影响。在同纬度的条件下，温度随海拔升高而降低，因此，芒果适宜种植区域集中在中低山低热河谷地区，主要包括南盘江、北盘江、红水河、赤水河流域（图1）。在不破坏环境和可开发性的原则下，贵州省芒果可种植的土地利用类型主要有山地、农田和灌草地。运用ArcGIS软件查询工具可得到芒果可种植区域的面积。具体如下：

（1）优势种植区。优势种植区包括最适宜种植区和适宜种植区。贵州省芒果优势种植区面积为46 037.4 hm2，占芒果可种植区域面积的98.86%，主要分布地区为贵州南盘江、北盘江和红水河低热河谷地带海拔在203～850 m的区域，包括兴义、安龙、册亨、兴仁、贞丰、关岭、镇宁、望谟、罗甸、平塘10个县（市），各县（市）适宜种植芒果的区域有：①兴义市海拔718～850 m的三江口镇、则戎乡、南盘江镇、沧江乡、泥凼镇、洛万乡；②安龙县海拔418～650 m的栖凤街道、德卧镇；③册亨县海拔238～850 m的巧马镇、丫他镇、八渡镇、弼佑乡、百口乡、双江镇、达央乡、者楼镇、岩架镇、庆坪乡；④兴仁县海拔506～650 m的马崖镇；⑤贞丰县海拔294～750 m的北盘江镇、平街乡、沙坪乡、白层镇、者相镇、连环乡、鲁容乡、鲁贡镇；⑥关岭县海拔361～500 m的上关镇、八德乡、新铺镇、普利乡、板贵乡；⑦镇宁县海拔254～550 m的六马乡、打帮乡、沙子乡、简嘎乡、良田乡；⑧望谟县海拔203～800 m的边饶镇、石屯镇、乐元镇、平洞街道、王母街道、油迈乡、乐旺镇、大观镇、昂武镇、桑郎镇、蔗香镇、麻山乡；⑨罗甸县海拔233～700 m 的凤亭乡、木引镇、沫阳镇、红水河镇、罗悃镇、茂井镇、边阳镇、逢亭镇、龙坪镇；⑩平塘县海拔414～550 m的甲茶镇、者密镇。

（2）一般种植区。一般种植区指次适宜种植区，贵州省芒果一般种植区面积为531.07 hm2，占芒果可种植区域面积的1.14%，分布在赤水河流域，包括赤水市葫市镇、丙安乡、复兴镇、大同镇、文化办、市中办、金华办、长期镇、长沙镇、白云乡海拔在210～400 m的地区。

3 结论与讨论

贵州省地形地貌复杂，山地资源丰富，为充分利用山地资源，发展芒果种植应选择好地形地势适度种植。在不破坏环境和可开发性的前提下，种植区海拔一般要求在850 m 以下，坡度小于25°，可种植的土地利用类型主要有山地、农田和灌草地，剔除林地、荒漠山头、水域、峡谷、坡度>25°的山地、公路及城镇建设用地等不可种植区。区划把贵州省芒果可种植区域划分为优势种植区和一般种植区，优势种植区面积共计46 037.4 hm2，主要分布在贵州省南盘江、北盘江和红水河低热河谷地带海拔203～850 m处，包括兴义、安龙、册亨、兴仁、贞丰、关岭、镇宁、望谟、罗甸、平塘10个县（市）。一般种植区面积为531.07 hm2，分布区域包括赤水市葫市镇、丙安乡、复兴镇、大同镇、文化办、市中办、金华办、长期镇、长沙镇、白云乡海拔在210～400 m的地区。

本区划以GIS和RS軟件为技术支撑，运用回归分析曲线模型估计，结合热量指标与海拔指标，直观反映出热量指标随海拔变化的立体特征。在RS软件技术的支持下，结合土地利用现状图，将不适宜芒果种植的地块屏蔽，确定贵州省芒果种植的优势种植区和一般种植区，同时保证了芒果种植区域土地利用的可开发性，更加贴近实际，可操作性强。区划栅格图分辨率为5 m，可精确地计算出芒果可种植区域的面积，与传统农业区划结果相比，本区划结果更加精细。但是由于贵州地形地貌和局地气候环境的影响，以及区划气象资料年限较短和气象台站数量有限，因此气象方程估算的气象要素值与实测值间存在一定差异，区划结果的准确性还有待进一步提高。endprint

除气候因素外，影响贵州省芒果生长发育和生产栽培的因素还有很多，如品种、土壤肥力、栽培措施、土壤类型、坡度等。本研究着重介绍GIS和RS软件技术在芒果种植气候区划中的应用，因此，在区划过程中以考虑气候因子为主。只有将芒果种植区划气候因子与其他影响因子综合起来考虑对芒果生产布局的影响，才能最终完成贵州省芒果的种植区划。

参考文献：

[1]龚德勇，刘清国，周正邦，等. 贵州南亚热区发展芒果生产的前景与对策[J]. 贵州农业科学，2008，36（6）：141-143.

[2]龚德勇，刘清国，周正邦，等. 几个优良芒果品种在贵州南亚热区的适应性初报[J]. 贵州农业科学，2009，37（8）：182-184.

[3]刘清国，龚德勇，王晓敏，等. 贵州省几个芒果品种（系）寒害调查与抗寒性分析[J]. 广东农业科学，2011，38（17）：26-28.

[4]樊卫国，罗燕，吴素芳，等. 南北盘江河谷野生芒果种质资源的分布与形态特征[J]. 西南农业学报，2012，25（6）：2244-2247.

[5]龚德勇，张显波，张燕，等. 贵州南亚热区中晚熟芒果品种选优及利用评价[J]. 广东农业科学，2013，40（7）：33-35，60.

[6]王旭，向青云，谭伟，等. 基于RS与GIS的贵州省火龙果种植气候区划[J]. 贵州农业科学，2011，39（3）：229-233.

[7]王旭，谭伟，穆彪. 基于RS与GIS的黔西南地区火龙果种植气候区划研究[J]. 山地农业生物学报，2010，29（6）：514-518.

[8]黄桔梅，谷晓平，于飞. 贵阳市主要蔬菜品种的气候适宜性区划[J]. 中国农业气象，2011，32（增刊1）：144-147.

[9]丁丽佳，王春林，郑有飞，等. 基于GIS的广东荔枝种植气候区划[J]. 中国农业气象，2011，32（3）：382-387，393.

[10]王春林，刘锦銮，周国逸，等. 基于GIS技术的广东荔枝寒害监测预警研究[J]. 应用气象学报，2003，14（4）：487-495.

[11]莫建国，古书鸿，李洪勋. 基于 GIS 的威宁县烤烟种植精细化气候区划[J]. 贵州农业科学，2014，42（2）：77-80.