基于GIS的云南早熟鲜食葡萄气候适宜性区划

徐梦莹，张茂松，朱 勇，胡雪琼，徐正富

（1云南省气候中心，昆明 650034；2宾川县气象局，云南宾川 671600）

0 引言

葡萄是世界性果树，遍布世界五大洲，以欧洲种植最多，截至2018年底，中国葡萄栽培总面积为740万hm2，居世界第2位，仅次于西班牙；产量达7780万t，自2010年以后一直居世界第1位。其中酿酒葡萄占57%，鲜食葡萄占36%，制干葡萄占7%[1]。云南省位于中国西南边陲，气候多样，立体气候明显，光热资源充足，昼夜温差大，冬季无需埋土防寒，具有栽培葡萄的独特优势。云南省干热区是全国葡萄成熟最早的区域[2]，所产葡萄具有早熟、糖度高、优质、产量高的特点，采收时基本能够避开雨季，因此云南是国内具有明显优势的早熟葡萄生产区域[3]。

目前，已有不少研究者开展了葡萄生长适宜性评价的研究[4-13]，其结果具有很好的参考价值，其中利用GIS技术对酿酒葡萄种植气候适宜性的研究较多[4-7]，相对鲜食葡萄种植气候适宜性的研究较少。黄辉白[8]对中国北方葡萄栽培气候区域进行了研究，根据生长期积温划分出5个气候区。孔庆山[9]认为葡萄区划研究应该分3个层次进行，首先是生态区划，其次是品种区划，最后是种植区划。王蕾等[10]选用生长季活动积温和无霜期作为热量指标，干燥度作为水分指标，年极端低温和埋土防寒线作为辅助指标得到中国葡萄气候区划。陆斌等[14]分析了云南省早熟葡萄栽培条件，杨顺林等[3]分析了云南鲜食葡萄产业布局，本研究结合前期研究结果拟采用GIS技术，分析影响早熟鲜食葡萄生长和品质形成的关键气候因子，建立云南早熟鲜食葡萄适宜性区划指标，对云南全境进行气候种植区划，进一步明晰优质早熟鲜食葡萄生产区域，挖掘优质早熟鲜食葡萄产区气候资源，给生产者选择基地提供理论指导，这对提升早熟鲜食葡萄区划精细化水平，推动云南优质早熟鲜食葡萄生产具有现实意义。

1 材料与方法

1.1 资料来源

收集云南省125个县（市、区）气象观测站1981—2010年的气候资料，包括月降水量、月平均气温、月最高（低）气温、月≥10℃积温、月日照时数。基础地理信息资料来源于中国气象局1:25万数字高程(DEM)栅格数据。

1.2 研究方法

1.2.1 建立云南早熟鲜食葡萄区划指标 葡萄属暖温带植物，温度是保证葡萄成熟以及葡萄品质的主要因子之一，在葡萄的生长发育期间，要求从萌芽到果实充分成熟需≥10℃的活动积温不低于2500℃，最热月的平均气温不低于18℃；浆果生长期要求的温度不低于20℃，成熟期的月活动积温不低于600℃、昼夜温差≥8℃[15-16]。降水也是影响葡萄生长的主要气候条件之一，且在很大程度上决定葡萄的产量和品质。葡萄不同的生长阶段的需水量也不同：生长初期，需水量较大，降水或灌溉有利于葡萄植株芽眼萌发、新梢生长和花原始体的继续分化；在开花期间，潮湿和阴沉的天气，会阻碍正常授粉受精，引起子房脱落；葡萄果实成熟期间，雨水过多或阴雨连绵容易滋生病害，引起果实开裂腐烂，而降水少、低空气相对湿度才能保证高量高质。修德仁等[17]研究认为：葡萄果实成熟期采前1个月降雨量不超过100 mm，对葡萄产量、品质十分有利。光照影响葡萄整个生长发育过程，研究表明[18]，葡萄生长期的日照时数高于1250 h才能保证浆果色泽好、含糖量高；在光照不足的条件下葡萄浆果内有机物质含量偏少，生长缓慢；如果葡萄成熟期的光照不足，浆果糖分含量低、酸度高，葡萄的品质很差。

云南早熟鲜食葡萄主要栽培品种为早熟、中早熟品种。露地栽培时于12月中下旬对葡萄植株进行强度修剪，1—2月葡萄植株冬芽萌发开花，2—3月进入果实膨大期，5—6月成熟采收。同一品种的葡萄，果实较中国北方葡萄产区提前2—3个月成熟。

云南地属低纬高原气候，冬春季（11月—翌年4月）是常年的干季，雨量少、空气湿度小，晴天多、光照充足，日较差大，较好地满足了早熟葡萄生长的需求。在葡萄植株萌芽生长、开花、果实膨大期降水极少，但可通过灌溉大范围地保证葡萄植株对水分的需求，已不再成为优质早熟葡萄生产的主要限制因子。云南省除昭通以外大部地区葡萄生长季日照时数皆在1500 h以上，大大满足葡萄生长需要，相关研究也表明中国大部分葡萄产区，只要积温能满足葡萄生产的需求，光照不是葡萄栽培的限制因子[18]。而早熟鲜食葡萄生长季（1—5月）的热量、成熟采收期（4—5月）降水量等因子与葡萄生长、产量和品质密切相关，且不可大范围调控而成为优质早熟葡萄生产的主要限制因子。

结合云南干季的气候特点、葡萄各物候期的生长对气象条件的要求和国内相关研究成果，本研究确定成熟期（5月）≥10℃积温、早熟鲜食葡萄生长季（1—5月）≥10℃积温和成熟季（4—5月）降水量3个因子作为云南优质早熟鲜食葡萄气候区划指标。

1.2.2 复杂地形下的气候资料细网格估算

（1）温度估算。影响山区温度条件的因素较多，从气候上来说，主要还是宏观地理条件（经纬度、大水体、山脉走向等）、地形因素（坡度、坡向、地平遮蔽度等）、下垫面性质（土壤类型、植被状况等）以及大气环流等[19]。海拔高度和经纬度对气温的影响相当重要[20]，造成气温资源在空间分布上有明显的区域差异。本项目综合考虑经度、纬度和海拔高度对积温的影响机制，建立全省细网格逐月积温的分布模型(1)。

式中：T为气象站观测的月积温的模拟值；h为海拔高度(m)；γ为经度，δ为纬度；a、b、c、d为回归系数。

使用125个气象站的累年温度资料，建立1—5月积温分别与海拔、经度、纬度的统计模型，最终在Arc GIS的空间分析模块中模拟得到1—5月≥10℃积温在全省复杂地形下的空间分布。

（2）降水量估算。降水量是评估气候资源的重要依据之一，为最大限度地利用现有资料提取降水信息，准确地表现降水量分布情况，本研究中对PRISM模型进行改进，以海拔、经纬度、方位因子等作为环境参数，引入距离、方位权重，依托地理信息系统技术(GIS)、移动开窗技术集成来实现并完成降水的空间插值[21-22]。

各指标因子的模型建立完成后，在Arc GIS的空间分析模块中生成单个气候区划指标的栅格图，按照指标等级（表1）在栅格图中表示出来，即形成各个单因子的气候区划分级图。采用多因子叠加法，最后将各气候指标栅格图层进行矢量叠加，从而得到早熟鲜食葡萄种植的气候适宜性精细化区划图（图1）。

2 结果与分析

从区划结果来看（图1），云南省干热河谷区和红河流域等大部分地区，热量条件充足，成熟季降水少，符合葡萄适宜生长的条件，其中楚雄、丽江、大理、保山等州市最适宜区面积最大，红河、楚雄、普洱、玉溪等州市适宜区和最适宜区面积最大（表3），建议大力发展早熟葡萄。云南北部地区除昭通中北部外，热量条件差，不适宜葡萄生长；而云南南部地区因降水过多，容易滋生病害，引起果实开裂腐烂，不适宜葡萄生长。

最适宜区：面积：731.37千hm2，占云南省国土面积的1.9%。主要分布在云南省干热河谷区，楚雄州的元谋、永仁东南部、双柏南部；大理州的宾川坝区；丽江市的华坪东部、永胜中部和南部；保山市的昌宁西部、怒江州的六库局部等地区。这些地区热量资源丰富，5月≥10℃积温在700℃·d以上，1—5月≥10℃积温在2400℃·d以上，成熟季（4—5月）的降水量在80 mm以内，满足葡萄生长需要，葡萄处于干旱胁迫状态，有利于糖分和酚类物质的积累、提高葡萄浆果的品质，是发展早熟葡萄的优质高产区。

适宜区：面积：3507.91千hm2，占云南省国土面积的8.9%。主要分布在最适宜区周边以及红河州的建水中北部、弥勒、石屏中部、开远东北部、蒙自中部；楚雄州的双柏中部、禄丰南部；昆明市的东川中部、宜良中部；玉溪市的新平北部和东部、峨山中部、华宁东部；普洱市的景东中部、镇源北部、澜沧北部、景谷零星地区；大理州的弥渡中部、南涧东北部；临沧市的云县、翔临区中部、双江西北部；昭通市的巧家西部、怒江州的泸水局部、保山市的隆阳区南部等地区。这些地区热量条件稍次于最适宜区，5月≥10℃积温在600～700℃·d之间，1—5月≥10℃积温在1800～2400℃·d之间，成熟季降水稍多，4—5月降水量在80～130 mm之间，热量和水分条件能满足葡萄生长，适宜发展早熟鲜食葡萄。

次适宜区：面积：10752.75千hm2，占云南省国土面积的27.3%。主要分布在文山州的广南、丘北东部、砚山、文山、马关中部、麻栗坡局部；红河州弥勒北部、石屏北部、泸西北部、蒙自西部和南部；楚雄州的楚雄市、禄丰西部和东部、双柏北部、大姚东南部、牟定南部、南华东部、永仁东部；昆明市安宁、晋宁北部、呈贡西部、富民南部；普洱市的景谷大部、澜沧东北部、墨江、镇源、宁洱零星分布；昭通市盐津、大关局部；保山市腾冲南部、龙陵局部、保山中部等地区。这些地区热量条件稍差，5月≥10℃积温在550～600℃·d之间，1—5月≥10℃积温在1600～1800℃·d之间，成熟季降水稍多，4—5月降水量在130～180mm之间，基本能满足葡萄生长，但气象条件影响早熟葡萄品质。

表1 云南优质早熟鲜食葡萄气候适宜性区划指标

表2 云南早熟鲜食葡萄气候适宜性积温空间分析模式

图1 云南省早熟鲜食葡萄气候适宜性区划图

不适宜区：面积：24407.97千hm2，占云南省国土面积的61.9%。主要分布在云南省北部、南部以及高山地区。云南省北部大部地区5月≥10℃积温在低于550℃·d，1—5月≥10℃积温低于1600℃·d，热量条件差是限制早熟葡萄栽培的主要气候因素，而南部地区因降水过多，4—5月降水量超过180 mm，容易滋生病害，引起果实开裂腐烂，不适宜葡萄生长。但值得一提的是，云南省南部地区如西双版纳州的景洪、勐腊；普洱市的宁洱、墨江、景谷、江城；红河州的绿春、金平、河口、元阳；德宏州的瑞丽、盈江、梁河；临沧市的沧源、耿马等地因热量条件好，若做好避雨栽培，发展设施农业，将有很大的发展潜力成为云南省早熟葡萄的优质产区。

表3 云南省各地州早熟葡萄气候适宜性区划面积统计 千hm2

3 讨论与结论

本研究主要根据云南的气候特点、葡萄各物候期的生长对气象条件的要求和国内相关研究成果，确定了云南省早熟鲜食葡萄气候区划的指标体系，基于GIS技术对云南省5月≥10℃积温、1—5月≥10℃积温、4—5月降水量进行模拟，综合3项结果得到全省早熟鲜食葡萄适宜性区划，该方法能够定量、直观地获取适宜区的数量和空间信息，可操作性较强，具有一定的推广应用价值，同时弥补了以往大多局限于个别市、县局部地区的相关研究，可为云南省合理规划早熟葡萄产区提供科学的决策依据。

整体来看，云南省早熟鲜食葡萄气候适宜区主要分布在干热河谷区和红河流域等大部分地区，这些区域热量充足、成熟季降水少，能满足葡萄生长需要，葡萄处于干旱胁迫状态，有利于糖分和酚类物质的积累、提高葡萄浆果的品质，是发展早熟鲜食葡萄的优质高产区。不适宜区主要分布在北部高海拔地区和南部地区，北部高海拔地区热量条件差，不宜发展早熟葡萄栽培；南部地区雨量过多，容易滋生病害，引起果实开裂腐烂，但南部地区若做好避雨栽培，发展设施农业，将有很大的发展潜力成为云南省早熟鲜食葡萄的优质产区。

目前，云南早熟鲜食葡萄实际栽种面积主要分布在金沙江流域的元谋县、宾川县、永胜县、华坪县、永善县、巧家县、东川区；红河流域的蒙自市、建水县、元阳县、开远市、红河县、元江县[3]。本研究的指标体系能够很好的划分出云南早熟鲜食葡萄气候的适宜区和不适宜区，其早熟鲜食葡萄气候区划结果与实际葡萄栽培情况大致相符合，但是气候区划只能从宏观上指导当地葡萄栽培和葡萄产业的发展，同时云南省境内地形复杂，地质结构多样，在区划过程中可能存在小范围的偏差，因此在实践过程中还要结合实际情况，考虑小气候、土壤等因素，进行一系列的引种试验，最终确定当地适宜栽培的葡萄品种，达到经济生产。