基于GIS 的精河县枸杞种植气候适应性精细化区划

华 烨 ，张祖莲 ，张山清 *，孙 蕾 ，戎 博 ，李迎春

（1.新疆气象台，新疆 乌鲁木齐830002；2.新疆农业气象台，新疆 乌鲁木齐830002；3.精河县气象局，新疆 博乐833400）

精河县位于天山北坡，准噶尔盆地西南缘，地形呈凹字形，地势南高北低，南部为天山山区，北部为艾比湖，中部为博尔塔拉河冲积平原，属典型的北温带大陆性干旱气候。精河县光照充足，热量丰富、降水稀少，空气干燥，冬夏冷热悬殊，多大风。独特的气候为精河县种植枸杞奠定了基础，精河县已有60 余年栽培枸杞的历史，目前精河枸杞已成为新疆极具地方特色的“名优特”农产品之一。

枸杞系木本植物，浆果呈鲜红色，形似纺锤，更似红玛瑙坠。精河枸杞曾在种植面积、总产量、出口量和有效营养含量4 个方面位居全国枸杞主产区之首。精河县1998 年被农业部任命为“枸杞之乡”。精河枸杞在新疆南、北疆均有分布，精河县地区栽植面积最大，品质最优。但由于地形地貌复杂，地势高差悬殊，气候类型多样，各地种植枸杞的气候适宜性差异很大。关于枸杞区划研究方面，宁夏马力文、苏占胜、崔学祯等[1-3]从影响枸杞产量和品质的农业气象指标，研究了宁夏枸杞气候区划。青海樊光秀[4]从枸杞生长的植物学特性研究了德令哈地区枸杞种植气候适应性。徐德源、喻树龙[5-6]从生态适宜性方面划分了新疆枸杞适宜种植区。但随着气候变暖、品种更替以及区划技术方法的提高和气候资料的丰富[7]，原来的区划已经不能指导目前精细的产业结构调整现状[8]，因此，本文引入地理信息，通过细网格推算方法，研究分析精河县气候分布规律，结合枸杞生长发育对气候条件的要求，研究精河县枸杞种植精细化气候区划，为科学规划枸杞种植布局，充分合理地利用有利气候资源优势，规避不利气象灾害的影响，促进精河枸杞这一极具地方特色的“红色”产业持续稳定发展。

1 资料与方法

1.1 资料来源

选用精河县及其周边15 个气象站1981—2020年逐日平均气温和最低气温资料，利用1：50 000 基础地理信息，提取精河县的纬度、经度、海拔高度、坡度、坡向等地理数据，通过重采样获得空间分辨率为100 m×100 m。各站气象数据、地理坐标的栅格图层，地理信息基础数据由新疆气象信息中心提供。研究区域地形地貌分布见图1。

图1 精河县地形地貌分布

1.2 数据分析及区划方法

通过分析枸杞种植所需的气候生态条件，对每个划分气候指标进行标准化处理[9-12]。采用GIS 空间叠置分析法[13]，对精河县数字高程DEM 数据进行栅格化[14-16]，提取经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向，空间分辨率为100 m×100 m，基于GIS 空间分析模型，获取枸杞种植气候适宜性各气候指标图层，采用加权综合评判法得到精河县枸杞种植气候适宜性精细化区划图。

2 枸杞气候生态条件分析

2.1 热量条件

枸杞树的物候期一般分为萌芽期、展叶期、新梢生长期、现蕾期、开花期、果熟期、落叶期和休眠期等8 个阶段。年平均气温高的地区比气温低的地区萌芽、开花、果熟等物候期要早，而落叶和休眠期要迟[17-18]。种子发芽的最适温度为 20～25 ℃，4 月中旬气温达到10 ℃以上开始展叶，4 月中旬气温达到12 ℃以上春梢生长，5 月上旬气温达到16 ℃以上开始开花，果实开始发育。春季现蕾开花期是4 月下旬—7 月上旬，开花最适温度为17～22 ℃，果实发育最适温度为20～25 ℃。秋季气温降到10 ℃以下，果实生长发育转缓[20]。从展叶、新稍生长到开花、结实所需要的温度都在10 ℃以上。

枸杞对温度要求不太严格，具有一定的耐寒性，当年平均气温为4.4～12.7 ℃，7 月平均气温为17.2～26.6 ℃，绝对最高气温为 33.9～42.9 ℃，对枸杞的生存和生产没有影响。但要获得既高产又优质的枸杞就必须考虑当地的气候条件，尤其是注意2 个温度指标：一是≥10 ℃的积温。枸杞全生育期≥10 ℃积温在3 450 ℃·d 左右最为适宜，≥10 ℃积温在3 200～3 700 ℃·d，枸杞一般能获得正常产量，≥10 ℃积温在3 200 ℃以下时，热量不足引起枸杞减产；二是从展叶到落叶气温日较差大，对提高果实品质有利[20]。

2.2 光照条件

喜光是枸杞的生理特性。光照对枸杞果实干物质积累和果实品质影响极为明显，光照不足不仅影响枸杞生长，而且影响其果实品质。每年3—10 月累计日照时数达2 081 h，可以充分满足优质制干品种的光照生理需求。在枸杞果实生长发育期间，平均每天的日照时数可以达到10 h 以上，且该期间光照强度强，极有利于枸杞果实生长。枸杞全生育期最适宜日照时数为1 640 h，日照不是限制枸杞产量的因素。当日照时数＜1 500 h 时，全生育期日数短、积温少，使枸杞减产；当日照时数＞1 800 h 时，与高温相伴，加速了夏果发育，延长了夏眠期，产量也会有所下降[20-22]。精河县年日照时数为 2 500～2 600 h，4—10 月日照百分率为60%～70%。日照能满足枸杞生长发育期需求。

2.3 水分条件

枸杞离不开水，又怕水，枸杞最忌地表淹水和表土长期积水，在过湿的土壤中，容易引起树体死亡。水对枸杞生长的影响因季节不同而异。春季土壤水分不足时，影响萌芽和枝叶生长。秋季干旱，使枝条和根系生长提前停止。在花果期，尤其是果熟期，如果土壤水分充足，果实膨大快，体积大；如果缺水，就会控制树体和果实生长发育，使树体生长慢，果实小，还会促进花柄和果柄离层形成，加重落花落果，降低产量。但在枸杞生长季节，若阴雨天时间长，枸杞易得霜霉病和黑果病，红熟了的果实会破裂，从而降低果实质量[20-22]。

2.4 灾害性天气

3 月下旬以前为枸杞冬眠期，生理活动微弱，耐低温，但3 月下旬，树液开始流动，此时发生大风或沙尘天气，会加速枸杞枝干的水分散失，损伤新芽；4月大风天气易造成抽干，影响枸杞发枝。同时春季大风可以吹干枸杞树嫩叶，吹断枸杞枝条，损伤果枝嫩梢而失去生长点，使果枝的生长处于极度的抑制。在枸杞花期，大风还可造成枸杞大量落花，夏季大风往往会造成枸杞大量落果[20-22]。

3 枸杞种植气候适宜性区划指标

精河县光照充足，种植枸杞对水分条件的需求可通过灌溉得到充分保障，精河县虽多风，但由于枸杞具有较强的抗风沙能力，大风对其影响相对较小。因此，各地能否种植枸杞以及种植枸杞的气候适宜性主要决定于枸杞生长期间的热量条件。另外，枸杞生长季节，若阴雨天时间长，枸杞易得霜霉病和黑果病[19]，果实成熟期若雨水偏多，易造成果实破裂、腐烂，从而降低果实质量。根据上述分析，并参考前人有关研究成果[20-22]，确定精河县枸杞种植气候适宜性区划指标（表1）。

表1 精河县枸杞种植气候区划指标

4 枸杞种植气候适宜性区划指标因子的空间分布

4.1 ≥10 ℃积温分布

精河县日平均气温稳定≥10 ℃积温的空间分布总体呈现“平原多，山区少”的格局（图2）。海拔190 m 以下的艾比湖流域西北部低平原地带是精河县热量资源最丰富的区域，≥10 ℃积温在4 100～4 265 ℃·d。精河县北部海拔 190～300 m 的平原地带≥10 ℃积温为 3 900～4 100 ℃·d，精河县中部海拔300～500 m 的倾斜平原≥10 ℃积温为3 700～3 900 ℃·d，海拔 500～1 000 m 的山前冲积平原≥10 ℃积温为 2 900～3 700 ℃·d，海拔 1 000 m 以上的南部山区≥10 ℃积温一般不足2 900 ℃·d 。

图2 精河县≥10 ℃积温分布

4.2 ≥10 ℃日数分布

精河县日平均气温稳定≥10 ℃的日数总体呈现“平原多，山区少”的格局（图3）。海拔650 m 以下中、北部平原地带≥10 ℃日数在170～191 d，650～800 m 的山前冲积平原≥10 ℃日数为 160～170 d，海拔 800 ～1 000 m 的冲积平原和低山丘陵地带≥10 ℃日数为150～160 d，海拔1 000 m 以上的南部山区≥10 ℃日数不足150 d。

图3 精河县≥10 ℃日数分布

4.3 ≥10 ℃期间降水量

精河县≥10 ℃期间降水量的空间分布总体呈中北部平原和南部山区高山带少，南部山区中、低山带多的格局（图4）。海拔800 m 以下的中、北部平原地带，≥10 ℃期间降水量较少，一般在150 mm 以下，其中艾比湖流域南部甚至不足50 mm ；南部海拔2 500 m 以上的中、高山带虽年降水量较多，但由于日平均气温稳定≥10 ℃的日数较少，因此≥10 ℃期间降水量也较少，一般在150 mm 以下，其中海拔3 000 m 以上的高山带甚至不足 50 mm；海拔800～1 500 m 的山前冲积平原和低山丘陵地带，以及海拔2 000～2 500 m 的中山带≥10 ℃期间降水量为 150～200 m，海拔 1 500～2 000 m 的中、低山带≥10 ℃期间降水量较多，为200～216 mm。

图4 精河≥10 ℃期间的降水量分布

5 枸杞种植精细化气候适宜性区划

根据表1 中各区划指标因子的等级标准，在ArcGis10.0 平台上分别对≥10 ℃积温、≥10 ℃日数和≥10 ℃期间降水量3 项气候要素的栅格数据进行分级。再将各指标气候要素的分级图层进行等权重叠加，即可获得综合考虑≥10 ℃积温、≥10 ℃日数和≥10 ℃期间降水量3 项气候要素的精河县枸杞种植气候适宜性区划。精河县枸杞种植气候适宜性区划可划分为最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区 4 个分区（图 5）。

图5 精河县枸杞种植气候适宜性区划

5.1 最适宜种植区

精河县中部海拔400～600 m 的带状平原地带≥10 ℃积温在 3 400～3 700 ℃·d，≥10 ℃日数为170～175 d，≥10 ℃期间降水量为 50～150 mm，综合气候条件非常利于枸杞优质高产，因此是精河县枸杞种植的气候最适宜区。

5.2 适宜种植区

沿最适宜种植区南北两侧海拔250～400 m 和600～800 m 的中部平原地带≥10 ℃积温在3 200～3 900 ℃·d，≥10 ℃日数为 160～185 d，≥10 ℃期间降水量为50～160 mm，综合气候条件稍逊于最适宜区，是精河县枸杞种植的气候适宜区。

5.3 次适宜种植区

精河县枸杞种植的气候次适宜区主要包括两部分，第一部分是精河县北部海拔190～250 m 的低平原地带，该区域≥10 ℃日数为175～185 d，≥10 ℃期间降水量为30～130 mm，这两项气候指标虽总体适于枸杞种植，但≥10 ℃积温在 4 000～4 100 ℃·d，高于枸杞种植的适宜范围，因此综合气候条件次于适宜种植区，是精河县枸杞种植的气候次适宜区之一。第二部分是精河县中南部海拔800～1 000 m 的山前冲积平原和低山丘陵地带，≥10 ℃积温在2 900～3 200 ℃·d，≥10 ℃日数为 150～160 d，热量条件较枸杞种植的适宜范围偏低，≥10 ℃期间降水为150～190 mm，综合气候条件同样次于适宜种植区，是精河县枸杞种植的另一个气候次适宜区。

5.4 不适宜种植区

精河县枸杞种植的气候不适宜区由两部分组成。一是海拔190 m 以下的艾比湖流域西北部低平原地带，该区域≥10 ℃日数为 185～191 d，≥10 ℃期间降水量为50～70 mm，这两项气候指标总体适于枸杞种植，但≥10 ℃积温却高达 4 100～4 265 ℃·d，明显高于枸杞种植的适宜范围，高温热害对枸杞的生长发育和优质高产将造成不利影响，因此，是精河县枸杞种植的气候不适宜区之一。二是精河县南部海拔1 000 m 以上的天山山区，≥10 ℃积温在2 900 ℃·d 以下，≥10 ℃日数少于 150 d，热量条件难以满足枸杞正常生长发育和产量形成的基本需求，是精河县枸杞种植的另一个气候不适宜区。

6 结论

采用影响枸杞生长发育的气候生态条件与地理因子相结合的方法，基于GIS 空间分析模型获得精河县枸杞种植的气候适宜性精细化区划，得出以下结论：

（1）受海拔高度影响，气候要素分布差异明显，≥10 ℃积温和≥10 ℃日数总体呈现“平原多、山区少”的格局；≥10 ℃期间的降水量总体呈现“中北部平原和南部高山带少，南部山区中、低山带多”的格局。

（2）枸杞最适宜种植区主要分布在精河县中部海拔400～600 m 的带状平原地带，该区能够满足枸杞生长需要，有利于枸杞产量的形成，因此该区可以扩大枸杞种植面积，提高枸杞生产的经济效益。适宜种植区主要分布在沿最适宜种植区南北两侧海拔250～400 m 和海拔 600～800 m 的中部平原地带，综合气候条件稍逊于最适宜区。两块次适宜种植区分别位于精河县北部海拔190～250 m 的低平原地带和中南部海拔800～1 000 m 的山前冲积平原和低山丘陵地带，前者热量条件过高，而后者热量条件又过低且降雨量偏多，均超出了枸杞种植的适宜范围，对枸杞的优质高产有不利影响。不适宜区种植区分布于海拔190 m 以下的艾比湖流域西北部低平原地带和精河县南部海拔1 000 m 以上的天山山区，前者热量条件过于富余，而后者又严重匮乏，难以满足枸杞正常生长发育和产量形成的基本需求。

本文区划指标未考虑6—7 月气温日较差对枸杞品质的可能影响，今后分析枸杞品质区划时应引入该因子。另外，精河县地形地貌复杂，地势高差悬殊，但本文基于GIS 的指标要素空间分析细网格推算模型的构建只使用了精河县及其周围15 个常规气象站资料，未能将加密的自动站资料经订正或延长后也引入模型，这对区划的客观性、准确性造成了一定影响，今后在该领域的研究中加以完善。