柴达木盆地枸杞种植气候适宜度等级及区划研究

何生录 ，王发科 ，李海凤 ，陈宏松 ，祁贵明 ，颜亮东 ，雷玉红 ，张 仙

（1.格尔木市气象局，青海 格尔木 816099；2.青海省防灾减灾重点实验室，西宁 810001；3.青海省气象科学研究所，西宁 810001；4.海西州气象局，青海 海西 817099）

《中国气候变化蓝皮书（2021）》指出，1951 年以来中国地表年平均气温呈显著上升趋势，升温速率为0.26 ℃/10 年，升温速率明显高于同期全球平均水平［1］，是全球气候变化的敏感区和影响显著区；在全球变暖进一步加剧的情景下，以气温上升、气候变暖为主要特征的气候变化对世界经济、生态和社会系统产生了重大影响，气候始终是影响农业生产的首要决定因子，农业对气候变化非常敏感。气候变化不仅影响农业气候资源的利用和自然灾害状况的发生发展，还会影响农业生产质量和效益［2，3］。因此，在气候变化背景下，农业的稳定性和可持续性是各级政府和农业生产者关心的关键问题，也是农业可持续发展面临的主要问题［4］。

气候适宜度为农业气候的定量分析和分类评价开辟了一个新的途径［5］。近年来，诸多学者将气候适宜度广泛用于农作物和气候条件之间适应程度的研究，李阳等［6］分析了宁夏中南部山区马铃薯气候适宜度时空变化特征，构建了适合宁夏中南部山区的马铃薯综合适宜度计算模型；王春玲等［7］研究了黄土高原半干旱区马铃薯气候适宜度模拟及其时空变化特征，发现定西北部地区马铃薯气候适宜度增加十分明显；李超等［8］、高操等［9］、刘新等［10］就玉米气候适宜度建立模型并做了评价；王连喜等［11］、李昊宇等［12］针对江苏、华北冬小麦适宜度时空变化构建了气候适宜度及预测模型，检验结果表明模型能较为客观地反映作物受气候条件的影响；张彩霞等［13］、徐敏等［14］、胡春丽等［15］就水稻种植气候适宜度的时空变化特征进行分析，并预测了气候年景，检验后效果理想。

在全球气候变化的大背景下，柴达木盆地的气候也发生了明显变化，对该地区农作物产生了一定影响。柴达木盆地既是气候变化敏感区，又是生态环境脆弱带，农作物对农业气候资源变化的响应敏感［16，17］，开展枸杞气候适宜性研究对优化柴达木盆地枸杞种植结构和区域布局具有重要意义，但目前针对柴达木盆地枸杞气候适宜度影响方面的研究尚不多见，不能满足科学指导枸杞种植结构和区域布局的需求。因此，基于柴达木盆地气温、降水、日照等气象因子对枸杞各生长发育阶段的影响，开展枸杞气候适宜度等级及区划研究，一方面为当地开展枸杞特色农业气象服务工作提供技术支撑，另一方面为当地枸杞生产相关部门合理利用气候资源，优化枸杞产业结构，促进枸杞产业稳产、增产和可持续发展等方面意义重大。

1 研究资料与方法

1.1 研究区概况

柴达木盆地位于青藏高原东北部，介于90°16′—99°16′E、35°00′—39°20′N，盆地略呈三角形，南北宽约300 km，东西长约800 km，地域总面积25.72 万 km2，海拔在 2 675～3 350 m，是中国海拔最高的内陆山间盆地，也是青海省最大的绿洲农业基地，对气候变化表现很敏感。区域内降水稀少，气候干燥，太阳辐射强，光照充足，光能资源丰富，光温生产潜力大，光、热、水、土资源丰富，利于枸杞生长发育和有机物质的积累。近年来，随着农业种植结构调整和特色农业发展，枸杞特色农业发展迅速，已经成为推动当地农牧业经济增长的主导产业。2018年枸杞种植面积达34 400 hm2，干果产量达88 000 t，产值达24 亿元。

1.2 资料来源

选取柴达木盆地茫崖、大柴旦、冷湖、小灶火、格尔木、诺木洪、都兰、德令哈、乌兰、茶卡、天峻11 个气象站（图1）1991—2018 年枸杞生育期气温、降水、日照、辐射、风速、相对湿度等气象数据；2001—2018 年枸杞生育期观测数据，用于分析枸杞生育期进程；气象资料及生育期观测数据来自青海省气象信息中心。

图1 柴达木盆地气象站点分布

1.3 枸杞主要发育期选取

枸杞是一种耐旱、耐盐碱、喜光照的经济灌木，适宜在柴达木盆地生长发育。柴达木盆地枸杞生长期较短，一般4 月底至5 月初老眼枝开始发芽，5 月上中旬进入展叶期，5 月中下旬为春梢生长期，6 月上中旬老眼枝处于开花期，6 月下旬进入春梢开花期，7 月上旬进入秋梢生长期，7 月中下旬处于老眼枝果实成熟期、秋梢开花期，8 月上旬至下旬进入夏果成熟期，9 月上旬进入秋果形成期，9 月中旬至9 月下旬为秋果成熟期。由于枸杞是无限花序，边开花边结果，因此自夏果开花起，开花、幼果形成和果实成熟期重叠，果实不断成熟，需要分3～4 次采摘、晾晒，因此本研究选取展叶、老眼枝开花、春稍开花、老眼枝果成熟、夏果成熟、秋果成熟6 个枸杞主要生育期（表1）。

表1 柴达木盆地枸杞主要生育期

1.4 研究方法

为定量评价柴达木盆地气候资源对枸杞生长发育的影响，利用枸杞主要生育期内的气温、降水、日照资料，结合刘新等［10］的研究，建立温度、降水、日照及综合气候适宜度模型，进行柴达木盆地枸杞气候适宜度等级及区划评估研究，基于GIS 技术绘制柴达木盆地枸杞适宜种植区划图。

1.4.1 温度适宜度模型 研究表明，Beta 函数能较好地反映作物生长与温度的关系，并且具有普适性，其值为0～1，本研究采用该方法进行温度适宜度模型建立，计算公式如下［18］。

式中，Ft(i)为第i个生育期的气温条件适宜度；T、T1、T2、T0分别为某生育期平均、下限、上限及最适温度。根据《青海省农业气象服务手册（试用版）》枸杞农业气象服务指标，结合柴达木盆地生产实际，确定枸杞各生育阶段三基点温度（表2）。

表2 柴达木盆地枸杞主要生育期参数

1.4.2 降水适宜度模型 降水适宜度表征了种植地区枸杞各生长发育阶段内的降水量对其生长发育和产量形成的适宜程度，用作物正常生长需水量作为作物生长的适宜水量标准［1-3］，计算公式如下［10］。

式中，Fr(i)为第i个生育期的降水气候条件适宜度，r为某生育期降水量，W为枸杞相应生育阶段的理论需水量，利用FAO 最新修订的Penman-Monteith 公式计算［19，20］，各主要生育期的理论需水量见表2。

1.4.3 日照适宜度模型 枸杞喜光怕阴，充足的日照能促进枸杞高产，枸杞对光照最敏感的时段是老眼枝、春梢、秋梢现蕾至开花期及老眼枝果实、夏果、秋果形成至成熟期，若此期间光照不足，枸杞植株正常发育受阻或坐果率降低，造成结实不良或病果率增加。日照适宜度模型公式如下［10］。

式中，H、H0分别为某生育期日照时数及日照百分率超过70% 的日照时数；柴达木盆地枸杞各生育阶段旬日照百分率超过70%的日照时数见表2。

1.4.4 综合气候适宜度模型 各生育期综合适宜度为光、温、水各气象要素适宜度加权求和所得，计算公式如下［10］：

式中，F(i)分别为第i个生育期的综合气候条件适宜度；n为生育期个数；Ft、Fr Fs、F分别为全生育期气温、降水、日照和综合气候条件适宜度；a、b、c分别为气温、降水和日照影响权重系数，利用枸杞全生育期气温、降水及日照适宜度与枸杞年平均产量资料，通过相关系数法得到各气象要素影响权重系数（表2）。

2 结果与分析

2.1 枸杞各生育期气候适宜度时空分布特征

2.1.1 温度适宜度时空分布特征 从1991—2018年柴达木盆地枸杞全生育期温度适宜度年际变化可知（图2），温度适宜度均在0.400 以上，平均温度适宜度为0.591，最大温度适宜度为0.698，出现在2016年，最小为0.405，出现在1992 年，最大值和最小值间相差0.293；温度适宜度以0.05/10 年呈波动上升趋势，且通过了0.01 水平的显著性检验。

图2 柴达木盆地枸杞全生育期气候适宜度年际变化

从柴达木盆地枸杞不同生育期温度适宜度可以看出（表3），各生育期平均温度适宜度较好，均大于0.500，其中展叶期温度适宜度最大，为0.647，老眼枝果实成熟期最小，为0.514。从空间对比来看，柴达木盆地中南部格尔木、小灶火、诺木洪3 地温度适宜度较大，生育期温度适宜度均大于0.750；东部天峻、茶卡地区温度适宜度较小，茶卡地区除展叶、老眼枝开花期分别达0.514、0.486 外，其余各生育期温度适宜度均小于0.300，而天峻地区各生育期温度适宜度均小于0.100，说明柴达木盆地热量条件以中南部地区最好，东部差。

表3 柴达木盆地枸杞各生育期温度适宜度

2.1.2 降水适宜度时空分布特征 1991—2018 年柴达木盆地枸杞全生育期降水适宜度年际变化显示（图2），降水适宜度均在0.400 以下，明显低于温度适宜度；平均降水适宜度为0.299，降水适宜度最大值为0.392，出现在2012 年，最小值为0.195，出现在2001 年，枸杞全生育期降水适宜度最大值和最小值间相差0.197；降水适宜度以0.02/10 年呈波动上升趋势，未通过显著性检验，表明柴达木盆地降水对枸杞适宜性影响较小。

表4 为柴达木盆地各地枸杞不同生育期降水适宜度，可以看出各个生育期平均降水适宜度差，均小于0.400，其中老眼枝开花期降水适宜度最大，为0.373，秋果成熟期最小，为0.217。从空间对比来看，柴达木盆地中西部各地区降水适宜度较小，各地各生育期降水适宜度均小于0.300。东部德令哈、乌兰、都兰及茶卡地区降水适宜度较大，降水适宜度为0.300～0.500；而东部天峻地区降水适宜度最大，各生育期降水适宜度均大于0.600，说明水分条件中西部地区差，东部较好。

表4 柴达木盆地枸杞各生育期降水适宜度

2.1.3 日照适宜度时空分布特征 由1991—2018年柴达木盆地枸杞全生育期日照适宜度年际变化可见（图2），日照适宜度在0.700～0.900，明显高于枸杞温度适宜度和降水适宜度，平均日照适宜度为0.825，最大日照适宜度为0.897，出现在1994 年，最小值为0.741，出现在2018 年，枸杞全生育期日照适宜度最大值和最小值间相差0.156；日照适宜度以0.02/10 年呈波动下降趋势。

表5 为柴达木盆地各地枸杞不同生育期日照适宜度，可以看出柴达木盆地全区各生育期平均日照适宜度均大于0.600，其中老眼枝果实成熟期日照适宜度最大，为0.875，春梢开花期最小，为0.769。从空间对比来看，柴达木盆地中西部各地区日照适宜度较东部大，说明柴达木盆地枸杞生长季日照时数长，光照条件充足，中西部较东部地区光照更充足。

表5 柴达木盆地枸杞各生育期日照适宜度

2.2 枸杞全生育期气候适宜度空间分布特征

表6 为1991—2018 年柴达木盆地枸杞全生育期日照、降水、气温及综合适宜度。可以看出全区各地枸杞全生育期温度适宜度差异较大，格尔木最大，为0.902，天峻最小，为0.022，两者相差0.880；降水适宜度中西部小，东西部大，其中天峻最大，为0.774，冷湖最小，为0.038，两地相差0.736；日照适宜度各地均大于0.70，中西部较东西部大，其中冷湖最大，为0.930，天峻最小，为0.736，两地相差0.194；综合气候适宜度变化与气温适宜度基本一致，各地差异较大，格尔木最大，为0.739，天峻最小，为0.399，两者相差0.340。

表6 柴达木盆地枸杞全生育期气候适宜度

3 枸杞种植气候适宜度等级评价指标及区划

3.1 枸杞种植气候适宜度等级评价指标

分析表明，柴达木盆地热量条件中南部和西部地区好、东部差；水分条件中西部地区差、东部较好；各地日照时数长，光照条件充足，中西部较东部地区光照更充足。由于柴达木盆地属绿洲农业区，农业以灌溉为主，加之各地光照条件充足，因此水分和光照条件不是枸杞生长发育和产量形成的主导因子，温度条件是影响枸杞适宜度的主导因子。根据上述分析结果，结合柴达木盆地枸杞种植生产实际进行综合分析、评判，确定了柴达木盆地枸杞种植气候适宜度划分等级标准，见公式（10）至公式（13）。

温度适宜度评价指标：

3.2 基于GIS 技术柴达木盆地枸杞种植气候适宜度区划

柴达木盆地温度适宜度和光热水综合适宜度≥0.6 为适宜、0.5～0.6 为较适宜、≤0.5 为不适宜；降水适宜度≥0.6 为适宜、0.6～0.4 为较适宜、≤0.4 为不适宜；日照适宜度≥0.7 为适宜、0.5～0.7 为较适宜、≤0.5为不适宜。依据各地气温、降水、日照及综合气候适宜度指标，结合当地经度、纬度和海拔高度地理信息，利用GIS 技术绘制出柴达木盆地枸杞种植气温适宜度、降水适宜度、日照适宜度及综合气候适宜度区划（图3）。由图3 可以看出，柴达木盆地枸杞种植气候适宜区分布在德令哈中南部、都兰县西北部、格尔木及茫崖中北部等地区；较适宜区分布在大柴旦西北部及适宜区周边等地区；不适宜种植区分布在德令哈北部、天峻、乌兰东部及盆地海拔较高的周边等地区，表明柴达木盆地海拔较低的大部分地区适宜枸杞种植。

图3 柴达木盆地枸杞种植温度（a）、降水（b）、日照（c）及综合（d）气候适宜度区划

4 结论

柴达木盆地各地枸杞温度适宜度差异较大，格尔木最大，为0.902，天峻最小，为0.022，两者相差0.880；降水适宜度中西部小，东西部大，天峻最大为0.774，冷湖最小为0.038，两地相差0.736；日照适宜度各地均大于0.70，中西部较东西部大，冷湖最大为0.930，天峻最小为0.736，两地相差0.194；综合气候适宜度各地差异较大，格尔木最大为0.739，天峻最小为0.399，两者相差0.340。

柴达木盆地温度适宜度和光热水综合适宜度≥0.6 为适宜、0.5～0.6 为较适宜、≤0.5 为不适宜；降水适宜度≥0.6 为适宜、0.4～0.6 为较适宜、≤0.4 为不适宜；日照适宜度≥0.7 为适宜、0.5～0.7 为较适宜、≤0.5 为不适宜。

柴达木盆地枸杞种植气候适宜区分布在德令哈中南部、都兰县西北部、格尔木及茫崖中北部等地区；较适宜区分布在大柴旦西北部及适宜区周边等地区；不适宜种植区分布在德令哈北部、天峻、乌兰东部及盆地海拔较高的周边等地区，表明柴达木盆地海拔较低的大部分地区适宜枸杞种植。