基于GIS的陕北红枣生态适宜性空间分布格局研究

何钊全, 尚雪, 张铜会

基于GIS的陕北红枣生态适宜性空间分布格局研究

何钊全1,*, 尚雪1, 张铜会2

1. 陕西省红枣重点实验室, 延安大学生命科学学院, 延安 716000 2. 中国科学院西北生态环境资源研究院, 兰州 730000

作物的生态适宜性空间分布格局对于掌握作物生长适宜区域具有重要的作用。陕北红枣, 作为该地区的特色经济作物, 其生态适宜性分布特征尚不明晰。因此, 本文基于层次分析法确定适宜地形、气候、土壤及植被因子权重, 通过地理信息系统(GIS)技术确定陕北地区红枣生态适宜性空间分布等级和面积。结果表明, 陕北地区红枣生态适宜区自陕北南部和东南部向西北和北部地区递减, 年降雨量、年积温及高程是限制红枣在陕北西北部适宜生长的主要环境因子; 红枣最佳生态适宜区和次适宜区主要集中于富县、黄龙县、甘泉县及宜川县。其中, 红枣最佳适宜区和次适宜区面积在富县分别达到5036.58 hm2、23114.25 hm2, 即富县是陕北红枣生态适宜性分布的最优区县。一般适宜区主要集中于延长县、绥德县、清涧县、延川县、宜川县、子洲县及宝塔区。因此, 未来可以在红枣优适宜区进行精准培育种植, 着重提升红枣品质。在一般适宜区增加红枣种植面积, 提高红枣总产量。以期为该地区红枣优化生产提供科学依据, 实现陕北精品红枣规模化发展。

陕北红枣; GIS; 生态适宜性; 空间格局

0 前言

陕北黄土丘陵沟壑区属于温带半干旱气候, 因其干燥少雨, 阳光充足, 温差显著, 成为世界红枣起源地之一[1], 也是我国优质红枣的主要栽培区。该地区的红枣因其酸甜可口、富含蛋白质和维生素而闻名于世, 同时, 种植面积持续扩大[2], 已成为当地的特色经济产业, 经济、社会和生态效益显著。近年, 随着气候变化加剧, 夏秋季持续降雨等气象灾害明显增多, 对红枣产量和品质的危害日益加重[3], 红枣质量和数量已不能满足市场需求。因此, 关于陕北黄土丘陵区红枣生态适宜性分布探究成为当前红枣研究的重点和热点, 具有促进区域红枣产业健康可持续发展的现实意义。传统的适宜性分布研究采用野外实地调查与历史资料考证相结合的方法, 耗时耗力, 结果缺乏一定科学性。因此, 利用新技术探究红枣生态适宜性分布成为目前面临的首要问题。

GIS技术因其快速便捷, 理论方法切实可行, 近年发展迅速, 前景良好。国内外诸多专家学者运用GIS技术研究了多种果树的生态适宜性分布, 成果显著。比如, 屈振江等[4]、Qu等[5]构建了苹果种植分布与气候因子的关系模型, 确立了苹果种植适宜区响应气候变化的敏感区域分布特征。李红英等[6]、刘明春等[7]采用集优法和GIS技术相结合的方法, 综合考虑了气候和土壤条件, 研究了不同熟性的酿酒葡萄的生态适宜性区划, 确立了早、中、晚熟葡萄的生态最适宜区, 为酿酒葡萄对区域优势生态资源的充分利用提供了依据。金志凤等[8]筛选了杨梅种植的气候区划指标后, 建立了区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间分析模型, 为区域特色作物的产业发展规划提供了科学依据。车秀芬等[9]、Qiu等[10]对比了气候变化下海南岛香蕉种植气候适宜性, 得出了各要素和气候适宜性的空间变化图, 为香蕉的种植合理布局提供了决策支持。何鹏等[11]、莫建国等[12]、屈振江等[13]分析了四川省主要猕猴桃产区气候特点和影响猕猴桃生长的关键气象因子, 划分了四川省猕猴桃种植的气候适宜区, 为确定猕猴桃限制生长的关键生态环境因子指明了方向。此外, 田家硕等[14]、Putinicǎ等[15]建立了适宜性评价的技术路线和方法, 评价了核桃的适宜性分布, 明确了最适宜区的比例, 并验证了研究结果与实际生长状况的吻合度。董光等[16]、Peng等[17]结合了MaxEnt生态位模型和GIS技术, 划分了桔梗在全国范围内的生态适宜性区域, 确立了桔梗适宜区面积和规模化人工栽培的合理区域, 也确定了桔梗生长的影响因子阈值, 验证了模型精度。上述研究均具有一定的科学性和准确性, 而且证实了GIS技术省时省力, 具有在各类果树适宜性分布研究方面的理论和实践可行性。

目前, 关于红枣的适宜性分布研究主要基于气候因子[18–21]、水分因子[22]、立地条件[23]和坡度地貌[24]等方面, 但是关于结合地形、气候、土壤和植被四种环境因子的红枣生态适宜性分布及其驱动机制的研究很少。作为黄土丘陵沟壑区红枣产地的代表种植区, 陕北地区红枣产业优势突出、特色鲜明、市场前景广阔。但是, 该地区地形复杂, 传统的调查方法难以准确得到其分布范围。因此, 本研究选取适宜陕北地区红枣生长的生态环境因子(地形、气候、土壤、植被), 采用遥感矢量数据和GIS技术建陕北地区红枣生态适宜性分布指标体系, 确定红枣生态适宜性分布区域等级、范围及面积。同时, 结合GPS定位仪野外实地调查采样, 验证模型精度, 确保研究结果准确性。项目研究旨在合理科学的反映陕北地区红枣分布状况, 为栽培种植和保护陕北红枣资源提供理论依据。同时, 为扩大当地红枣规模化人工栽培面积, 促进区域红枣科技示范基地和园区建设, 发展地方优势特色产业和经济链, 促进陕北地区红枣产业高效、健康发展指明方向。

1 研究区概况

陕北地区位于黄土高原中部, 地处35°02′ N—39°35′ N, 107°15′ E—110°15′ E, 总面积92 521.4 km2, 主要包括延安市和榆林市(图1), 处于暖温带大陆性季风气候向温带半干旱气候的过渡地区, 年平均气温8 ℃—12 ℃, 年平均降水量约350—600 mm。土壤以栗钙土、黄绵土为主。气候干燥、光照充足, 而且昼夜温差大, 非常适合红枣生长发育, 因此是我国优质红枣主要分布地和重要产区。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

本文采用的数据主要有DEM数据、研究区县级行政矢量边界、气象栅格数据(年平均气温、年降水量、积温≥10 ℃)、研究区土地利用数据。其中, DEM数字高程数据来源于USGS; 研究区县级行政矢量边界来源于地球大数据科学工程数据共享服务系统; 气象栅格数据、土壤类型数据以及陕西省土地利用矢量数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn/); 手持GPS野外实地调研采样数据。

2.2 研究方法

2.2.1 适宜性环境因子选取

陕北红枣的分布主要受到地形、气候、土壤、植被、水文等因素的影响[25]。本研究结合川牛膝的生长特性和文献资料, 选取直接影响陕北红枣生长的地形、气候、土壤、植被4个评价指标作为划分依据。其中, 地形显著影响陕北红枣的生长和分布。本文依照文献[25–26], 将适宜红枣生长的海拔定为730—1100 m, 阳坡定为东南、南、西南方向。另外, 由于我国政府要求坡度大于25°的土地不得发展种植业, 鉴于考虑到发展红枣规模化人工种植, 本文将适宜坡度定为缓坡(0—25°)[27]。气候是红枣生长发育的保障。依据文献记录[25], 将适合红枣生长的年均气温定为9.6 ℃—11.1 ℃, ≥10 ℃积温定为3000 ℃—3200 ℃, 年降水量定为430—580 mm。陕北红枣对土壤的适应能力强。根据陕北枣区的土壤类型及相关文献报道, 确定黄绵土、黑垆土及灰钙土均适应于陕北红枣生长[28]。此外, 基于文献记载, 灌木地、林地以及草地均适于红枣生长。考虑到陕北地区近年来退耕还林(还草)生态保护工程的实施, 需要持续保护草地生态, 因此确定陕北红枣适合生长的地理类别为该区域温带落叶阔叶林[21]。

图1 研究区位置

Figure 1 Location of the study area

2.2.2 数据预处理

利用ArcGIS10.6软件的resample工具, 将获取的环境数据统一重采样为30 m分辨率。然后利用陕北地区的县级行政矢量边界图对重采样的环境数据进行裁剪, 依次得到陕北地区的DEM数据、气象栅格数据、土地利用数据及土壤类型数据栅格图。

2.2.3 环境因子提取

通过ArcGIS10.6软件的空间分析工具(Spatial Analyst)提取红枣适宜性环境因子, 分别从获得的陕北地区DEM图上提取适宜高程、坡度及坡向数据。气象栅格数据上提取适宜年平均气温、年降水量及积温≥10 ℃。从陕北地区土壤数据提取适宜土壤栅格数据, 从土地利用数据提取适宜的林地信息。

由于本次研究选取的适宜性指标量纲不同, 无法直接进行陕北地区红枣分布适宜性指数的计算。因此选取极差法分别对数据进行标准化处理, 将各个环境因子值域确定为[0-1], 具体公式如下:

正相关指标:

式(1)中,a代表经过标准化处理后第个单元的第个指标的值;x代表第个单元的第个指标的原始值;x代表第个单元的第个指标的最大值;x代表第个单元的第个指标的最小值。

2.2.4 空间叠加分析

利用ArcGIS10.6软件的栅格计算器工具(Raster Calculator)对提取的10个环境因子进行空间叠加分析, 得出适宜性数S。本次研究通过确定各环境因子的权重, 对计算结果进行等级划分[29], 即适宜区(S≥90%)、次适宜区(90%>S≥80%)、一般区(80%>S≥70%)及非适宜区(S<70%)。寻找陕北地区红枣生长适宜区分布, 同时剔除适宜区范围内的城镇建设用地、水域及未利用地, 最后对适宜区的面积进行统计。

2.2.5 适宜性环境因子权重确定

采用层次分析法将影响陕北红枣生态适宜性分布的环境因子按顺序分解为不同的层次结构, 采用1—9标度评分标准赋值建立判断矩阵, 求出其最大特征值, 及其所对应的特征向量, 再经过归一化处理得到各个指标的权重。最终对矩阵进行一致性检验。由此得出各环境因子权重(表1)。本文中, CR(一致性比率) ≤0.1, 说明判断矩阵一致性好, 所得的指标权重是可以接受。

3 结果与分析

3.1 影响陕北红枣生态适宜性分布的环境因子分析

利用ArcGIS10.6, 从本文获取的地形、气候、土壤及植被因子中提取出适宜陕北红枣生长的高程范围、坡向范围和坡度范围、年均气温范围、≥10 ℃积温范围及年降水量范围。同时, 从中国科学院资源环境科学数据中心获取土壤类型栅格数据和陕西省土地利用数据中, 利用ArcGIS10.6, 提取适宜陕北红枣生长的几种土壤类型数据和林带、城镇建设用地、水域、未利用地等信息(图2)。根据表1中各个环境因子的权重大小可知, 各环境因子对陕北红枣的综合评估顺序为年均降雨量>≥10 ℃积温>海拔>其他。说明陕北红枣生态适宜性空间分布应首先考虑气候因子和地形因子。由图2可知, 适宜年均降雨量分布在陕北中南部地区。适宜年积温分布在陕北南部, 主要以富县为中心向周边散状线式扩张。适宜海拔分布在陕北沿黄河西岸诸县。

3.2 陕北红枣生态适宜性分布等级划分

分析图3可知, 红枣生长最优适宜区和次适宜区面积小, 均分布在陕北南部区域, 主要以富县为代表; 一般适宜区面积显著大于最优适宜区和次适宜区, 分布在陕北中南部沿黄河西岸区域, 主要以绥德县、清涧县、延川县及延长县为代表。进一步统计可知, 陕北地区红枣生长最优适宜区、次适宜区、一般适宜区的面积分别为8548.02 hm2、50732.19 hm2、887126.76 hm2。红枣一般适宜区面积依次是最优适宜区和次适宜区面积的104倍和17倍。这充分说明鉴于陕北地区的地形、气候、土壤及植被特征等生态环境因素所影响, 该地区红枣生长主要表现为一般适宜区, 有利于红枣生长的最优生态适宜区较少。进一步结合图2分析可知, 限制红枣在陕北西北和北部地区适宜生长发育的原因主要是温带落叶阔叶林带的缺失, 年均温、年积温、年降雨量及高程的不适宜性。

表1 红枣适宜性分布评估因子权重

注: CI和RI表示一致性检验指标; CR表示随机一致性比率; CR<0.1, 说明层次总排序通过一致性检验。

图2 影响陕北红枣生态适宜性分布的适宜环境因子分布特征

Figure 2 The distribution characteristics of suitable environmental factors influencing the ecological suitability distribution of red jujube in northern Shaanxi

图3 陕北红枣生态适宜性等级划分(图3A表示红枣生态适宜性总体分布格局; 图3B、图3C及图3D分别表示红枣优适宜区、次适宜区及一般适宜区)

Figure 3 Classification of ecological suitability of red jujube in northern Shaanxi (Figure 3A represents the overall distribution pattern of ecological suitability of red jujube. Figure 3B, 3C and 3D represent the optimal, sub-optimal, as well as general appropriate zones of red jujube, respectively)

3.3 陕北红枣生态适宜性分布面积特征

由图4A可知, 整体性来看, 红枣总适宜区(包括最优适宜区、次适宜区及一般适宜区)主要分布在宜川县、宝塔区及富县。大小次序为宜川县>宝塔区>富县, 且显著大于其他区县。说明宜川县、宝塔区及富县相比其他区县, 是极有利于陕北红枣生态生长的区域。从不同适宜区等级划分看, 首先, 红枣最佳适宜区和次适宜区均主要集中于富县、黄龙县、甘泉县及宜川县, 且以富县面积最为显著。进一步统计可得, 富县中红枣最佳适宜区和次适宜区面积分别达到5036.58 hm2、23114.25 hm2, 分别达到陕北地区红枣最佳适宜区和次适宜区总面积的58.92%、45.56%(图4B、图4C)。这充分说明, 陕北地区红枣生态适宜性生长的最佳区域为富县, 其次为黄龙县、甘泉县和宜川县。其次, 由图4D可知, 红枣生长的一般适宜区的优略次序为延长(121809.78 hm2)>绥德(116037.00 hm2)>清涧(110462.22 hm2)>延川(102105.99 hm2)>宜川(99577.44 hm2)>子洲(77638.41 hm2)>宝塔区(75665.61 hm2)>其他。上述区县的适宜区面积总和占比一般适宜区总面积的79.28%。说明, 陕北地区红枣一般生态适宜性生长区域主要集中于延长县、绥德县、清涧县、延川县、宜川县、子洲县及宝塔区。

3.4 结果验证

野外实地调研是对该文结果准确性的有力验证。因此, 本文通过对本文得出的陕北地区红枣生态适宜区(最优适宜区、次适宜区、一般适宜区)进行实地考察(图 5)。本次陕北地区红枣生态适宜性分布通过利用手持 GPS 进行精确定位和样地数据采集, 主要通过观测实地样地红枣实际种植规模和生长状况验证研究结果。通过GIS OFFICE 将野外测量所采集到的数据文件导入 ArcGIS10.6 中, 发现所选取的区域与通过 ArcGIS 软件分析所得的适宜分布范围结果基本一致。富县枣树的生长态势最好, 体积高大、叶绿丛生, 其次为甘泉。但是, 该两县的枣树呈现明显的分散态势, 枣树种植密度小, 并没有形成规模。延长县、清涧县以及延川县枣树整体的生长状况一般, 枣树体积和叶片面积较小。但是该三县枣树实际种植面积和种植密度明显大于富县和甘泉县。这种不同区县枣树之间的差异也很有可能与当地的管理措施有关, 但是能够在很大程度上从侧面进一步证实本文结果的精确性。目前, 陕北红枣主要着重在延长县、清涧县、延川县、清涧县及绥德县等一般适宜区稳步种植, 而忽略了富县、甘泉等优适宜区。因此, 由此验证结果更加充分说明, 在陕北地区, 红枣产业需要在优适宜区和一般适宜区均衡种植、发展。

图4 红枣生态适宜性空间分布面积(图4A、图4B、图4C及图4D分别表示红枣总适宜区面积、最佳适宜区面积、次适宜区面积及一般适宜区面积)

Figure 4 The spatial distribution area of ecological suitability of red jujube (Figure 4A, 4B, 4C and 4D represent the total area, the optimal area, the secondary area and the general area of red jujube, respectively)

图5 红枣生态适宜区野外调查

Figure 5 Field survey of ecological suitable area of red jujube

4 讨论

陕北黄土高原丘陵枣区光照充足, 气候偏凉, 年降水少, 是我国主要的红枣适生区之一。近年来, 随着陕北红枣产业的规模发展, 陕北红枣种植面积不断扩大, 红枣生态适宜性空间分布评估及探究显得尤为重要。综合近几十年陕北红枣种植区气候变化特征及其对物候期的影响, 陕北红枣种植区气候资源总体适宜红枣产业发展[30]。红枣的生长发育对气候条件变化非常敏感。尤其强降雨量会对红枣品质及产量均产生较大的影响[30]。本文通过层次分析法也得出, 在陕北红枣生态适宜性空间分布评估中, 年降雨量是首先需要考虑的环境因子, 且适宜年均降雨量分布在陕北中南部地区。其次为年积温和海拔。

利用年均温、年降雨量、年积温及年日照时数等指标进行陕北红枣气候区划, 红枣优生区从陕北东部向西区划类型由适宜区向次适宜、不适宜逐渐过渡, 热量不足是限制陕北西部红枣发展的主要因子[18]。适宜区主要分布在宜川中东部、延长、延川、清涧、绥德、吴堡、佳县东部、神木东部、府谷东部, 延安部分地区、子长东南部、子洲部分地区等。主要原因是该地区降雨量气温适中且光照充足, 有利于红枣的生长和产量品质形成。在该研究的基础上, 我们兼顾考虑了适宜地形、气候、土壤及植被因子, 结合遥感数据和GIS技术精准综合区划了陕北红枣生态适宜性空间分布特征后发现, 红枣生长最优生态适宜区较少, 分布在陕北南部地区, 主要集中于富县、黄龙县、甘泉县及宜川县。其中, 最佳适宜区和次适宜区面积在富县分别达到5036.58 hm2、23114.25 hm2, 是该地区红枣生态适宜性分布的最优区域。一般适宜区大, 面积达887126.76 hm2, 分布在陕北中南部沿黄河西岸区域, 主要集中于延长县、绥德县、清涧县、延川县、宜川县、子洲县及宝塔区。因此, 一般适宜区是陕北红枣生态适宜性分布的最主要的表现形式。综合不同生态适宜区(包括最优适宜区、次适宜区及一般适宜区)发现, 宜川县、宝塔区及富县, 显著大于其他区县, 是极有利于陕北红枣生态生长的的区域。和前者研究结果中适宜区表现不同主要是因为区划方法和评估环境因子的差异所导致。郭兆夏主要采用评分函数结合气候因子得出综合区划等级。我们是通过对诸多环境因子的空间叠加得到的适宜性指数等级区划。虽然方法不同, 但是整体性结果是相近的, 即陕北中南部沿黄河诸县均为红枣适宜性生长的区域。最终通过野外实地验证, 陕北生态适宜性分布评估结果精度高, 与实际区域特征相符。整体来看, 陕北红枣生态适宜性分布区从陕北西南部、东南部向西北和北部地区递减。限制红枣在陕北西北和北部地区适宜生长发育的原因主要是温带落叶阔叶林带的缺失, 年均温、年积温、年降雨量及高程的不适宜性。

目前, 陕北地区红枣产业现状主要有: 品种结构单一, 主要以‘木枣’和‘油枣’等传统制干品种为主, 优良品种占比较低; 病虫危害严重, 红枣产量和品质较低[31]。同时, 由于气候变化和育种技术的持续进步, 区域特色作物的适宜种植范围在不断扩大。因此, 在红枣产业的规模化种植过程中, 应充分利用陕北地区不同生态适宜性等级区域的特征, 加大推广、种植力度, 因地适宜, 在生态适宜区科学合理发展陕北精品红枣新品种、种植面积, 实现传统枣业向现代枣业的转变。在最优适宜区通过精准新品种培育种植, 着重提升红枣品质。在一般适宜区发展红枣种植规模增加红枣总产量。通过不同生态适宜性等级区域的合理利用和开发为该地区陕北红枣的产业化精准培育提供科学依据。此外, 陕北地区近年来, 经济发展持续稳进, 生态型社会形态稳步推进, 而且我国在“十四五”时期经济社会发展的主题就是推进高质量发展。因此, 在我国和区域经济社会发展条件的要求下, 该地区需要逐步建立陕北精品红枣产业示范园, 通过均衡开展红枣新技术研发示范和科技推广服务, 实现红枣优质高产种植和产业、经济一体化可持续发展目标。同时, 需要持续关注限制红枣在陕北西北部生长的环境因子变化动态, 为陕北红枣生态适宜性分布的驱动机制探究奠定数据支撑, 有利于下一步深入科学研究。

5 结论

陕北红枣生态适宜性分布存在不同适宜性等级的现象。整体性而言, 该地区红枣生态优适宜区(包括最佳适宜区、次适宜区及一般适宜区)表现出自陕北南部及东南部向西北和北部地区递减的趋势, 这主要是因为西北和北部地区的年降雨量、年均温、年积温及高程的不适宜性所导致。

红枣生长优生态适宜区较少, 分布在陕北南部地区, 主要集中于富县、黄龙县、甘泉县及宜川县。其中, 最佳适宜区和次适宜区面积在富县分别达到5036.58 hm2、23114.25 hm2, 是该地区红枣生态适宜性分布的最优区域。而一般适宜区大, 面积达887126.76 hm2, 分布在陕北中南部沿黄河西岸区域, 主要集中于延长县、绥德县、清涧县、延川县、宜川县、子洲县及宝塔区。

针对陕北红枣品种单一和产量品质低的主要现状, 今后, 在红枣产业的规模化种植过程中, 最优适宜区进行精准品种培育种植, 着重提升红枣品质。一般适宜区增加红枣种植面积, 提高红枣总产量。通过不同生态适宜性等级区域的综合性均衡、合理开垦种植, 在该地区经济社会发展条件的要求下, 建立陕北精品红枣产业示范园, 逐步实现陕北特色精品红枣在区域适宜生长的诸县均衡发展, 同步达到红枣产业示范园的规模化态势和优质高产目标。

[1] Ma Lihui, Wu Pute, Wang Youke. Spatial distribution of roots in a dense red jujube plantation in the semiarid hilly region of the Chinese Loess Plateau[J]. Plant and Soil, 2012, 354(1/2): 57–68.

[2] 雷文艳, 韩唐则. 吕梁红枣产业发展现状、存在问题及措施[J]. 中国园艺文摘, 2012, 24(5): 46–48.

[3] 段晓凤, 戴小笠, 张玉兰, 等. 中宁县影响红枣产量的主要农业气象灾害分析[J]. 干旱地区农业研究, 2013, 31(5): 136–141.

[4] 屈振江, 周广胜. 中国富士苹果种植气候适宜区的年代际变化[J]. 生态学报, 2016, 36(23): 7551–7561.

[5] QU Yanbo, QI Wei, ZHAO Shengting, et al. Ecological suitability evaluation and potential analysis of top-quality apple in Jiaodong mountainous areas at county level[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2008, 24(6): 109–112.

[6] 李红英, 张晓煜, 王静, 等. 宁夏不同熟性酿酒葡萄生态适宜性区划[J]. 生态学杂志, 2014, 33(11): 3120–3126.

[7] 刘明春, 吕世华. 河西走廊酿酒葡萄生态气候资源定量分析及评价[J]. 中国沙漠, 2006, 26(6): 976–981.

[8] 金志凤, 邓睿, 黄敬峰. 基于GIS的浙江杨梅种植区划[J]. 农业工程学报, 2008, 24(8): 214–218.

[9] 车秀芬, 张京红, 黄海静. 气候变化下海南岛香蕉种植气候适宜性对比[J]. 中国农学通报, 2014, 30(16): 123–130.

[10] QIU Bing, CHI Tianhe, WANG Qinmin, et al. Suitability evaluation of fruit trees in Fujian southern mountain areas based on DEM and GIS using a multi-criteria evaluation approach[C]// Geoscience and Remote Sensing Symposium: IGARSS. Anchorage: IEEE, 2004: 2864–2867.

[11] 何鹏, 涂美艳, 高文波, 等. 四川省猕猴桃生态气候适宜性分析及精细区划研究[J]. 中国农学通报, 2018, 34(36): 124–132.

[12] 莫建国, 池再香, 汤苾,等. 贵州山区红心猕猴桃种植气候区划[J]. 中国农业气象, 2016, 37(1): 36–42.

[13] 屈振江,周广胜.中国主栽猕猴桃品种的气候适宜性区划[J]. 中国农业气象, 2017, 38(4): 257–266.

[14] 田家硕, 宁德鲁, 王永兴, 等. 基于GIS的大理州漾濞泡核桃适宜性分布评价[J]. 西部林业科学, 2019, 48(3): 84–89.

[15] PUTINICǍC. Requirements of walnut tree () to environmental factors. Evaluation of lands for culture of walnut with examples in the curvature subcarpathians hills[J]. Handbook of Task Analysis D. diaper and N. stanton Chapter, 2012, 11(1): 467–482.

[16] 董光, 何兰, 程武学. 基于MaxEnt和GIS技术的桔梗适宜性分布区划研究[J]. 中药材, 2019, 42(1): 66–70.

[17] PENG Lihong, CHEN Wenwen, LI Ming, et al. GIS-based study of the spatial distribution suitability of livestock and poultry farming[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2014, 108(C): 183–190.

[18] 郭兆夏, 郭新, 屈振江, 等. GIS支持下的陕北制干红枣气候区划[J]. 中国农学通报, 2011, 27(6): 400–404.

[19] 邱东凤, 朱翠红, 孙培良. 茌平圆铃大枣生产气候适宜性评析[J]. 中国农学通报, 2016, 32(32): 169–173.

[20] 克日木·阿巴司, 孟凡雪, 努尔帕提曼·买买提热依木, 等. 新疆喀什红枣种植气象条件分析与气候品质认证[J]. 中国农学通报, 2018, 34(31): 119–124.

[21] 梁轶, 王景红, 屈振江, 等. 黄土高原丘陵区中阳木枣精细化气候适宜性区划[J]. 中国农学通报, 2016, 32(10): 132–138.

[22] 张平, 汪有科, 湛景武, 等. 红枣开花坐果期水分信息诊断指标适宜性分析[J]. 灌溉排水学报, 2010, 29(3): 94–97.

[23] 党维勤, 卜晓锋, 黄晓琴, 等. 黄土丘陵沟壑区红枣的区位适宜性评价及栽培配置研究[J]. 北方果树, 2008, 40(2): 7–11.

[24] 唐雪香, 王桂保, 刘轩. 基于GIS的种植枣树耕地适宜性评价与品种区划[J]. 江苏农业科学, 2015, 43(8): 179–182.

[25] 李新岗. 陕北枣区的地位研究[J]. 西北林学院学报, 2003, 18(1): 80–83.

[26] 艾宁, 强大宏, 刘长海, 等.半干旱黄土区山地枣林春季土壤水分动态变化研究[J]. 农业现代化研究, 2019, 40(2): 342–348.

[27] 刘长海, 刘世鹏, 王晓涧, 等. 陕北枣林土壤动物功能类群及其害虫生态调控[J]. 土壤通报, 2011, 42(2): 316–319.

[28] 曲永驭. 节水补灌对陕北半干旱山地红枣产量及品质的影响研究[D].杨凌: 西北农林科技大学, 2019.

[29] CHEN Shilin, SUN Chengzhong, ZHAO Runhuai, et al. Development of TCMGIS-I and its application in suitable producing area evaluation of[J]. World Science and Technology, 2006, 8(3): 47–53.

[30] 刘璐, 王景红, 张维敏, 等. 1971—2010年陕北红枣种植区气候变化特征及其对物候期的影响[J]. 干旱气象, 2016, 34(5): 841–846.

[31] 郝哲. 关于陕北红枣产业发展的考虑[J]. 北方果树, 2019, 10(6): 46–48.

Study on spatial distribution pattern of ecological suitability of red jujube in Northern Shaanxi based on GIS

HE Zhaoquan1,*, SHANG Xue1, ZHANG Tonghui2

1. Shaanxi Key Laboratory of Chinese Jujube, College of Life Science, Yan’an University, Yan’an, 716000, China 2. Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou, 730000, China

Exploring the spatial distribution pattern of the ecological suitability of crop in northern Shaanxihas an important role in understanding the suitable region of crop growth. Jujube in northern Shaanxi, as a special cash crop in this region, its ecological suitability distribution characteristics is still fuzzy. As a result, the weight of the suitable terrain, climate, and soil for growing red jujube as well as vegetation factors were determined by the analytic hierarchy process in our study. The spatial distribution level and area of the ecological suitability of red jujube was determined based on geographic information system (GIS) technology. The results showed that the region with ecological suitability for growing red jujube in northern Shaanxi decreased from south and southeast to northwest and north. The annual rainfall, annual cumulative temperature and elevation were the main environmental factors restricting the suitable growth of red jujube in northwest and northern Shaanxi. The suitable region and sub-suitable region for growing red jujube were mainly concentrated in Fu County, Huanglong County, Ganquan County, and Yichuan County. In Fuxian County, the suitable and sub-suitable areas for growing red jujube were 5,036.58 hm2and 23,114.25 hm2, respectively; these two counties were considered the most suitable for growing red jujube in northern Shaanxi. Regions that were moderately suitable for growing red jujube were mainly concentrated in Yanchang County, Suide County, Qingjian County, Yanchuan County, Yichuan County, Zizhou County, and Baota District. In the future, in order to develop high-quality land for growing red jujube in northern Shaanxi, cultivation should occur in the optimum suitable region to improve the quality of red jujube. In addition, the area in which red jujube is cultivated should be increased in the general suitable region to increase the total production of red jujube.The aim is to provide scientific basis for the optimal production of jujube in this region and to realize the large-scale development of high-quality jujube in northern Shaanxi.

red jujube of northern Shaanxi; GIS; ecological suitability; spatial distribution pattern

何钊全, 尚雪, 张铜会. 基于GIS的陕北红枣生态适宜性空间分布格局研究[J]. 生态科学, 2022, 41(5): 177–186.

HE Zhaoquan, SHANG Xue, ZHANG Tonghui. Study on spatial distribution pattern of ecological suitability of red jujube in Northern Shaanxi based on GIS[J]. Ecological Science, 2022, 41(5): 177–186.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.05.022

S157.2

A

1008-8873(2022)05-177-10

2020-09-03;

2020-11-18

国家自然科学基金项目(41371053, 30972422); 陕西省教育厅重点实验室项目(20JS150)

何钊全(1990—), 男, 甘肃庆阳人, 博士,讲师, 主要从事恢复生态学研究, E-mail: hzq@yau.edu.cn

何钊全