基于GIS的岑巩县线辣椒气候适宜性区划

蒋松林， 马洪燕， 盛升旺， 龙凌云

(1.岑巩县气象局， 贵州 岑巩 522626； 2.镇远县气象局， 贵州 镇远 522625)

0 引言

【研究意义】辣椒为一年生或有限多年生草本植物，原产于墨西哥，明朝末年流入中国[1]。因辣椒果实的果皮含辣椒素而有辣味，能增进食欲，成为人们喜食的蔬菜之一。随着高效农业的推进，辣椒产业迅速发展，辣椒已成为主要经济作物和重要经济来源之一。为了优化产业结构，大力发展特色农业，岑巩县将辣椒种植作为农民增收的主要渠道之一，且引种“玉梦二号”线辣椒，形成了较大规模的产业基地。影响线辣椒生长发育的关键是气象条件和气候环境，因此开展岑巩地区线辣椒适宜气候区划研究对推动线辣椒产业以及农业经济发展具有重要意义。【前人研究进展】辣椒是喜温作物，温度、光照、降水是影响辣椒生长发育的关键气象因子，气温是影响辣椒生长发育的主要因素；光照是影响辣椒品质的关键因素，辣椒生长发育阶段的适宜温度为25～30℃，温度低于15℃其生长发育受阻，温度高于35℃会因花器发育不全或柱头干枯不能受精而落花[2]，果实发育和转色需要温度高于25℃[3]。【研究切入点】岑巩立体气候特征明显，区域气候差异较大，生态环境复杂，现有的气象观测站点资料不能完全反映岑巩的气候分布特点，以往的研究选取多为国家气象观测站资料，不能较好反映当地气候分布特点，这在一定程度上影响了地方辣椒生产布局，进而影响辣椒产业的可持续发展。【拟解决的关键问题】运用区域自动气象观测站资料对无气象观测的区域进行时空分布分析，以反映当地气候特点。采集岑巩县11个乡镇区域自动站及岑巩县国家气象观测站2016—2020年的气象资料，结合线辣椒生长发育不同时期所需的温度、水分、光照等关键气象要素，利用ArcGIS软件进行样条函数插值得出岑巩县降雨及日照的时空分布，对线辣椒种植气候适宜性进行拟合分析，以获得岑巩线辣椒种植的气候适宜区划，为发展该县线辣椒种植提供可靠依据。

1 资料与方法

1.1 岑巩县地形地貌与气候概况

岑巩县位于云贵高原向湘西过渡的斜坡地带，地势自西北向东南逐渐降低倾斜，可划分为山地、丘陵、盆地3种类型；海拔330～1 359.9 m，大部分地区在400～700 m(图1)；年平均气温为16.4℃，平均降雨量为1 138.2 mm，气候温和，属亚热带湿润季风气候。辖区共11个乡镇，海拔最低点位于水尾镇马公塘，最高点位于凯本镇小顶山。

1.2 资料来源

1.2.1 气象资料 地面气象观测资料为岑巩县区域自动气象站和国家气象观测站2016—2020年的观测数据，包括气温、降水量、日照时数等气象要素的逐日观测资料，均来源于贵州省气象资料查询系统。

1.2.2 地理信息 基于GIS获取的岑巩县1︰100万行政边界数据，数据来源于全国地理信息资源目录服务系统，岑巩县SRTMDEMUTM 90 M分辨率数字高程数据来源于地理空间数据云。

1.3 方法

1.3.1 区划指标地理模型 岑巩县地形复杂多样，立体气候明显，区域气候差异大。现有的气象观测站点资料不能完全反映岑巩的气候分布特点，因此，需要对无气象观测的区域进行时空分布规律分析。目前，在插值方法上，通常用反距离加权插值法(DW)、普通克里格插值法和样条函数插值法。在复杂的山地环境下，样条函数插值法对温度、降水和相对湿度的插值精度最优，特别是温度和降水优于其他2种插值方法[4]。故采用样条函数插值法对岑巩县温度、降水进行时空分布规律分析。

1.3.2 适宜度模型

1) 温度。根据马树庆[5]的研究结果，即作物适宜度由作物生长发育的下限温度、上限温度和最适温度共同决定，拟定温度适宜度模型公式如下：

(1)

(2)

式中，S(t)为温度适宜度；B为中间参数；T为平均气温，T1、T2和T0分别为辣椒育苗所需的下限温度、上限温度和最适温度，当T≤T1或T≥T2时，S(t)=0，当T=T0时，S(t)=1。

2) 降水。根据宋迎波等[6]的研究结果，拟定降水适宜度模型公式如下：

(3)

式中，S(p)为降水适宜度，P为区域某时段平均降水量(mm)，R为线辣椒生长适宜降水量。

3) 气候。辣椒苗期与生长期对光照的需求较弱，挂果到熟收期需求较强，但岑巩日照观测站点稀少，故不建立光照适宜度模型。气候适宜度模型综合考虑温度、降水要素对辣椒不同生育期的影响，采用几何平均方法，建立辣椒气候适宜度模型，公式如下：

(4)

式中，S(t,p)为气候适宜度，S(t)为温度适宜度，S(p)为降水适宜度。

2 结果与分析

2.1 辣椒种植气候适宜性指标

线辣椒的主要生育期分为定植期、生长期、开花挂果期、熟收期。由表1可见，辣椒种植的适温范围比较广，且在不同生长发育时期对温度的要求不同，定植期适宜温度为15～28℃，温度低于15℃或高于28℃对辣椒生长发育不利，甚至导致其停止生长；适宜降水量为80～120 mm。生长到开花挂果期适宜温度为18～30℃，适宜降水量为290～380 mm。开花挂果到熟收期是影响辣椒品质和产量的关键时期，适宜温度为20～32℃，适宜降水量为290～350 mm，适宜日照时数>320 h。

表1 岑巩线辣椒的气候适宜性指标

2.2 辣椒生长发育期气候适宜性

2.2.1 定植期 4月下旬至5月上旬是岑巩县线辣椒定植时期，此期若温度过高苗易失水萎蔫死亡，太低不利于其生长。同时，线辣椒移栽后根据降水适当控制水分，植株生长需水量也随之增加，但田间持水量也不宜太高，否则不利地下部根系伸展发育，并导致地上部枝叶徒长。

从图2a可知，定植期岑巩县的平均气温为16.5～20.2℃，且呈从中部、北部向东部、南部递增趋势。岑巩县的气温均能满足线辣椒定植期的生长发育需要，温度最适宜区主要分布在岑巩县东部和西南部。从降水分布(图2b)看出，定植期岑巩县降水最少的区域主要分布在县西北部位，次降水少区分布在县中部区域，降水充沛区域分布在县东北面。根据线辣椒获得较高产量对应苗期土壤的水分下限为(田间持水量)50%～55%[7-8]的标准判断定植期除县西北部和中部外，其余地区水分条件均能满足线辣椒生长发育的需求。

从气候适宜度(图2c)可知，岑巩县线辣椒定植期间气候适宜度在0.1～0.8，最低值在县西北部，结合图2a和图2b得出，气候最适宜地区的温度和降水配合较好，次适宜地区的降水偏少或温度偏低，不适宜地区的降水与温度均偏低。

2.2.2 生长到开花挂果期 5—6月是岑巩线辣椒生长到开花挂果期，5月是线辣椒生长期，6月上旬到中旬是线辣椒始花期，6月下旬线辣椒挂果。

从图3a可知，岑巩县5—6月上旬平均温度为20.6～23.8℃，平均气温分布呈从中部、北部向东部、南部递增趋势。故生长到开花挂果期间，线辣椒生长发育温度最适宜区主要分布在县东部和西南部。从图3b看出，生长到开花挂果期岑巩县的降水比较充沛，降水量在267.6～399.2 mm。为缩短定植后缓苗时间，加速生长发育，需要充足的水分供给，降水量在290～380 mm比较适宜。同时，理论上线辣椒获得最大产量的适宜上限和下限田间持水量分别为83.4%和55.4%[9]。由此表明，岑巩县水分条件能较好满足线辣椒生长到开花挂果的需要。

从气候适宜度(图3c)可知，岑巩线辣椒生长到开花挂果期气候适宜度在0.82～1，岑巩的气候条件均能较好满足线辣椒生长发育的需要。

2.2.3 开花挂果到熟收期 7—8月气候条件是影响辣椒产量与品质的关键，温度、降水、日照合适才能获得较高品质和产量的线辣椒。

由图4可知，岑巩县2016—2020年7—8月累计日照时数均在350 h以上，光照资源充足，有利于促进线辣椒的转色，由此获得优质的线辣椒。开花挂果到熟收期温度是影响辣椒产量的关键因子，此期最适宜温度为26℃；果实膨大的适宜温度为23～28℃，高于35℃果实易受灼烧，造成落花落果，低于20℃辣椒的膨大速度易受到抑制；果实加速转色的适宜温度为25～30℃，温度过低将使果实转色过慢，成熟期延长。从图5a可知，岑巩县7—8月平均温度为24.6～28.1℃，呈从西北向东南递增趋势，岑巩线辣椒的温度适宜度较高，有利于线辣椒品质的形成。线辣椒植株挂果后营养生长旺盛，对温度、湿度仍然敏感，温度适宜时田间土壤持水率达70%，才能促进开花和提高结果率，获得高产。7—8月高温燥热使作物的蒸腾和土壤水分的蒸发率过大，导致土壤持水率降低。从图5b可知，岑巩县除东北部及南部少数地区外，其余地区的降水均不能满足线辣椒此期生长发育的水分需求，需要适时灌溉补水保持土壤湿度。

结合气候适宜度(图5c)得知，岑巩县线辣椒开花挂果到熟收期气候适宜度在0.59～1，最适宜地区位于东北部及南部少数地区。

3 讨论

气候适宜性指标是气候适宜性区划的关键。辣椒属于中光性作物，苗期对于短日照具有良好的适应，生长后期表现出光中性，挂果期长光照对辣椒也无抑制作用[10]，而光照充足，辣椒转红快，色泽鲜艳，品质较高；光照不足，色泽暗淡，品质较低，表明岑巩县东北部和南部少数地区线辣椒的定植期到熟收期气候适宜度均在0.8以上，区域气候条件能较好满足线辣椒生长发育全阶段的需要；线辣椒生长到开花挂果期岑巩县气候适宜度在0.82～1，岑巩县所有区域气候条件均能较好满足线辣椒生长发育的需要，与陈芳等[11-13]结果一致。

关于辣椒关键气象因子的气候区划指标目前尚无统一标准，区划结果具有差异性，且在辣椒生长发育过程中除受到气候条件的影响外，还受到下垫面土壤类型、肥料等影响，因此建立气候与品种、土壤等类型相结合的适宜度模型，其评价效果更客观，更具有科学指导性。同时，由于线辣椒适宜性指标和气候适宜性区划使用的时间研究尺度为较长的月尺度，其结果具有一定的局限性，未能较好考虑短时灾害性天气对线辣椒产量及品质的影响。因此，进行线辣椒气象灾害性指标的研究也尤为重要。

4 结论

光照、温度、降水等气象因子优质配合才能获得产量和品质较高的线辣椒。岑巩线辣椒种植最适宜的区域主要位于东北部和南部少数地区；其余地区温度在各时期均能满足线辣椒生长发育的需要，但在开花挂果到熟收期关键时期大部分地区降水不能较好满足线辣椒生长发育的需求，需要适当的灌溉补水，保持土壤湿度，以提高线辣椒的产量和品质。