Regionalization of the Climate Suitability on Pomegranate Planting in Xianyang Based on GIS

Liu Yan; Liu Jin; Quan Wenting; Wang Jinting; Wang Zixuan; Liang Qichen

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb19020036

Chinese Agricultural Science Bulletin >

2020 , Vol. 36 >Issue 10: 109 - 113

DOI: https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb19020036

Research article

Regionalization of the Climate Suitability on Pomegranate Planting in Xianyang Based on GIS

Liu Yan ^,¹ ,
Liu Jin ² ,
Quan Wenting ³ ,
Wang Jinting ¹ ,
Wang Zixuan ¹ ,
Liang Qichen ¹

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⁽¹⁾ Xianyang Meteorological Bureau, Xianyang Shaanxi 712000
⁽²⁾ Weicheng District Meteorological Bureau, Xianyang Shaanxi 712034
⁽³⁾ Shaanxi Remote Sensing and Economic Crops Center, Xi’an 710015;

Received date: 2019-02-21

Request revised date: 2019-06-12

Online published: 2020-03-19

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(2017M-20)

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Fold

Abstract

To study the climate suitability of pomegranate planting, make full use of climate resources, and find suitable areas for pomegranate cultivation in Xianyang, based on the latest meteorological observed data of 12 stations in Xianyang from 1988 to 2017, GIS technology was used to carry out climatic suitability regionalization of Xianyang pomegranate cultivation, aiming to provide a basis for pomegranate production and agricultural structure adjustment. There were 8 indices of climatic division for pomegranate, namely, ≥10℃ active accumulate temperature from bud emergence to fruit maturity, ≥10℃ active accumulate temperature during the annual growth period, sunshine hours of the year, sunshine hours on September, precipitation from July to September, the average temperature difference between day and night at 18-21℃, extreme minimum temperature of the year, extreme minimum temperature of ten days. The results showed that: the quality area of pomegranate cultivation accounted for 14.9%, mainly distributed in Sanyuan, most of Jingyang, northwest of Weicheng District, eastern Liquan, and northern Qianxian; the suitable area accounted for 21.3%, distributed in Xingping City, Qindu District, Weicheng District, the southern part of Liquan County, the southern part of Qianxian County and the Taiyuan District of Wugong north; the inferior area accounted for 16.6%, and the unsuitable area accounted for 47.2%. Except Wugong, the south of Xianyang dry belt is a suitable area for pomegranate planting, the light, heat and water climate resources in this area meet all the meteorological factors needed for high-quality production of pomegranate, and the cultivation of pomegranate can be developed in this region vigorously.

Key words： GIS; suitability; climate regionalization; pomegranate; Xianyang

Cite this article

Liu Yan , Liu Jin , Quan Wenting , Wang Jinting , Wang Zixuan , Liang Qichen . Regionalization of the Climate Suitability on Pomegranate Planting in Xianyang Based on GIS[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020 , 36(10) : 109 -113 . DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb19020036

0 引言

石榴在咸阳的种植历史已经有2000~3000年。截至2018年底全市石榴种植面积达865 hm²,产量约1.1万t^[1]。随着当地农业结构调整的深入,2017年咸阳市政府^[2]明确提出,通过8年（2017—2025年）的努力,在咸阳旱腰带地区每年增加石榴栽培213.3 hm²,最终达到栽培总面积4000 hm²,年产量稳定在4.5万t以上的石榴种植规模。早在2006年陕西临潼石榴的种植面积就已达8000 hm²,西安市临潼区气象局也对石榴生态气候进行了监测^[3],随着气候变化、石榴新品种的推出和栽培技术更新,石榴种植区域发生了变化。因此,研究咸阳石榴种植气候适宜性,充分利用气候资源,找出咸阳石榴种植的适宜区域,合理布局,规避种植风险,显得尤为重要。

目前,国内外研究学者利用GIS技术对石榴种植气候适宜性区划研究较少,国内学者分别对番石榴、春薯、苹果、巴西陆稻IAPAR-9、马铃薯等开展了灾害风险区划^[4]和种植气候适宜性区划^{[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]}。陕西学者利用气候资料统计筛选石榴、苹果、油菜、白梨、葡萄、砂梨、核桃等的生长发育的适宜性气象指标^[3,15-21]。笔者拟利用GIS技术,以咸阳12个国家气候观测站1988—2017年气象观测资料,分析影响石榴生长和产量形成的关键气候因子,筛选主要气象指标和地理因子,建立咸阳石榴生态气候因子空间分布模式,依据气候综合指标对咸阳石榴栽培气候适宜度进行评估,以期精细化地确定适宜种植地区分布,为咸阳石榴生产及农业结构调整提供依据。

1 资料与方法

1.1 资料及其处理

采用咸阳12个国家气候观测站1988—2017年气象观测资料,并按指标进行均一化处理。利用1:250000的比例尺,提取咸阳的纬度、经度、海拔高度、坡度和坡向等地理数据。

1.2 数据分析及区划方法

通过分析石榴种植所需的气候条件,对每个划分适宜性的气候指标进行标准化处理。采用GIS空间叠置分析法^[22],对咸阳DEM数据进行格式转化,提取区划所需的经纬度、海拔高度、坡度和坡向等数据,最终,在GIS上叠置各类气候指标层,获得30 m×30 m网格石榴种植气候适宜性精细化区划图。

2 结果与分析

2.1 气候适宜区划指标

石榴生长发育的基本要素是空气、土壤、温度、水、光等。土壤是石榴树生长的基地,以pH 7±0.5的中性和微酸偏碱土壤中生长最适宜,以沙壤土最佳^[23];而咸阳土壤类型为壤土,土层深厚,土质疏松、透气性强,土壤pH 7.5~8,适宜石榴树的生长。温度直接影响着石榴树的水平和垂直分布,一般而言,冬季极端气温不低于-13℃,旬最低平均温度平均值不低于-7℃,为石榴的适宜栽培区;冬季极端最低气温不低于-15℃,旬最低温度平均值不低于-9℃的地区,为次适宜区,石榴从现蕾至果实成熟≥10℃的有效积温在2000℃以上,年生长期内≥10℃的有效积温在3000℃以上。

气候因素不仅关系到石榴种植的范围、品种、管理方式以及产量形成等,也影响石榴的品质^[24]。尤其是果实成熟期（7—9月）降水会导致石榴树体整体水分上升,同时蒸腾作用减小,造成石榴裂果,影响品质和产量^[3]。石榴果实的着色除与品种特性有关外,与光照条件也有很大关系,一般情况下,在一定范围内,积温高则果实含酸量低,糖酸比大,口感好^[25]。日平均气温在18~21℃时的日较差越大,石榴籽粒糖分积累越多^[26]。石榴树是喜光植物,在年生长发育过程中,以年日照2000 h、9月日照在100 h以上地区适宜。

综合考虑石榴生长的热量、水分和光照条件,结合前人研究结果,笔者选取8个影响石榴栽培的关键气象指标,包括从现蕾至果实成熟≥10℃的有效积温、年生长期内≥10℃的有效积温、年日照时数、9月日照时数、7—9月降水量、日平均气温18~21℃时的日较差、年极端最低气温和旬平均最低气温,同时结合咸阳气候要素的变化幅度,得出咸阳石榴种植的气候适宜性区划指标（表1）。

2.2 区划指标与空间分析模式

为解决咸阳市自动气象监测站数量少的问题,采用地理统计方法建立气候资料与台站地理信息（经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向）的空间分析模式,利用GIS空间插值推算出30 m×30 m网格上的区划指标值,从而满足咸阳地区石榴种植气候精细化区划的需求。咸阳石榴种植气候区划指标与地理要素之间的空间分析模式见表2,经F值检验,各方程都通过0.05水平的显著性检验,具有较高的可信度。

表1 咸阳市石榴种植气候区划指标

气候要素	最适宜条件	适宜条件	次适宜条件	不适宜条件
K/℃·d	K≥3000	2000≤K<3000	K<2000
K_a/℃·d	K_a≥4000	3000≤K_a<4000	K_a<3000
T_Δt/℃	T_Δt≥11	10.0≤T_Δt<11.0	T_Δt<10.0
S/h	2000≤S≤3500	1000≤S<2000	S<1000或S>3500
S₉/h	S₉≥130	110≤S₉<130	S₉<110
R_7-9/mm	R_7-9<280	280≤R_7-9<300	R_7-9≥300
T_nmin/℃	T_nmin≥-11.0	-13.0≤T_{n min}<-11.0	-15.0≤T_{n min}<-13.0	T_nmin<-15.0
T_{x min}/℃	T_{x min}≥-5.0	-5.0<T_xmin≤-7.0	-9.0≤T_xmin<-7.0	T_xmin<-9.0

注：K代表从现蕾至果实成熟需≥10℃的有效积温,K_a代表年生长期内需≥10℃的有效积温,T_Δt代表日平均气温18~21℃时的日较差,S代表年日照时数,S₉代表9月日照时数,R_7-9代表7—9月降水量,T_{n min}代表年极端最低气温,T_xmin代表旬平均最低气温。下同。

表2 石榴种植区划因子空间分析模式

地理模式	R	F
K=4671.949-1.786h	0.987	389.003^**
K_a=5270.915-1.702h	0.984	299.010^**
S=-11005.774+376.009φ	0.751	12.920^**
S₉=-2684.687+25.832λ+0.030h	0.802	8.117^*
R_7-9=239.373+0.059h	0.840	23.945^**
T_Δt=-47.083+1.669φ	0.728	11.276^**
T_n=-6.374-0.010h	0.904	44.914^**
T_x=207.259-6.155φ	0.934	67.982^**

注：λ、φ、h分别代表经度、纬度、高度。^*代表P<0.05,^**代表P<0.01。

2.3 区划图制作

利用GIS空间叠置分析方法,提取咸阳地区30 m×30 m网格的经度、纬度、海拔高度等方面的地理信息数据,利用各气候区划因子空间分析模式（表2）,推导出30 m×30 m网格上每个区划因子所在的指标值。为真实地反映每个网格上的气候区划指标值,计算出12个自动气象监测站的实测值与推算值之间的残差,通过反距离权重插值法对30 m×30 m网格残差栅格图进行插值,并与区划指标栅格图叠加,生成单一气候指标图层。最后将各气候指标图层进行矢量叠置,从而得到30 m×30 m网格上的石榴栽培气候适宜性精细化区划图（图1）。

2.4 分区评述

2.4.1 最适宜区该区域光、热、水气候资源满足石榴优质生产所需的全部气象因子,区域面积占咸阳市总面积的14.9%。主要分布在三原、泾阳大部、渭城区西北部、礼泉东部、乾县北部。该区域是发展石榴种植产业的主产区。

2.4.2 适宜区适宜区主要分布在兴平市、秦都区、渭城区、礼泉县南部、乾县南部及武功北部台塬区,占咸阳市总面积的21.3%。在石榴生长期间,该区从现蕾至果实成熟≥10℃活动积温3600~3900 ℃·d;年生长期内≥10℃有效积温4300~4500 ℃·d;年日照时数1700~2000 h;9月日照时数119~142 h,7—9月降水量250~275 mm;日平均气温在18~21℃时日较差10.1~10.7℃;年极端最低气温-12.5~-10.9℃;旬平均最低气温-5.2~-4.3℃。

限制该区域石榴优质生产的不利气象条件主要是日照时数略偏少、年极端最低气温偏低,所以该区域推广石榴栽培时应当因地制宜,加强栽培管理。

2.4.3 次适宜区次适宜区主要分布在武功南部、乾县北部、永寿南部、淳化南部及泾河流域河谷,占咸阳市面积的16.6%。在石榴生长期间,该区从现蕾至果实成熟≥10℃有效积温2900~3850 ℃·d;年生长期内≥10℃活动积温3700~4500 ℃·d;年日照时数1700~2000 h;9月日照时数120~140 h;7—9月降水量290~300 mm;日平均气温18~21℃时日较差9.5~10.2℃;年极端最低气温-12.6~-10.2℃;旬平均最低气温-5.9~-4.1℃。

限制该区域石榴优质生产的不利气象条件主要有：年极端最低气温低,影响石榴树安全越冬;9月日照时数少、7—9月降水量多、日平均气温18~21℃时日较差偏小,影响石榴品质。

2.4.4 不适宜区不适宜区主要分布在长武县、旬邑县、彬州市、永寿县北部、淳化县北部、礼泉县东北部,占咸阳市面积的47.2%。该区域年极端最低气温低于-15℃、旬平均最低气温低于-9.0℃,石榴树不能安全越冬是限制石榴栽培的主要气候因素。

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图1 咸阳石榴种植气候适宜性区划

3 结论

采用气候与地形相结合的方法,利用GIS空间插值和叠加功能划分出咸阳地区石榴栽培的气候适宜性精细化区划,结果表明,最适宜区占咸阳市面积的14.9%,适宜区占21.3%,次适宜区占16.6%,不适宜区占47.2%,旱腰带以南除武功以外都是石榴种植适宜区,该区域光、热、水气候资源满足石榴生产所需的气象条件,建议大力发展石榴栽培。

4 讨论

石榴性喜温暖、喜光、比较耐旱,陕西是国内石榴栽培最早和种植资源最丰富的地区,由于温度条件限制,主要分布在陕南和关中地区。而关中的主产区大多在西安临潼和长安、咸阳三原、礼泉和乾县等地^[27]。尤其是临潼、礼泉和乾县,种植历史悠久,栽培技术高,品种资源多,品质优良,人文资源丰富,因此应深度挖掘该地区的石榴产业和产品价值,结合当地旅游资源,创新产品类型,延长产业链条,从而提高石榴产业化效益。

石榴种植最适宜区光、热、水气候资源满足石榴优质生产所需的全部气象条件。笔者分析了与石榴生长密切相关的关键气候因素,以及经度、纬度和海拔高度等地理因子对气候因子的影响,筛选出了咸阳地区石榴种植优质区需满足的气象条件,即从现蕾至果实成熟≥10℃活动积温超过3000 ℃·d,在年生长期内,≥10℃有效积温超过4000 ℃·d,年日照时数2000~3500 h,果实成熟期日照时数超过130 h,年极端最低气温超过-11℃,旬平均最低气温高于-5℃,满足石榴生长发育所需的热量;日平均气温18~21℃时日较差超过11℃,7—9月降水量250~275 mm,保证了石榴的品质。结合咸阳地区地理因子和气象区划因子空间推算模式,运用GIS反距离权重插值法和矢量叠置功能,首次评估了石榴在咸阳地区栽培的气候适宜度,并确定本地区石榴种植的区划方案。

目前,咸阳市实际栽种面积主要分布在礼泉建陵,乾县莫西、乾陵,泾阳安吴、兴隆,三原鲁桥、徐木、马额、新兴、嵯峨等乡镇,因此可见,区划结果与咸阳市实际栽种地理位置一致,气候区划指标空间推算模式客观、合理。

石榴的生长受各种自然环境因子的共同影响,其中气象条件起主导作用。本研究只考虑了影响咸阳地区石榴优质生产的主要气象因素,未考虑土壤类型、土地利用类型、当地栽培技术等,因此在扩大种植时应当因地制宜,引种前进行品种栽培试验,提高石榴产量和品质。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

感谢中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云(http://www.gscloud.cn)提供咸阳地区DEM（Digital Elevation Model,数字高程模型数据）。

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