魯永新 ，鄒 萍，張中平，武 勇

（1.楚雄州氣象臺(tái)，云南 楚雄 675000；2.楚雄州農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣研究所，云南 楚雄 675000）

隨著人們對(duì)大麥生物學(xué)特性及加工特性的逐步認(rèn)識(shí)，結(jié)合云南省作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，上世紀(jì)80年代以來，云南大麥種植開始向規(guī)?；Ｓ没?、產(chǎn)業(yè)化和現(xiàn)代化方向快速發(fā)展。云南種植的大麥主要用于釀造啤酒、畜禽飼料或啤飼兼用。2011年全省實(shí)際種植大麥超過20萬hm2，已成為全國(guó)第一大種植區(qū)[1]。

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，云南省的耕地逐漸向山區(qū)、半山區(qū)坡地轉(zhuǎn)移[2]。因受云南的地理、氣候、經(jīng)濟(jì)等因素的影響，絕大部分山區(qū)、半山區(qū)坡地的水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，不能滿足干旱季節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的基本需求。尤其是大麥，主要依靠自然氣候條件生長(zhǎng)。云南氣候類型多樣，廣大山區(qū)、半山區(qū)大麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ?，氣候因素?duì)大麥生產(chǎn)的影響很大。筆者對(duì)云南省大麥全生育期內(nèi)的降雨量、氣溫、日照等氣候因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，研究其與大麥種植的相關(guān)性，以期為云南省的大麥種植提供客觀、科學(xué)的理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 資料收集

收集了1981~2010年云南省125個(gè)縣各旬、月的平均降雨量、氣溫和日照時(shí)數(shù)等氣候資料。

1.2 氣候因子的選擇

因受季風(fēng)氣候的影響，云南省絕大多數(shù)大麥種植區(qū)在10月中旬~11月上旬播種，10月下旬~11月上中旬出苗，11月下旬~次年1月上旬麥苗分蘗，1~2月拔節(jié)孕穗，3月抽穗開花，4~5月上旬灌漿成熟，5月中旬前收獲，全生育期145~180 d左右[3]。

大麥生育期間的降雨量、氣溫、積溫和日照時(shí)數(shù)的時(shí)間、空間分布是影響云南大麥生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵，是大麥增減產(chǎn)的決定性因子[4-6]。參考相關(guān)文獻(xiàn)，選取了與云南大麥生長(zhǎng)適應(yīng)性關(guān)系較強(qiáng)的33個(gè)氣候因子作為區(qū)劃研究指標(biāo)（表1）。

表1 影響大麥生長(zhǎng)的氣候因子

其中，播種出苗期~分蘗期的降雨量決定了大麥的出苗數(shù)和分蘗率，是大麥產(chǎn)量形成的初始影響因子；拔節(jié)期~灌漿期的降雨量決定了大麥從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)再到營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的水分供給，是大麥有效穗數(shù)和產(chǎn)量形成的主要影響因子；全生育期的積溫及分布為大麥生長(zhǎng)發(fā)育的熱量條件，是大麥產(chǎn)量和質(zhì)量形成的重要影響因子之一；2~4月的日照時(shí)數(shù)為大麥生長(zhǎng)發(fā)育的必要條件，也是大麥產(chǎn)量和質(zhì)量形成的重要因子之一。

1.3 區(qū)劃研究原理

利用多元統(tǒng)計(jì)學(xué)的主成分分析方法建立評(píng)價(jià)模型，根據(jù)評(píng)價(jià)模型得出的綜合評(píng)價(jià)值來判斷動(dòng)態(tài)氣候條件影響下的大麥產(chǎn)量。主成分分析原理是利用降維的思想，把眾多變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，這幾個(gè)綜合指標(biāo)為原來的線性組合；綜合指標(biāo)保留了原始變量的主要信息，彼此之間又不相關(guān)，能使復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，使原因子的信息集中到幾個(gè)主要因子上進(jìn)行分析[7-12]。主成分分析方法的步驟：第一步對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除量綱不同的影響；第二步求無量綱后數(shù)據(jù)的相關(guān)矩陣R；第三步求R的特征值、特征向量及貢獻(xiàn)率；第四步根據(jù)貢獻(xiàn)率確定主成分的個(gè)數(shù)；第五步以線性組合中權(quán)重較大的幾個(gè)影響因子作綜合意義解釋；最后對(duì)組全因子進(jìn)行逐步聚類分析。

1.3.1 R型主成分與逐步聚類分析 R型主成分分析是對(duì)變量的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行研究，以云南省大麥種植氣候生態(tài)類型為研究對(duì)象，將33個(gè)區(qū)劃研究指標(biāo)因子組合成一個(gè)p＝33、n＝125的矩陣Xpn；前m個(gè)主成分組成的矩陣Ymn反映了“集中”原矩陣Xpn中的因子信息。根據(jù)主成分分析回歸合成因子利用K－M逐步聚類法對(duì)矩陣Ymn作聚類分析，對(duì)n個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行氣候類型的分類劃分。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果及解釋 利用SPSS軟件，對(duì)矩陣Y33×125進(jìn)行主成分分析。用方差最大法進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)，使成分負(fù)載向0和1兩極分化，采用回歸法計(jì)算主成分分值。

2 結(jié)果與分析

2.1 主成分分析

在主成分分析時(shí)，荷載率絕對(duì)值的大小表明各因子與主成分的相關(guān)程度，荷載率絕對(duì)值越大的因子，與其主成分的相關(guān)性越好，越能顯現(xiàn)出該主成分的影響效應(yīng)。一般當(dāng) 荷載率 ≥0.6時(shí)，認(rèn)為該要素與主成分的相關(guān)程度足夠大[13-14]。在主成分Y33×125中的前4個(gè)向量的累積方差已達(dá)94.651%（見表2），所以，只需計(jì)算4個(gè)主成分。

表2 Xpn協(xié)方差陣矩的特征值及方差和累積方差的貢獻(xiàn)率

從表3中可知，第1主成分中荷載率較大的變量 依 次 是 X11、X12、X13、X9、X14、X10，X7、X8、X16、X15、X17，這11個(gè)因子反映了大麥生長(zhǎng)發(fā)育中后期的水分條件及其分布狀況。其中，X7、X8、X9、X10 代表大麥從拔節(jié)期到孕穗期的旬降雨量；X11、X12、X13、X14代表大麥從抽穗到開花期的降雨量及分布；X15、X16、X17代表大麥灌漿期的降雨量及分布。這幾個(gè)因子分別反映了大麥幾個(gè)關(guān)鍵生育期對(duì)應(yīng)的降雨量及分布，是云南大麥產(chǎn)量和質(zhì)量形成的主要影響因子。因子荷載率為正，說明了云南冬季降雨量的多少及時(shí)間分布是決定大麥的豐歉的第一影響因素，與云南大麥種植實(shí)踐吻合。

第2個(gè)主成分中荷載率較大的變量依次是X29、X27、X28、X30、X25、X20、X21、X26、X22、X24、X23， 這 11個(gè)因子反映了大麥從播種至成熟各個(gè)時(shí)期的熱量條件及分布，是云南大麥關(guān)鍵生育期對(duì)應(yīng)的積溫或平均氣溫。這些因子既表征了大麥各個(gè)關(guān)鍵生育期的熱量條件，也表征了大麥在溫度敏感時(shí)段是否遇上低溫危害。因子荷載率為正，與云南大麥種植實(shí)踐相吻合。

表3 Vmp矩陣的特征向量

第3個(gè)主成分中荷載率較大的變量依次是X2、X3、X4、X1、X7、X5、X6，這 7 個(gè)因子主要反映了云南大麥生長(zhǎng)前期的降雨量及其分布。其中，X2、X3是大麥出苗期的降雨量，X1是播種期的降雨量，X4、X5、X6是大麥分蘗期的降雨量及分布。因子荷載率為正，說明這幾個(gè)時(shí)段的降雨量對(duì)大麥前期生長(zhǎng)呈正效應(yīng)。

第4個(gè)主成分中荷載率較大的變量依次是X31，X32，X33，這3個(gè)因子反映了大麥生長(zhǎng)發(fā)育中后期的光日照條件，分別代表了2月、3月和4月的日照時(shí)數(shù)。因子荷載率為正，說明大麥生長(zhǎng)中后期光照充足，能提高大麥生長(zhǎng)的光合效率，直接影響大麥產(chǎn)量和質(zhì)量的形成，與生產(chǎn)實(shí)際相吻合。

2.2 動(dòng)態(tài)逐步聚類分析

根據(jù)主成分分析回歸合成因子，利用K-M動(dòng)態(tài)逐步聚類法對(duì)云南省125個(gè)縣進(jìn)行氣候生態(tài)類型的分類劃分，最終劃分為4個(gè)類型的大麥種植區(qū)（如圖 1）。

2.2.1 第一類大麥種植區(qū)（中北部半干旱麥區(qū)）該區(qū)主要位于滇中及以北的部分地帶，包括德欽、香格里拉、維西、寧蒗、魯?shù)?、昭通、蘭坪、劍川、洱源、麗江、永勝、鶴慶、華坪、永仁、巧家、會(huì)澤、東川、宣威、云龍、漾濞、永平、保山、大理、賓川、彌渡、祥云、巍山、大姚、元謀、姚安、牟定、南華、楚雄、富民、武定、祿勸、祿豐、昆明、尋甸、馬龍、曲靖、嵩明、沾益、陸良、富源、施甸、昌寧、南澗、雙柏、安寧、易門、晉寧、太華山、澄江、玉溪、江川、通海、華寧、宜良、呈貢、師宗、彌勒、瀘西共63個(gè)縣市。該區(qū)域的主要特點(diǎn)是：為高海拔、或中高海拔的盆地，平均海拔約1 800~3 600 m；土壤有黃壤、泥沙、水稻土、紫色和暗棕壤等[15]；冬春季冷空氣易堆積，大麥生育期（冬春季）氣溫低，霜期長(zhǎng)，極易遭受低溫侵襲；降雨較少、分布不均，干旱發(fā)生頻率高；陰天日數(shù)多，日照時(shí)數(shù)偏少。該區(qū)農(nóng)作物多為一年兩熟，局部區(qū)域一年一熟，是云南大麥主產(chǎn)區(qū)，也是大麥種植的最適宜區(qū)和優(yōu)先發(fā)展種植區(qū)。

2.2.2 第二類大麥種植區(qū)（中南部富熱濕潤(rùn)麥區(qū)）該區(qū)位于云南中部以南地帶，是云南糧食、經(jīng)濟(jì)作物主產(chǎn)區(qū)，包括騰沖、隴川、盈江、瑞麗、鎮(zhèn)康、梁河、龍陵、潞西、鳳慶、永德、云縣、景東、鎮(zhèn)沅、新平、石林、丘北、羅平、峨山、滄源、耿馬、西盟、孟連、雙江、臨滄、景谷、瀾滄、勐海、景洪、寧洱、墨江、普洱、元江、勐臘、石屏、建水、紅河、江城、綠春、開遠(yuǎn)、個(gè)舊、蒙自、屏邊、金平、硯山、文山、馬關(guān)46個(gè)縣市。該區(qū)域的主要特點(diǎn)是：地形切割深，多為盆地或山丘，平均海拔800~1 500 m左右；土壤有水稻土、棕壤、紅壤、紅泥沙、燥紅壤等；大麥生育期內(nèi)（冬春季）氣候溫暖、熱量豐富、光照充足，降雨量稍多，降雨量分布相對(duì)均勻，霜區(qū)短，不易受干旱危害，低溫冷害性頻率較低。該區(qū)大部可發(fā)展種植山地大麥或大麥與經(jīng)濟(jì)作物間套種，發(fā)展?jié)摿Υ蟆?/p>

2.3 第三類大麥種植區(qū)（東部半濕潤(rùn)麥區(qū)）該區(qū)位于云南東和西北部的部分區(qū)域，是云南糧食、經(jīng)濟(jì)作物主產(chǎn)區(qū)之一，包括綏江、永善、鹽津、大關(guān)、彝良、鎮(zhèn)雄、威信、六庫(kù)、元陽、河口、西疇、麻栗坡、廣南、富寧14個(gè)縣市。該區(qū)域地形構(gòu)造多，有丘陵、盆地、或河谷地帶，海拔高度相差大，范圍在800~2 000 m之間；土壤有紫色、黃壤、紅壤、泥沙等；大麥生育期（冬春）氣候暖和，熱量適中，光照條件稍差，降雨量適中，霜期差異大，易受冷空氣侵襲。該區(qū)大麥全生育期約145~165 d，發(fā)展大麥種植潛力較大。

2.4 第四類大麥種植區(qū)（西北部溫暖濕潤(rùn)麥區(qū)）該區(qū)位于云南西北部，冬春季以種植經(jīng)濟(jì)作物為主、大麥種植面積很少，包括貢山、福貢2個(gè)縣市。該區(qū)域地形差異大，有高山也有低谷，海拔高度差達(dá)4 390 m；土壤類型豐富，有高山草甸土、棕色針葉土、暗棕壤、棕壤、黃棕壤、黃壤、紅壤、紫色土、石灰土、水稻土等；為立體氣候，一年之中有4月和9月兩個(gè)相對(duì)多雨的時(shí)段，大麥生育期（冬春季）熱量豐富，降雨量充沛，光照條件差。該區(qū)主要以糧食、經(jīng)濟(jì)作物為主，因春季降雨多、晴天日數(shù)較少，僅有部分區(qū)域較適宜大麥種植，或適宜發(fā)展大麥、糧食和經(jīng)濟(jì)作物的間套種植。

3 結(jié) 論

以大麥各個(gè)生育期內(nèi)的降雨量、氣溫、積溫、日照時(shí)數(shù)為原始數(shù)據(jù)，用主成分分析法和K-M動(dòng)態(tài)逐步聚類分析法，根據(jù)氣候類型研究了云南省125個(gè)縣市適宜大麥種植的程度。最終按氣候影響因子將125個(gè)縣市劃分為中北部半干旱、中南部富熱濕潤(rùn)、東部半濕潤(rùn)和西北部溫暖濕潤(rùn)4個(gè)大麥可種植區(qū)，劃分結(jié)果與多年生產(chǎn)實(shí)踐基本相符。區(qū)劃研究采用主成分分析和K-M逐步動(dòng)態(tài)聚類方法對(duì)云南大麥種植區(qū)域類型的區(qū)劃，試驗(yàn)結(jié)果基本排除了人為因素的干擾，避免了通常只考慮較少影響因子（指標(biāo)）進(jìn)行種植區(qū)劃而造成區(qū)劃研究結(jié)果過于片面的情況[16-19]。同時(shí)，研究結(jié)果在GIS平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了圖形輸出，結(jié)論直觀，可操作性強(qiáng)。

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