張永紅，李星敏，葛徽衍，李博文，周 輝，朱延年，賀文麗

(1.南京信息工程大學江蘇省農業(yè)氣象重點實驗室，南京 210044；2.渭南市氣象局，陜西渭南 714000；3.陜西省氣象科學研究所,西安 710014；4.武漢大學資源環(huán)境學院，武漢 430079；5.陜西省農業(yè)遙感信息中心，西安 710014；6.陜西省經濟作物氣象服務臺,西安 710014)

基于GIS的棉花氣候適宜性區(qū)劃

張永紅1，2，李星敏3，葛徽衍2，李博文4，周 輝5，朱延年3，賀文麗6

(1.南京信息工程大學江蘇省農業(yè)氣象重點實驗室，南京 210044；2.渭南市氣象局，陜西渭南 714000；3.陜西省氣象科學研究所,西安 710014；4.武漢大學資源環(huán)境學院，武漢 430079；5.陜西省農業(yè)遙感信息中心，西安 710014；6.陜西省經濟作物氣象服務臺,西安 710014)

摘 要：采用陜西1981—2010年30 a的氣候資料,以8月上旬平均氣溫、8月下旬—10月中旬降水量、5月中旬—6月上旬日照、生育期大于≥10 ℃的活動積溫4個因子作為陜西棉花氣候適宜性區(qū)劃指標。利用GIS空間分析及制圖功能，在實現(xiàn)區(qū)劃指標空間化基礎上，采用模糊綜合評判方法，對陜西棉花氣候適宜性進行區(qū)劃，陜西省棉花生態(tài)氣候適宜性區(qū)劃圖分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)。陜西棉花氣候適宜區(qū)主要分布于關中中東部及沿黃河的灘地，在適宜區(qū)內,應根據秋季降水預測情況，選擇棉花中早熟品種，以避免秋霖危害。

關鍵詞：GIS；棉花；生態(tài)氣候；適宜性區(qū)劃；陜西

棉花是喜熱喜光作物，氣候干燥且灌溉水源充足的地區(qū)最適宜種植棉花，裂鈴吐絮收獲時期忌多雨。20世紀80年代中期,國家及陜西省分別組織完成了全國和陜西的棉花氣候資源區(qū)劃[1-2], 近年來，隨著經濟結構調整，陜西果樹和設施瓜果面積增加，加之氣候變化的影響，棉花種植區(qū)域由原來的較適宜區(qū)、次適宜區(qū)向適宜區(qū)集中，迫切需要進行棉花氣候適宜性區(qū)劃研究。根據陜西氣候生態(tài)特點，重新對棉花適宜種植區(qū)進行區(qū)劃，對提高棉花產量、品質和效益，降低風險和損失有積極作用。隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，觀測資料日益豐富，農業(yè)氣候區(qū)劃的技術與方法也取得了很大進展，大大提高了區(qū)劃結果的精細化程度。為了科學、合理地利用陜西農業(yè)氣候資源，進一步優(yōu)化產業(yè)結構和布局，達到趨利避害、防災減災的目的，根據最近30 a的氣候資料，在進行棉花氣候適宜性分析基礎上，利用GIS技術，對陜西棉花氣候適宜性進行區(qū)劃，為實現(xiàn)陜西棉花可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。

1 資料與數(shù)據

氣象數(shù)據采用1981—2010年陜西省96個氣象觀測站觀測資料和2008—2010年相關自動氣象站的觀測數(shù)據。地理基礎數(shù)據包括了陜西省1∶25萬高程數(shù)字模型DEM數(shù)據和各區(qū)縣的行政邊界。

2 結果與分析

2.1 指標確定和區(qū)劃方法

2.1.1 區(qū)劃指標 棉花生長過程中受到多種氣象因子的影響，經過查閱文獻和資料[3-7]，選取可能影響棉花產量的20個氣候因子，用逐步回歸法，篩選出11個氣候因子，然后針對這11個因子，采用因子分析法，篩選出與棉花產量波動高度相關的4個因子：8月上旬平均氣溫、8月下旬—10月中旬降水量、生育期≥10 ℃的活動積溫、5月中旬—6月上旬日照時數(shù)作為棉花氣候區(qū)劃指標。

(1)8月上旬平均氣溫 8月上旬溫度與產量成反相關，相關系數(shù)為-0.436 2，此時是陜西省的盛夏高溫階段，高溫易引起蕾花鈴脫落。

(2)8月下旬—10月中旬降水量 降水與產量呈負相關，相關系數(shù)-0.423 1。8月下旬至10月中旬，棉花進入裂鈴吐絮期，是棉花經濟產量形成的重要階段，吐絮收獲時間相對較長。晴朗、微風、干燥的氣候條件能促進伏前桃和早伏桃纖維伸長和加厚，以及晚伏桃和早秋桃的繼續(xù)增大，促進成熟。陜西關中和陜南棉花裂鈴吐絮階段，若出現(xiàn)秋霖天氣，陰雨綿綿，低溫寡照，將致使棉花病害增多，棉桃脫落，棉桃霉爛，僵瓣率增大，鈴重減輕，霜后花增多。據研究[6]，由于秋雨影響，爛鈴率高達40%，棉鈴發(fā)育遲緩霜后花為44%。

(3)5月中旬—6月上旬日照 5月中旬—6月上旬日照時數(shù)與棉花產量呈反相關，相關系數(shù)為-0.355 4。棉花為短日照作物，5月中旬—6月上旬正值陜西關中棉花的現(xiàn)蕾期，是棉花從營養(yǎng)生長向生殖生長的過渡期，也是陜西初夏干旱和高溫同時出現(xiàn)的時期。研究表明[7]，棉花第一個蕾的形成，需要19 ℃以上的日平均氣溫，這一時期溫度條件一般可以滿足棉花的生長發(fā)育需求，但棉花對光照比較敏感，較多和較強的光照對幼蕾有較大影響，直徑小于1 cm的蕾，對光照極為敏感，在高溫強光下幾小時就會萎蔫。

(4)≥10 ℃的活動積溫 ≥10 ℃積溫與產量呈正相關，相關系數(shù)0.283 6。研究表明[8-13]，熱量是影響棉花產量和品質最基本最重要的氣候條件，熱量條件越好，棉花的生長期越長,開花結鈴越多，品質越好，因此≥10 ℃積溫是評價一個地區(qū)植棉有利程度的重要指標。陜西棉花氣候適宜性區(qū)劃指標見表1。

建立各區(qū)劃因子的隸屬函數(shù)上述隸屬函數(shù)模型中，x1為8月上旬平均氣溫，x2為8月下旬—10月中旬降水量，x3為5月中旬—6月上旬日照時數(shù)，x4為≥10 ℃ 的活動積溫。

(1)

(2)

(3)

(4)

根據各指標對棉花產量影響程度，確定4個因子權重分別為0.291，0.282，0.189，0.237。

2.1.2 區(qū)劃方法 采用模糊綜合評判法，利用GIS技術，在區(qū)劃指標空間化基礎上[14-16]，根據要素隸屬函數(shù)，建立單因子評價柵格圖層；利用GIS空間分析功能，將各指標因子評價柵格圖進行疊加，得到棉花氣候區(qū)劃綜合評價柵格圖，對綜合評價圖按0.0～0.36，0.37～0.61，0.62～0.94，0. 95～1分為不適宜區(qū)、次適宜區(qū)、較適宜區(qū)、適宜區(qū)4個區(qū)域(見圖1)。

2.2 區(qū)劃結果分區(qū)評述

2.2.1 適宜區(qū) 該區(qū)位于關中中東部，包括渭南市大荔、臨渭區(qū)、富平、蒲城南部、華縣、華陰、潼關北部沿渭河一帶和韓城的西南部分、合陽和澄城的南部，西安市高陵、臨潼、閻良、周至和戶縣的北部及藍田西北部，咸陽市的秦都區(qū)、武功、興平、涇陽、禮泉和乾縣的南部和楊凌。在寶雞市陳倉區(qū)、蔡家坡、眉縣沿渭河一帶有零星適宜區(qū)。另外在丹江下游的河谷地帶丹鳳和商南有零星適宜區(qū)。該區(qū)氣候條件較好，熱量資源富裕，雨量適中，8月上旬平均氣溫在25.6～26.8 ℃，8月下旬—10月上旬降水總量151～196 mm，5月下旬—6月中旬的日照時數(shù)為177～232 h，≥10 ℃活動積溫為4 253～4 553 ℃·d。該區(qū)夏季氣溫高，日照充足，秋霖較輕，有利于棉桃成熟、吐絮，品質較優(yōu)。不利的氣候條件是春季干旱，夏、伏旱頻繁，盛夏炎熱，易引起棉花蕾鈴脫落。

表1 陜西棉花氣候適宜性區(qū)劃指標

圖1 陜西省棉花生態(tài)氣候適宜性區(qū)劃圖

2.2.2 較適宜區(qū) 該區(qū)沿適宜區(qū)的外圍分布，主要分布在長安區(qū)北部和咸陽的東部，韓城的東南部、合陽和澄城的中部零星地帶，扶風的南部。另外在商洛的商南東南部、安康的旬陽一帶也有零星較適宜區(qū)。該區(qū)總體降水適中，氣溫適宜，8月上旬平均氣溫25.1～26.8 ℃，8月下旬—10月上旬降水總量160～203 mm，5月下旬—6月中旬的日照時數(shù)為163～232 h，≥10 ℃活動積溫為4 057～4 265 ℃·d。不利的氣候條件是春季低溫干旱，夏季伏旱，秋季有中等秋霖，影響棉花后期成熟。陜南東部棉區(qū)氣溫較高為26.0～27.5 ℃，降水200～270 mm，5月下旬—6月中旬的日照時數(shù)為156～170 h，≥10 ℃活動積溫為4 450～4 590 ℃·d，該區(qū)熱量充足，但秋季降水多，棉花霉爛鈴增加。

2.2.3 次適宜區(qū) 該區(qū)位于關中西部、北部和陜南中部。包括寶雞的隴縣、千陽、鳳翔、岐山、麟游、陳倉區(qū)，咸陽的永壽、彬縣、旬邑、長武、淳化，銅川的耀縣、宜君，延安的黃陵、黃龍、富縣、洛川南部，渭南的白水、澄城、合陽北部、韓城的東北部。8月上旬平均氣溫21.1～24.7 ℃，8月下旬—10月上旬降水總量156～198 mm，5月下旬—6月中旬的日照時數(shù)為184～273 h，≥10 ℃活動積溫為2 940～4 145 ℃·d。該區(qū)降水適中，但氣溫低，熱量不足，受伏旱、秋霖影響，產量不穩(wěn)。另外陜南沿漢江河谷地帶的勉縣、城固、西鄉(xiāng)、洋縣，安康的石泉、漢陰和紫陽以及商洛的商州、洛南和丹鳳也有零星次適宜棉區(qū)。該區(qū)8月上旬平均氣溫25.1～25.7 ℃，8月下旬—10月上旬降水總量200～235 mm，5月下旬—6月中旬的日照時數(shù)為164～184 h，≥10 ℃活動積溫為4 000～4 400 ℃·d。該區(qū)熱量較充足，但日照不足，降水多，成為影響棉花種植的主要限制因子。

2.2.4 不適宜區(qū) 本區(qū)包括陜北和秦巴山區(qū)。陜北不適宜區(qū)包括甘泉、宜川以北的延安和榆林的大部分地區(qū)。陜北地區(qū)8月上旬平均氣溫在21.5～23.8 ℃，8月下旬—10月上旬降水總量80～149 mm，5月下旬—6月中旬的日照時數(shù)為250～280 h，≥10 ℃活動積溫為3 050～3 500 ℃·d。這些地區(qū)地勢高寒,氣候冷涼，熱量條件不能滿足棉花生長發(fā)育的需要。陜南不適宜區(qū)為漢中的寧強、南鄭、鎮(zhèn)巴、留壩、佛坪，安康的寧陜、鎮(zhèn)坪、柞水和山陽。該區(qū)8月上旬平均氣溫在23.1～23.8 ℃，8月下旬—10月上旬降水總量246～318 mm，5月下旬—6月中旬的日照時數(shù)為171～246 h，生育期≥10 ℃活動積溫為3 700～4 600 ℃·d。該區(qū)熱量基本滿足，但降水多，不適宜棉花生長發(fā)育。

3 結論與討論

3.1 陜西棉花氣候適宜區(qū)位于關中東部及沿黃河的灘地，與目前的最佳種植區(qū)基本相符。從與當?shù)剞r業(yè)部門的座談與調查反饋的意見表來看,認為區(qū)劃的分區(qū)結果基本合理。

3.2 根據區(qū)劃結果,漢中、安康盆地個別地方在適宜范圍內,雖然這些地區(qū)總體熱量條件較好,但因秋霖影響，棉花產量低且不穩(wěn)，加之近年來農業(yè)種植結構調整，棉花種植主要集中在關中的中東部，漢中、安康適宜小規(guī)模的棉花種植，不宜大面積發(fā)展棉花生產。

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中圖分類號：S162.2

A

文章編號：1006-4354(2013)05-0029-04

收稿日期：2013-05-21

作者簡介：張永紅(1967—)，女，陜西鳳翔人，高級工程師，碩士，主要從事農業(yè)氣候資源利用研究。

基金項目：陜西省“13115”科技創(chuàng)新工程重大科技專項 (2009ZDKG-08)；科技部公益性行業(yè)項目(GYHY200806021)； 江蘇省農業(yè)氣象重點實驗室(JKLAM) 開放課題(JKLAM201207)