王冰 伯玥 姜如茵

摘要：為優(yōu)化膠東半島蘋果種植布局，為膠東半島蘋果種植區(qū)氣候適宜性區(qū)劃做好基礎(chǔ)，以1959—2015年膠東半島蘋果種植區(qū)各氣象觀測站逐日氣象觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以與蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)形成密切相關(guān)的5月相對濕度、5月平均氣溫、7月相對濕度、7月平均氣溫、8月降水量、9月日照時(shí)數(shù)、9—10月降水量、4—8月≥10 ℃積溫等8個(gè)關(guān)鍵氣候因子作為區(qū)劃指標(biāo)，采用系統(tǒng)聚類和兩維圖論聚類分析方法對該地蘋果適宜種植區(qū)重新進(jìn)行了區(qū)劃。將膠東半島蘋果種植的生態(tài)條件劃分為4區(qū)。根據(jù)劃分的4個(gè)種植區(qū)，膠東半島24個(gè)蘋果種植區(qū)中的14地屬于適宜種植區(qū)，7地屬于一般適宜種植區(qū)。劃分結(jié)果能夠比較客觀地反映各栽培區(qū)內(nèi)的相似性和區(qū)間的差異性，與目前膠東半島蘋果種植的分布和生產(chǎn)現(xiàn)狀比較一致。各地可在種植區(qū)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)管理方式和地方能力，綜合考慮優(yōu)化蘋果種植布局。

關(guān)鍵詞：蘋果種植區(qū);氣候因子;聚類分析;氣候區(qū)劃

中圖分類號： S162.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）07-0134-04

膠東半島地形地貌以丘陵山地為主，熱量充足，秋季長，光照充足，年平均氣溫在12 ℃左右，年平均降水量為790 mm左右，無霜期200 d以上，是我國蘋果中、晚熟品種的最大商品生產(chǎn)區(qū)之一，其蘋果種植面積和產(chǎn)量約占全國的1/10。該產(chǎn)區(qū)果業(yè)科研技術(shù)能力較強(qiáng)，果農(nóng)技術(shù)水平較高，且交通便利，鐵路、航運(yùn)線路較發(fā)達(dá)，出口條件優(yōu)越。但是，在擁有優(yōu)質(zhì)位勢資源的同時(shí)，包括冬春夏干旱、花期凍害、冰雹、秋季連陰雨等氣象要素的變化、氣象災(zāi)害的發(fā)生都對當(dāng)?shù)靥O果等果品產(chǎn)量和品質(zhì)有著不同程度的影響。如2015—2017年上半年的連續(xù)干旱和2017年夏季的強(qiáng)降水，在膠東半島出現(xiàn)旱澇急轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響了蘋果的產(chǎn)量和品質(zhì)。加強(qiáng)對膠東半島蘋果種植氣候區(qū)劃的研究，對加強(qiáng)蘋果種植業(yè)對氣候變化導(dǎo)致的氣象災(zāi)害的防御能力，更好地為種植業(yè)生產(chǎn)服務(wù)有著極為重要的指導(dǎo)意義。目前關(guān)于蘋果的氣候區(qū)劃研究較多，張磊等利用寧夏23個(gè)地面氣象臺站30年（1981—2010年）的氣象觀測資料，制定了寧夏晚熟高酸蘋果的氣候區(qū)劃指標(biāo)及區(qū)劃原則[1]。李倩等利用遼寧52個(gè)氣象站點(diǎn)1981—2010年氣候資料和臺站地理信息，采用GIS技術(shù)對遼寧省紅富士蘋果開展了氣候區(qū)劃[2]。何可杰等利用GIS技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)區(qū)劃指標(biāo)空間化基礎(chǔ)上，完成了陜西省寶雞市蘋果氣候適宜性區(qū)劃[3]。這些研究主要集中在黃土高原蘋果種植區(qū)和環(huán)渤海種植區(qū)北部的遼寧省，目前關(guān)于山東省蘋果種植的氣候區(qū)劃研究較少，特別是環(huán)渤海種植區(qū)膠東半島地區(qū)的氣候區(qū)劃更是鮮見報(bào)道。本研究采用不同聚類分析方法，對膠東半島影響蘋果品質(zhì)的8個(gè)關(guān)鍵氣候因子進(jìn)行分析，并結(jié)合各地生產(chǎn)管理能力，對膠東半島蘋果種植區(qū)開展氣候區(qū)劃。研究結(jié)果可為生產(chǎn)管理部門合理化規(guī)劃蘋果產(chǎn)業(yè)提供參考，對提高當(dāng)?shù)靥O果產(chǎn)量品質(zhì)也有較強(qiáng)的意義。

1 資料與方法

1.1 資料來源

根據(jù)膠東半島蘋果主栽品種，結(jié)合前人研究成果，選取影響果實(shí)大小、硬度、果形指數(shù)、可溶性固形物、糖度、糖酸比的5月相對濕度、5月平均氣溫、7月相對濕度、7月平均氣溫、8月降水量、9月日照時(shí)數(shù)、9—10月降水量、4—8月≥10 ℃積溫等8個(gè)關(guān)鍵氣候因子[4-12]，然后選取膠東半島24個(gè)區(qū)、市的氣象觀測站（圖1）1959—2013年近55年的8個(gè)氣候因子的數(shù)據(jù)集。其中，部分氣象觀測臺站建站時(shí)間較短，將其建站前的數(shù)據(jù)使用克里金插值法[13-14]處理得出。

1.2 研究方法

本研究采用DPS 17.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

聚類分析是將物理或抽象對象的集合劃分為由類似的對象組成的多個(gè)類別的分析過程。其目標(biāo)就是在相似的基礎(chǔ)上收集數(shù)據(jù)來分類。其方法較多，本研究選用系統(tǒng)聚類和兩維圖論聚類法進(jìn)行分析。

系統(tǒng)聚類事先不用知道分類對象的分類結(jié)構(gòu)，而只需要一批地理數(shù)據(jù);然后選好分類統(tǒng)計(jì)量，并按一定的方法步驟進(jìn)行計(jì)算;最后可以自然、客觀地得到完整的分類系統(tǒng)[15]。其步驟如下：首先根據(jù)樣本找出能度量這些數(shù)據(jù)相似程度的統(tǒng)計(jì)量;然后以統(tǒng)計(jì)量作為劃分類型的依據(jù)，把一些相似程度大的變量先聚合為一類，把相似程度小的變量聚合為另一類，直到所有的變量聚合完畢，最后根據(jù)各類之間的遠(yuǎn)近關(guān)系，逐步畫成1張完整的分類系統(tǒng)圖，又稱譜系圖。其相似程度由距離或者相似系數(shù)定義，類別合并的準(zhǔn)則是使得類間差異最大，而類內(nèi)差異最小。兩維圖論聚類分析則主要考慮樣本的空間連接性和內(nèi)部相似性，分區(qū)時(shí)采用加權(quán)連通圖表示[16-17]。使用聚類分析時(shí)，須要對樣本距離進(jìn)行無量綱化處理，研究樣本間親疏程度的指標(biāo)有相似系數(shù)和距離。常用距離和變換方法包括：閔科夫斯基距離（根據(jù)參數(shù)不同又分為曼哈頓距離、歐氏距離和契比雪夫距離）、蘭氏距離、馬氏距離、斜交空間距離[18-19]以及中心化變換、標(biāo)準(zhǔn)化變換、對數(shù)變換等[20-22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 膠東半島蘋果種植區(qū)氣候區(qū)劃指標(biāo)

選取5月相對濕度、5月平均氣溫、7月相對濕度、7月平均氣溫、8月降水量、9月日照時(shí)數(shù)、9—10月降水量、4—8月≥10 ℃積溫等影響果實(shí)大小、硬度、果形指數(shù)、可溶性固形物、糖度、糖酸比的8個(gè)關(guān)鍵氣候因子作為膠東半島蘋果種植氣候區(qū)劃指標(biāo)，并進(jìn)行分級（表1）。

2.2 氣候區(qū)劃結(jié)果

使用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對膠東半島24個(gè)區(qū)、市近55年的8個(gè)氣候因子進(jìn)行聚類分析，方法包括系統(tǒng)聚類和兩維圖論聚類分析。

2.2.1 系統(tǒng)聚類 系統(tǒng)聚類的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式使用中心化轉(zhuǎn)換，聚類距離使用歐氏距離，聚類方法使用最短距離法（a）、重心法（b）、可變類平均法（c）和中間距離法（d）進(jìn)行分析，結(jié)果見表2、圖2。

結(jié)合圖2系統(tǒng)聚類對比來看，c和d的樣本次序一致性較好，均將24個(gè)樣本分成了4類，第1個(gè)類包括7個(gè)樣本（9，14，15，18，19，20，23）;第2類包括7個(gè)樣本（1，8，10，12，16，17，21）;第3類包括7個(gè)樣本（3，4，7，11，13，22）;第4類包括3個(gè)樣本（2，5，6）。即墨、煙臺、福山、蓬萊、招遠(yuǎn)、棲霞和萊州7地為第1類，威海、嶗山、膠州、平度、萊陽、龍口和牟平7地為第2類，文登、乳山、青島、膠南、萊西、海陽和開發(fā)區(qū)7地為第3類，榮成、石島和成山頭3地為第4類。

2.2.2 兩維圖論聚類 將24個(gè)氣象觀測站的經(jīng)緯度和相關(guān)氣象因子運(yùn)用軟件進(jìn)行處理。將2種聚類結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，兩維圖論聚類結(jié)果與系統(tǒng)聚類的分類結(jié)果能較好地相吻合，系統(tǒng)聚類中的分類見圖3。

2.2.3 分區(qū)結(jié)果 對影響膠東半島蘋果產(chǎn)量、質(zhì)量的8個(gè)氣象因子進(jìn)行聚類分析，結(jié)合指標(biāo)特征和氣候特點(diǎn)，將膠東半島蘋果種植區(qū)劃分為最適宜、較適宜、一般適宜和不適宜4個(gè)區(qū)。

2.2.3.1 最適宜栽培區(qū) 該區(qū)主要分布在膠東半島中部，包括中部的棲霞、招遠(yuǎn)、萊州，以及偏北的福山、蓬萊和偏南的即墨7地。5月平均相對濕度為56%～61%，7月平均相對濕度為77%～80%，5月平均氣溫為17.5～18.4 ℃，7月平均氣溫為24.7～25.7 ℃，8月降水量為141～198 mm，9月日照時(shí)數(shù)為218～249 h，9—10月降水量為89～112 mm，4—8月 ≥10 ℃ 活動積溫為2 973～3 260 ℃。該區(qū)丘陵山地較多，牙山、艾山、羅山等地海拔較高，形成的局地小氣候，晝夜溫差大，有利于凈光合效率的提高、糖分的積累、果實(shí)上色和品質(zhì)的提高;降水分布適中，既保證了樹體營養(yǎng)積累充分，又保證了采摘后的存儲、運(yùn)輸，是膠東半島最大的蘋果生產(chǎn)區(qū)。

2.2.3.2 較適宜栽培區(qū) 該區(qū)主要分布在膠東半島東南至東北沿線，包括威海、嶗山、膠州、平度、萊陽、龍口和牟平7地。5月平均相對濕度為61%～67%，7月平均相對濕度為79%～84%，5月平均氣溫為17.3～18.1 ℃，7月平均氣溫為24.3～25.7 ℃，8月降水量為133～189 mm，9月日照時(shí)數(shù)為211～230 h，9—10月降水量為89～128 mm，4—8月≥10 ℃活動積溫為2 914～3 112 ℃。該區(qū)氣候條件整體接近于最適宜栽培區(qū)，但濕度較大，易于孳生病蟲害，日照時(shí)間略短，不利于果實(shí)上色，采摘期降水偏多，不利于儲存和運(yùn)輸。

2.2.3.3 一般適宜栽培區(qū) 該區(qū)包括文登、乳山、青島、膠南、萊西、海陽和開發(fā)區(qū)7地。5月平均相對濕度為64%～73%，7月平均相對濕度為82%～88%，5月平均氣溫為 16.3～17.9 ℃， 7月平均氣溫為23.9～25.3 ℃， 8月降水量為131～216 mm，9月日照時(shí)數(shù)為210～245 h，9—10月降水量為83～132 mm，4—8月≥10 ℃活動積溫為2 833～3 025 ℃。該區(qū)濕度較大，積溫較少，樹體病害逐漸加重，果實(shí)品質(zhì)下降。

2.2.3.4 不適宜栽培區(qū) 該區(qū)主要分布在威海東部的榮成、成山頭、石島3地，地理位置接近。5月平均相對濕度位 70%～77%，7月平均相對濕度為88%～94%，5月平均氣溫為13.7～16.2 ℃，7月平均氣溫為21.4～24 ℃，8月降水量為 158～204 mm，9月日照時(shí)數(shù)為228～235 h，9—10月降水量為 122～142 mm，4—8月≥10 ℃活動積溫為2 417～2 798 ℃。該區(qū)水資源都比較豐富，但陰雨時(shí)間多，光照相對不足，果實(shí)著色相對較差。而且采摘期降水明顯偏多，生長期積溫明顯偏少，不利于優(yōu)質(zhì)果的形成。

3 討論與結(jié)論

本研究選擇與蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)形成密切相關(guān)的5月相對濕度、5月平均氣溫、7月相對濕度、7月平均氣溫、8月降水量、9月日照時(shí)數(shù)、9—10月降水量、4—8月≥10 ℃積溫等8個(gè)關(guān)鍵氣候因子作為區(qū)劃指標(biāo)，結(jié)合蘋果生長發(fā)育指標(biāo)，利用聚類分析方法，將膠東半島蘋果種植的生態(tài)條件劃分為4個(gè)區(qū)。劃分結(jié)果能夠比較客觀地反映各栽培區(qū)內(nèi)的相似性和區(qū)間的差異性，與目前膠東半島蘋果種植的分布和生產(chǎn)現(xiàn)狀比較一致。

即墨、煙臺、福山、蓬萊、招遠(yuǎn)、棲霞和萊州7地為蘋果最適宜栽培區(qū)，威海、嶗山、膠州、平度、萊陽、龍口和牟平7地為蘋果較適宜栽培區(qū)，文登、乳山、青島、膠南、萊西、海陽和開發(fā)區(qū)7地為蘋果一般適宜栽培區(qū)，榮成、石島和成山頭3地為蘋果不適宜栽培區(qū)。本研究從氣候適宜性方面來分析劃分蘋果種植區(qū)劃，實(shí)際上各地蘋果種植還要考慮當(dāng)?shù)赝寥?、地形、栽培條件和管理水平及地方政府的推廣力度、交通便利條件等綜合因素，因地制宜開展栽培。

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