王銳婷 鄒雨伽 張玉芳

摘要：以四川省旺蒼縣為代表，基于旺蒼縣及周邊共30個氣象臺站1980—2018年氣象數(shù)據(jù)、旺蒼縣1 ∶ 25萬地理信息數(shù)據(jù)和數(shù)字化土壤圖，通過分析旺蒼及周邊區(qū)縣一季稻氣象產(chǎn)量與各生育期氣象條件關(guān)系，結(jié)合生產(chǎn)實際選取4個氣候因子、3個地形因子，1個土壤因子作為生態(tài)區(qū)劃指標進行旺蒼縣一季稻種植區(qū)劃。結(jié)果表明，旺蒼縣一季稻種植適宜區(qū)、次適宜區(qū)、不適宜區(qū)面積分別占縣域面積的33.96%、40.34%、25.70%，其中一季稻種植適宜區(qū)主要分布于東西向槽谷帶及東北西南向分布的正源鄉(xiāng)、英萃鎮(zhèn)、檬子鄉(xiāng)等部分低海拔地區(qū)，可利用這部分區(qū)域氣候資源、地形資源及土壤資源優(yōu)勢，提高水稻種植水平，發(fā)展水稻現(xiàn)代化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：一季稻;種植區(qū)劃;氣候因子;地形;土壤

中圖分類號： S127 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）15-0273-08

水稻是四川省旺蒼縣糧食生產(chǎn)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，該縣常年水稻生產(chǎn)面積約0.87萬hm2，產(chǎn)量約6.8萬t[1]，但因旺蒼縣地形復(fù)雜，境內(nèi)氣候差異大，水稻現(xiàn)代農(nóng)業(yè)項目的開展推進受到了限制。作為因地制宜配置農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局的科學依據(jù)，通過對氣候資源分析評定及分區(qū)描述，農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃是保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵[2-3]。前期農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃研究主要通過包括聚類分析法、最優(yōu)分割法、線性規(guī)劃法、模糊數(shù)學法和灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析法等的數(shù)理方法開展[4]，現(xiàn)今隨著遙感及3S等技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，區(qū)劃方法更加多樣，區(qū)劃精度也得到了極大提高。當前關(guān)于水稻種植的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃已有較多研究，杜朝正依托GIS技術(shù)對中國水稻產(chǎn)量時空變化進行了研究[5]。楊沈斌等分別利用模糊數(shù)學分層聚類方法和最大熵模型研究模擬了我國水稻種植分布[6-7]，張曉梅等分別就西南單季稻區(qū)、蘇皖鄂地區(qū)一季稻開展了較大片區(qū)的區(qū)劃[8-9]。相關(guān)學者針對不同?。ㄊ校┑貐^(qū)的水稻區(qū)劃也基于不同方法開展了眾多研究[10-17]。目前，水稻區(qū)劃研究多是針對?。ㄊ校┮患?，用以指導(dǎo)縣一級水稻生產(chǎn)布局較為粗糙。同時前人水稻種植區(qū)劃研究主要針對氣候因子，缺少影響作物生產(chǎn)的土壤因素的考慮，且隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化發(fā)展，地形因子也是農(nóng)業(yè)規(guī)范化生產(chǎn)需要考慮的重要一環(huán)。

本研究以四川省旺蒼縣為例，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計方法，綜合考慮氣象、土壤、地形對旺蒼一季稻生產(chǎn)的影響，構(gòu)建旺蒼縣一季稻種植區(qū)劃指標，基于GIS平臺開展旺蒼縣一季稻種植區(qū)劃研究，旨在為旺蒼縣水稻產(chǎn)業(yè)布局及發(fā)展提供參考建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

旺蒼縣坐落于四川盆地北緣（105°58′24″～106°46′2″E，31°58′45″～32°42′24″N），海拔380～2 281 m，行政區(qū)域面積2 987 km2。旺蒼縣地形地貌復(fù)雜，高度懸殊，地勢北高南緩，腹部低平。其中部為河谷走廊，有一條東西走向的槽谷地帶橫貫全境;北部屬高寒山區(qū)，喀斯特地貌特征明顯;南部屬中山區(qū)，崇山突兀，壑谷縱橫。旺蒼氣候溫和，屬亞熱帶濕潤季風氣候，垂直氣候明顯，氣溫年、日差較小，四季分明。年平均氣溫為16.2 ℃，年平均降水量為1 136.1 mm，雨量充沛但時空分布不均，年平均無霜期為262.5 d，年平均日照時數(shù)為1 321.6 h。

1.2 數(shù)據(jù)資料來源

氣象資料取自旺蒼縣及周邊市（縣）共30個氣象站點1980—2018年逐日觀測數(shù)據(jù)，包括日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫、日照時數(shù)、雨日數(shù)、降水量及各站點經(jīng)度、緯度、海拔等地理屬性數(shù)據(jù)。一季稻生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括旺蒼縣及周邊青川縣、蒼溪縣、劍閣縣4個站點1980—2017年產(chǎn)量數(shù)據(jù)及生育期觀測數(shù)據(jù)，其中產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自《四川省統(tǒng)計年鑒》，一季稻生育期觀測數(shù)據(jù)來自《四川省農(nóng)業(yè)氣象觀測檔案》。地理信息數(shù)據(jù)從四川省地理信息中心提供的 1 ∶ 25 萬數(shù)字高程模型（DEM）提取，土壤數(shù)據(jù)取自《旺蒼土壤》，通過ArcGIS平臺進行柵格化處理。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)水稻生育期觀測資料，將旺蒼縣一季稻全生育期劃分為5個主要生育階段（表1），并計算各生育階段對應(yīng)氣象要素值。為消除造成作物產(chǎn)量波動，如品種特性、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)改變等非氣象因子的影響，本研究通過5點滑動平均法提取氣象產(chǎn)量并在此基礎(chǔ)上展開研究[18]。

1.4 指標確定

1.4.1 一季稻種植氣候指標 對旺蒼縣及青川縣、蒼溪縣、劍閣縣一季稻氣象產(chǎn)量及對應(yīng)生育期氣象要素進行相關(guān)分析。分析結(jié)果（表2）表明，旺蒼縣一季稻氣象產(chǎn)量與拔節(jié)—孕穗期、孕穗—抽穗期平均氣溫、最低氣溫及最高氣溫均呈負相關(guān)，與抽穗—成熟期呈正相關(guān)，但除拔節(jié)—孕穗期平均氣溫及最高氣溫外均未達到顯著水平。此外，與氣象產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)（P<0.05）的氣象要素有分蘗—拔節(jié)期雨日數(shù)及拔節(jié)—孕穗期降水量;拔節(jié)—孕穗期日照時數(shù)及抽穗—成熟期降水量、雨日數(shù)與一季稻氣象產(chǎn)量呈顯著負相關(guān)（P<0.05）。

與旺蒼縣一季稻氣象產(chǎn)量呈顯著相關(guān)的氣象因子共有7個，為簡化氣象指標數(shù)量，通過主成分分析提取出2個綜合能反映氣象條件對一季稻產(chǎn)量的影響的主成分（表3），累積方差貢獻率為77.296%。

從表4可以看出，第1主成分主要反映水稻生產(chǎn)拔節(jié)—孕穗期的熱量條件，其影響程度由大到小依次是拔節(jié)—孕穗期最高氣溫、拔節(jié)—孕穗期平均氣溫、拔節(jié)—孕穗期日照時數(shù);第2主成分綜合反映抽穗—成熟期的降水情況，其影響較高因子為抽穗—成熟期降水量及雨日數(shù)。

綜合主成分分析結(jié)果，研究選取水稻拔節(jié)—孕穗期最高氣溫X1、拔節(jié)—孕穗期日照時數(shù)X2、抽穗—成熟期降水量X3、抽穗—成熟期雨日數(shù)X4作為旺蒼縣一季稻氣候區(qū)劃因子。結(jié)合旺蒼縣實際情況及水稻生長研究，選取氣候區(qū)劃指標見表5。

以旺蒼縣及周邊區(qū)縣共30個氣象站點氣象資料為基礎(chǔ)，結(jié)合對應(yīng)站點經(jīng)度、緯度、海拔高度，建立旺蒼縣一季稻區(qū)劃氣候要素空間小網(wǎng)格推算模型（表6），進行研究區(qū)域氣象要素插值處理。

1.4.2 水稻種植地形指標 地形對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響主要通過海拔、坡度、坡向。水稻生育期隨海拔升高有一定程度延長[19-20]，產(chǎn)量、有效穗數(shù)和穗粒數(shù)隨著海拔的升高呈先增后減趨勢[21]。在一定范圍內(nèi)，海拔升高可減少作物病蟲害發(fā)生，同時加大晝夜溫差，促進光合產(chǎn)物積累[22]，但海拔過高，熱量條件則不能滿足植物正常生長需要。研究指出不同坡向因接受的日照時間和太陽輻射強度不同產(chǎn)生小氣候差異，其中南坡和西南、東南向陽坡太陽輻射多，熱量多，晝夜溫差適宜，利于植物生長發(fā)育，北坡相反，東坡和西坡介于二者之間[23]。在地勢較低的平壩地區(qū)，田塊面積大，利于農(nóng)事活動展開，但土壤質(zhì)地相對黏重，田間通透性差，對流也差，在大水大肥田間管理下易受到病蟲害的襲擊;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中坡度過大，不易保水保肥，肥水管理不易。綜上所述，結(jié)合旺蒼縣當?shù)厍闆r，水稻區(qū)劃地形因子指標見表7。

1.4.3 土壤酸堿度 土壤作為影響作物生產(chǎn)的重要因素之一，pH值低于5.0或高于7.0會顯著影響水稻的株高、每穗實粒數(shù)、結(jié)實率和單株產(chǎn)量，pH值在5.0～6.0時最適宜水稻生產(chǎn)[24]。

1.5 區(qū)劃等級評價方法

1.5.1 適宜度評價方法 研究評價方法采用基于GIS加權(quán)指數(shù)求和法[公式（1）]，將各要素適宜、次適宜和不適宜指標分別賦值1、2、3，得到不同因子層適宜度指數(shù)并標準化后計算旺蒼縣水稻綜合適宜度指數(shù)[25]，基于GIS平臺通過自然斷點分級法將旺蒼縣劃分為水稻種植適宜、次適宜、不適宜3個等級區(qū)域。

1.5.2.2 綜合指標權(quán)重確定 為綜合考慮各要素在旺蒼縣一季稻種植區(qū)劃中的貢獻，引入層次分析法（AHP）建立適宜度評價體系，通過構(gòu)建判斷矩陣并對矩陣一致性進行檢驗，得到旺蒼縣一季稻種植區(qū)劃指標權(quán)重（表9）[27]。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候區(qū)劃

旺蒼縣一季稻種植氣候區(qū)劃見圖1，一季稻種植氣候不適宜區(qū)主要集中在旺蒼縣北部包括萬家鄉(xiāng)、天星鄉(xiāng)、福慶鄉(xiāng)、燕子鄉(xiāng)、鹽河鄉(xiāng)、國華鎮(zhèn)、鼓城鄉(xiāng)、檬子鄉(xiāng)、英萃鎮(zhèn)、正源鄉(xiāng)、水磨鄉(xiāng)、大河鄉(xiāng)等部分海拔較高區(qū)域。這部分地區(qū)水稻拔節(jié)—孕穗期內(nèi)日照時數(shù)在65～80 h，熱量條件偏差，影響水稻幼穗分化，同時抽穗成熟期雨日數(shù)偏多，在25～30 d，對水稻揚花授粉有一定不利影響。水稻種植適宜區(qū)主要位于旺蒼縣東西走向的槽谷帶及北部海拔較低區(qū)域，該區(qū)域在水稻拔節(jié)孕穗期日照時數(shù)大于 80 h，且平均最高溫度低于31 ℃，光熱適宜且充足;同時降水充沛，能滿足水稻生長生殖對水分需求，抽穗成熟期的雨日數(shù)15～25 d，對水稻病蟲害發(fā)生發(fā)展無明顯促進作用，水熱匹配良好。

2.2 地形區(qū)劃

旺蒼縣一季稻種植地形區(qū)劃見圖2，整體南部較北部區(qū)域更利于一季稻種植，地形生產(chǎn)適宜區(qū)主要集中在東西向槽谷帶及以南部分地區(qū)，這部分地區(qū)海拔多介于400～600 m，陽坡為主，晝夜溫差較陰坡利于水稻干物質(zhì)累積，有助于品質(zhì)提升，坡度多介于5～15°，利于肥水控制及農(nóng)事活動開展。不適宜區(qū)主要集中在旺蒼縣北部高寒山區(qū)，該區(qū)域海拔較高熱量條件差，尤其北坡為主向的陰坡最為明顯，坡度多介于30°～70°之間，地勢陡峭，不利于水肥保持及水稻集約化生產(chǎn)。

2.3 土壤區(qū)劃

旺蒼縣農(nóng)業(yè)土壤主要分為中山黃壤土、中低山石灰性紫色土、低山中性紫色土、平壩灰棕潮田土、中山魚眼沙黃壤土5個類別。其中，中山魚眼沙黃壤土區(qū)分布在縣境東北部中山地區(qū)，pH值介于 5.5～6.5，該區(qū)域為水稻種植土壤適宜區(qū);水稻種植土壤次適宜區(qū)包括位于縣境中部、西北部低中山區(qū)的中山黃壤土區(qū)以及廣泛分布于縣境中南部低山中性紫色土，其pH值分別為介于4.5～5.5及7～7.5。水稻種植不適宜區(qū)在縣境南部，土壤類型以中低山石灰性紫色土區(qū)為主，pH值大于7.9，堿性偏高（圖3、圖4）。

2.4 綜合區(qū)劃評述

基于GIS平臺對氣候、地形、土壤標準化指標進行加權(quán)計算后通過自然斷點法得到旺蒼縣水稻種植綜合區(qū)劃（圖5），并進行三維化讓區(qū)劃更為直觀（圖6）。統(tǒng)計可知，旺蒼縣水稻種植適宜區(qū)面積約1 014.33 km2，占全縣縣域面積的33.96%，主要位于中部東西向槽谷帶包括白水鎮(zhèn)、尚武鎮(zhèn)、嘉川鎮(zhèn)、東河鎮(zhèn)、黃洋鎮(zhèn)、普濟鎮(zhèn)、三江鎮(zhèn)、金溪鎮(zhèn)、大德鄉(xiāng)部分地區(qū)，及東北-西南向分布的正源鄉(xiāng)、英萃鎮(zhèn)、檬子鄉(xiāng)部分海拔較低地區(qū)。種植適宜區(qū)域一季稻生育期內(nèi)各氣象要素匹配良好，土壤酸堿度適宜，地形地勢利于水土保持及農(nóng)事活動開展，大面積地塊也利于機械化生產(chǎn)開展，正常年景下一季稻生產(chǎn)能獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

一季稻種植次適宜區(qū)面積約1 025.14 km2，占旺蒼縣面積的40.34%，分散較廣，主要分布在旺蒼縣槽谷帶周邊區(qū)域及西北-東南向萬家鄉(xiāng)、鹽河鄉(xiāng)、天星鄉(xiāng)、國華鎮(zhèn)、雙匯鎮(zhèn)、麻英鄉(xiāng)等部分地區(qū)。次適宜區(qū)相對于水稻生產(chǎn)適宜區(qū)，限制水稻生產(chǎn)的主要因素為地形地勢及土壤因子，該區(qū)域海拔多在600～1 200 m，熱量條件相對較差，坡度略陡，生產(chǎn)活動開展有一定限制，同時土壤pH值偏高，水稻生產(chǎn)相對適宜區(qū)不穩(wěn)定。

一季稻種植不適宜區(qū)域面積占旺蒼縣面積的25.70%，約767.53 km2。該區(qū)域徑向分布于萬家鄉(xiāng)、天星鄉(xiāng)、福慶鄉(xiāng)、燕子鄉(xiāng)、鹽河鄉(xiāng)、國華鎮(zhèn)、鼓城鄉(xiāng)、檬子鄉(xiāng)、大河鄉(xiāng)、水磨鄉(xiāng)、英萃鎮(zhèn)、正源鄉(xiāng)、萬山鄉(xiāng)、大兩鄉(xiāng)等部分地區(qū)。不適宜地區(qū)海拔多高于 1 200 m，光熱資源差，在一季稻抽穗期—成熟期內(nèi)氣象條件利于病蟲害發(fā)生發(fā)展，土壤pH值偏低，地勢較陡峭，水肥保持及管理不易，機械化生產(chǎn)困難，不適宜發(fā)展水稻生產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

一季稻是旺蒼縣主要糧食作物，本研究通過對旺蒼縣一季稻多年氣象產(chǎn)量及關(guān)鍵生育期氣象要素進行相關(guān)性分析，結(jié)合主成分分析選取水稻拔節(jié)—孕穗期最高氣溫、拔節(jié)—孕穗期日照時數(shù)、抽穗—成熟期降水量及抽穗—成熟期雨日數(shù)共4個氣象因子作為水稻種植區(qū)劃氣象指標，并建立氣象要素空間推算模型。綜合考慮氣象因子、地形因子及土壤類型，通過層次分析法確定各要素權(quán)重，基于GIS加權(quán)指數(shù)求和法及自然斷點法開展旺蒼縣水稻種植區(qū)劃研究。區(qū)劃結(jié)果，水稻種植適宜區(qū)、次適宜區(qū)、不適宜區(qū)面積分別占旺蒼縣域面積的33.96%、40.34%、25.70%，適宜區(qū)主要分布于東西向槽谷帶及東北-西南向分布的正源鄉(xiāng)、英萃鎮(zhèn)、檬子鄉(xiāng)部分地區(qū)，可利用這部分區(qū)域氣候資源、地形資源及土壤資源優(yōu)勢，提高水稻生產(chǎn)種植水平，發(fā)展水稻現(xiàn)代化生產(chǎn)。次適宜區(qū)分布于旺蒼縣槽谷帶周邊區(qū)域及西北-東南向萬家鄉(xiāng)、鹽河鄉(xiāng)、天星鄉(xiāng)、國華鎮(zhèn)、雙匯鎮(zhèn)等部分地區(qū)，該區(qū)域水稻生產(chǎn)較適宜區(qū)不穩(wěn)定，地形地勢及土壤類型是主要限制因子，可通過土壤改良提升生產(chǎn)力，但不適于大面積產(chǎn)業(yè)化水稻種植。不適宜區(qū)主要位于萬家鄉(xiāng)、天星鄉(xiāng)、福慶鄉(xiāng)、燕子鄉(xiāng)、鹽河鄉(xiāng)、國華鎮(zhèn)、鼓城鄉(xiāng)、檬子鄉(xiāng)、大河鄉(xiāng)、水磨鄉(xiāng)、英萃鎮(zhèn)、正源鄉(xiāng)等部分海拔較高區(qū)域，該區(qū)域熱量條件差，地勢較陡，農(nóng)事活動開展不利，不利于水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

筆者通過開展旺蒼縣水稻種植區(qū)劃研究，以期為旺蒼縣水稻生產(chǎn)布局提供參考建議。研究選取區(qū)劃指標包括影響水稻生產(chǎn)的氣候、地形及土壤三大要素，較以往主要針對氣候因子開展的區(qū)劃研究更科學精細。同時指標等級劃分以縣一級單位為基礎(chǔ)，結(jié)合當?shù)貙嶋H情況，相較于?。ㄊ校┮患壍膮^(qū)劃研究更有針對性。研究依托GIS平臺，對水稻生產(chǎn)區(qū)域進行分區(qū)討論，為旺蒼縣水稻農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃提供參考，有助于種植區(qū)域合理安排，提高經(jīng)濟效益。

本研究中地形及土壤指標等級劃分主要參考了前人研究，后期還需要結(jié)合旺蒼縣實際生產(chǎn)情況不斷調(diào)整修改。同時旺蒼縣土壤類型數(shù)據(jù)年代較早且只考慮了土壤pH值，土壤質(zhì)地、土壤肥力及土地利用類型等未加考慮，有待今后進一步補充完善。

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