王 靜, 周廣勝

1 中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,銀川 750002 2 寧夏氣象科學(xué)研究所,銀川 750002 3 中國氣象科學(xué)研究院,北京 100081

葡萄是世界范圍內(nèi)栽培最廣泛的樹種之一,在世界水果生產(chǎn)中占據(jù)重要地位[1]。中國是世界葡萄生產(chǎn)大國,到2014年葡萄栽培面積居世界第二位,國際葡萄與葡萄酒組織(OIV)的數(shù)據(jù)顯示2017年中國葡萄酒產(chǎn)量居世界第六位[2]。葡萄生產(chǎn)在我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收等方面發(fā)揮著重大作用[1]。氣候是影響葡萄經(jīng)濟(jì)栽培和品質(zhì)的最重要的因子[3],也是生態(tài)區(qū)劃的最重要基礎(chǔ)[4]。葡萄按用途可分為鮮實(shí)葡萄、制干葡萄、制汁葡萄、釀酒葡萄等,不同用途的葡萄對(duì)氣候條件的要求各異。盡管避雨栽培、設(shè)施促早栽培、設(shè)施延遲栽培等技術(shù)在我國鮮食葡萄上得到廣泛應(yīng)用,降低了其對(duì)氣候的依賴程度,但釀酒葡萄能否經(jīng)濟(jì)栽培仍高度依賴于氣候條件。中國釀酒葡萄主要包括歐亞種葡萄(VitisviniferaL.)、原產(chǎn)于東北的山葡萄(Vitis.amurensisRupr.)、分布于湖南、廣西等地的刺葡萄(Vitisdavidii)、毛葡萄(Vitisheyneana)。近年來,中國葡萄和葡萄酒產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí),產(chǎn)區(qū)發(fā)展缺乏科學(xué)統(tǒng)一規(guī)劃、區(qū)域特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)未能充分發(fā)揮,市場競爭力弱仍然是我國釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的主要問題[2]。因此,開展釀酒葡萄種植區(qū)的潛在分布及氣候適宜性研究,對(duì)于指導(dǎo)釀酒葡萄布局,充分挖掘氣候資源,提高葡萄酒質(zhì)量意義重大。國際上早在20世紀(jì)30年代就已開始了葡萄氣候區(qū)劃工作,從活動(dòng)積溫、有效積溫指標(biāo)[5]、最熱月平均氣溫[6]等單一熱量指標(biāo)發(fā)展到基于溫度、降水和光照等因子構(gòu)建的綜合指標(biāo),還有學(xué)者將土壤濕度[7]引入葡萄適宜性區(qū)劃,這些指標(biāo)的建立多數(shù)基于地中海氣候特點(diǎn),并不適合中國大陸性氣候的特點(diǎn)[8]。在借鑒國際成果的基礎(chǔ)上,我國學(xué)者提出了適宜中國氣候特點(diǎn)的氣候區(qū)劃指標(biāo),從全國[8- 10]、中國北方[11]、或者省級(jí)尺度[12- 14]上將我國葡萄劃分為不同的氣候區(qū)域,但是氣候適宜性指標(biāo)及閾值因研究的尺度不同而不同,且對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)的依賴度較高,不同尺度的研究結(jié)果存在差異,目前還沒有一套完整的適宜我國的葡萄氣候區(qū)劃指標(biāo)體系[15]。另外,氣候變暖導(dǎo)致世界優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄栽培區(qū)發(fā)生空間位移,可能導(dǎo)致高緯度區(qū)域變的更適宜葡萄生長和葡萄酒生產(chǎn),并對(duì)酒種和品種布局也產(chǎn)生較大影響[16- 19]。因此,迫切需要采用新的資料來分析葡萄種植的氣候的適宜區(qū)。

最大熵模型(Maximum entropy,MaxEnt)以氣候相似性為原理,利用已有的物種分布數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)產(chǎn)生以生態(tài)位為基礎(chǔ)的物種生態(tài)需求,探索已知物種分布區(qū)的環(huán)境特征與研究區(qū)域環(huán)境特征的非隨機(jī)關(guān)系[20- 21],在物種潛在分布區(qū)預(yù)測(cè)方面得到了廣泛應(yīng)用[20-23]。以中國種植最廣泛的歐亞種釀酒葡萄為研究對(duì)象,利用最大熵模型MaxEnt,研究歐亞種釀酒葡萄分布與氣候因子之間的關(guān)系,篩選影響歐亞種釀酒葡萄分布的主導(dǎo)氣候因子,根據(jù)模型預(yù)測(cè)的存在概率對(duì)歐亞種釀酒葡萄潛在分布區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè),并對(duì)生態(tài)適宜性進(jìn)行研究,以期為我國釀酒葡萄生產(chǎn)布局提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1.1.1歐亞種釀酒葡萄地理分布數(shù)據(jù)

本研究共收集到歐亞種釀酒葡萄分布點(diǎn)去除重復(fù)后共最終保留302個(gè),包括來源于國家葡萄產(chǎn)業(yè)地理信息系統(tǒng)235個(gè)、實(shí)地調(diào)查測(cè)定7個(gè)、查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲得60個(gè)(圖1)。

1.1.2氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象信息中心的《中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集》,包括全國2419個(gè)站點(diǎn)的逐日平均氣溫、日最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù),剔除連續(xù)缺測(cè)5年以上的站點(diǎn),最終保留2317個(gè)站點(diǎn)(圖1)。數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的分辨率為90 m。

圖1 氣象站點(diǎn)及葡萄種植點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of weather stations and wine grape planting locations in China

1.2 研究方法

1.2.1氣候影響因子的篩選

基于已有釀酒葡萄氣候區(qū)劃研究結(jié)果,從全國尺度篩選出具有生物學(xué)意義的氣候影響因子12個(gè)(表1)。其中,最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫反映植物可以忍受的最低溫度。無霜期表征葡萄完成生活史所需要的生長季長度；≥10 ℃活動(dòng)積溫、年平均氣溫表征葡萄完成生活史所需要的熱量；年降水量表征水分的供應(yīng)；干燥度是表示一個(gè)地區(qū)干濕程度的指標(biāo),表征降水對(duì)需水的滿足程度；最熱月平均氣溫、7—9月平均氣溫等被認(rèn)為是影響葡萄品質(zhì)的重要因子；葡萄果實(shí)成熟階段是果實(shí)品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)段,葡萄耐旱,但抗?jié)窳Σ?成熟階段過多的降水容易造成裂果,引發(fā)病害,影響葡萄產(chǎn)量也是優(yōu)良品質(zhì)形成的主要限制因子[8,24- 25]。成熟期7—9月降水量、水熱系數(shù)因子等被廣泛應(yīng)用于釀酒葡萄氣候區(qū)劃,因此本研究引入該因子,既可以反映可種植性,也可以反映葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的優(yōu)劣。我國北方地區(qū)生長季日照充足,日照時(shí)數(shù)不是北方釀酒葡萄種植的限制因子,但是南方地區(qū)仍存在日照不足的情況,因此生長季4—9月日照時(shí)數(shù)也作為潛在影響因子。

≥10 ℃活動(dòng)積溫采用五日滑動(dòng)平均法計(jì)算[26]；無霜期指一年中春季終霜日與秋季初霜日之間的持續(xù)日數(shù),以日最低氣溫≥0℃的初終日間的持續(xù)日數(shù)來計(jì)算；最冷月、最熱月平均氣溫分別為1月和7月平均氣溫；干燥度采用修正后的謝良尼諾夫公式[27]計(jì)算如下：

K=0.16∑Ta/P

(1)

式中,∑Ta為≥10℃活動(dòng)積溫(℃·d),P為日平均氣溫穩(wěn)定通過10℃期間的降水量(mm)。

水熱系數(shù)和干燥度互為倒數(shù),成熟期7—9月水熱系數(shù)計(jì)算如下：

DI=P/(0.1×∑Ta)

(2)

∑Ta為7—9月≥10 ℃活動(dòng)積溫(℃·d),P7—9為7—9月降水量(mm)。

1.2.2數(shù)據(jù)處理方法

計(jì)算各站點(diǎn)1981—2016年≥10 ℃活動(dòng)積溫、降水量、干燥度等潛在氣候因子的平均值,利用ArcGIS 10.2將站點(diǎn)尺度的各氣候要素插值到1 km×1 km的格點(diǎn)作為背景數(shù)據(jù)。積溫、年平均氣溫、無霜期等熱量指標(biāo)和日照時(shí)數(shù)采用趨勢(shì)面+殘差訂正法插值[30-31]。降水、干燥度、水熱系數(shù)則采用普通克里金法進(jìn)行插值。

表1 影響歐亞種釀酒葡萄分布的潛在氣候因子

趨勢(shì)面+殘差訂正法的步驟為：首先利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件建立積溫等氣候要素和經(jīng)度、緯度、海拔高度的多元回歸模型,同時(shí)計(jì)算各氣候要素的殘差值,即模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之差。其次基于DEM數(shù)據(jù)和經(jīng)緯度利用ArcGIS 10.2的柵格計(jì)算功能和多元回歸模型獲得模型預(yù)測(cè)的各氣候要素空間分布圖；再利用反距離加權(quán)(Inverse Distance Weighted, IDW)方法對(duì)各氣候要素的殘差進(jìn)行插值得到殘差分布圖。最后,將模型預(yù)測(cè)的氣候要素空間分布圖與殘差分布圖疊加得到訂正后的氣候要素柵格圖,柵格大小為1 km×1 km[30-31]。

1.2.3模型模擬及預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)

將釀酒葡萄地理分布點(diǎn)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)和影響釀酒葡萄分布的各潛在氣候因子數(shù)據(jù)輸入到模型中,隨機(jī)選取75%的釀酒葡萄分布點(diǎn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練子集(training data)進(jìn)行建模,25%的分布點(diǎn)數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證子集(test data)用于驗(yàn)證,輸出格式為logistic。使用受試者工作特征曲線(Receiver Operator Characteristic,ROC)下的面積(Area Under Curve,AUC)值作為模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的衡量指標(biāo),AUC為0—1之間的值,值越大說明環(huán)境變量與預(yù)測(cè)物種分布之間的相關(guān)性越大,模型模擬效果越好。AUC<0.6為“失敗”；0.6—0.7為“較差”；0.7—0.8為“一般”；0.8—0.9為“好”；0.9—1.0為“非常好”[32]。

綜合分析百分貢獻(xiàn)率、置換重要性和小刀法(Jackknife法)兩種方法的結(jié)果,共同確定影響歐亞種釀酒葡萄分布的主導(dǎo)氣候因子?；诤Y選出的主導(dǎo)氣候因子的空間柵格圖和歐亞種釀酒葡萄分布點(diǎn)地理信息數(shù)據(jù)再次輸入模型迭代運(yùn)行10次,將模型輸出的歐亞種釀酒葡萄各格點(diǎn)存在概率ASCII文件導(dǎo)入ArcGIS 10.2中進(jìn)行分級(jí)?；卺劸破咸旬a(chǎn)量數(shù)據(jù)和存在概率數(shù)據(jù)分析表明釀酒葡萄存在概率與產(chǎn)量之間并無較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此參考IPCC(2007)關(guān)于評(píng)估可能性的劃分方法將存在概率P<0.05為歐亞種釀酒葡萄氣候不適宜區(qū);P≥0.05劃分為歐亞種釀酒葡萄可種植區(qū),0.05≤P<0.33為氣候次適宜區(qū),0.33≤P<0.66為氣候適宜區(qū),P≥0.66為氣候高適宜區(qū)[20，33]。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響歐亞種釀酒葡萄分布的主導(dǎo)氣候因子及模型準(zhǔn)確性檢驗(yàn)

高度相關(guān)的環(huán)境因子會(huì)因各因子間的共線性對(duì)模型預(yù)測(cè)結(jié)果造成影響,因此基于SPSS軟件對(duì)12個(gè)潛在氣候因子進(jìn)行相關(guān)分析,篩選出同一類因子中高度相關(guān)的因子,其中≥10 ℃活動(dòng)積溫和年平均氣溫、7—9月平均氣溫和和最熱月7月平均氣溫、7—9月降水量和7—9月水熱系數(shù)高度相關(guān),因此將六個(gè)因子分成8組,分別與剩下6的因子輸入到最大熵模型中進(jìn)行模擬。最終篩選出≥10℃活動(dòng)積溫、最熱月平均氣溫、7—9月降水量組合與其他六個(gè)因子的組合訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本的AUC值最高,分別為0.957和0.917(表2),其他六個(gè)因子包括最冷月平均氣溫、極端最低氣溫、無霜期、年降水量、干燥度和生育日照時(shí)數(shù)。最冷月平均氣溫貢獻(xiàn)百分率和置換重要性均較低,因此剔除該因子后將8個(gè)氣候因子重新進(jìn)行建模,訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本的AUC值仍然達(dá)到0.956和0.918,模型運(yùn)行10次進(jìn)行交叉檢驗(yàn)的AUC平均達(dá)到了0.936(圖2),模擬效果達(dá)到了非常好,說明模型能夠較好的模擬中國歐亞種釀酒葡萄的潛在分布(圖2)。

表2 各因子組合下MaxEnt模型模擬結(jié)果的AUC值

圖2 模型適用性檢驗(yàn)的 ROC曲線Fig.2 ROC curve of model suitability test

從影響釀酒葡萄潛在分布的氣候因子貢獻(xiàn)百分率來看,無霜期、干燥度、年降水量、年極端最低氣溫、4—9月日照時(shí)數(shù)、≥10 ℃積溫對(duì)模型貢獻(xiàn)率較高,累積貢獻(xiàn)率已達(dá)到93.5%。置換重要性指將訓(xùn)練樣本點(diǎn)上該氣候因子隨機(jī)替換后AUC減少值,值越多表明模型對(duì)該變量的依賴度越高。無霜期、年極端最低氣溫、生長季4—9月日照時(shí)數(shù)、干燥度置換重要性較高,說明模型對(duì)這些氣候因子的依賴度較高。無霜期表征生長季的長度也間接反映出熱量資源的供應(yīng),其貢獻(xiàn)百分率和置換重要性均最高。極端最低氣溫的貢獻(xiàn)百分率僅為7.5%,但其置換重要性18.4%,說明極端最低氣溫是影響歐亞種釀酒葡萄分布的不可缺少的因子。在表征水分的指標(biāo)中,與年降水量相比,干燥度的貢獻(xiàn)百分率和置換重要性均高于年降水,干燥度表征降水對(duì)葡萄需水的滿足程度,比年降水量更能反映葡萄生長的狀況(表3)。

同樣,Jackknife法給出的影響歐亞種釀酒葡萄分布的各潛在氣候因子對(duì)模型的貢獻(xiàn)(圖3),黑色條帶長度代表所有因子均參與模擬對(duì)模型的貢獻(xiàn)；深灰色條帶的長度表示僅使用某一個(gè)因子參與模擬對(duì)歐亞種釀酒葡萄分布的貢獻(xiàn)。淺灰色條帶長度表征去除該因子后,其他因子共同參與模擬對(duì)模型的貢獻(xiàn),淺灰色條帶越短,說明該變量具有的其他變量不具有的信息越多,不宜被其他因子替代。從單因子參與模擬對(duì)模型的貢獻(xiàn)來看,排在前幾位的均為表征熱量的因子,其次為水分因子,得分最小的為生長季日照時(shí)數(shù)。但是去除該變量后,淺灰色條帶變短,說明日照時(shí)數(shù)具有的其他因子不具備的信息較多(圖3),不宜去除。去除最熱月平均氣溫和7—9月降水量,淺藍(lán)色條帶并未變短,說明該因子可被其他因子替代,因此予以剔除。綜合考慮影響釀酒葡萄分布的主導(dǎo)氣候因子為無霜期、干燥度、年極端最低氣溫、年降水量、生長季4—9月日照時(shí)數(shù)、≥10 ℃積溫。

表3 影響釀酒葡萄種植分布各氣候因子的貢獻(xiàn)百分率和置換重要性

圖3 基于Jackknife法的氣候因子對(duì)我國歐亞種釀酒葡萄種植分布的貢獻(xiàn)Fig.3 Contribution of climate factors to planting distribution of wine grapes (Vitis vinifera L.) in China by Jackknife testALL為所有變量(All factors);FFP：無霜期Frost-free period(day);K：干燥度 Aridity index;P7—9：成熟期降水(7—9月) The precipitation of the maturation stage during Jul. to Sep.(mm);P：年降水量 Annual precipitation (mm);S4—9：生長季4—9月日照時(shí)數(shù) Sunshine duration of growing season during Apr. to Sep.(h);Thot：最熱月平均氣溫 Mean temperature during the warmest month(℃);Tmin：極端最低氣溫 Annual extreme minimum temperature(℃);Ta：≥10 ℃活動(dòng)積溫 ≥10 ℃ Accumulated temperature(℃·d)

2.2 歐亞種釀酒葡萄氣候適宜性分區(qū)

歐亞種釀酒葡萄高適宜區(qū)分布在新疆天山北麓準(zhǔn)噶爾盆地南緣的沙灣、天山北麓伊犁河谷西北部的霍城、伊寧；伊犁河谷東端的新源；塔里木盆地西北邊緣,天山南脈南麓的烏什；甘肅的靖遠(yuǎn)、景泰；寧夏平原；內(nèi)蒙古烏海市南部、阿拉善左旗南部；陜北榆林與山西交匯處的府谷、保德、佳縣、無定河流域的米脂、綏德、吳堡、靖邊；陜西關(guān)中平原的興平、秦都、涇陽、三原、富平、大荔、蒲城、澄城、合陽；山西省柳林、太谷、呂梁山西麓的洪洞縣、襄汾縣、侯馬市、曲沃縣、翼城縣、萬榮縣、山西南部的芮城、平陸等地；河北省張家口市的懷來縣、涿鹿縣；秦皇島市的昌黎縣、盧龍縣；山東半島北部的萊州、龍口、蓬萊、福山、招遠(yuǎn)、煙臺(tái)(圖4)。

圖4 歐亞種釀酒葡萄氣候適宜性分區(qū)Fig.4 Climate suitable of wine grapes (Vitis vinifera L.) in China

最大熵模型輸出2種響應(yīng)曲線,第一種為僅使用某一種氣候因子時(shí)物種存在概率對(duì)該因子的響應(yīng)程度,第二種為所有因子均參與模擬,其他氣候因子為平均狀況時(shí)存在概率對(duì)該氣候因子的響應(yīng)。圖5為僅使用該氣候因子釀酒葡萄存在概率對(duì)該氣候因子的響應(yīng)曲線,可以反映模型對(duì)該因子的依賴性。以存在概率P≥0.66為劃分界限,獲得氣候最適宜區(qū)主導(dǎo)氣候因子的閾值。釀酒葡萄高適宜區(qū)內(nèi)年極端最低氣溫在-19—-12℃之間,無霜期在186—240 d之間,≥10 ℃積溫在3500—3630℃·d之間,干燥度在3.5左右(圖5)?；贘ackknife法分析結(jié)果表明單獨(dú)使用日照時(shí)數(shù)對(duì)模型的貢獻(xiàn)極小,因此圖5為其他因子保持在平均狀況時(shí),生長季日照時(shí)數(shù)對(duì)模型的貢獻(xiàn),高適宜區(qū)生長季日照時(shí)數(shù)在1355 h以上。僅使用降水一個(gè)因子模擬的存在概率對(duì)降水量的響應(yīng)結(jié)果表明：釀酒葡萄存在概率對(duì)降水量的響應(yīng)呈雙峰型,在灌溉區(qū)和雨養(yǎng)區(qū)均存在一定的高適宜區(qū)。有灌溉條件的區(qū)域,降水量不是限制因子,在非灌溉區(qū)域,降水量在600—650 mm的范圍內(nèi),歐亞種釀酒葡萄表現(xiàn)出較高的適宜性,年降水量高于650 mm,存在概率隨著降水量增加而降低。該區(qū)域熱量適宜,日照充足,凍害較輕或無凍害,氣候干燥,成熟季降水量少(圖5)。

圖5 主導(dǎo)氣候因子對(duì)模型預(yù)測(cè)的響應(yīng)曲線Fig.5 Response curves of dominant climate factors to model prediction

歐亞種釀酒葡萄氣候適宜區(qū)分布在新疆南部塔里木盆地西側(cè)、北緣的伽師、柯坪、阿克蘇、新和、庫車、輪臺(tái)、拜城、和靜；伊犁河谷盆地的大部包括(霍城、鞏留等地)；準(zhǔn)噶爾盆地大部(昌吉、克拉瑪依等地)；吐魯番盆地西北邊緣的狹長地帶；塔城、哈密；甘肅張掖(高臺(tái)、臨澤)、武威、民勤、白銀、民和、永靖、蘭州等地、天水、秦安、甘谷；隴南的成縣、兩當(dāng)；與四川交接的武都、文縣。青海循化；陜西與山西交接處兩側(cè)、榆林大部、關(guān)中平原大部、呂梁山東麓,太原盆地大部；忻州北部；陜西與湖北交界處的鄖西縣；山東半島大部、山東丘陵中部、黃河三角洲北部；河北省中部及太行山東麓；天津中北大部、北京東部；河南西北部(三門峽及洛陽西部)；內(nèi)蒙古左旗、右旗、臨河、磴口、烏拉特前旗；青海海南黃河流域,海東中部；四川產(chǎn)區(qū)主要分布在川西高原的河谷地區(qū),熱量充足,日照≥800 h,干燥度≥1.0。包括小金、丹巴、金川、理縣；川滇交界處的得榮、德欽等,云南賓川等地。該區(qū)域年極端最低氣溫在-21—-8℃之間,年極端最低氣溫低于-19℃,隨著極端最低氣溫的降低,釀酒葡萄存在概率逐漸降低。≥10 ℃活動(dòng)積溫3000—4600℃·d之間,無霜期在168—242 d之間,干燥度在1.1—5.9之間,4—9月日照時(shí)數(shù)在810 h以上；年降水量為100—770 mm之間(圖4)。

歐亞種釀酒葡萄氣候次適宜區(qū)分布在新疆天山南北兩側(cè),塔里木盆地西部,準(zhǔn)格爾盆地大部、吐魯番盆地外緣；甘肅酒泉中部、張掖北部,甘南以北的大部；寧夏南部及東部；山西陜西河南交界；河北東南部；魯西北及魯南,遼寧南部,內(nèi)蒙古鄂爾多斯等地；內(nèi)蒙古與遼寧、吉林交匯處；陜西西部及南部；湖北西北部；山西晉中長治東部；河南北部；河北西南部；四川南部與云南東北部；西藏東南部(圖4)。

其他區(qū)域?yàn)闅W亞種釀酒葡萄氣候不適宜區(qū)(圖4),熱量資源不足是限制該區(qū)域北部釀酒葡萄發(fā)展的主要?dú)夂蛞蜃?而南方地區(qū)則主要因?yàn)槌墒旒窘邓窟^多,病害頻發(fā),需要通過避雨栽培、或者設(shè)施栽培保證葡萄正常生長。同時(shí)光照不足也是該區(qū)歐亞種釀酒葡萄能否經(jīng)濟(jì)栽培的限制因子。

2.4 歐亞種釀酒葡萄各氣候適宜區(qū)的面積比例

氣候次適宜區(qū)、適宜區(qū)、高適宜總稱為適宜區(qū),適宜區(qū)總面積252萬km2,占研究區(qū)域總面積的26.2%。其中氣候次適宜區(qū)、適宜區(qū)、高適宜區(qū)總面積分別為7.4萬km2,52.4萬km2、193.5萬km2,面積分別占適宜區(qū)總面積的2.9%、20.4%和76.7%。圖6為各省不同氣候適宜區(qū)面積占該氣候區(qū)總面積比例,可以看出釀酒葡萄氣候高適宜區(qū)及適宜區(qū)主要分布在寧夏、山西、陜西、內(nèi)蒙古、山東、河北、新疆、甘肅等省(圖6)。據(jù)調(diào)查我國釀酒葡萄種植面積從大到小依次為新疆產(chǎn)區(qū)(新疆)、賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)(寧夏)、河西走廊產(chǎn)區(qū)(甘肅)、京津冀產(chǎn)區(qū)(包括北京、天津、河北)和山東產(chǎn)區(qū),前三大產(chǎn)區(qū)面積約占全國釀酒葡萄種植面積的55%[34],而陜西、山西、內(nèi)蒙是我國釀酒葡萄栽培面積較小的產(chǎn)區(qū)[34],說明只考慮氣候因子的情況下,陜西、山西、內(nèi)蒙古有較大的發(fā)展空間。同時(shí)需要注意的是本研究主要基于氣候條件給出釀酒葡萄潛在分布區(qū),而一個(gè)地方能否大規(guī)模發(fā)展釀酒葡萄還要受土壤條件、灌溉條件、交通條件、環(huán)境政策等方面的影響。

圖6 不同氣候適宜區(qū)面積占該區(qū)總面積的比例/%Fig.6 The proportion of different climate suitable areas to the total climate suitable planting area

3 討論

(1)本研究基于釀酒葡萄分布點(diǎn)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)利用最大熵模型篩選影響釀酒葡萄潛在分布的主導(dǎo)氣候因子,以受試者工作曲線對(duì)模型的適用性進(jìn)行評(píng)價(jià),避免了主導(dǎo)氣候因子篩選的經(jīng)驗(yàn)性和主觀性。在分布點(diǎn)的選擇上本研究排除了避雨栽培、設(shè)施栽培等人工調(diào)控區(qū)域,只選擇了露地栽培釀酒葡萄分布點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入模型,研究給出了我國歐亞種釀酒葡萄經(jīng)濟(jì)栽培的氣候適宜性,結(jié)果可為歐亞種釀酒葡萄經(jīng)濟(jì)栽培提供參考,氣候次適宜及以上區(qū)域給出的范圍與王蕾等人給出的釀酒葡萄可種植區(qū)接近[9]。本研究在氣候適宜區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步劃分出了高適宜區(qū)和適宜區(qū),可為優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄發(fā)展提供參考。

(2)一般認(rèn)為,活動(dòng)積溫在3000—3500℃·d的地區(qū)是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄的適宜區(qū)[35]。溫和的氣候條件下,年降水量600—800 mm,較適宜釀酒葡萄生長[13]。無霜期150 d為釀酒葡萄生長下限[8],與本研究給出的閾值接近。葡萄是喜光植物,生長期內(nèi)要求日照時(shí)數(shù)必須在800 h以上才能滿足正常的生長和結(jié)果[9]。本研究表明,釀酒葡萄存在概率隨著生長季內(nèi)日照時(shí)數(shù)的增加而增加,氣候適宜區(qū)釀酒葡萄生長季日照時(shí)數(shù)在810 h以上,氣候高適宜區(qū)生長季日照時(shí)數(shù)在1355 h以上,說明日照時(shí)數(shù)810 h即可滿足釀酒葡萄生長,但是較高的日照時(shí)數(shù)更利于葡萄生長。

需要注意的是本研究重點(diǎn)分析的適宜區(qū)各氣候因子閾值是僅使用該因子進(jìn)行模擬得出的適宜葡萄生長的閾值,影響葡萄生長是多因子協(xié)同作用的結(jié)果,多因子共同作用的響應(yīng)曲線和閾值與僅使用單因子進(jìn)行模擬得到的響應(yīng)曲線和閾值并不完全一致。

(3)所選用的環(huán)境因子主要包括氣候因子,而土壤類型、坡度、坡向等生態(tài)因子對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響僅次于氣候因子[3]；另外,本研究基于釀酒葡萄分布點(diǎn)信息利用最大熵模型構(gòu)建了釀酒葡萄分布與氣候因子之間的關(guān)系,給出了釀酒葡萄各區(qū)域的存在概率,但未考慮分布點(diǎn)釀酒葡萄的品質(zhì),因此不是所有的氣候高適宜區(qū)均具有較好的品質(zhì)。因此,未來將在氣候適宜區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮土壤類型、土壤養(yǎng)分、坡度、坡向、海拔等生態(tài)因子,同時(shí)建立品質(zhì)和存在概率的關(guān)系對(duì)結(jié)果進(jìn)行分級(jí),重點(diǎn)從影響釀酒葡萄品質(zhì)優(yōu)劣的角度開展釀酒葡萄生態(tài)適宜性研究。

4 結(jié)論

基于歐亞種釀酒葡萄分布的地理數(shù)據(jù)及氣候因子數(shù)據(jù),利用最大熵模型篩選影響歐亞種釀酒葡萄分布的主導(dǎo)氣候因子,研究歐亞種釀酒葡萄氣候適宜性。結(jié)果表明,影響歐亞種釀酒葡萄經(jīng)濟(jì)栽培的主導(dǎo)氣候因子為：無霜期、干燥度、年極端最低氣溫、年降水量、生長季4—9月日照時(shí)數(shù)、≥10 ℃積溫。歐亞種釀酒葡萄最適宜氣候區(qū)主要分布在新疆天山北麓準(zhǔn)噶爾盆地南緣、伊犁河谷地區(qū)等地、寧夏平原、內(nèi)蒙古中部的烏海、左旗、陜北與陜西交匯處、關(guān)中平原、山西南部、山東半島北部、河北張家口及昌黎。對(duì)比現(xiàn)有釀酒葡萄面積和預(yù)測(cè)結(jié)果中各省適宜區(qū)所占比例,只考慮氣候因子,陜西、山西、內(nèi)蒙古等地有較大的發(fā)展空間。

致謝：感謝中國氣象科學(xué)研究院的呂曉敏、汲玉河副研究員及中國氣象局大氣探測(cè)中心的朱永超副研究員在數(shù)據(jù)處理及模型使用方面給予的幫助。