王 森，李 娜，白松竹，吉春容，火勛國，張山清

（1.新疆農(nóng)業(yè)氣象臺(tái)，烏魯木齊 830000；2.淖毛湖氣象站，新疆 哈密 839399；3.哈密氣象臺(tái)，新疆 哈密 839000）

新疆哈密瓜含糖量高，口感好，果肉香甜，風(fēng)味極佳，是瓜果中的珍品［1-3］。哈密瓜喜熱，好光，晝夜溫差大有利于其生長發(fā)育，白天可以充分發(fā)揮光合作用，夜晚的呼吸消耗較小，有利于養(yǎng)分的積累。獨(dú)特的氣候和廣袤的土地資源，加之較穩(wěn)定的山區(qū)降水和高山冰川積雪融水所匯集的河川徑流和地下水對(duì)綠洲農(nóng)業(yè)的灌溉，為綠洲平原地區(qū)哈密瓜種植提供了得天獨(dú)厚的自然資源條件。伊吾縣屬新疆維吾爾自治區(qū)哈密市，地處新疆維吾爾自治區(qū)東北部，天山東段北麓，為溫帶大陸性干旱氣候，光照充足，熱量豐富，降水稀少，空氣干燥，氣溫日較差大，年平均氣溫11.0℃，極端最高氣溫45.1℃（2004年7月18日），極端最低氣溫-33.9℃（1984年12月25日），年降水量23.2 mm，年平均無霜期196 d，年蒸發(fā)量3 494.9 mm，年日照時(shí)數(shù)3 346.6 h。伊吾縣是新疆最大的晚瓜生產(chǎn)基地，2018年全縣種植哈密瓜面積達(dá)1 624 hm2。哈密瓜已成為伊吾縣農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展及農(nóng)民致富奔小康的支柱產(chǎn)業(yè)。

伊吾縣地域廣闊，地形地貌復(fù)雜，地勢高差懸殊，氣候類型多樣，各地種植哈密瓜的氣候適宜性不同。對(duì)伊吾縣影響哈密瓜生產(chǎn)的主要?dú)夂蛞蛩剡M(jìn)行分析，結(jié)合哈密瓜種植氣候區(qū)劃指標(biāo)，開展伊吾縣哈密瓜種植氣候適宜性區(qū)劃的研究，對(duì)科學(xué)制定伊吾縣哈密瓜發(fā)展規(guī)劃和種植計(jì)劃，促進(jìn)哈密瓜生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況和氣候資料

伊吾縣地處東天山北麓，東經(jīng)93°35′—96°23′，北緯42°54′—44°29′。南北寬約175 km，東西長約215 km，邊界線長達(dá)274 km，總面積19 519 km2。地勢南高北低，南部為天山山脈，最高海拔4 888 m，中部為洪沖積傾斜平原，最低海拔260 m，北部為淖毛湖戈壁，其中淖毛湖鎮(zhèn)總面積8 589.17 km2。

選用伊吾縣及周邊18個(gè)常規(guī)氣象站1986—2018年逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)數(shù)資料以及各站地理坐標(biāo)和新疆地理信息數(shù)據(jù)。逐日氣象數(shù)據(jù)和地理坐標(biāo)以及伊吾縣1∶50 000地理信息數(shù)據(jù)由新疆氣象信息中心提供。研究區(qū)域見圖1。

圖1 伊吾縣高程分布

1.2 區(qū)劃指標(biāo)

新疆氣候條件的多樣性造就了多種熟型的哈密瓜品種，按熟型可分為早熟、中熟和晚熟3大類［11-13］。光、熱等氣候條件是影響哈密瓜生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，其中日平均氣溫穩(wěn)定≥15℃日數(shù)是決定不同熟型哈密瓜能否種植的基本氣候因子，≥20℃光溫指數(shù)是影響哈密瓜優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的主要?dú)夂蛞蜃?。伊吾縣多樣性的氣候條件為多種熟型哈密瓜品種的種植奠定了基礎(chǔ)。各熟型哈密瓜完成整個(gè)生長發(fā)育過程（播種—成熟）對(duì)熱量條件的需求用日平均氣溫穩(wěn)定≥15℃日數(shù)（以下簡稱≥15℃日數(shù)）作為判別依據(jù)。由于伊吾縣大陸性氣候強(qiáng)，年際間熱量條件差異較大。從穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)角度考慮，以80%保證率≥15℃日數(shù)作為哈密瓜種植品種熟型選擇的指標(biāo)［7］，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。以≥20℃光溫指數(shù)作為各熟型哈密瓜品質(zhì)氣候區(qū)劃的指標(biāo)［7］，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 各哈密瓜熟型80%保證率≥15℃日數(shù)（單位：d）

表2 各哈密瓜品質(zhì)區(qū)≥20℃光溫指數(shù)

1.3 計(jì)算方法

采用五日滑動(dòng)平均法［4］確定各站逐年日平均氣溫穩(wěn)定通過15、20℃的初日和終日，初、終日間的實(shí)際日數(shù)為日平均氣溫穩(wěn)定≥15℃、日平均氣溫穩(wěn)定≥20℃日數(shù)；大于20℃初、終日間逐日日照時(shí)數(shù)之和為≥20℃期間日照時(shí)數(shù)，逐日平均氣溫之和為≥20℃積溫；使用經(jīng)驗(yàn)頻率法計(jì)算80%保證率的≥15℃日數(shù)［5，6］。日平均氣溫穩(wěn)定≥15℃日數(shù)（D≥15℃）為逐年日平均氣溫穩(wěn)定通過15℃初、終日間的實(shí)際日數(shù)。

1）≥20℃光溫指數(shù)［7］（I≥20℃）計(jì)算式如下。

式中，S≥20℃為≥20℃初、終日間逐日日照時(shí)數(shù)之和；T≥20℃為≥20℃初、終日間逐日平均氣溫之和；D≥20℃為逐年日平均氣溫穩(wěn)定通過20℃初、終日間的實(shí)際日數(shù)。

2）使用文獻(xiàn)［7］氣候傾向率的計(jì)算方法研究分析伊吾縣1961—2018年氣溫、最高氣溫和最低氣溫的變化特征。

3）用氣候要素的柵格化數(shù)學(xué)模型和ArcGIS10.2軟件進(jìn)行分析，采用宏觀地理因子的三維二次趨勢面模擬與反距離加權(quán)殘差訂正相結(jié)合的方法［8-10］，對(duì)伊吾縣哈密瓜區(qū)劃各氣候要素進(jìn)行100 m×100 m柵格的空間插值模擬。

式中，ω為各氣候要素的柵格點(diǎn)模擬值；ω（＆，ψ，h）為宏觀地理因子影響的各氣候要素的柵格點(diǎn)模擬值；ε為局部小地形因子和隨機(jī)因素對(duì)各氣候要素的影響，即殘差項(xiàng)；λ為柵格點(diǎn)的平均經(jīng)度；ψ為柵格點(diǎn)的平均緯度；h為柵格點(diǎn)的平均海拔高度（100 m）；b0至b9為待定系數(shù)。殘差項(xiàng)ε的柵格點(diǎn)插值模擬采用反距離加權(quán)法，具體的插值計(jì)算式如下。

式中，ε為氣候要素殘差項(xiàng)的柵格點(diǎn)模擬值；n為用于插值的氣象站點(diǎn)的數(shù)目；εi為第i個(gè)氣象站點(diǎn)氣候要素的殘差值；di為插值的柵格點(diǎn)與第i個(gè)氣象站點(diǎn)之間的歐氏距離，k為距離的冪。

在ArcGIS 10.2平臺(tái)上將經(jīng)過柵格化空間插值模擬的各指標(biāo)氣候要素圖層，按照表1、表2的劃分，進(jìn)行分級(jí)并疊加處理，獲得綜合考慮各指標(biāo)氣候要素的哈密瓜種植氣候適宜性區(qū)劃。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫

伊吾縣1961—2018年平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫情況見圖2。1961—2018年伊吾縣年平均氣溫、年平均最高氣溫和年平均最低氣溫以每10年0.26、0.25、0.22℃的傾向率均呈顯著（P＜0.001）增加趨勢。1961—2018年平均氣溫為4.1℃，最高氣溫10.8℃，最低氣溫-1.8℃。氣溫的變化趨勢與新疆哈密瓜種植區(qū)基本一致［7］。

圖2 伊吾縣1961—2018年平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫

2.2 80%保證率≥15℃日數(shù)

伊吾縣80%保證率≥15℃日數(shù)的空間分布具有隨海拔高度增高而減少的顯著特點(diǎn)（圖3）。以各熟型哈密瓜所需80%保證率≥15℃日數(shù)的空間分布來看，伊吾縣海拔1 000 m以上的山前傾斜平原至高山帶80%保證率≥15℃日數(shù)不足105 d；海拔700～1 000 m的傾斜平原為105～125 d；海拔450～700 m的平原地帶為125～145 d；海拔450 m以下的縣域中部洪沖積傾斜平原為145～157 d。

圖3 伊吾縣80%保證率≥15℃日數(shù)分布

2.3 ≥20℃光溫指數(shù)

伊吾縣≥20℃光溫指數(shù)的空間分布與≥15℃日數(shù)相似，也表現(xiàn)為隨海拔高度的增高而減少的特點(diǎn)（圖4）。以對(duì)哈密瓜品質(zhì)和產(chǎn)量形成影響程度而劃分的各等級(jí)≥20℃光溫指數(shù)（表2）的分布情況來看，≥20℃光溫指數(shù)≥2.3的區(qū)域主要分布在縣域中部海拔高度低于750m的沖積、洪積平原；≥20℃光溫指數(shù)1.8～2.3的區(qū)域在海拔高度750～1 100 m的狹窄帶狀區(qū)域內(nèi)；海拔高度高于1 100 m的區(qū)域≥20℃光溫指數(shù)＜1.8。

圖4 伊吾縣≥20℃光溫指數(shù)分布

2.4 哈密瓜種植氣候區(qū)劃

綜合考慮各區(qū)劃指標(biāo)氣候要素和哈密瓜氣候要求，得到伊吾縣哈密瓜種植氣候區(qū)劃，如圖5所示。從各熟型哈密瓜可種植區(qū)域來看，全縣可劃分為晚熟哈密瓜、中熟哈密瓜和早熟哈密瓜最佳種植區(qū)以及哈密瓜不宜種植區(qū)4個(gè)大區(qū)?？紤]哈密瓜主要生長發(fā)育階段≥20℃光溫條件的情況，伊吾縣哈密瓜種植氣候區(qū)劃共劃分為5個(gè)區(qū)，從區(qū)劃結(jié)果可以看出，伊吾縣不存在各品種熟型哈密瓜的一般種植區(qū)。這說明，伊吾縣凡是熱量條件能夠滿足哈密瓜生長發(fā)育（80%保證率≥15℃日數(shù)≥105 d）的地方，≥20℃光溫指數(shù)均≥1.8，這也揭示了伊吾縣哈密瓜品質(zhì)優(yōu)異的氣候成因。

圖5 伊吾縣哈密瓜種植氣候適宜性精細(xì)化區(qū)劃

2.4.1 晚熟哈密瓜最佳種植區(qū) 伊吾縣晚熟哈密瓜最佳種植區(qū)主要分布在海拔450 m以下的淖毛湖鎮(zhèn)中部洪沖積傾斜平原，該地光熱資源豐富，80%保證率≥15℃日數(shù)145～157 d，≥20℃光溫指數(shù)2.8～3.9，氣候條件可滿足晚熟哈密瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的需要。該區(qū)也是伊吾縣哈密瓜種植最理想的區(qū)域。不利的因素是該區(qū)春夏季多大風(fēng)，需注意防范。

2.4.2 中熟哈密瓜最佳種植區(qū) 中熟哈密瓜最佳種植區(qū)主要分布在伊吾縣淖毛湖鎮(zhèn)海拔450～700 m的平原地帶，該區(qū)80%保證率≥15℃日數(shù)125～145 d，≥20℃光溫指數(shù)2.5～3.5，氣候條件可滿足中熟哈密瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的需求。該區(qū)也是伊吾縣淖毛湖鎮(zhèn)哈密瓜種植較理想的區(qū)域之一，春夏季大風(fēng)同樣是該區(qū)哈密瓜種植不利的因素，需防范。

2.4.3 早熟哈密瓜最佳種植區(qū) 早熟哈密瓜最佳種植區(qū)主要分布在伊吾縣海拔700～850 m的山前傾斜平原地帶，該區(qū)80%保證率≥15℃日數(shù)115～125 d，≥20℃光溫指數(shù)2.3～2.8，氣候條件可滿足早熟哈密瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的需求，但需防止春季霜凍對(duì)哈密瓜苗期生長的影響。

2.4.4 早熟哈密瓜次佳種植區(qū) 早熟哈密瓜次佳種植區(qū)主要分布在伊吾縣海拔850～1 000 m的山前傾斜平原和丘陵地帶，該區(qū)80%保證率≥15℃日數(shù)105～115 d，≥20℃光溫指數(shù)1.8～2.3，熱量條件能滿足早熟哈密瓜的種植，但哈密瓜果實(shí)生長期≥20℃光溫指數(shù)稍顯不足，對(duì)哈密瓜品質(zhì)有一定影響。該區(qū)需防范春季終霜凍對(duì)哈密瓜苗期生長的影響。

2.4.5 哈密瓜不宜種植區(qū) 伊吾縣海拔1 000 m以上地區(qū)熱量條件匱乏，80%保證率≥15℃日數(shù)不足105 d，不宜種植哈密瓜。

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

選用伊吾縣及周邊18個(gè)常規(guī)氣象站1986—2018年逐日平均氣溫資料、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)數(shù)資料以及各站地理坐標(biāo)和新疆地理信息數(shù)據(jù)，采用五日滑動(dòng)平均法確定各站逐年日平均氣溫穩(wěn)定通過15℃、20℃的初日和終日，初、終日間的實(shí)際日數(shù)為≥15℃、≥20℃日數(shù)；≥20℃初、終日間逐日日照時(shí)數(shù)之和為≥20℃期間日照時(shí)數(shù)，逐日平均氣溫之和為≥20℃積溫；使用經(jīng)驗(yàn)頻率法計(jì)算80%保證率≥15℃日數(shù)。日平均氣溫穩(wěn)定≥15℃日數(shù)為逐年日平均氣溫穩(wěn)定通過≥15℃初、終日間的實(shí)際日數(shù)。

以日平均氣溫穩(wěn)定≥15℃日數(shù)作為哈密瓜種植品種熟型選擇的指標(biāo)，以≥20℃光溫指數(shù)作為各熟型哈密瓜品質(zhì)氣候區(qū)劃的指標(biāo)，進(jìn)行伊吾縣哈密瓜種植氣候適宜性精細(xì)化區(qū)劃。就各熟型哈密瓜可種植區(qū)域來看，全縣可劃分為晚熟哈密瓜、中熟哈密瓜和早熟哈密瓜最佳種植區(qū)以及早熟哈密瓜次佳種植區(qū)、哈密瓜不宜種植區(qū)5個(gè)大區(qū)。晚熟哈密瓜最佳種植區(qū)主要分布在海拔450 m以下的淖毛湖鎮(zhèn)中部洪沖積傾斜平原，中熟哈密瓜最佳種植區(qū)主要分布在伊吾縣淖毛湖鎮(zhèn)海拔450～700 m的平原地帶，早熟哈密瓜最佳種植區(qū)主要分布在伊吾縣海拔700～850 m的山前傾斜平原地帶，早熟哈密瓜次佳種植區(qū)主要分布在伊吾縣海拔850～1 000 m的山前傾斜平原和丘陵地帶。伊吾縣海拔1 000 m以上地區(qū)熱量條件匱乏，不宜種植哈密瓜。

3.2 討論

以影響哈密瓜生長發(fā)育的主要?dú)夂蛞貫閰^(qū)劃依據(jù)，實(shí)際上除了氣候因素以外，生產(chǎn)中哈密瓜種植還受土壤、種植模式和管理措施和地形地貌、水域、山體、城市居民用地等多種條件的影響［14-16］，并非氣候條件適宜種植的地方就可用于哈密瓜生產(chǎn)。因此，應(yīng)用哈密瓜等農(nóng)作物精細(xì)化氣候區(qū)劃時(shí)，要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，在充分運(yùn)用GIS基礎(chǔ)上，綜合考慮氣候條件、土壤類型、土壤肥力、土地利用規(guī)劃狀況等方面的精細(xì)化區(qū)劃綜合信息，開展農(nóng)作物種植布局的綜合研究，結(jié)果將會(huì)更加深化、細(xì)化，更為客觀、準(zhǔn)確和綜合實(shí)用。