基于细网格的山西省马铃薯种植气候区划

分类:论文范文 发表时间:2020-02-09 10:01

  摘要:为了给山西省在气候变化背景下合理利用气候资源、调整马铃薯种植品种布局提供科学依据,利用山西省109个气象站近30a(1981-2010年)逐日气象观测数据,结合马铃薯传统种植区7个代表性县(区)多年的产量和发育期资料,通过相关性分析筛选出影响马铃薯产量形成的关键气候因子,确定以结薯期平均最低气温、结薯期降水量、淀粉积累期平均最低气温作为山西省马铃薯种植气候区划指标。基于GIS技术将所有气候要素插值为1km×1km的细网格,采用专家打分法按适宜、次适宜和不适宜3个等级制作了山西省马铃薯种植气候区划图,该区划结果较为客观地反映了山西省马铃薯种植状况。

  关键词:马铃薯;气候区划;细网格;山西省

  马铃薯(SolanlumtuberosumL.)原产于南美洲秘鲁、智利一带的高山冷凉区,属低纬度高山植物,长期引种适应的结果形成马铃薯喜冷凉、短日照和温差大的生长习性[1]。由于马铃薯具有营养丰富、粮菜饲兼用、加工用途多、增产增收潜力大等诸多优点,目前已成为世界5大粮食作物之一。山西省是我国马铃薯的传统种植区,常年种植面积和总产量分别占全国马铃薯播种面积和总产量的7%和5%[2];“十二五”期间山西省马铃薯年均播种面积为21.3万hm2,2014年总产量达到330万t以上[3],成为仅次于玉米、小麦的第3大粮食作物。根据影响马铃薯产量的关键气候因子开展气候种植区划对充分合理地利用山西省气候资源、优化全省马铃薯种植品种布局具有重要意义。

基于细网格的山西省马铃薯种植气候区划

  1资料与方法

  1.1资料来源

  气象资料为山西省109个气象观测站近30a(1981-2010年)的逐日气象资料,包括日最高温度、日最低温度、日平均温度、逐日降水、日照时数以及日平均风速等要素,由中国气象局国家信息中心提供。地理信息数据采用国家基础地理信息中心提供的1∶25万山西省基础地理数据和数字高程模型(DEM)数据。为了实现精细化区划,利用GIS技术根据站点经度、维度、高程、坡度和坡向等将所有气候要素进行面上推算,插值成1km×1km的细网格,在此基础上进行数字地形定量分类技术研究,具体推算模型及方法见参考文献[11]。

  1.2研究方法

  1.2.1发育期资料的处理

  通过统计7个代表性县(区)多年发育期资料,得到马铃薯不同发育时段的平均日期。平均播种期为5月10日,出苗为6月6日,分枝为6月23日,花序形成为7月6日,开花为7月19日,成熟为9月13日。为了便于分析,将马铃薯生育期简单划分为4个发育时段:5月上旬至6月上旬为发芽期,6月中旬至6月下旬为幼苗期,7月上旬至8月上旬为块茎形成、增长期(结薯期),8月中旬至9月上旬为淀粉积累期。

  1.2.2产量资料的处理

  利用7个代表性县(区)1981-2013年的马铃薯单产资料,将马铃薯实际产量分解为趋势产量和气象产量,即Y=Yt+Yw(1)式中,Y为马铃薯单产(kg·hm-2),Yt是反映历史时期生产力发展水平的长周期产量分量,称为趋势产量;Yw是受以气象要素为主的短周期变化因子影响的产量分量,称为气象产量。本文采用直线滑动平均模拟的方法获得马铃薯趋势产量Yt,滑动步长取4。为了消除地区间生产水平差异的影响,用气象产量除以趋势产量,得到相对气象产量Y'w,即Y'w=(Y-Yt)/Yt(2)式中,Y'w为相对气象产量,不受时间与空间影响,更具有可比性和分析性。

  2结果与分析

  2.1马铃薯种植气候区划指标的选取

  表1为7个代表性县(区)1981-2013年马铃薯产量与发芽期、幼苗期、结薯期及淀粉积累期这4个发育时段不同气候要素(T、Tmax、Tmin、Td、P、S和W)通过显著性检验的气候因子及相关系数统计表。共有5个气候因子与马铃薯产量在不同显著性水平(0.01/0.05)上(双侧)显著相关,分别是:发芽期平均最高气温、结薯期平均最低气温和降水量、淀粉积累期平均最低气温和平均风速;相关系数主要分布在0.367-0.548。从出现的频次看,淀粉积累期平均最低气温出现的次数最多(7次),其次为结薯期平均最低气温和降水量(3次);而发芽期平均最高气温、淀粉积累期平均风速仅出现1-2次。由此推断,尽管不同区域显著影响马铃薯产量的气候因子略有差异,但结薯期平均最低气温、结薯期降水量、淀粉积累期平均最低气温应该是影响马铃薯产量的关键气候因子,将其确定为马铃薯种植气候区划指标。

  2.2马铃薯种植气候区划指标的等级划分

  2.2.1降水量对马铃薯产量的影响

  以右玉县为例,分析结薯期降水量对马铃薯产量的影响。如图1所示,马铃薯产量随结薯期降水量的增加表现为向下的抛物线型。当降水量小于150mm时,马铃薯产量与降水量总体正相关,降水量增多利于马铃薯产量的提高,但降水量不足100mm会导致马铃薯明显减产。当降水量在150~200mm之间时,马铃薯产量仍以增产为主,但降水量大于200mm后马铃薯转为减产。结薯期对水分条件的要求较高,干旱胁迫不利于块茎形成和增大、降水过多也容易造成薯块腐烂、加重病害的发生,最终导致马铃薯减产。

  2.2.2温度对马铃薯产量的影响

  以朔州市平鲁区为例,分析结薯期和淀粉积累期平均最低气温对马铃薯产量的影响。如图2所示,无论是结薯期还是淀粉积累期,二者均表现为负相关,即平均最低气温越低,越利于马铃薯产量的形成。马铃薯是喜凉作物,气温过高不利于马铃薯的生长发育,平均最低气温越低代表昼夜温差越大,越有利于马铃薯生长期的延长和淀粉的充分积累,进而促进马铃薯产量的增加。

  3讨论

  1)本文通过相关分析和显著性检验将结薯期平均最低气温、结薯期降水量、淀粉积累期平均最低气温作为影响马铃薯产量的关键气候因子,与前人的研究结论基本一致。马铃薯是喜凉作物,当10cm地温稳定通过8℃,幼芽即可生长,发芽期对光照、水分需求较少。结薯期是营养生长与生殖生长并行的阶段,也是马铃薯生长最旺盛的时期,对水分需求较多,当土壤含水量小于15%时块茎停止生长,因而水分状况是决定马铃薯是否高产的关键;同时气温对块茎的大小也具有决定性作用,平均气温在18~21℃对块茎的形成和增长最为有利,超过21℃块茎生长受到抑制,超过25℃则基本停止生长[14]。孙芳[15]和姚玉壁等[16]也认为气温对马铃薯产量形成为负效应,尤其是块茎增长期的产量形成对气温变化尤为敏感。高峰等[17]认为马铃薯块茎增长期对水分需求达到最大,约占整个生育期需水量的50%,但结薯后期水分过多易导致块茎腐烂。淀粉积累期马铃薯对水分需求总体较少,适当低温和较大的昼夜温差更利于马铃薯生长期的延长和淀粉的积累;温度过高会导致块茎生长缓慢或停止。朱赟赟等[14]研究结果表明,宁夏北部淀粉积累期的气温对马铃薯产量的影响为负效应,9月中旬气温每升高1℃,产量降低达61kg·hm-2。2)本文利用GIS技术将气候要素插值为1km×1km的细网格并进行马铃薯种植气候区划,能够直观地反映不同地理位置和海拔高度下各气候区划因子的变化特征,比传统气候区划更精细,区划结果更趋合理,对今后推广发展优质马铃薯及优化种植布局具有指导意义。但是,马铃薯种植不仅与气候条件密切相关,也受土壤条件、土地利用状况、经济因素等因素影响,本研究的区划结果只是针对于农业气候,与实际稍有一定的差距,有待今后不断修正与完善。

  4结论

  本研究利用山西省109个气象站近30a(1981-2010年)的逐日气象数据,结合马铃薯传统种植区7个代表性县(区)多年的产量和发育期资料,确定结薯期平均最低气温、结薯期降水量、淀粉积累期平均最低气温为山西省马铃薯种植的气候区划指标。基于GIS技术将所有气候要素插值为1km×1km的细网格,采用专家打分法按适宜、次适宜和不适宜3个等级制作了山西省马铃薯种植气候区划图。其中,适宜和较适宜种植马铃薯的区域主要分布在雁北和东西山区(吕梁山、五台山、太行山)的山坡丘陵地带,面积分别占全省总面积的26.5%和31.4%;不适宜种植区域主要分布在山西省中部和南部地区,占全省总面积的42.1%,夏季气温偏高是限制该区域马铃薯生长发育和产量形成的主要原因。

  参考文献:

  [1]白美兰,侯琼,郝润全.乌兰察布盟地区马铃薯优良品种气候区划[J].中国农业气象,2005,26(1):20-23.

  [2]金红梅,宗颖生.山西马铃薯产业发展状况的初步研究[J].中国农学通报,2008,24(8):526-528.

  [3]刘志宏,张剑民,张越,等.山西省马铃薯产业发展现状及制约因素研究[J].种子科技,2016,34(6):40-41.

  [4]王连喜,朱贇贇,李剑萍,等.宁夏马铃薯种植的气候分区和风险评估[J].中国农业气象,2011,32(1):100-105.

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