摘 要 甘薯是重慶市第三大糧食作物，其產(chǎn)量、品質(zhì)與氣候資源條件緊密相關(guān)。選取重慶市及其周邊地區(qū)52個(gè)氣象觀測(cè)站1981—2010年的氣象資料以及1∶25萬(wàn)DEM資料，分析與甘薯生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)的氣溫、降水、日照等多種氣象因子，確定年平均氣溫、伏旱頻率作為關(guān)鍵區(qū)劃因子，得到甘薯生長(zhǎng)的區(qū)劃指標(biāo)。通過(guò)利用ArcGIS平臺(tái)對(duì)區(qū)劃因子分別進(jìn)行空間擴(kuò)展，制作重慶市甘薯氣候生態(tài)區(qū)劃圖，可將全市劃分出熱量豐富伏旱高發(fā)、熱量豐富多伏旱、溫?zé)岫喾怠責(zé)嵘俜?、冷涼伏旱偶發(fā)以及寒冷不適宜等6個(gè)不同生態(tài)氣候類型的甘薯栽培區(qū)，為重慶市甘薯種植優(yōu)化布局提供客觀的科學(xué)參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 甘薯；氣候生態(tài)區(qū)劃；GIS；重慶市

中圖分類號(hào)：S531；S162.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-890X（2014）34-23-05

知網(wǎng)出版網(wǎng)址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20141224.1041.028.html 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014/12/24 10：29：00

甘薯[Ipomoea batatas （Lam.） L.]，又名番薯、地瓜、紅苕、山芋、金薯、紅薯、白薯等，是我國(guó)重要的糧食作物、飼料作物和經(jīng)濟(jì)作物，也是淀粉加工業(yè)中重要的工業(yè)原料作物。甘薯起源于中美洲或南美洲的西北部，在15世紀(jì)初傳至歐洲，16世紀(jì)初相繼傳播到亞洲和非洲。甘薯在我國(guó)已有400多年栽培歷史，由于其具有產(chǎn)量高、用途廣、抗旱耐瘠、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被大面積推廣種植，特別是高淀粉甘薯，不僅可加工成粉絲、粉條、粉皮等，還可生產(chǎn)精白淀粉，廣泛應(yīng)用于造紙、紡織、醫(yī)藥、輕工業(yè)以及養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域[1]。

甘薯是重慶市第三大糧食作物，2012年全市種植面積37.4萬(wàn)hm2，占全市糧食總播種面積的16.55%[2]。但由于全市甘薯生產(chǎn)水平較低，在質(zhì)和量上都不能滿足加工需要，迫切需要優(yōu)化種植區(qū)域布局[3]。重慶市整體氣候資源對(duì)甘薯生長(zhǎng)十分有利，但境內(nèi)地形復(fù)雜，絕大部分地區(qū)是丘陵、山區(qū)，海拔高差懸殊，立體氣候性強(qiáng)，區(qū)域氣候差異明顯，這導(dǎo)致了各區(qū)域氣候資源條件對(duì)甘薯的產(chǎn)量和品質(zhì)影響較大，因而在重慶市進(jìn)行甘薯氣候生態(tài)區(qū)劃研究，對(duì)優(yōu)化甘薯種植區(qū)域區(qū)劃與種植布局具有重要的生產(chǎn)指導(dǎo)意義。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是一門綜合性學(xué)科，結(jié)合了地理學(xué)與地圖學(xué)以及遙感和計(jì)算機(jī)科學(xué)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始將GIS應(yīng)用于農(nóng)作物區(qū)劃研究。高陽(yáng)華等[4-5]對(duì)重慶市的甜橙、再生稻等作物進(jìn)行了氣候生態(tài)區(qū)劃，楊世琦等[6]開展了重慶市馬鈴薯氣候適宜性區(qū)劃，這些研究為重慶市相關(guān)作物生產(chǎn)布局提供了較好的思路及技術(shù)指導(dǎo)。而在甘薯區(qū)劃氣候指標(biāo)選擇方面，國(guó)內(nèi)也有一些研究報(bào)道，如雷玄肆[7]將15℃初日～10℃終日之間的間隔日數(shù)作為甘薯種植的區(qū)劃指標(biāo)，將江西省浮梁縣劃分為最優(yōu)區(qū)與適宜區(qū)；蔣宗孝等[8]則確定春季日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)15℃～秋季極端最低氣溫穩(wěn)定通過(guò)9℃終日的日數(shù)為甘薯安全種植的氣候區(qū)劃指標(biāo)；曾永美對(duì)重慶市甘薯氣候生態(tài)區(qū)劃也進(jìn)行了初步探索。

本文選取重慶市1981—2010共30年的氣象數(shù)據(jù)資料，在綜合考慮重慶市氣候條件和甘薯生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)光溫水等主要?dú)庀笠蜃有枨蟮幕A(chǔ)上，合理選擇影響甘薯生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵氣象因子，最終確定重慶市甘薯氣候區(qū)劃指標(biāo)為：年平均溫度和伏旱頻率。然后應(yīng)用GIS平臺(tái)進(jìn)行分析，結(jié)合氣象要素空間擴(kuò)展方法，對(duì)氣候生態(tài)區(qū)劃指標(biāo)值進(jìn)行空間化。最終繪制得到重慶市甘薯栽培精細(xì)化氣候生態(tài)區(qū)劃圖，旨在為重慶市甘薯種植優(yōu)化布局提供客觀的科學(xué)參考依據(jù)。

1重慶甘薯氣候區(qū)劃資料來(lái)源、指標(biāo)與方法

1.1資料來(lái)源

本文采用了1981—2010年重慶及其相鄰省份共52個(gè)氣象觀測(cè)站的氣象數(shù)據(jù)，以及1∶25萬(wàn)數(shù)字高程模型（DEM）作為區(qū)劃基礎(chǔ)資料，氣象觀測(cè)站點(diǎn)的分布如圖1所示。

1.2甘薯生長(zhǎng)發(fā)育氣候條件

1.2.1 氣溫

甘薯植株各部位對(duì)溫度要求不盡相同。對(duì)甘薯蔓葉而言：當(dāng)氣溫低于15℃時(shí)蔓葉停止生長(zhǎng)，日平均氣溫低于10℃、最低氣溫低于5℃時(shí)則受凍害；日平均溫度低于6℃、最低氣溫低于1～2℃達(dá)2天時(shí)則嚴(yán)重受凍；在當(dāng)氣溫16～35℃范圍內(nèi)，溫度越高生長(zhǎng)越快，21～26℃時(shí)生長(zhǎng)最旺盛，當(dāng)氣溫高于38℃則對(duì)其生長(zhǎng)不利。對(duì)甘薯塊莖而言：甘薯發(fā)根最低溫度為15℃，最適宜為27～30℃；塊根萌芽溫度最低為16～18℃，最適宜為28～32℃，高于35℃時(shí)其生長(zhǎng)受到抑制；塊根形成溫度最低為20℃，最高為32℃，最適宜為22～24℃，9℃以下時(shí)會(huì)受凍害；塊根膨大最低為16～18℃，最適宜為22～23℃。此外，日夜溫差大有利于淀粉積累、塊根膨大[1， 7-8]。

1.2.2 水分

甘薯雖然具有較強(qiáng)的耐寒能力，但不耐澇。適宜甘薯生長(zhǎng)的土壤相對(duì)濕度為60%～80%，生長(zhǎng)期土壤持水量達(dá)田間最大持水量的70%上下時(shí)，適宜于莖葉生長(zhǎng)和塊根生長(zhǎng)及膨大。缺水時(shí)莖葉生長(zhǎng)纖弱，產(chǎn)量降低；水分太多輕則會(huì)引起莖葉徒長(zhǎng)，重則影響根系生長(zhǎng)、塊根形成及膨大，進(jìn)而使產(chǎn)量、品質(zhì)、耐貯性能均降低[1， 7-8]。

1.2.3 光照

甘薯為喜光作物，光照充足能提高光合作用強(qiáng)度，增加干物質(zhì)積累。同時(shí)還能提高土溫和擴(kuò)大晝夜溫差，有利于塊根形成和膨大。較長(zhǎng)的日照（12～13 h/d）對(duì)莖葉、薯塊生長(zhǎng)均有利，較短的日照（8～9 h/d）能促進(jìn)甘薯現(xiàn)蕾開花，但不利于塊根膨大[1， 7-8]。

1.3重慶市甘薯氣候區(qū)劃指標(biāo)分析

1.3.1 氣候條件

重慶市地處中亞熱帶，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，境內(nèi)地形復(fù)雜、氣候多樣，區(qū)域氣候特征明顯，垂直氣候差異顯著，沿江河谷地區(qū)熱量資源十分豐富，年平均氣溫在18℃以上，年活動(dòng)積溫6500℃以上，無(wú)霜期275～350 d，年降水1000～1200 mm，雨熱同季，年際間波動(dòng)較大，年日照時(shí)數(shù)1100～1600 h，日照自西向東增加，年平均相對(duì)濕度為65%～80%；海拔較高（>1000 m）的地區(qū)年平均氣溫為13.5℃以下，年活動(dòng)積溫在5000℃以下，年降水在1200～1800 mm，日照時(shí)數(shù)大于1600 h，年平均相對(duì)濕度大于80%[9]。

1.3.2 氣候區(qū)劃指標(biāo)分析

綜上所述表明，氣溫、降水和光照都是影響重慶甘薯分布關(guān)鍵氣候因子，考慮到重慶市降水總量基本滿足甘薯生長(zhǎng)發(fā)育需要，即使遇干旱，也可以通過(guò)人工澆水等措施進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此本文選擇與熱量和光照密切相關(guān)的氣候因子年平均氣溫作為基本氣候區(qū)劃指標(biāo)之一。此外，伏旱頻率也是影響重慶甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的重要?dú)夂蛞蜃樱蚨殿l率也是進(jìn)行甘薯氣候區(qū)劃的基本指標(biāo)之一。結(jié)合甘薯對(duì)上述氣候生態(tài)資源條件基本要求，確定如表1的重慶市甘薯氣候生態(tài)區(qū)劃指標(biāo)。

1.4區(qū)劃指標(biāo)的空間擴(kuò)展

在確定了氣候生態(tài)區(qū)劃指標(biāo)后，應(yīng)用ARCGIS分析平臺(tái)將區(qū)劃指標(biāo)進(jìn)行空間擴(kuò)展，主要方法采用插值法和回歸建模法。

2重慶甘薯氣候區(qū)劃結(jié)果與分析

2.1甘薯氣候生態(tài)區(qū)劃指標(biāo)空間分布

2.1.1 年平均氣溫空間分布

關(guān)于山區(qū)平均氣溫分布的問題，一般認(rèn)為是隨海拔高度按線性遞減，常以遞減率（每上升100 m的氣溫遞減度數(shù)）作為主要特征量進(jìn)行生態(tài)區(qū)劃研究。根據(jù)重慶市及其周邊52個(gè)臺(tái)站的1981～2010年間共30年的氣候數(shù)據(jù)，我們擬合出年平均氣溫與海拔高度的關(guān)系為y=-0.0061x+19.357，即海拔每升高100 m氣溫降低0.61℃，相關(guān)系數(shù)R2=0.9417。利用該規(guī)律將各個(gè)臺(tái)站年平均氣溫?cái)?shù)據(jù)訂正到海平面，采用克里金插值法[10]對(duì)海平面數(shù)據(jù)進(jìn)行空間化，然后通過(guò)反向運(yùn)算，再得到真實(shí)地形下年平均氣溫的空間分布，制得重慶市年平均氣溫的空間分布圖（圖2）。

2.1.2 伏旱頻率空間分析

本文選擇回歸模型作為伏旱頻率擴(kuò)展模型[11-12]。利用各臺(tái)站經(jīng)緯度、海拔高度等地理信息、降水量以及干旱頻率資料，通過(guò)相關(guān)分析，選擇降水與海拔高度作為回歸模型的關(guān)鍵影響因子，逐步回歸建立因素空間擴(kuò)展模型：fdou=20.14+158e-0.006R-0.014H。式中，fdou代表伏旱頻率，H代表海拔高度，R代表7月下旬至8月下旬的降水量。在建立伏旱頻率擴(kuò)展模型的基礎(chǔ)上，利用基于GIS的重慶市氣候資源系統(tǒng)平臺(tái)上的地理因子及降水等氣候因子的空間分布數(shù)據(jù)，得到重慶市伏旱頻率的精細(xì)化空間分布圖（圖3）。

2.2重慶市甘薯氣候生態(tài)區(qū)劃

應(yīng)用ARCGIS分析平臺(tái)，根據(jù)重慶市甘薯氣候生態(tài)區(qū)劃指標(biāo)年平均氣溫和伏旱頻率精細(xì)化空間擴(kuò)展后分布結(jié)果，得到重慶市甘薯氣候生態(tài)氣候區(qū)劃圖（圖4）。從圖4中可以看出，重慶市甘薯的栽培區(qū)主要集中在西部等海拔較低地區(qū)，這里熱量條件優(yōu)越，有利于甘薯生長(zhǎng)發(fā)育；而東北部的城口、巫溪、巫山、奉節(jié)以及東南部的石柱、武隆等區(qū)縣的高海拔地區(qū)年平均氣溫較低，氣候寒冷，不適宜種植甘薯。

2.3重慶市甘薯氣候生態(tài)區(qū)劃分區(qū)概況

熱量豐富伏旱高發(fā)甘薯栽培區(qū)（Ⅰ）：位于長(zhǎng)江、嘉陵江等河流流域周邊地區(qū)及西部低海拔的潼南、銅梁等地。幅員面積11930.7 km2，占全市面積的14.5%。這一區(qū)域年平均氣溫16℃以上，熱量資源豐富，但伏旱頻率在70%以上，每年的7—8月當(dāng)甘薯正處于需水高峰期和薯蔓共生期時(shí)，連日的伏旱將抑制甘薯莖葉的生長(zhǎng)和薯塊膨大。為了使甘薯的種植收益良好，適宜推廣種植耐旱的甘薯優(yōu)良品種，同時(shí)必須從夏季初期開始做好蓄水抗旱。

熱量豐富多伏旱甘薯栽培區(qū)（Ⅱ）：位于西部榮昌、大足、永川以及中部墊江、梁平等地低海拔地區(qū)，與Ⅰ區(qū)相鄰，海拔相對(duì)于Ⅰ區(qū)略高，幅員面積20680.3 km2，占全市面積的25.1%。這一區(qū)域年平均氣溫高于16℃，伏旱頻率在50%～70%。由于當(dāng)?shù)氐矸奂庸て髽I(yè)眾多，對(duì)甘薯淀粉的需求量巨大，因而適宜推廣種植高產(chǎn)的淀粉型甘薯優(yōu)良品種。

溫?zé)岫喾蹈适碓耘鄥^(qū)（Ⅲ）：本區(qū)主要分布于東南部酉陽(yáng)、秀山的相對(duì)海拔較低地區(qū)，總幅員面積3775.2 km2，占全市面積的4.6%。這一區(qū)域年平均氣溫14.4～16.1℃，伏旱頻率在50%～70%。由于秀山等地將甘薯作為主要的糧食作物，種植面積廣，因而適宜種植高產(chǎn)食用型甘薯優(yōu)良品種。

溫?zé)嵘俜蹈适碓耘鄥^(qū)（Ⅳ）：本區(qū)分布較為分散，主要分布于西南部的南川、綦江，中部的涪陵以及東北部的萬(wàn)州、云陽(yáng)、開縣等海拔相對(duì)較低的淺丘地區(qū)，總幅員面積13406.8 km2，占全市面積的16.3%。這一區(qū)域年平均氣溫14.4～16.1℃，伏旱頻率在30%～50%，熱量條件比較豐富，伏旱頻率較低，土壤等綜合條件較好。為滿足當(dāng)?shù)匕l(fā)展生豬養(yǎng)殖飼料需求，適宜種植飼料型和藤蔓型甘薯優(yōu)良品種。

冷涼伏旱偶發(fā)甘薯栽培區(qū)（Ⅴ）：主要分布于西南地區(qū)的江津、南川，東南部的武隆、彭水、黔江、酉陽(yáng)、石柱以及東北部的奉節(jié)、云陽(yáng)等地區(qū)的海拔800～1500 m山區(qū)，總面積17062.4 km2，占全市面積的20.7%。這一區(qū)域年平均溫度10.9～14.4℃，熱量資源較差，基本能滿足甘薯生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)熱量條件的需求，可根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)和生活需要，根據(jù)地理和氣候適量種植食用和飼料兼用的甘薯優(yōu)良品種。

寒冷甘薯不適宜栽培區(qū)（Ⅵ）：主要分布于東南部的石柱、武隆以及東北部城口、巫溪、巫山等區(qū)縣的海拔較高山區(qū)，幅員面積155479 km2，占全市面積的18.8%。這一區(qū)域熱量條件較差，不適宜甘薯的栽培，僅可種植少量蔓尖菜用的甘薯優(yōu)良品種，豐富當(dāng)?shù)匕傩盏牟嘶@子。

3結(jié)論與討論

本文以甘薯生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中關(guān)鍵氣象因子和重慶市甘薯栽培環(huán)境中氣候條件為氣候生態(tài)區(qū)劃依據(jù)，將年平均氣溫和伏旱頻率作為重慶市甘薯氣候生態(tài)區(qū)劃關(guān)鍵因子。同時(shí)應(yīng)用ArcGIS分析平臺(tái)，對(duì)年平均氣溫和伏旱頻率進(jìn)行了精細(xì)化空間擴(kuò)展，得到重慶市甘薯氣候生態(tài)氣候區(qū)劃圖，像元精度達(dá)到100 m×100 m?？蓪⒅貞c市劃分出熱量豐富伏旱高發(fā)、熱量豐富多伏旱、溫?zé)岫喾?、溫?zé)嵘俜?、冷涼伏旱偶發(fā)以及寒冷不適宜等6個(gè)不同生態(tài)氣候類型的甘薯栽培區(qū)。

重慶市作為我國(guó)甘薯的重要產(chǎn)區(qū)之一，進(jìn)行甘薯氣候區(qū)劃具有重要生產(chǎn)指導(dǎo)意義和決策參考價(jià)值。王衛(wèi)強(qiáng)等認(rèn)為，重慶尚有未利用土地72.39萬(wàn)hm2，大部分是不適宜栽培水稻、小麥、玉米等糧食的荒山荒坡，而甘薯耐旱、耐瘠薄，可以通過(guò)新品種及配套栽培技術(shù)推廣，提高種植面積和單產(chǎn)[13]。本文區(qū)劃結(jié)果可為重慶市甘薯種植優(yōu)化布局提供客觀的科學(xué)參考依據(jù)。

土壤養(yǎng)分是作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)，王菲等通過(guò)對(duì)重慶市江津區(qū)59個(gè)甘薯土壤樣本進(jìn)行測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)部分樣本存在偏酸、有機(jī)質(zhì)含量偏低等問題[14]。今后的研究中，氣象因子結(jié)合土壤等信息將是生態(tài)區(qū)劃的方向之一。同時(shí)，通過(guò)文獻(xiàn)搜索對(duì)比發(fā)現(xiàn)，目前重慶市及周邊地區(qū)尚無(wú)同類研究，國(guó)內(nèi)外對(duì)甘薯氣候區(qū)劃方面的研究報(bào)道也較少。因而，本文所選用區(qū)劃指標(biāo)及研究結(jié)果不但可以指導(dǎo)重慶市甘薯種植優(yōu)化布局，相關(guān)研究結(jié)論可以在今后推廣應(yīng)用中進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證、深化，同時(shí)也可以為國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究提供重要參考。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）