左 琛，宋鋒惠，史彥江，羅 達

（1. 新疆農業(yè)大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052；2. 新疆林科院經濟林研究所，烏魯木齊 830000）

榛子，樺木科（Corylaceae）榛屬（Corylus）植物，與核桃、扁桃、腰果并稱為世界四大堅果，又是重要的木本油料樹種之一[1-2]。1993年，新疆引進美洲榛（C.America），試種植10a，表現出良好的生長適宜性。2001年開始，新疆林業(yè)科學院從遼寧省陸續(xù)引進平歐雜種榛，經引種、品種篩選、生產栽培技術研究，現已在全疆40 余個縣市推廣栽培，成為新疆地區(qū)最有發(fā)展?jié)摿Φ奶厣止麡浞N之一，目前全疆榛子種植面積已2000hm2以上，榛果收購價達到45 元?kg-1[3]，榛子產業(yè)已經成為脫貧攻堅工作中的一項重要產業(yè)，因此，合理布局，歸利弊害，引導林農在氣候適宜區(qū)內規(guī)?；N植，提高優(yōu)質林果產量，對新疆地區(qū)種植平歐雜種榛適宜性區(qū)劃顯得尤為必要。

地理信息系統(tǒng)（ Geographical Information System，簡稱GIS），是一種綜合了地理學、地圖學、遙感技術和計算機科學的學科[4]。GIS 先后在土地資源調查和評價、作物氣候適應性評價和區(qū)劃、農業(yè)資源信息管理和分析等方面應用，取得了顯著的經濟效益[5-6]。目前，GIS 技術已在農林業(yè)區(qū)劃上得到廣泛應用。周莉蓉等[7]對阿克蘇地區(qū)紅棗栽培的合理布局進行了研究；張山清等[8]研究了氣候變化對新疆紅棗種植氣候區(qū)劃的影響，將新疆紅棗分為3 個氣候栽培區(qū)，即適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)。馬仁等[9]通過對氣象因子綜合分析，按照模糊聚類[10]的方法，將隴西縣榛子產業(yè)基地劃分為3 大區(qū)域，即最適宜區(qū)、適宜區(qū)、不適宜區(qū)。郭兆夏等分別利用GIS技術對白梨[11]、核桃[12]、芒果[13]等果樹進行了氣候區(qū)劃研究。岳陽等[14]通過對新疆環(huán)塔里木盆地地區(qū)的地理信息數據及氣象資料分析結合氣象要素細網格推算模型，確定了影響塔里木盆地地區(qū)杏樹生長發(fā)育的主導氣候因子，得出適宜杏樹發(fā)育的生長指標，并將該地區(qū)潛在種植分布區(qū)劃分成4 個。盡管許多學者根據林果的生長要求，對不同地區(qū)不同林果進行了區(qū)劃研究，但由于新疆深居中國內陸地區(qū)，其氣候干燥、降水稀少、水資源匱乏，冬季干燥寒冷、凍害等災害性氣候的頻繁發(fā)生時常威脅著新疆榛子產業(yè)的可持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展，特別是對新疆平歐雜種榛的區(qū)域化種植還缺乏系統(tǒng)性研究。針對以上問題，本研究利用近10a（2009-2018年）新疆地區(qū)40 個主要氣象臺站觀測資料（平均氣溫、降水量、日照時數等氣候要素數據），結合新疆地區(qū)基礎地理信息數據等資料，根據平歐雜種榛對氣象條件的需求，確定平歐雜種榛適宜性區(qū)劃指標體系，構建基于空間專題數據庫的適應性評價模型，在GIS 技術支持下，對新疆平歐雜種榛種植的氣候適宜性進行區(qū)域劃分，以期為新疆平歐雜種榛產業(yè)的布局規(guī)劃與推廣提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆維吾爾自治區(qū)，深居內陸，面積166.37×104km2，四周有高山阻隔，海洋氣流不易到達，形成明顯的溫帶大陸性氣候，區(qū)內溫差較大，日照充足，年日照時數達2500～3500h，降水稀少，年平均降水量150mm 左右。氣候干燥，水分蒸發(fā)大，年均蒸發(fā)量在1000mm 以上。天山山脈將新疆分為南北疆兩大部分，根據新疆統(tǒng)計年鑒[15]，南疆地區(qū)年平均氣溫、日照時數等熱量條件均比北疆地區(qū)好；而北疆地區(qū)水資源條件優(yōu)于南疆地區(qū)，且北疆年蒸發(fā)量低于南疆[16]。

1.2 研究方法

1.2.1 氣象資料

通過國家氣象信息中心獲取新疆40 個氣象臺站（圖1）2009-2018年連續(xù)10a 歷年平均氣溫、平均降水量、平均日照時數等。

圖1 新疆地區(qū)氣象臺站分布 Fig. 1 Meteorological station distribution map in Xinjiang

1.2.2 地理資料

通過國家基礎地理信息獲取資料包括：（1）1:25萬數字高程模型（DEM）信息數據；（2）縣級以上行政區(qū)邊界圖；（3）40 個主要氣象站點經緯度。

1.2.3 新疆榛子產區(qū)基本情況

選取北疆地區(qū)9 個典型榛子示范園、南疆地區(qū)4個典型榛子示范園作為現狀調查點，調查各榛子栽培示范園近10a 的氣候情況（表1），并于2018年9月對各產區(qū)當年產量進行實地調查（表2）。

1.2.4 適宜區(qū)區(qū)劃指標確定

適宜生長指標：選取海拔、年平均氣溫、年降水量和日照時數[17-20]4 個指標作為區(qū)劃指標。

基礎護理學實驗教學是護理教學中的一個重要環(huán)節(jié)，為護理課程學習與臨床實踐架起了一座橋梁。案例教學法是指以案例為教學材料，結合教學主題，通過討論、問答等師生互動的教學過程，讓學生了解與教學主題相關的概念或理論，培養(yǎng)學生高層次能力的教學方法[1]。我校從2009年開始將案例教學法運用于基礎護理學實驗教學，收到滿意效果，獲得師生好評。但由于案例主要由教師自行編寫制作，不僅花費了教師很大精力，也不利于教學資源的共享。若建立案例庫，可最大限度地實現教學資源的共享。教師課前只需根據教學目的從案例庫中選擇適合的案例即可。現將基礎護理學實驗教學案例庫構建介紹如下。

1.2.5 區(qū)劃圖制作

采用層次分析法[21]對各項評價指標進行分析，按總目標、各層子目標、評價準則分解為不同的層次結構，構建“新疆平歐雜種榛種植氣候適宜性區(qū)劃層次結構圖”，得出不同區(qū)劃指標對不同區(qū)域的影響程度，求得每一層次各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權重，并運用加權和的方法遞階歸并各區(qū)劃因子影響權重參數。運用克里金插值法[22]分別制作海拔、年平均氣溫、年降水量、日照時數各區(qū)劃因子分布柵格圖。運用GIS 柵格疊加處理各指標，并用柵格計算器計算各圖斑面積及比例。

1.3 數據處理

氣象數據的處理和分析采用Excel 2003 和SPSS 18.0 統(tǒng)計分析軟件，權重的確定采用MATLAB 2014軟件，適宜區(qū)區(qū)劃圖像的制作采用ArcGIS 10.2 軟件。

表1 2009-2018年13 個平歐雜種榛栽培示范園氣象調查 Table 1 Meteorological investigation form of 13 hazel cultivation demonstration gardens from 2009 to 2018

表2 2018年13 個平歐雜種榛栽培示范園栽培情況調查 Table 2 Investigating result of 13 hazel cultivation demonstration gardens in 2018

2 結果與分析

2.1 平歐雜種榛氣候區(qū)劃指標確定

由表1、表2 可見，2018年榛子示范園年均產量在2000kg·hm-2以上的地區(qū)有吉木薩爾縣和烏魯木齊市，主要分布在北疆地區(qū)，該區(qū)年平均氣溫在4.5℃以上，年均降水量200mm 以上，年均日照時數2800h 以上；年均產量在630kg·hm-2以上的地區(qū)有伊寧縣、察布查爾縣、烏蘇市、石河子121 團、哈巴河縣、溫宿縣、疏附縣，該區(qū)在南疆、北疆各有分布，北疆地區(qū)年平均氣溫5～9℃，年均降水量100mm 以上，年均日照時數2000h 以上，南疆地區(qū)年平均氣溫7～11℃，年均降水量60mm 以上，年均日照時數2400h 以上；年均產量在500kg·hm-2以上的地區(qū)有五家渠市和皮山縣，該區(qū)在南疆、北疆各有分布，北疆地區(qū)年平均氣溫6.5℃，年均降水量190mm，年均日照時數2800 以上，南疆地區(qū)年平均氣溫11℃以上，年均降水量48mm，年均日照時數2400 以上。

（1）溫度。據文獻研究[4、9、23]，平歐雜種榛抗寒性強，可耐冬季-35.0～-33.0℃的低溫，適宜年均氣溫為7.5～13.0℃，夏季最高溫度不超過38.0℃[24]。結合新疆40 個氣象站點年平均氣溫數據，征求新疆林業(yè)科學院經濟林研究所5 位專家的意見，年均產量在630kg·hm-2以上視為適宜區(qū)，由此確定新疆各地平歐雜種榛氣候適宜性區(qū)劃溫度指標（表3）。

（2）光照。榛樹為喜光植物，光照影響榛樹花芽的分化、根系的生長、營養(yǎng)物質的吸收運輸，要求年光照在2000h 以上，最適宜光照在2200h 以上[25]。結合新疆40 個氣象站點年均日照時數數據，征求新疆林業(yè)科學院經濟林所5 位專家的意見，年均產量在630kg·hm-2以上視為適宜區(qū)，由此確定新疆各地平歐雜種榛氣候適宜性區(qū)劃年均日照時數指標（表3）。

（3）降水量。榛樹喜濕潤氣候，年降水量500～800mm 條件下可滿足栽培條件，最適降水量為700～1000mm[25]，但新疆年降水量低于500mm，采用人工灌溉可滿足栽培條件。結合新疆40 個氣象站點年均降水量數據，征求新疆林業(yè)科學院經濟林所5 位專家的意見，年均產量在630kg·hm-2以上視為適宜區(qū)，由此確定新疆各地平歐雜種榛氣候適宜性區(qū)劃年均降水量指標（表3）。

表3 新疆平歐雜種榛種植的氣候適宜性區(qū)劃指標體系 Table 3 Climatic suitability regionalization indices of hazel planting in Xinjiang

2.2 氣候區(qū)劃指標空間分布

通過對年平均氣溫、年降水量、年均日照時數 以及經度、緯度和海拔高度等地理信息因子進行多元回歸分析篩選，得到氣候指標因子與宏觀地理因子的模擬方程，分別建立空間分析模型（表4）。由表4 可知，緯度、經度、海拔與年平均氣溫均呈負相關（R=0.847）；緯度、海拔均與年降水量呈負相關，經度與年降水量呈正相關（R=0.830）；緯度、海拔均與日照時數成呈正相關，經度與年降水量呈負相關（R=0.744）。年平均氣溫、年降水量和日照時數分別與緯度、經度、海拔高度擬合參數接近1，擬合程度高，均表現為極顯著。

表4 新疆平歐雜種榛氣候指標要素空間推算模型 Table 4 Spatial calculation model of climatic index elements of Xinjiang hybrid hazel

2.2.2 空間分布

（1）年平均氣溫。根據張音等[26]對新疆近60a氣候變化分析，新疆年平均氣溫的增暖速率總體隨海拔增加而減少，北疆年均氣溫低于全疆，南疆高于全疆；與近10a 氣候一致，年平均氣溫分布總體呈“南疆高，北疆低”的格局（圖2），按照平歐雜種榛適宜性區(qū)劃指標體系（表3），由圖2 看出，年平均氣溫9～13℃的區(qū)域在伊犁河谷、阿克蘇地區(qū)、烏魯木齊市、巴音郭楞蒙古自治州北部以及吐魯番和哈密的部分地區(qū)，其主要分布在新疆中部地區(qū)；6.5～9.0℃的區(qū)域在伊犁地區(qū)、塔城地區(qū)、昌吉回族自治州、以及哈密地區(qū)北部，其主要分布在北疆地區(qū)。

（2）年均降水量。根據張音等[26]對新疆近60a氣候變化分析，新疆年均降水量總體上呈隨海拔升高而增加的態(tài)勢，北疆年均降水量最高，高于全疆，且高于南疆。與近10a 氣候一致，年均降水量分布總體呈“南疆少，北疆多”的格局（圖2），按照平歐雜種榛適宜性區(qū)劃指標體系（表3），由圖2 看出，年均降水量＞200mm 的區(qū)域在阿勒泰地區(qū)、昌吉回族自治州；100～200mm 的區(qū)域在伊犁哈薩克自治州、昌吉回族自治州、烏魯木齊市、哈密北部、吐魯番北部、巴音郭楞蒙古自治州北部以及阿克蘇地區(qū)北部，其主要分布在北疆地區(qū)。

（3）年均日照時數。根據張山清等[27]對新疆近50a日照時數時空變化分析，新疆各地年日照時數2450～3450h，其空間分布總體呈現“東部多，西部少；平原和盆地多，山區(qū)少”的格局。根據近10a氣候變化發(fā)現，按照平歐雜種榛適宜性區(qū)劃指標體系（表3），由圖2 看出，年均日照時數＞2200h 的區(qū)域在哈密地區(qū)、吐魯番地區(qū)、烏魯木齊市、巴音郭楞蒙古自治州、阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)、喀什地區(qū)以及克孜勒蘇柯爾克孜自治州；2000～2200h 的區(qū)域在昌吉回族自治州、伊犁河谷地區(qū)，其主要分布在南疆地區(qū)。

2.3 平歐雜種榛氣候區(qū)劃

2.3.1 氣候區(qū)劃評價模型

采用層次分析法對各項評價指標進行分析，構建新疆平歐雜種榛種植氣候適宜性區(qū)劃層次結構圖（圖3），得出不同區(qū)劃指標對不同區(qū)域的影響程度，并最終確定各區(qū)劃因子影響權重參數（表5）。

2.3.2 區(qū)劃結果評述

根據已確定的區(qū)劃因子及其等級指標權重，采用地理信息系統(tǒng)的空間分析技術，利用ArcGIS 中柵格計算器進行圖層的疊加計算分析，對各區(qū)劃因子的柵格圖層進行空間疊加運算，新疆平歐雜種榛適生種植氣候區(qū)劃結果如圖4 所示，同時通過疊加分別得到4 個等級面積及比例見表6。

圖2 2009-2018年新疆海拔（a）、年平均氣溫（b）、年均降水量（c）、年均日照時數（d）的空間分布 Fig. 2 Spatial distribution of altitude (a)，annual average temperature (b)，annual average precipitation (c) and annual average sunshine hours (d) from 2009 to 2018

圖3 新疆平歐雜種榛種植氣候適宜性區(qū)劃層次結構圖 Fig. 3 Map of climatic suitability zoning hierarchy

表5 新疆平歐雜種榛種植氣候適宜性區(qū)劃因子權重 Table 5 The weight of climatic suitability zoning factors for hazel planting in Xinjiang

（1）最適宜區(qū)。由表6 可見，新疆平歐雜種榛種植最適宜區(qū)面積為27.722 萬km2，占新疆土地總面積的16.7%，主要包括喀什地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、伊犁河谷、昌吉回族自治州、烏魯木齊市、巴音郭楞蒙古自治州北部、吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)北部，其主要分布在新疆中部地區(qū)，與最適宜區(qū)現有烏魯木齊市、察布查爾縣、吉木薩爾縣、奇臺農場示范園年均產量1260kg·hm-2以上的實際情況相符。

（2）適宜區(qū)。由表6 可見，新疆平歐雜種榛適宜區(qū)面積為69.056 萬km2，占新疆土地總面積的41.6%，主要分布在南疆地區(qū)，其次為北疆，包括喀什地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、和田地區(qū)北部、巴音郭楞蒙古自治州北部、阿克蘇地區(qū)、塔城地區(qū)、阿勒泰部分地區(qū)，與適宜區(qū)現有伊寧縣、烏蘇市、石河子121 團、哈巴河縣、拜城縣、溫宿縣、疏附縣示范園年均產量630kg·hm-2以上的實際情況相符。

（3）次適宜區(qū)。由表6 可見，新疆平歐雜種榛次適宜區(qū)面積為17.596 萬km2，占新疆土地總面積的10.6%，分布地區(qū)較少，主要分布在北疆地區(qū)，該區(qū)海拔為200-300m 和1900-2000m，年平均溫度5.5～6.5℃，年均降水量為45～100mm，日照時數為1900～2000h。其中主要包括塔城部分地區(qū)、阿勒泰部分地區(qū)、哈密部分地區(qū)。

（4）不適宜區(qū)。由表6 可見，新疆平歐雜種榛不適宜區(qū)面積為51.626 萬km2，占新疆土地總面積的31.1%，主要分布在海拔較高的地區(qū)，南疆地區(qū)分布較廣，該區(qū)海拔在200m 以下和2000m 以上，年平均氣溫在5℃以下，年均降水量在45mm 以下，日照時數在1900h 以下。其中主要包括和田地區(qū)南部、 巴音郭楞蒙古自治州南部、阿勒泰地區(qū)北部等新疆邊緣地區(qū)。

圖4 新疆平歐雜種榛種植適宜性區(qū)劃圖 Fig. 4 Suitable planting area of hybrid hazel in Xinjiang

表6 新疆平歐雜種榛種植適宜性區(qū)劃各等級及所占比例 Table 6 The grade and proportion of planting suitability zoning of hybrid hazel in Xinjiang

3 結論與討論

新疆平歐雜種榛適生種植氣候最適宜區(qū)包括喀什地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、伊犁河谷、昌吉回族自治州、烏魯木齊市、巴音郭楞蒙古自治州北部、吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)北部，其主要分布在新疆中部地區(qū)；適宜區(qū)主要分布在南疆地區(qū)，其次為北疆，包括喀什地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、和田地區(qū)北部、巴音郭楞蒙古自治州北部、阿克蘇地區(qū)、塔城地區(qū)、阿勒泰部分地區(qū)；次適宜區(qū)主要包括塔城部分地區(qū)、阿勒泰部分地區(qū)、哈密部分地區(qū)；不適宜區(qū)主要包括和田地區(qū)南部、巴音郭楞蒙古自治州南部、阿勒泰地區(qū)北部等新疆邊緣地區(qū)。

適宜的品種、環(huán)境條件、栽培管理技術等因素均會影響榛果的果實品質，環(huán)境因素尤為重要，是林果優(yōu)質生產的決定性因素[28]。結合平歐雜種榛生長生態(tài)條件與新疆氣象數據進行分析，確定海拔、年平均氣溫、年均降水量、日照時數作為適宜性區(qū)劃指標[17-20]，降低了單一因子區(qū)劃誤差的風險。同時利用多元回歸方程，結合區(qū)劃因子與地理因子（經度、緯度、海拔）進行多元回歸分析，對各區(qū)劃指標進行建模，利用GIS 空間插值及疊加分析繪制平歐雜種榛在新疆生長的適宜區(qū)劃圖，將新疆劃分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)、不適宜區(qū)4 個等級，這與前人研究結果[3，28-30]一致。

田雪鄰等[28]對新疆不同立地條件下平歐雜種榛果實品質的調查表明，原產遼寧大連的榛果與引入新疆吉木薩爾縣、安寧渠、察布查爾縣、拜城縣、疏附縣5 個產地的榛果，雖然由于氣候因子的差異，導致榛果外觀及內涵物質有顯著差異，但新疆榛果總體表現為果徑增大、單仁質量增加、出仁率高、含糖量提升；結合2018年對這5 個地區(qū)榛子示范園的產量調查發(fā)現，其年均產量都在1200kg·hm-2以上，因此，本研究將昌吉回族自治州、烏魯木齊市、阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)劃分為適宜區(qū)，符合平歐雜種榛的生產實際。羅青紅等[29]在對比沈陽種與伊犁種雜交的榛果時發(fā)現，兩產地由于氣候因子和土壤因子影響，導致榛果中糖分等內含物質存在差異，但亞麻酸等含量差異不大，且伊犁日照長（年日照時數2810.7h）、晝夜溫差大對榛果的充實和光合產物的積累更有利，測得榛仁中亞油酸含量較高，表現出更好的口感和更強的豐產性及出仁率，2018年伊寧縣榛子示范園年均產量在1000kg·hm-2以上，因此，本研究將伊犁地區(qū)劃分為最適宜區(qū)是合理的。多年試驗表明，平歐雜種榛既能在較寒的阿勒泰市、伊犁河谷、天山北坡的瑪納斯、石河子地區(qū)生長，又能在較干旱、高溫的阿克蘇正常生長、結實，并且種植第5年平均產量可達0.5kg?株-1[4]，2018年石河子121 團、溫宿縣、拜城縣等示范園產量達800kg·hm-2，經濟效益極高，也表明該區(qū)劃結論合理。

本研究利用GIS 技術，研究了平歐雜種榛在新疆的適宜區(qū)類別，為新疆平歐雜種榛的區(qū)域化種植提供了理論依據，新疆平歐雜種榛種植應向適宜區(qū)集中，成規(guī)?；耘啵浞掷米匀毁Y源，提高榛果產量、質量。但由于新疆地理位置和氣候特點的特殊，以及氣象臺站數量較少和氣象資料年限較短，因此區(qū)劃結果的準確性還有待提高。其次，本研究側重于氣象因子對適生種植分區(qū)的影響，選取的典型榛子示范園土壤理化指標、空氣濕度、風等條件基本視為一致，但除氣候因素外，還有很多影響平歐雜種榛種植的因素，例如土壤條件（土壤肥力、pH 值、土壤類型等）、坡度、平歐雜種榛品種等。因此，未來有必要將平歐雜種榛氣候區(qū)劃因子與其它影響因素綜合起來考慮，以更科學合理地確定新疆平歐雜種榛適生區(qū)域。