王達菲，王 璽，李敏生，孫慧英，李 亮

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所，山西 太原 030031)

1 GIS的概念及特點

GIS(geographic information system)，全稱地理信息系統(tǒng)，是一種采集、存儲、分析、管理、顯示、應(yīng)用數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)，是集計算機科學(xué)、地理學(xué)、測繪遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)為一體的新興邊緣學(xué)科[1,2]。GIS用于地理數(shù)據(jù)采集時，以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，通過獲取數(shù)據(jù)進行豐富、補充，使得GIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)變得連貫、完整、全面。也可用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，原始數(shù)據(jù)入庫之后發(fā)生轉(zhuǎn)化進行合理性修正，可有效篩選無效數(shù)據(jù)，使整個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)合理化、更富有邏輯，提供多種空間的、動態(tài)的地理信息，為地理研究及地理決策服務(wù)[3]。

2 GIS在果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃分析的應(yīng)用

果樹的生態(tài)適應(yīng)性，主要包括果樹對氣候、土壤和地形的適應(yīng)性。GIS在國外果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃的研究已十分成熟廣泛，我國也逐步開始將GIS應(yīng)用于研究果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃。研究范圍涉及到原產(chǎn)中國各地及從國外引種馴化的果樹樹種。研究方向除了果樹的適生區(qū)規(guī)劃，還包括某些品種與生態(tài)適應(yīng)性相關(guān)的環(huán)境變異、對某地區(qū)域化的自然災(zāi)害發(fā)生進行預(yù)測、對長期研究過程中可能發(fā)生的動態(tài)變化特征進行研究等。這些研究的方向更加動態(tài)化、全面化、立體化，研究的結(jié)果也更具有參考價值。

2.1 GIS在果樹用地規(guī)劃的應(yīng)用

果樹用地規(guī)劃，需要對預(yù)栽果樹的適生條件加以研究，并對規(guī)劃地的生態(tài)特征進行分析。根據(jù)規(guī)劃地滿足預(yù)栽果樹適生條件的程度、社會因素和相關(guān)政策進行區(qū)域等級劃分，達到因地制宜、合理規(guī)劃、提質(zhì)增產(chǎn)的目的。

在整個果樹用地規(guī)劃過程中，GIS的作用主要為：1)對處理數(shù)據(jù)進行空間插值，得到柵格圖層數(shù)據(jù)；2)對柵格圖層進行矩陣加權(quán)運算，生成多因素的完整果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃示意圖。

梁軼[4]等通過分析中陽木棗對黃土高原氣候的適應(yīng)性、黃土高原中陽木棗在典型豐產(chǎn)年和受災(zāi)年的氣象條件，選擇年平均氣溫、≥10 ℃積溫、年降水量、脆熟采收期降水量和花期降水量5個因子為區(qū)劃指標，建立黃土高原丘陵區(qū)中陽木棗的氣候適應(yīng)性評價體系；再使用GIS技術(shù)，完成研究區(qū)域內(nèi)各評價指標的精細空間小網(wǎng)格模擬推算，結(jié)合地形柵格數(shù)據(jù)層進行疊加分析，為黃土高原丘陵區(qū)中陽木棗的生產(chǎn)提供用地規(guī)劃和評價。

秦公偉[5]等選擇海拔、坡度、年均降水量、年均氣溫、≥10 ℃積溫、≥0 ℃積溫、土壤類型、土壤質(zhì)地、植被覆蓋指數(shù)、土壤侵蝕程度等10個指標，綜合應(yīng)用線性加權(quán)求和法、判斷矩陣法、GIS空間分析法和聚類分析法對陜南地區(qū)進行評價劃分，得分最高的為陜南地區(qū)藍莓潛在適生區(qū)，為產(chǎn)業(yè)管理部門提供了科學(xué)種植意見和規(guī)劃方法。

2.2 GIS在果樹性狀環(huán)境變異研究的應(yīng)用

果樹的目標性狀除了受多基因控制、可通過遺傳育種手段改良之外，還受不同環(huán)境因素顯著影響，適宜的種植環(huán)境可以大大提升果樹的品質(zhì)和產(chǎn)量。因此，研究果樹目標性狀對環(huán)境因子的變異響應(yīng)機制十分必要。

研究果樹性狀的環(huán)境變異，需要從不同的環(huán)境中取樣，通過公式分析出變異的規(guī)律，篩選引起變異的關(guān)鍵環(huán)境因子，建立綜合區(qū)劃評估模型。GIS的作用主要為：1)對環(huán)境數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到柵格數(shù)據(jù)；2)用空間分析模塊進行計算，得到柵格單元環(huán)境適宜性評價指數(shù)；3)運用空間分析模塊制圖，計算不同環(huán)境種植地的分布面積。

王少雄[6]在全國山杏分布地采集了75個具有代表性的地理種源樣本，并收集這些樣本對應(yīng)種源地的環(huán)境因子，分析引起山杏種實性狀、油脂含量、脂肪酸組成、生物柴油特征值變異的9個關(guān)鍵環(huán)境因子：1月均溫、7月均溫、≥10℃積溫、年均溫、年降水量、海拔、坡度、坡向、土壤pH值，闡明其影響規(guī)律，構(gòu)建評價模型。利用GIS技術(shù)對所有數(shù)據(jù)進行投影轉(zhuǎn)換和重采樣預(yù)處理，得到統(tǒng)一坐標的柵格數(shù)據(jù)；利用GIS技術(shù)對選取的9個因子的柵格屬性運用RECLASSIFY命令重新劃分因子適應(yīng)性等級，生成各因子精細化空間適宜分布圖；最后運用GIS空間分析模塊，生成不同生長環(huán)境的面積分布圖，并與我國土地邊際圖疊加，確定我國山杏的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.3 GIS在果樹區(qū)域化自然災(zāi)害預(yù)測的應(yīng)用

自然災(zāi)害對果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)有巨大的影響。使用GIS對災(zāi)害區(qū)劃因子數(shù)據(jù)進行處理、對可能遭受的自然災(zāi)害繪制風(fēng)險區(qū)劃專題圖，預(yù)測種植地自然災(zāi)害的發(fā)生，適時做好防護措施；也可據(jù)此調(diào)整種植區(qū)域，預(yù)防或減少損失。

李敬源[7]等對蒼梧各縣進行低溫冷害分析，篩選影響該地砂糖桔生產(chǎn)的4個低溫冷害區(qū)劃關(guān)鍵氣候因子：年極端最低氣溫、1-3月日平均氣溫、1-3月日平均氣溫≤12 ℃持續(xù)天數(shù)、≤8 ℃的積寒量。利用GIS對經(jīng)過歸一化和加權(quán)綜合評價法處理的4個因子進行不同風(fēng)險區(qū)域劃分，繪制蒼梧縣砂糖桔低溫冷害風(fēng)險區(qū)劃專題圖。并分別對各低溫冷害風(fēng)險區(qū)域進行了具體評述，提出相應(yīng)預(yù)防辦法和保護措施，包括加強低溫冷害預(yù)報、合理選擇品種、搞好種植園基本建設(shè)、采取現(xiàn)代人工智能和生物防治技術(shù)等。

2.4 GIS在果樹區(qū)劃動態(tài)變化特征研究的應(yīng)用

適宜區(qū)并不是一成不變的，長期研究的適宜區(qū)分界線會發(fā)生變化，氣候變化直接影響種植地果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究果樹區(qū)劃的動態(tài)變化特征，適時調(diào)整種植方案，使區(qū)域規(guī)劃過程更加嚴謹。

馬麗娜[8]以1981年、2001年為界，將1961-2010年的時間序列分為3個時段，對比分析了這3個時段我國龍眼適宜區(qū)南北界線的地理位移、演變特征和影響因素。利用GIS對溫度數(shù)據(jù)進行柵格計算，進行氣候傾向率的檢驗，對溫度指標進行多元線性回歸和檢驗，采用空間分析方法，建立溫度適宜性模型。并利用GIS獲取溫度要素的空間分布圖、經(jīng)緯度圖層、殘差圖層，對中國南部龍眼等溫線的時空變動和適宜區(qū)的南北界線發(fā)生的動態(tài)變化進行了分析。

3 存在問題及解決方案

有關(guān)GIS在果樹生態(tài)適應(yīng)性的研究，主要還存在以下問題。

第一，在與GIS相關(guān)的果樹生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃研究中，對于相應(yīng)指標的確定還不夠科學(xué)、系統(tǒng)、合理。由于氣象站建設(shè)沒有實現(xiàn)長年系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)也有缺失，總存在必要數(shù)據(jù)不全不準確的問題。相關(guān)的經(jīng)費、人力和時間投入還遠遠不夠，需要引起足夠重視。

第二，對指標因子的篩選過于粗略，考慮的指標大多為最常見的靜態(tài)因子，基本很少考慮到自然災(zāi)害對生態(tài)適應(yīng)性的潛在影響，也經(jīng)常忽略一些影響力較小的因子，但這些因子很可能在一些地區(qū)的生態(tài)適應(yīng)性中起著非常重要的作用。

第三，很多研究僅僅局限于自然因素，而不去考慮具體的社會因素，如交通便利性、與政策的對接、種植地密集程度、人口密度等等，使得相關(guān)的研究停留在了理論層面，無法指導(dǎo)實際的生產(chǎn)。

針對存在的問題，提出以下解決辦法。

第一，豐富數(shù)據(jù)來源渠道。除了查閱相關(guān)官方數(shù)據(jù)庫，還應(yīng)結(jié)合實地調(diào)研，使用GPS儀獲取樣點最真實的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行修正和補足。無法獲取的數(shù)據(jù)，不要隨便找其他數(shù)據(jù)代替，而應(yīng)該利用Google Earth等網(wǎng)站進行重新定位，并盡可能落實到鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單位。對于極個別站點某些日期或連續(xù)一段時間無觀測值的情況，可采用附近時間或站點的數(shù)據(jù)回歸補插[7]。最關(guān)鍵的是加強相關(guān)測量基地的建設(shè)，定期維護保養(yǎng)，這需要更多相關(guān)領(lǐng)域科技工作者的努力和相關(guān)政策資金的大力支持，真正做到實現(xiàn)果樹產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、精細化、系統(tǒng)化。

第二，不要輕易刪去自認為不重要的數(shù)據(jù)和指標，要多查閱相關(guān)國內(nèi)外研究，全方位考慮各種因素對果樹生態(tài)適應(yīng)性的影響?？赡苎芯康墓ぷ髁繒兇螅荒茌p易地降低研究的準確性。

第三，要緊密與實踐相結(jié)合，了解GIS在其他領(lǐng)域的優(yōu)秀應(yīng)用并加以學(xué)習(xí)。了解當?shù)嘏c果樹生態(tài)適應(yīng)性相關(guān)的政策，并結(jié)合城鄉(xiāng)居民對果樹的市場需求，進行合理范圍內(nèi)的調(diào)整。如建立相關(guān)保護設(shè)施、建立觀光采摘園，改善當?shù)赝寥拉h(huán)境、地形環(huán)境、小氣候環(huán)境等，真正地做到因地制宜。