張家琛 黨怡雯 陳亞恒

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院，河北 保定 071000）

山杏（Armeniaca sibirica），薔薇目（Rosales）薔薇科（Rosaceae）杏屬（Armeniaca）植物，屬于落葉小喬木。生長(zhǎng)快，萌蘗能力強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)，是河北省干旱山區(qū)主要經(jīng)濟(jì)林樹種和主要栽培果樹品種之一。山杏經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，杏仁又具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，在中草藥中居重要地位；又具食用價(jià)值，山杏肉可食，杏仁還是高級(jí)的油漆涂料、化妝品及優(yōu)質(zhì)香皂的重要原料[1]，市場(chǎng)供不應(yīng)求，發(fā)展前景廣闊。

近年來(lái)國(guó)外研究主要是對(duì)山杏作為新型木本能源植物可用于生物柴油的提取[2]。楊建偉等[3]的研究發(fā)現(xiàn)山杏與不同類型的植被混交搭配成喬灌草模式，具有較強(qiáng)的水源涵養(yǎng)能力；崔磊等[4]的研究表明，山杏的滯塵效果以及較強(qiáng)耐塵能力，可以有效附著空氣中的大氣顆粒物，改善大氣環(huán)境，減小大氣顆粒物對(duì)人體健康的影響；王艷兵[5]的研究表明果核是制作活性炭的一種優(yōu)質(zhì)原材料；楊柳[6]的研究表明山杏的表皮以及果核可以提取黑色素。山杏在干旱少雨和土層淺薄的荒山或是風(fēng)沙嚴(yán)重的地區(qū)是防風(fēng)固沙、保土和改善生態(tài)環(huán)境及造林的優(yōu)良樹種。

阜平北流河區(qū)域天然的山杏林面積要高于阜平縣其他區(qū)域，且北流河區(qū)域海拔跨度大，在30 km的水平距離內(nèi)，最低最高處的溫度相差12 ℃，區(qū)位和海拔因素導(dǎo)致了北流河區(qū)域的山杏的葉、花、果生長(zhǎng)時(shí)間，隨著海拔的升高持續(xù)推遲。本研究在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，利用阜平縣12個(gè)氣象監(jiān)測(cè)站5年氣候資料和地理信息數(shù)據(jù)，應(yīng)用GIS技術(shù)將氣候要素進(jìn)行空間插值處理，模擬阜平縣復(fù)雜地形下的氣候要素空間分布，再依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行阜平縣試點(diǎn)區(qū)域山杏種植氣候精細(xì)化區(qū)劃，充分發(fā)揮生態(tài)、氣候資源合理利用的優(yōu)勢(shì)，為阜平縣北流河區(qū)域山杏的合理種植布局、開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

阜平縣地處保定市西端，為全山區(qū)縣，下轄4鎮(zhèn)9鄉(xiāng)，209個(gè)行政村，縣域面積2 471 km2；研究區(qū)選取阜平縣以西的太行山區(qū)，位于東經(jīng)113°45′～114°13′，北緯38°46′～38°59′。主要地貌類型為亞高山、中山及低山；地勢(shì)西北高，東南低；海拔為200～2 186 m；區(qū)域面積477.21 km2。行政區(qū)劃涉及阜平鎮(zhèn)、天生橋鎮(zhèn)以及龍泉關(guān)鎮(zhèn)，包括36個(gè)村莊；各鄉(xiāng)鎮(zhèn)由于海拔、地勢(shì)的影響，氣溫、降水等各氣象要素均有明顯的差異，西部深山區(qū)氣候寒冷，溫度低，縣城周邊溫度則較高。最熱為7月，月均溫26.1 ℃；最冷為1月，月均溫-3.3 ℃，研究區(qū)內(nèi)平均氣溫為4.24～13.15 ℃，地區(qū)年降水量為440～650 mm。主要土壤類型為亞高山草甸土、棕壤類、褐土類等。植被類型主要包括寒溫性針葉林、溫性針葉林、落葉闊葉林、山地樺楊林、灌草叢、草地和亞高山草甸等。喬木種類以油松（Pinusta bulaeformis）、柞樹（Quercus mongolica）、速生楊（Populus tomentosa）和白樺（Betula platyphylla）為主；灌木種類以繡線菊（Spiraea Salicifolia）、六道木（Abelia biflora）、胡 枝 子（Lespedeza bicolor）、鼠 李（Rhamnus davurica）等；草本植物以地榆（Sanguisor baofficinalis）、白蒿（Artimisiae Sieversianae）、唐松草（Thalictrum aquilegiifolium）等為主。其中以天然山杏為優(yōu)勢(shì)種的小喬木群落在不同海拔區(qū)域都有廣泛的分布。受海拔差距的影響，區(qū)域內(nèi)山杏花果期隨高度增加花期逐次推遲。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1.1 氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于阜平縣氣象局統(tǒng)計(jì)資料，包括阜平縣城、北果園鄉(xiāng)、大臺(tái)鄉(xiāng)、沙窩鄉(xiāng)、臺(tái)峪鄉(xiāng)、夏莊鄉(xiāng)、吳王口鄉(xiāng)、史家寨鄉(xiāng)、南辛莊鎮(zhèn)、龍泉關(guān)鎮(zhèn)、平陽(yáng)鎮(zhèn)以及天生橋鎮(zhèn)2014—2018年12個(gè)自動(dòng)觀測(cè)氣象站逐時(shí)記錄的氣象數(shù)據(jù)（歷年日均溫、日最高最低溫度、月降雨量等氣象資料）。

2.1.2 土壤數(shù)據(jù)

土壤數(shù)據(jù)來(lái)源于阜平縣農(nóng)業(yè)局土壤調(diào)查資料。

2.1.3 地理數(shù)據(jù)

30 m×30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/），其中包括經(jīng)度、緯度、海拔等地理信息。

2.1.4 植被數(shù)據(jù)

山杏指標(biāo)分級(jí)依據(jù)來(lái)源于《中國(guó)植物志》[7]等相關(guān)文獻(xiàn)資料以及北流河區(qū)域山杏實(shí)際生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行確定。

2.2 研究方法

2.2.1 模糊綜合分析法

本研究采用的研究方法為模糊綜合分析法[8]。通過(guò)模糊數(shù)學(xué)的方法，采用隸屬度函數(shù)法對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)山杏適宜性各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分級(jí)，構(gòu)造線性分段函數(shù)[9-10]，確定其所屬適宜等級(jí)。

2.2.2 GIS空間分析法

在實(shí)地調(diào)研以及參考山杏相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選取氣候、地形以及土壤條件中的8個(gè)指標(biāo)因子作為山杏種植氣候的適宜性區(qū)劃的主要依據(jù)，應(yīng)用ArcGIS 10.2中軟件對(duì)山杏種植氣候的適宜性評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分級(jí)，形成各指標(biāo)因子適宜性區(qū)劃后導(dǎo)入評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行圖層疊加運(yùn)算分析[11-12]。公式如下：

式中：U為綜合評(píng)判值， μ(xi)為第i個(gè)指標(biāo)的氣候隸屬度，i(i=1,2,3,···,αi)為相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重，0＜αi＜1，Σ αi=1。U值在0～1之間，用來(lái)評(píng)價(jià)阜平試點(diǎn)區(qū)山杏氣候綜合條件的優(yōu)劣。

2.3 數(shù)據(jù)處理

研究區(qū)域范圍較小，地形地貌復(fù)雜，且只有3個(gè)氣象站點(diǎn)，獲取的氣象要素有限。本研究根據(jù)全縣12個(gè)氣象觀測(cè)站2014—2018年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，從中提取4個(gè)氣候要素，基于多元線性回歸分析法將逐月及年氣候要素和各觀測(cè)站的緯度、經(jīng)度和海拔高度建立細(xì)網(wǎng)格推算模型，再進(jìn)行殘差訂正及空間內(nèi)插，將均溫和積溫指標(biāo)的推算值與殘差值疊加，進(jìn)而修正回歸模型。表達(dá)式為[13-17]：

式中：Y為氣候因子，λ表示經(jīng)度，β表示緯度，h表示海拔高度，ε表示殘差值。

應(yīng)用ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行25 m柵格單元的空間插值模擬[18-19]，綜合考慮相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)，建立空間柵格數(shù)據(jù)集。降雨量柵格數(shù)據(jù)采用ArcGIS 10.2軟件中管理工具的反距離內(nèi)插法得到[20]。坡度、坡向以及高程圖通過(guò)ArcGIS 10.2軟件中Spatial Analyst工具對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。在實(shí)現(xiàn)區(qū)劃指標(biāo)空間化基礎(chǔ)上根據(jù)要素隸屬度，建立單因子評(píng)價(jià)柵格圖層；利用GIS疊加功能，采用線性加權(quán)和法，將各指標(biāo)評(píng)價(jià)柵格圖進(jìn)行疊加后，進(jìn)行重分類，得到山杏種植氣候綜合評(píng)價(jià)柵格圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 山杏綜合適宜性分析

根據(jù)前人對(duì)北方山杏生長(zhǎng)的氣候適宜性[21-26]的研究，以及對(duì)北流河條帶山杏生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行實(shí)地調(diào)研等，選取包含年平均氣溫、≥10 ℃年積溫、3—4月極端低溫、降雨量、海拔高度、坡向、坡度、土壤質(zhì)地8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，作為北流河區(qū)域山杏栽培的氣候區(qū)劃指標(biāo)。

3.1.1 氣候適宜性分析

1）溫度。山杏抗寒耐高溫，山杏本身能在-30 ℃或者更低的溫度下安全過(guò)冬。此外，對(duì)于高溫的承受能力可高達(dá)43.9 ℃（絕對(duì)最高溫）[22-23]。杏果生長(zhǎng)所需溫度在11 ℃左右，盛果期所需溫度在7.5～13.0 ℃，一般情況下在年均溫在5～12 ℃的條件下，阜平縣北流河海拔1 000 m以下區(qū)域的4月和以上部分的5月均溫均在11 ℃以上，滿足杏果所需的正常溫度，山杏可以保持正常生長(zhǎng)。

2）積溫。光熱資源對(duì)山杏的產(chǎn)量和品質(zhì)有著至關(guān)重要的作用，由于杏的生長(zhǎng)發(fā)育主要是在日平均氣溫≥10 ℃的條件下完成，日平均氣溫穩(wěn)定≥10 ℃是杏樹陸續(xù)進(jìn)入開花、展葉、結(jié)實(shí)期的起始臨界溫度，≥10 ℃年積溫達(dá)到2 800 ℃以上才能保證杏樹的正常生長(zhǎng)。

3）降雨量。山杏耐旱性極強(qiáng)，樹根系深廣，可以深入土壤深層吸收水分，對(duì)干旱少雨的氣候條件有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。在降雨量400～600 mm的無(wú)灌溉半干旱區(qū)域內(nèi)也能正常結(jié)果，獲得良好產(chǎn)量。但在過(guò)于缺水或者雨水較多的地區(qū)同樣會(huì)影響果實(shí)的產(chǎn)量以及品質(zhì)[13]。

4）3—4月極端溫度。山杏耐寒耐高溫，但是花蕾和果實(shí)對(duì)低溫特別敏感[26]?；ɡ倌茉?4～-1.1 ℃左右的溫度范圍內(nèi)存活；低于-2 ℃，花朵將不能存活；盛花期階段花朵可承受的最低溫度為-3 ℃；幼果可在-0.6 ℃的條件下生存；當(dāng)溫度低于-0.6 ℃時(shí)，會(huì)有凍害產(chǎn)生[27]。通常情況下，花期如遇霜凍，可使產(chǎn)量降低于30%～70%，嚴(yán)重可導(dǎo)致山杏絕收[2]。阜平縣在2009—2018年10年間未出現(xiàn)過(guò)氣溫≤-25 ℃的情況，山杏在冬季除其他影響外，絕大部分可安全越冬。因此，山杏花期和幼果期前后低溫凍害問(wèn)題，是影響果實(shí)品質(zhì)的主要因子。不同生長(zhǎng)階段，花果生存的溫度范圍不同。北流河地帶的山杏受海拔影響，隨著海拔的逐漸升高，開花時(shí)間持續(xù)推遲，根據(jù)野外實(shí)地勘察，阜平地區(qū)在海拔1 000 m以下，大部分山杏開花和初果主要發(fā)生在3月；海拔1 000 m以上，開花和形成初果的時(shí)間主要發(fā)生在4月到5月中旬。根據(jù)最明顯的變化節(jié)點(diǎn)，將該區(qū)域分為兩個(gè)部分對(duì)應(yīng)3月、4—5月上旬分別進(jìn)行研究。

綜上，阜平縣北流河區(qū)域山杏氣候區(qū)劃指標(biāo)見表1。

表1 阜平縣北流河區(qū)域山杏氣候區(qū)劃指標(biāo)Table 1 Climatic regionalization index of A. sibirica in Beiliuhe region of Fuping County

3.1.2 地形適宜性分析

1）海拔。根據(jù)2019—2020年在阜平縣開展的實(shí)地調(diào)查情況以及相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)阜平縣北流河區(qū)域的山杏在700～1 400 m長(zhǎng)勢(shì)較好，最為密集。海拔2 000 m以下區(qū)域也存在小面積的山杏天然林和部分人工種植的單株山杏。

2）坡向。山杏喜光，對(duì)土壤要求不嚴(yán)，能在陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡的巖石裸露地帶生長(zhǎng)[28-30]。山杏根系可生長(zhǎng)于巖石的縫隙中和土層瘠薄的沙地上，具有較強(qiáng)的固土能力和抗沖刷能力[31]。北流河區(qū)段陽(yáng)坡光照充足，但是大面積的陽(yáng)坡較為干旱，會(huì)限制山杏的產(chǎn)量，陰坡光照不足，影響花芽的形成，因此半陽(yáng)半陰的環(huán)境更適宜山杏生長(zhǎng)。

3）坡度。10°～15°最為適宜，坡度影響水分的吸收以及植物本身受光的均勻度，一般情況下，坡度15°以下，有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育[32]。

綜上，阜平縣北流河區(qū)域山杏地形區(qū)劃指標(biāo)見表2。

表2 阜平縣北流河區(qū)域山杏地形區(qū)劃指標(biāo)Table 2 Topographic regionalization index of A. sibirica in Beiliuhe area of Fuping County

3.1.3土壤適宜性分析

沙壤土的耕性和肥力較好，其供肥保肥能力適中，耐旱耐澇，抗逆性強(qiáng)，適種性廣。排水性能良好，遇雨水天氣時(shí)更適宜山杏生長(zhǎng)，壤土、沙土次之。綜上，阜平縣北流河區(qū)域山杏土壤區(qū)劃指標(biāo)見表3。

表3 阜平縣北流河區(qū)域山杏土壤區(qū)劃指標(biāo)Table 3 Soil regionalization index of A. sibirica in Beiliuhe area of Fuping County

3.2 評(píng)價(jià)因子權(quán)重確定

經(jīng)計(jì)算并通過(guò)一致性檢驗(yàn)（0≤一致性比率（CR）≤0.05，均小于0.1），得出區(qū)域內(nèi)山杏的適應(yīng)性評(píng)價(jià)因子的權(quán)重見表4。

根據(jù)表4計(jì)算出各單因素指標(biāo)值，范圍在[0, 1]之間，各評(píng)價(jià)因子的具體隸屬度函數(shù)見式（3）～（10）。

表4 生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)因子權(quán)重確定Table 4 Weight determination of ecological suitability evaluation factors

3.3 山杏綜合適宜性區(qū)劃

綜合評(píng)價(jià)值以滿足山杏適宜生長(zhǎng)的界限為依據(jù)，結(jié)合阜平西部部分區(qū)域山杏生長(zhǎng)分布狀況的實(shí)地調(diào)查，反復(fù)對(duì)比，確定U≥0.7、0.7～0.4、＜0.4依次為適宜、次適宜、不適宜3個(gè)等級(jí)，據(jù)此得出阜平北流河區(qū)域山杏生態(tài)氣候適宜性區(qū)劃（圖1）。

圖1 阜平縣北流河區(qū)域山杏種植適宜性區(qū)劃圖Fig. 1 Regionalization map of A. sibirica planting suitability in Beiliuhe area of Fuping County

3.3.1 適宜區(qū)

由圖1可知，山杏是阜平北流河區(qū)域較為適宜的樹種。適宜區(qū)面積346.95 km2占到該區(qū)域的面積的72.70%，該區(qū)域海拔在400～1 200 m，極端最低溫和最冷月均氣溫相對(duì)其他地區(qū)均較高，溫度適宜，適合山杏的成長(zhǎng)和發(fā)育。年降水量適中，能夠滿足山杏成長(zhǎng)和發(fā)育的需求，且這些地方光照充足可以加快山杏的生長(zhǎng)。

3.3.2 次適宜區(qū)

次適宜地區(qū)123.813 km2，只占25.95%，次適宜區(qū)域分布面積小于適宜區(qū)，該區(qū)主要包括研究區(qū)的西部以及阜平縣城西部分區(qū)域，研究區(qū)西部，溫度在4～8 ℃，坡度較大，25°以上區(qū)域占比高。阜平縣西部，該區(qū)域溫度在11～13 ℃，兩區(qū)年降雨量均在600 mm以上，雨水較多，是限制山杏生長(zhǎng)的主要影響因子。該區(qū)域不適宜集中連片大面積栽培并且難以統(tǒng)一種植、管理。

3.3.3 不適宜區(qū)

不適宜種植的區(qū)域占6.447 km2，只在黑崖溝村和駱駝灣村有少量的分布，該區(qū)域受制約因素較多，主要原因是海拔過(guò)高，坡度過(guò)大。海拔升高，輻射量降低，溫度低，會(huì)對(duì)山杏花果造成凍害，影響開花結(jié)實(shí)，降低產(chǎn)量。一般不建議在該區(qū)種植山杏，如果需要打造不同時(shí)段不同海拔山杏持續(xù)開花的景觀效果，可以在花前樹體噴水，提高樹體的抗寒力，增加林間空氣濕度，提高露點(diǎn)溫度，從而降低凍害程度和延遲開花時(shí)間；或者施硼酸1 500 mg/L溶液，可預(yù)防山杏花期遭遇凍害，提高坐果率[11]。該區(qū)段需要慎重規(guī)劃，加強(qiáng)管理，做好防凍工作，避免樹種死亡。

4 結(jié)論與討論

本研究通過(guò)野外調(diào)查、資料收集以及模糊綜合分析等方法，綜合選取年平均氣溫、≥10 ℃年積溫、3—4月低溫、降雨量、海拔高度、坡向、坡度、土壤質(zhì)地8個(gè)指標(biāo)對(duì)阜平縣北流河區(qū)域山杏種植適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。建立地形地貌、氣候條件以及土壤條件等影響因子的屬性和空間數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合層次分析和標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過(guò)GIS的空間分析模塊對(duì)8個(gè)指標(biāo)因子按權(quán)重進(jìn)行疊加分析，得到山杏氣候適宜性區(qū)劃。區(qū)分為適宜、次適宜和不適宜3個(gè)等級(jí)，其中不適宜區(qū)域只有1.35%，海拔2 200 m以下都較為適宜山杏的生長(zhǎng)，原理上可以通過(guò)海拔梯度來(lái)影響植被的物候期，使其具備垂直尺度上的觀賞價(jià)值，體現(xiàn)土地的景觀功能。將獲得的阜平試驗(yàn)區(qū)適宜性評(píng)價(jià)圖與山杏的實(shí)際分布點(diǎn)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，大多分布在適宜區(qū)和次適宜區(qū)，表明該評(píng)價(jià)體系具有一定的合理性、可靠性。

然而本研究還存在一些不足之處：

1）由于現(xiàn)有研究成果中未明確光照強(qiáng)度以及隨海拔的上升花蕾逐級(jí)開花所需的溫度，以及對(duì)區(qū)域分段的進(jìn)一步細(xì)化，將在阜平試驗(yàn)區(qū)開展進(jìn)一步研究、分析光照強(qiáng)度對(duì)山杏生長(zhǎng)、果實(shí)成分的影響，完善適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2）本次適宜性評(píng)價(jià)主要針對(duì)目前阜平常見的山杏品種，未考慮山杏品種對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果造成的影響。此外，在接下來(lái)的研究中應(yīng)該考慮病蟲害對(duì)山杏適宜性生長(zhǎng)造成的影響。適宜性評(píng)價(jià)所涉及的內(nèi)容廣泛，不僅包括研究最多的氣候、地形、土壤等自然因子，還有經(jīng)濟(jì)、交通、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等社會(huì)因子。該研究如果能結(jié)合土地利用現(xiàn)狀與植被覆蓋情況進(jìn)行分析，可以建立更為科學(xué)的評(píng)價(jià)體系，得到更為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果。

3）北流河區(qū)域明顯的垂直地帶性，可以利用物候期差異打造不同海拔梯度下的植物景觀，對(duì)于探索土地多功能利用模式、開展生態(tài)觀光旅游具有重要意義。