珠杰桑布 張存杰 白瑪?shù)录?尼瑪拉姆 次仁旺姆

（1.西藏自治區(qū)南木林縣氣象局，西藏 日喀則 857100；2.國(guó)家氣候中心，北京 100089；西藏自治區(qū)江孜縣氣象局，西藏 日喀則 857400）

0 引言

日喀則地區(qū)是西藏的馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)[1]，而日喀則南木林縣是整個(gè)西藏的馬鈴薯主產(chǎn)縣[2],近幾年當(dāng)?shù)仉S著馬鈴薯品種不斷試驗(yàn)甄選，種植方式逐步完善，萬(wàn)畝馬鈴薯基地建設(shè)工作正有序推進(jìn)，基本實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化。馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為西藏日喀則市農(nóng)牧業(yè)發(fā)展水平的新標(biāo)桿和新名片。

然而，查閱以往相關(guān)西藏、日喀則地區(qū)“馬鈴薯”的研究發(fā)現(xiàn)，研究?jī)?nèi)容大多以品種甄選、引進(jìn)、篩選試驗(yàn)及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化等為主要方向[2-5]。但馬鈴薯產(chǎn)量不僅與以上各方面相關(guān)，還與當(dāng)?shù)氐臍夂蜻m宜度密不可分，因此，本文主要通過(guò)氣候的視角，以溫度、水分、光照綜合構(gòu)成的馬鈴薯氣候適宜度評(píng)價(jià)模型計(jì)算得出的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)馬鈴薯氣候適宜度數(shù)據(jù)與高相關(guān)性的氣象要素降水量、最高氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速及經(jīng)緯度、海拔DEM 等地理信息構(gòu)建回歸模型，通過(guò)GIS技術(shù)克里金插值、掩膜、山體陰影、重分類、融合、柵格計(jì)算器等功能實(shí)現(xiàn)400×400米的精細(xì)化擬合區(qū)劃，同時(shí)疊加土地利用類型數(shù)據(jù)，利用GIS 柵格轉(zhuǎn)面、面積制表、按屬性提取等技術(shù)估算不同氣候適宜度分布區(qū)域下實(shí)際可以用于播種馬鈴薯的耕地面積，一是為高原馬鈴薯主產(chǎn)縣產(chǎn)業(yè)調(diào)整、合理種植布局提供更為準(zhǔn)確的理論參考，二是為艾瑪鄉(xiāng)萬(wàn)畝馬鈴薯種植基地提供更為科學(xué)的氣象保障服務(wù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

南木林縣位于西藏日喀則市東北部，地處雅魯藏布江上游以北，平均海拔4000m，年平均氣溫為6.3℃，年平均降水量606mm，年平均日照時(shí)數(shù)為2901.9，年平均風(fēng)速為1.9m/s，盛行西南風(fēng)，屬高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候，轄1 鎮(zhèn)16 鄉(xiāng)。而馬鈴薯主產(chǎn)地艾瑪鄉(xiāng)位于縣境南部，地處湘河與雅魯藏布江匯合處東岸寬谷地和沖擊扇上，地勢(shì)平緩，平均海拔在3830m 左右，年平均氣溫可達(dá)9.7℃，比整個(gè)西藏高原年平均氣溫高4℃。這為馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育提供了充足的熱量條件，南木林縣萬(wàn)畝馬鈴薯種植基地就處在該地，如圖1所示。

1.2 資料來(lái)源

選取南木林縣的1 個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站1980—2021 年、艾瑪鄉(xiāng)等15 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)省級(jí)地面天氣站2020—2021 年馬鈴薯播種至成熟期（4 月20 日至10 月20 日）的逐日最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速數(shù)據(jù)及風(fēng)標(biāo)高度、經(jīng)緯度、海拔等要素，以及南木林全境行政矢量邊界（1：10000）、DEM 高程（1:50000）、土地利用類型柵格數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)作為研究的基礎(chǔ)資料。

1.3 研究方法

1.3.1 氣候適宜度評(píng)價(jià)方法。馬鈴薯綜合氣候適宜度模型，參考了馬鈴薯氣候適宜度相關(guān)最新文獻(xiàn)[6-9]計(jì)算公式如下：

式中:F為馬鈴薯生育期內(nèi)的綜合氣候適宜度；F(t)、F(r)、Fs分別為氣溫、水分、日照適宜度，其中對(duì)于沒(méi)有日照采集設(shè)備的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，日照影響忽略不計(jì)，主要以水熱條件作為模型設(shè)立的依據(jù)。

其中，F(xiàn)（t）為馬鈴薯某生育階段的氣溫適宜度，t為馬鈴薯各發(fā)育期實(shí)際平均氣溫，tl、th和to分別為馬鈴薯各發(fā)育期所需的下限氣溫、上限氣溫和適宜氣溫采用世界糧農(nóng)組織FAO確定的馬鈴薯三基點(diǎn)溫度。

式中：s 為各生育期內(nèi)的實(shí)際日照時(shí)數(shù)；s0是日照百分率為70%的日照時(shí)數(shù)。

式中，F(xiàn)（r）為馬鈴薯某生育階段降水適宜度，Δ W、R、ET0、W為相應(yīng)時(shí)段農(nóng)田水分虧缺值、降水量、潛在蒸散量和需水量，kC為馬鈴薯不同生育階段的作物系數(shù)，本文FAO 確定的馬鈴薯的作物系數(shù)kC值，潛在蒸散量ET0用Penman-Monteith公式計(jì)算得出如下：

式中：ET0為潛在蒸散量(mm·d-1)；Rn為地表凈輻射(MJ·m-2·d-1)；G 為土壤熱通量（MJ·m-2·d-1）；γ為干濕表常數(shù)(KPa·℃-1)；es為平均飽和水汽壓（KPa）；e a為實(shí)際水汽壓（KPa）；U2為2m 高處的平均風(fēng)速（m·s-1）；Δ 為飽和水氣壓曲線斜率(KPa·℃-1)。Rn、Δ、G、es、ea、U2計(jì)算方法參考張存杰等[10-12]，此處不再詳細(xì)贅述。

1.3.2 精細(xì)化空間插值回歸模型。將通過(guò)適宜度評(píng)價(jià)方法計(jì)算出的17 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)馬鈴薯氣候適宜度作為因變量如表1 所示，選擇參與適宜度評(píng)價(jià)計(jì)算且通過(guò)0.05、0.01顯著級(jí)別的降水量、相對(duì)濕度、最高氣溫、平均風(fēng)速以及地理信息經(jīng)度、緯度、DEM 數(shù)字高程作為自變量建立回歸方程如下：

表1 馬鈴薯氣候適宜度空間插值回歸模型參數(shù)表

然后，利用GIS 柵格計(jì)算器將7 種自變量柵格空間分布按照上述精細(xì)化空間插值回歸模型方程實(shí)現(xiàn)400×400 米像元高精度運(yùn)算擬合如圖2，獲得南木林縣馬鈴薯適宜度空間分布地圖如圖3。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候適宜度區(qū)劃

由圖3 可知，南木林縣馬鈴薯氣候適宜度總體呈現(xiàn)北低南高，高海拔山區(qū)不適宜，而狹長(zhǎng)的河谷地帶較適宜的形勢(shì)。其中，北部基本不適宜種植馬鈴薯，這些地區(qū)熱量條件不滿足馬鈴薯生長(zhǎng)所需；中部湘河河谷氣候適宜度適中氣候條件基本滿足馬鈴薯生長(zhǎng)所需；湘河與雅魯藏布江匯合處東岸寬谷地和沖擊扇艾瑪鄉(xiāng)至土布加鄉(xiāng)最適宜種植馬鈴薯，這一帶氣候條件最為適宜，滿足馬鈴薯生長(zhǎng)所需；仁堆、拉布普高寒鄉(xiāng)鎮(zhèn)整部及其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)高海山區(qū)均處在不適宜區(qū)。

2.2 耕地分布區(qū)劃

圖4 在得出馬鈴薯氣候適宜度分布圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步疊加了土地利用類型柵格數(shù)據(jù)，同時(shí)去除林地、草地、水體、城鄉(xiāng)居民地、未利用地保留了耕地土地類型，可以看到，耕地大多覆蓋在湘河河谷流域中下游（普當(dāng)、甲措、熱當(dāng)、達(dá)那、南木林、秋木、多角、卡孜）、索金至奴瑪勾（當(dāng)?shù)匾卜Q鄔郁溝）以及艾瑪至土布加（當(dāng)?shù)匾卜Q艾瑪崗）。其中多角、卡孜以南湘河流域、艾瑪崗耕地處在馬鈴薯氣候最適宜區(qū)，多角、卡孜以北普當(dāng)以南河谷流域耕地處在氣候適宜區(qū)；熱當(dāng)東部、達(dá)那河谷上游、南木林鎮(zhèn)北部、芒熱鄉(xiāng)大部、索金北部耕地處于氣候次適宜區(qū)；仁堆、拉布普高寒鄉(xiāng)鎮(zhèn)整部及其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)高海山區(qū)氣候不適宜區(qū)無(wú)耕地情況。

2.3 估算可播種馬鈴薯耕地面積

圖5 利用GIS 技術(shù)提取了土地利用類型柵格數(shù)據(jù)在4個(gè)不同級(jí)別的氣候適宜度分布區(qū)域下所對(duì)應(yīng)的耕地分布柵格，能夠更為直觀的了解和掌握南木林縣馬鈴薯不同氣候適宜度等級(jí)下的實(shí)際可播種空間格局。

而后，通過(guò)柵格轉(zhuǎn)面工具將耕地柵格轉(zhuǎn)化為shp文件，通過(guò)面積制表工具統(tǒng)計(jì)得出了不同級(jí)別馬鈴薯氣候適宜度所對(duì)應(yīng)的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)可播種馬鈴薯的耕地面積數(shù)（表1）。算出南木林縣可種植馬鈴薯的耕地總面積為167.1km2。其中艾瑪鄉(xiāng)為主的馬鈴薯氣候最適宜區(qū)占40.9km2，占比為24.5%；以湘河河谷流域?yàn)橹鞯鸟R鈴薯氣候適宜區(qū)面積占100.8km2，占比為60.3%；艾瑪鄉(xiāng)總耕地面積26.9km2中處于馬鈴薯氣候最適區(qū)達(dá)20.3km2，占比達(dá)75.4%，如圖（6）。綜合來(lái)講，南木林縣理論用來(lái)播種馬鈴薯的耕地面積可達(dá)141.7km2，占總耕地面積的84.8%，這不僅呈現(xiàn)南木林縣作為馬鈴薯主產(chǎn)縣的氣候適宜度優(yōu)越，從側(cè)面也反應(yīng)該地地力貢獻(xiàn)。

表1 不同級(jí)別馬鈴薯氣候適宜度所對(duì)應(yīng)的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)可播種馬鈴薯的耕地面積（單位：km2）

3 結(jié)論和討論

（1）氣候適宜度空間格局得出最適宜區(qū)位于湘河與雅魯藏布江匯合處東岸寬谷地和沖擊扇艾瑪鄉(xiāng)至土布加鄉(xiāng)，此帶最適宜種植馬鈴薯，出產(chǎn)享譽(yù)西藏自治區(qū)的“艾瑪馬鈴薯”，這除了與此帶土質(zhì)、種植方式有關(guān)，還與其氣候條件高度相關(guān)，氣候適宜度高，對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育為正貢獻(xiàn)，因此能夠促進(jìn)其產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。較適宜區(qū)在湘河河谷下游一帶暨大部河谷主要農(nóng)區(qū)，這些地區(qū)氣候條件基本滿足馬鈴薯生長(zhǎng)所需；不適宜區(qū)位于高海拔山區(qū)及北部大片牧區(qū)，這些地區(qū)熱量條件不滿足馬鈴薯生長(zhǎng)所需。

（2）在馬鈴薯氣候適宜度的基礎(chǔ)上，疊加了耕地土地類型，可以看到，耕地區(qū)大多覆蓋在湘河河谷流域中下游（甲措、熱當(dāng)、達(dá)那、南木林、楸木、多角、卡孜）、索金至奴瑪勾（當(dāng)?shù)匾卜Q鄔郁溝）以及艾瑪至土布加（當(dāng)?shù)匾卜Q艾瑪崗）。其中多角、卡孜以南湘河流域、艾瑪崗的耕地處在馬鈴薯氣候最適宜區(qū)，以北河谷流域的耕地處在適宜區(qū)；熱當(dāng)東部、達(dá)那河谷上游、南木林鎮(zhèn)北部、芒熱鄉(xiāng)大部、索金北部的耕地處于次適宜區(qū)；仁堆、拉布普高寒牧區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)整部及其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)高海山區(qū)氣候不適宜區(qū)無(wú)耕地分布，總體來(lái)講現(xiàn)階段種植布局評(píng)價(jià)為科學(xué)合理。

（3）將劃分的馬鈴薯氣候適宜度等級(jí)為掩膜內(nèi)容對(duì)耕地柵格數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行提取，實(shí)現(xiàn)耕地分布格局和馬鈴薯氣候適宜度格局精細(xì)化區(qū)劃疊加，獲得不同適宜度分布區(qū)域下實(shí)際可以用于播種馬鈴薯的耕地及面積。通過(guò)計(jì)算得出南木林縣可種植馬鈴薯的耕地總面積為167.1km2，其中艾瑪為主的馬鈴薯氣候最適宜區(qū)占40.9km2，占比為24.5%；以湘河河谷流域?yàn)橹鞯鸟R鈴薯氣候適宜區(qū)占100.8km2，占比為60.3%；值得一提的是艾瑪鄉(xiāng)總耕地面積26.9km2中處于馬鈴薯氣候最適區(qū)達(dá)20.3km2，占比達(dá)75.4%.以上數(shù)據(jù)不僅呈現(xiàn)南木林縣作為馬鈴薯主產(chǎn)縣的氣候適宜度的優(yōu)越性，從側(cè)面也反應(yīng)該地地力貢獻(xiàn)。

（4）本文構(gòu)建的高原馬鈴薯氣候適宜度評(píng)價(jià)模型得出的區(qū)域特征，結(jié)果與實(shí)際情況比較一致。對(duì)于了解氣候變化下高原馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育適宜度的空間格局可以提供依據(jù)，本研究存在一定的局限性，未考慮到農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害、品種差異等因素對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的影響，僅從氣象角度進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)價(jià)區(qū)劃。