基于GIS的辽宁省大豆种植气候区划

王 莹，张晓月，焦 敏，王贺然，王 婷，张 琪，黄 岩，马 林，王若男

（1．辽宁省气象科学研究所，辽宁沈阳110166；2．辽宁省气象装备保障中心，辽宁沈阳110166）

基于GIS的辽宁省大豆种植气候区划

王 莹1，张晓月1，焦 敏1，王贺然1，王 婷1，张 琪1，黄 岩1，马 林2，王若男2

（1．辽宁省气象科学研究所，辽宁沈阳110166；2．辽宁省气象装备保障中心，辽宁沈阳110166）

为辽宁省大豆种植合理布局提供依据，利用1981—2015年辽宁省54个气象台站的气候资料、大豆产量及大豆生育期资料，根据大豆生长发育对气象条件的要求，确定气候区划指标，采用GIS技术对大豆各区划指标进行网格推算并予以空间分析，进而将全省大豆种植划分为适宜种植区、次适宜种植区和不适宜种植区3个区域。通过分区评述和分析，提出辽宁省发展大豆种植的合理建议。

大豆；GIS；种植气候区划；辽宁

大豆种子含有丰富的蛋白质，在我国普遍种植，近20年来播种面积仅次于水稻、小麦和玉米，位居第四［1］。我国有东北春播大豆区和黄淮海流域夏播大豆区两大大豆主产区，两大主产区产量占全国大豆产量的3／4以上。大豆是短光照性作物，适宜在温暖、水量充沛的环境下生长，故以东北大豆质量最优。辽宁省位于东北春大豆区的最南端，全省年日照时数为2 100～2 600h，年平均气温为7～11℃，年降水量为600～1 100mm，无霜期在150d以上。辽宁积温高，作物生育期长，光、热、水资源条件较优，具有较高的大豆生产潜力，是大豆的优势产区。目前，辽宁省现有大豆耕地面积10．64万hm2，主要分布在沈阳、大连、锦州、阜新、辽阳和铁岭等市县［2］。辽宁省气候条件复杂多变，大豆种植适宜性有较大地区差异，因而在生产上对大豆种植进行气候适宜性分区具有重要意义。现阶段，国内学者关于大豆的研究主要集中在大豆种植品种的演变、生产现状分析、高产种植技术等的研究［3－5］，关于大豆适宜栽种区划方面的研究鲜见报道。因此，根据大豆各生育期对气候资源的要求，提出大豆种植气候区划指标，以此为基础形成辽宁省大豆种植气候区划显得尤为重要。笔者以辽宁省气象要素和大豆产量资料为基础，充分考虑大豆生产和农业气候特点，通过大豆气候区划指标的确定与分析，应用Arc－GIS10．0建立指标因子的小网格推算模型，揭示辽宁省适宜种植大豆的空间分布规律。旨在充分利用自然气候资源，对辽宁省大豆种植进行合理布局，实现大豆稳产增收。

1资料与方法

1．1资料来源

1．1．1气象资料 常规气象资料来自辽宁省气象局的54个气象台站，分析年代为1981—2015年，主要包括日平均气温、日最高气温、日最低气温、日降水量和日照时数。

1．1．2地理信息资料的来源 基础地理信息资料来自国家基础地理信息中心（NGCC），比例尺为1∶250 000，主要包括地形数据、数字高程数据和地名数据。

1．1．3大豆产量资料 大豆产量数据来自于辽宁省统计局，分析年代为1981—2015年，主要为辽宁省每年大豆单位面积产量。

1．2研究方法

1．2．1大豆产量资料 根据影响作物产量形成的各种因子和实际研究的需要，将作物的产量分解为趋势产量和气象产量［6－7］，即：

式中，Y为作物单产；y（t）为趋势产量，是反应水肥、品种、栽培管理等农业生产水平的长周期产量分量；y（w）为气象产量，是受气象要素影响的短周期产量分量，以1a为周期。

用直线滑动平均方法模拟趋势产量［8－9］，滑动步长取11。求得趋势产量后，则y（w）＝Y－y（t）。

气象产量为不受时间、空间和农业技术水平影响的相对气象产量，不同地区之间具有可比性。将不同生育期内的各气象要素与大豆单产进行相关分析，结合大豆生长发育的适宜条件，确定大豆气候区划指标。

1．2．2小网格推算模型的建立 利用统计软件，将大豆区划指标要素与地理经度、纬度和海拔高度通过多元逐步回归方法，建立小网格推算模型［11－12］，在此基础上，在ArcGIS的支持下实现指标要素的推算。

2结果与分析

2．1大豆气候区划指标的确定

大豆属短日照作物，较喜温暖又比较耐冷凉，是旱田作物中较喜水的作物。大豆经历营养生长和生殖生长两个过程，其生长发育的各个时期受温度、降水和日照等气象因素的直接影响。在实际生产中，辽宁省大豆在4月下旬至5月上旬播种，9月下旬收获。因此，以5月上旬至9月下旬为辽宁省大豆的生长期，将大豆生育期划分为5个阶段：即5月上旬至下旬为播种出苗期，6月上旬至下旬为幼苗分枝期，7月上旬至下旬为开花结荚期，8月上旬至下旬为鼓粒灌浆期，9月上旬至下旬为成熟收获期。利用大豆产量资料分别与以上生育期各旬不同生育时段的平均气温、最高气温、平均最低气温、降水量和日照时数5个气象因子进行相关性分析（表1）可知，大豆产量与各气象因子的相关系数中，只有少数能通过0．05显著性检验，由此筛选出影响辽宁省大豆产量的关键气象因子和关键生育期。与大豆产量相关程度最高的是鼓粒灌浆期的平均温度、鼓粒灌浆期的平均最高温度、鼓粒灌浆期的降水量和开花结荚期的日照时数（均通过0．05的显著性水平检验）。故选取这4个气候因子为大豆区划的指标因子。

大豆开花结荚期需适宜的光照，有研究表明［10］，开花结荚期日照时数大于237h不利于大豆产量的形成。鼓粒灌浆期是大豆生长发育和产量形成的关键时期，要求温度适宜，水分充足。大豆鼓粒灌浆期温度在18～23℃为宜，低于14℃则影响其生长；平均最高温度达到25℃时生长缓慢，超过30℃则发生热害；大豆在此发育阶段需水量较多，至少为110mm降水量。根据大豆各生育期对气象条件的要求，确立辽宁省大豆种植适宜区、次适宜区和不适宜区的气候区划指标（表2）。

表1 大豆产量与生育期内各气象要素线性相关系数Table 1 Correlation coefficients of yield and various climatic indexes of soybean in growth period

表2 辽宁省大豆气候区划指标Table 2 Soybean climatic regionalization indicators in Liaoning Province

2．2建立区划指标的地理推算模型

为反映大豆气候区划指标的立体多样性，客观地描述指标要素的实际分布情况，需建立指标要素与地理因子的关系模型，运用现有的台站观测资料，推算出无资料地区的指标要素状况。本研究中，利用大豆区划指标要素分别与地理因子（海拔高度h、经度λ、纬度）通过多元逐步回归建立小网格推算模型［12］。从表3看出，区划因子与海拔高度、经度、纬度的相关性较好。以此模型为基础，应用ArcGIS软件实现各指标要素的网格推算，为区划作准备。

表3 辽宁省大豆种植气候区划指标要素推算模型Table 3 Prediction model of climatic regionalization indicators for soybean planting in Liaoning Province

2．3辽宁大豆种植区划

2．3．1气候区划指标的空间分布 从图1看出，辽宁省7月日照呈西北—东南方向分布，即西北方向光照较强、东南方向光照较弱，其中阜新西北地区、朝阳大部地区和葫芦岛局部地区历年7月日照时数大于237h，影响大豆开花结荚，不利于产量的形成。辽宁省8月平均气温均大于14℃，有利于大豆的生长发育；8月平均最高气温均小于30℃，不会对大豆鼓励灌浆造成不利影响；8月降水具有西北小于东南的特点，与日照时数的分布基本相反。

图1 辽宁省大豆种植各区划指标空间分布Fig．1 Spatial distribution of various regionalization indexes for soybean planting in Liaoning Province

2．3．2辽宁大豆气候区划 辽宁大部分地区8月平均气温和8月平均最高气温不能成为限制大豆栽培生长的限制因子，因此，影响辽宁省大豆种植的主要气象因子为7月日照时数和8月降水量。利用区划指标和小网格推算模型，得到辽宁省大豆种植精细化种植区划（图2）。受日照和降水条件的影响，辽宁省大豆适宜种植区主要分布在沈阳、大连、鞍山、抚顺、本溪、丹东、锦州东南部、营口、阜新东南部、辽阳、铁岭和盘锦地区，该区域7月日照时数小于237h，8月降水大于130mm；大豆次适宜种植区分布在锦州西北部、阜新部分地区、朝阳局部地区和葫芦岛大部地区，该区域7月日照时数小于237h，8月降水在110～130mm；不适宜种植区主要分布在阜新西北地区、朝阳大部地区和葫芦岛西北部地区，该区域7月日照时数大于237h，8月降水小于110mm，日照和降水条件均不能满足大豆生长发育需求，严重影响产量的形成。

图2 辽宁省大豆种植的气候区划Fig．2 Climatic regionalization of soybean planting in Liaoning Province

3结论与讨论

1）研究表明，辽宁省影响大豆种植的气象要素为7月日照时数、8月平均温度、8月平均最高温度和8月降水量，因此，明确该4因子为辽宁大豆种植气候区划指标。对大豆气候区划指标因子进行小网格推算，进一步确定影响辽宁省大豆种植的主要气象因子为7月日照时数和8月降水量。据此将全省大豆划分为适宜种植区、次适宜种植区和不适宜种植区3个分区。

2）受7月日照和8月降水条件的影响，辽宁省大豆适宜种植区主要分布在沈阳、大连、鞍山、抚顺、本溪、丹东、锦州东南部、营口、阜新东南部、辽阳、铁岭和盘锦地区。该区划结果与辽宁省大豆生产现状总体上一致［2］。建议辽宁省大豆生产在辽南、辽北、辽东和中部地区大力发展，该区域气候条件相对好，无霜期较长，气象因素能够满足大豆各生育时期生长要求；在辽西葫芦岛市的东南部（以绥中、兴城为主）和阜新市的部分地区（以阜新、彰武为主）为次适宜区，该区域属华北气候区，气候条件较好，无霜期较短，可适当种植大豆。

3）大豆适宜种植区域与气象条件密切相关，地形条件、土壤土质条件、品种选择及经济因素等实际情况也不可或缺，而后者缺少定量的数据基础，仅依靠文字描述无法实现数字化成图。因此，本区划结果中的适宜种植区仅代表气候条件上的适宜区，与实际种植情况还存在一定差异，综合考虑多因素的更精细化的大豆区划，有待进一步研究和探索。

［1］中华人民共和国国家统计局．中国统计年鉴［M］．北京：中国统计出版社，2011：473－475．

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［3］李秀华，李 非，杜丹丹．辽宁大豆生产情况分析［J］．农业科技与装备，2009（3）：1－3．

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［6］魏中海，王建勇，夏宣炎．粮食产量预测的因子处理和建模方法［J］．华中农业大学学报，2004，23（6）：680－684．

［7］李世奎．中国农业灾害风险评价与对策［M］．北京：气象出版社，1999．

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［11］魏 丽，殷剑敏，王怀清．GIS支持下的江西省优质早稻种植气候区划［J］．中国农业气象，2002，23（2）：27－31．

［12］宋学锋，侯 琼．气候条件对马铃薯产量的影响［J］．中国农业气象，2003，24（2）：35－38．

（责任编辑：姜 萍）

读者·作者·编者

Reader·Author·Editor

Soybean Agricultural Climate Demarcation Using GIS Technique

WANG Ying1，ZHANG Xiaoyue1，JIAO Min1，WANG Heran1，WANG Ting1，ZHANG Qi1，HUANG Yan1，MA Lin2，WANG Ruonan2

（1．Liaoning Institute of Meteorological Science，Shenyang，Liaoning110166；2．Liaoning Meteorological Equipment Support Center，Shenyang，Liaoning110166，China）

To provide the basis for rational distribution of soybean planting in Liaoning Province，the authors confirmed the climatic regionalization indicators according to the demands of soybean growth and development for climatic conditions by using climatological data of 54meteorological stations，soybean yield and growth period in Liaoning Province from 1981to 2015．And GIS technique was employed to conduct grid calculation and spatial analysis，and the soybean planting area was divided into three regions，including suitable planting area，sub－suitable planting area and unsuitable planting area．At last rational suggestions were proposed for soybean planting in Liaoning Province according to subregion assessment and analysis．

soybean；GIS；agricultural climate demarcation；Liaoning

S162．2

A

1001－3601（2016）11－0488－0163－04

2016－03－28；2016－11－01修回

辽宁省科技厅项目“农业气象灾害精细化预报及风险评估研究”（2014210003）

王 莹（1987－），女，工程师，硕士，从事气候资源区划和农业气象灾害研究。E－mail：wangying19870312＠163．com