元江县红心火龙果精细化农业气候区划

丁 圣，张茂松，赵兴东

（1元江县气象局，云南玉溪653300；2云南省气候中心，昆明650034；3元江县农业农村局，云南玉溪653300）

0 引言

火龙果原产中美洲，由台湾地区改良引种到大陆，是热带、亚热带名优水果之一，经济价值高。广西、广东、海南、云南等主要热区均有引种火龙果，种植超过40000 hm2。火龙果按其果肉颜色可分为红心和白心两大类。红心相比白心花青素含量高，甜酸比高口感好，价格高，经济效益更好，元江县境内主要种植的是红皮红心火龙果。

火龙果抗灾能力强，对土壤要求低，病虫害少，在海拔1400 m 以下土地贫瘠的半山区均可引种成活。元江县于2006年引种火龙果，经过数年的发展已初步形成规模，全县火龙果种植面积约1000 hm2。

气候、土壤、地形、生物等环境因素都影响作物的种植和分布，其他气候因素是最基本因素也是影响最大的因素，开展农业气候区划研究对，优化配罝气候资源与其他各类自然资源及社会经济资源，实现“高产、优质、高效”的农业生产目标，提高气候资源利用及防灾减灾具有极其重要的意义。

前人对火龙果的研究，主要集中在采后保鲜处理、营养成分、遗传育种、栽培以及生理抗逆适应性等，适应当地火龙果种植气候条件的气候区划研究工作不多。胡子有等[1-2]已绘制完成广西省火龙果种植生态气候区划；王旭等[3-4]已完成黔西南地区火龙果种植区划；袁小康等[5-6]对火龙果生育期寒害指标有所研究。未见有文献完成火龙果的相关气象灾害区划研究。

任何区划，都不是一劳永逸的，随着社会的发展和科技进步，区划制定的数据依据及服务对象发生改变，区划是要及时修改甚至重做的[7-9]。区划工作正日渐经常化，长期化。前人所作的火龙果气候区划和气象灾害区划研究或资料分辨率不够，或区划指标不明确，对适应当地的气候区划图制作指导意义不大。因此，本研究充分参考前人成果，提供明确的区划指标并生成当地精细化区划图，对帮助其他火龙果生产区的区划制作具有借鉴意义，明确了元江县红心火龙果的种植农业气候适宜性区划指标和低温冷害风险区划指标，通过多要素分析为当地火龙果产业种植规划的准确评估及提高应对低温灾害能力提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

1.1.1 基础地理数据 本区划中使用的基础地理数据为来自于国家地理信息中心1：25 万基础地理信息数据以及1：20 万土地利用类型数据，主要包括：元江县县乡行政边界、居民点、经度、纬度、海拔高度、坡向、坡度和不同土地利用类型等。

1.1.2 气象水文资料 区划中使用的气象资料来自云南省气象局125 个地面气象站点逐日地面观测资料，包括：平均气温、日照时数、降水量、最高气温、最低气温、相对湿度、风速等，资料年限是1986—2015年。

1.1.3 农业生产资料 包括元江县火龙果2006—2017年种植面积、乡镇种植比例、产量及品质状况，资料来源于元江县农业局。

1.1.4 灾情资料 主要包括元江县历史低温发生频次、受灾年份、受灾面积和受灾程度等，资料来源于元江县统计局历年年鉴。

1.2 方法

1.2.1 农业气候相似理论 农业生产实践表明任何作物都是在特定生态环境下生长繁育的，在众多的生态条件中，气候条件是最基本的。一般地，引种地与引种源地间气象条件较为接近的，引种就容易获得成功[10]。火龙果对气候生态条件的要求主要考虑气温、光照、水分、大风等气象要素。

（1）气温。火龙果是热带和亚热带水果，其生长过程中所需的热量比较高。比较适宜在年平均气温高于20℃、霜期短的地方种植。

（2）光照。火龙果喜光，合适的光照条件有利于火龙果的生长发育。极端情况下高强度日光长时间照射,可能会导致日光灼伤。因此，建议在日光过干强烈的地区种植火龙果,可适度遮荫[11]。

（3）水分。火龙果根系不发达，缺水或积水对火龙果的生长发育全过程都不利，特别是积水易引起腐枝、落花和落果。

（4）大风。大风容易摧毁火龙果的棚架，造成火龙果断枝严重，汛期的台风造成的危害更严重。

目前火龙果栽培技术[12-15]已经考虑了气候因素，如针对大风棚架都换成水泥柱墩，针对水分管理建议使用人工灌溉系统，同时要考虑土壤通透性。由于红心火龙果主要采用人工授粉，大风对火龙果生长发育影响很小。综合考虑，元江火龙果的气候适宜性区划指标主要考虑气温和积温要素；火龙果的气象灾害只考虑低温冷害。

1.2.2 气候适宜性区划技术路线 首先，根据研究区域获取相应的基础地理数据和气候数据，根据农业气候相似理论分析作物生长和产量品质形成所需要的气候条件，结合以往区划经验、专家咨询、文献查阅、实地调研论证等方法，定性判断各气象因子对气候适宜性或灾害风险的重要性，确定作物种植的农业气候适宜性指标，再根据区划的指标要素进行气候数据分析和各指标要素精细化插值处理与图层叠加，结合区划指标要素值给出不同种植适宜区的分布，最后进行分区和评述，如图1。

根据文献[1-6]对火龙果气候的分析研究，充分考虑当地火龙果生产，遵循既定的火龙果气候区划原则，提出了元江火龙果种植农业气候区划指标。选取1月平均气温(℃)、6 月平均气温(℃)和≥10℃活动积温(℃·d)等3 个气候要素作为火龙果农业气候区划因子，并按照最适宜、适宜、次适宜和不适宜进行分级。火龙果种植农业气候区划指标及分级，见表1。

图1 元江县火龙果气候适宜性区划技术路线

表1 云南火龙果种植农业气候区划指标

1.2.3 灾害风险区划技术路线 灾害风险区划根据作物和灾害对象，在已收集的地理数据、气候数据基础上，增加农业生产和灾情信息收集，分析灾害特征，确定灾害风险等级指标，同时对指标要素进行插值推算和空间分析，结合灾害风险区划指标进行分区，得到风险区划结果并进行分区评述，如图2。

低温冷害主要对农作物造成损害有2 种形式[16]，一种是长期低温、积温不满足农作物需求热量的延迟型低温冷害，另一种是短期低温导致的障碍性低温冷害。根据云南低温冷害的活动规律和特点[17-18]结合元江县气候特点，确定元江火龙果低温冷害致灾因子指标（见表2），将元江火龙果低温冷害类型分为延迟型、障碍型，其中干季（11—4月）低温冷害主要为延迟型和障碍型，雨季（5—10 月）主要为延迟型。据此，其中干季延迟型指标使用11—4月的月平均气温，雨季延迟型使用5—10月的月平均气温进行分析。

结合其他文献研究成果[19-21]表明，辐射降温引起的冻害同一果园由于地形不同，其冻害程度不同，主要与地形及海拔高度等环境条件密切相关，孕灾环境敏感指数可表示为式(1)。

图2 元江火龙果低温冷害灾害风险区划技术路线

表2 元江红心火龙果低温灾害致灾因子指标D ℃

其中，I为环境敏感指数，H为海拔高度，S为地形坡度。I＜0.15 为低风险区，I取值[0.15,0.35)为中风险区，I≥0.35为高风险区。

火龙果生长期综合低温冷害风险指数，见公式(2)。

其中，R为风险指数，I为环境敏感指数，D为低温冷害致灾因子指标（见表2）。

1.2.4 空间插值 常用的空间插值方法有：多项式拟合插值、加权插值、克里格插值、样条函数插值、梯度距离反比插值和趋势面插值等。各种空间插值方法应用在不同的研究领域，并各自有不同的优缺点。

诸多气象学者发现薄盘样条法对气温、日照、降水等气象要素的空间插值精度最优、误差最小，也已经在国家气象中心得到广泛应用[22-25]。同时适当加密站点也可提高插值可靠性。局部薄盘光滑样条法是对薄盘光滑样条原型的拓展，除普通的样条自变量外允许引入线性协变量子模型，如温度、降水等气象要素与海拔之间的相关关系。局部薄盘光滑样条法的统计模型，见(3)。

式中，Zi为位于空间i点的因变量；xi为d维样条独立变量矢量，f为要估算的关于xi未知平滑函数；yi为p维独立协变量矢量；b为yi的p维系数；ei为具有期望值为0的自变量随机误差；N为观测值个数。

由式(3)可见，当没有协变量（即p=0）时，该模型简化为普通薄盘样条模型；当没有独立自变量（即f(xi)空缺）时，模型变为多元线性回归模型。函数f和系数b通过最小二乘法来确定。

本研究使用ANUSPLIN 空间插值软件，使用了SPLINA 和LAPGRD 模块引入数字高程数据，同时结合经纬度和数字高程模型对样条函数得到的表面进行拟合，生成拟合表面系数产生各个格点上的预测值，即空间插值结果。

2 结果与分析

2.1 元江县火龙果种植气候适宜性区划火龙果种植1月温度适宜性

元江县火龙果种植1月气温最适宜区主要位于元江县中部地区，包括甘庄街道西南部、澧江街道、红河街道等地区；适宜区主要分布在羊岔街乡、咪哩乡、甘庄街道、龙潭乡和洼垤乡少部分地区；次适宜区主要分布在因远镇、甘庄街道和洼垤乡少部分地区；不适宜地区主要分布在羊岔街乡西部、羊街乡南部、那诺乡南部和因远镇西部，如图3所示。

图3 元江县火龙果种植1月温度适宜性区划图

2.2 火龙果种植6月温度适宜性

元江县火龙果种植6月气温最适宜区主要位于元江县中部地区，澧江街道、红河街道等地区；适宜区主要分布在元江县中部地区四周地区；次适宜区主要分布在甘庄街道、洼垤乡和羊岔街乡等少部分地区；不适宜地区主要分布在羊岔街乡、咪哩乡、因远镇、羊街乡、那诺乡、甘庄街道北部地区、龙潭乡和洼垤乡大部分地区，如图4所示。

图4 元江县火龙果种植6月温度适宜性区划图

2.3 火龙果种植积温适宜性

元江县火龙果种植积温最适宜区主要位于元江县中部地区，澧江街道、红河街道等地区；适宜区主要分布在元江县中部地区四周地区；次适宜区主要分布在甘庄街道、洼垤乡和羊岔街乡等少部分地区；不适宜地区主要分布在羊岔街乡、咪哩乡、因远镇、羊街乡、那诺乡、甘庄街道北部地区、龙潭乡和洼垤乡大部分地区，如图5所示。

图5 元江县火龙果种植积温适宜性区划图

2.4 元江县火龙果种植气候适宜性

利用火龙果气候区划指标以及基本气候要素空间栅格数据，可对火龙果种植气候进行适宜性评价。气温对火龙果生长发育和品质形成起主导作用，因此考虑区划时以热量条件（6 月平均气温）为主要指标，然后以热量条件（1月平均气温）和热量条件（≥10℃活动积温）作为逐级适宜性分区指标。最后为不同分区赋予不同颜色，并进行叠加，制作出火龙果种植农业气候区划图（见图6）。受地形、植被和土壤分布的影响，元江县部分地区属于火龙果种植适宜种植区。

图6 元江县火龙果种植气候适宜性区划图

2.4.1 最适宜区 主要位于元江县中部地区，包括澧江街道东部、红河街道中部等地区。

2.4.2 适宜区 主要分布在最适宜区周边地区，澧江街道东部、红河街道中部、甘庄街道西南部和羊岔街乡东部少部分地区。

2.4.3 次适宜区 零星分布在适宜区周边地区，澧江街道东部、红河街道中部、甘庄街道西南部和羊岔街乡东部少部分地区。

2.4.4 不适宜区 主要分布在羊岔街乡、咪哩乡、因远镇、羊街乡、那诺乡、甘庄街道北部地区、龙潭乡和洼垤乡大部分地区。

元江县只有中部部分地区适宜火龙果种植，气候条件有利于火龙果生长，但还应该注意防范火龙果种植生育期内发生低温等农业气象灾害带来的社会经济损失，提升气象灾害防御管理能力。

2.5 元江县火龙果低温冷害风险区划

根据火龙果低温冷害风险区划指标，元江县火龙果种植低温冷害风险区可以分为低风险区、中风险区、次高风险区以及高风险区，总体上呈现出西北到东南带状地区风险较低，东北和西南两侧大部分地区风险较高，如图7所示。

2.5.1 低风险区 主要分布在西北到东南带状地区，包括红河街道大部、澧江街道大部、和东峨镇东北部等地区。

图7 元江县火龙果种植低温冷害风险区划图

2.5.2 中风险区 主要集中在甘庄街道西部和东峨镇大部等地区。

2.5.3 次高风险区 零星分布在羊街乡东北部、羊岔街乡东部、甘庄街道东北部等地区。

2.5.4 高风险区 分布较广，主要位于因远镇大部、咪哩乡大部、羊街乡中部及南部、羊岔街乡中西部、那诺乡西南部、洼垤乡大部、龙潭乡大部以及甘庄街道东北部等地区。由于高风险区已被气候不适宜区所覆盖，不推荐种植，所以区划图中未显示。

3 结论与讨论

本研究通过多要素分析明确了元江县红心火龙果的种植农业气候适宜性区划指标和低温冷害风险区划指标，得出了适应当地地形及气候特点区划指标和结果，分类更科学，结果更精细。

元江火龙果气候适宜性区划指标的研究借鉴了文献[1-6]对火龙果气候的分析研究，同时也充分考虑当地气候特点和火龙果生产实际，舍弃了最低气温、最高气温、日照时数、无霜日数等指标，增加了6 月平均气温作为主要指标之一。低温冷害区划指标结合当地生产实践及元江县当地气候特点，充分考虑了障碍型和延迟型冷害影响，提出了低温冷害致灾因子指标及风险指数公式。空间插值使用局部薄盘光滑样条法相对普通线性插值精度更优、误差更小。总体来说，本研究得出的结果针对性强，操作性强。

由于元江火龙果的推广种植年限短，低温冷害灾情较少，低温冷害风险区划制定中只考虑了致灾因子和孕灾环境，对抗灾能力进行了忽略，如以后随着种植面积的增大，相应农业气象保险工作中在灾害风险评估还应考虑承灾脆弱性要素。

元江热坝区年均日照时数达2286 h，年均气温23.7℃，具有得天独厚的气候条件，是优质火龙果的种植区，目前种植面积达1000 hm2，是云南省最大的火龙果种植基地。“元江火龙果”地理标志商标已经成功获准注册，元江的火龙果上市早，与广西和越南的相比，元江的火龙果口感、品质要好得多，元江的火龙果都是走高端市场。本研究的完成有利于充分反映元江的气候特点和资源优势，能够为当地火龙果产业种植规划的准确评估及提高应对低温灾害能力提供科学依据。

下一步开展的农业气象保险工作将是对本区划研究成果的重大检验。本区划研究是基于当地火龙果生产的气象要素基础上完成的气候适宜性和灾害区划，不涉及生产措施及社会因素等对作物生长适宜性的影响，随着品种改良及当地产业规划等重大环境要素变化，本区划也需要进一步的修改完善。