基于GIS技术福州市马铃薯种植气候适宜性精细化区划

陈彦 李欢欢 郑秀丽 郑荣玉 苏荣瑞

摘要 以2017—2020福州市9个气象站点逐日气象资料为基础，依据马铃薯生长周期、最适温度等特点，采用7—8月平均气温、7—8月降水量、7月降水量等气候要素为区划因子，运用GIS技术和小网格推算模型推算各气候要素，建立基于地理关系的马铃薯种植气候因子空间分析模型，推算各气候要素，订正气候区划指标残差，参照适宜指数区划福州市马铃薯农业气候，为福州市各区县春季马铃薯种植生产布局提供参考依据。

关键词 马铃薯;气候区划;GIS

中图分类号：S532 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2021）05–0027–02

福建是中国最早种植马铃薯的省份之一，引进马铃薯种植至今已有300余年历史，是南方冬作马铃薯优势区和主产区[1-3]。近年来，福建马铃薯种植面积不断增多，位居第三，仅次于水稻、甘薯等粮食作物，而福州市春种马铃薯较少，对春种马铃薯气候区划具有重要意义。利用2017—2020年福州市辖区内9个气象监测站点逐日平均气温、降水量、日照时数等气候要素数据，采用GIS技术提取海拔信息，构建基于GIS的240 m×240 m种植气候地理关系推算模型，建立马铃薯种植气候区划评价指标体系，精细化区划福州市马铃薯种植的气候适宜性，为福州市合理规划马铃薯生产布局提供参考。

1 分析方法

1.1 研究区域

福建省具有独特的地理气候条件，是中国最早种植马铃薯区域，也是第三大马铃薯种植区。福州市位于福建东部、闽江下游及沿海地区，辖区内山岭纵横，海拔跨度较大，造成复杂多样气候环境，为典型亚热带季风气候，气温适宜，降雨充沛，马铃薯春季种植面临着巨大挑战。福州市东南沿海土地肥沃，日照丰富，气候条件适宜马铃薯生长，西北部由于海拔高，气候冷凉，昼夜温差较大，气候也适于马铃薯生长与繁殖。

1.2 数据来源

选取福州市气象局2017—2020年9个气象站点逐日气象数据，根据马铃薯生长周期7—8月平均气温、7—8月降水量、7月降水量等3个气候区划因子。通过在ArcGIS平台添加XY数据、拼接、矢量数据分层、筛选、裁剪及栅格数据重采样等处理，得到区划所需基础数据，包括福州市周边气象站点分布位置、福州市行政区域地图、福州市行政区边界图及福州市DEM 数据。

1.3 数据处理

统计并计算气象数据，结合马铃薯种植的主要气候影响因子，分时段、分类别整理出各站点气象数据，然后经相关性分析和多元回归分析各站点气象因子、各地理因子，构建福州市马铃薯种植气候区划因子地理模型。运用GIS空间叠置分析法，在ArcGIS 10.4软件空间分析模块下，采用Raster calculator进行图层间运算，将关键气象因子推算值均插值到240 m×240 m网格数据点上，实现各气候区划因子的空间连续分布。9个站点实测值与推算值经算术运算后得出残差值，应用反距离权重法分析各站点残差值的空间插值，得出残差栅格图，再叠加气象因子推算值栅格图，获取各气候区划因子栅格图，最后根据文献资料确定适应性等级，为福州市马铃薯种植综合气候适宜性区划提供理论基础。

1.4 研究方法

马铃薯性喜冷凉、耐贫瘠、生长適应能力强。马铃薯生长发育周期约3～5个月，春种马铃薯2月下旬至4月中旬播种，3月下旬至5月上旬为出苗期，6月中旬至7月上旬成熟，最终在秋季收获。研究表明，马铃薯成熟期影响产量最主要气候因子是温度，当日均温>30℃时，马铃薯植株呼吸作用过强，引起生理失调，匍匐茎延伸，结薯延迟;当温度高达32℃时，块茎完全停止生长，尤其夜间高温对块茎形成和膨大极为不利。降雨量也是马铃薯生长期极为重要的气候要素，幼苗期植株较小，需水量少，块茎形成和膨大期需水量最大，占全生育期总耗水量的52%，此时缺少水分或降水量过多都会使马铃薯严重减产。结合福州市马铃薯生物学特性及生长期主要气象影响因子等，借鉴研究文献并参考福建省专家意见和农户调查资料确定福州市种植适宜性等级（表1）。

气候要素区域分布与经度、纬度及海拔高度等地理要素关系密切，气候要素推算模型为：

Yn = f （lon，lat，h）                          （1）

式中，Yn为气候要素;lon、lat分别为经度、纬度，单位为°;h为海拔高度，单位为m。通过公式（1）进行福州市各气候要素小网格推算，并采用表1中马铃薯种植综合评价指标对推算值区划，实现福州市马铃薯植农业气候区划。

在SPSS中将7—8月平均气温、7—8月降水量、7月降水量等3个气候要素作为因变量，将经度、纬度、海拔高度3个地理要素及地理要素间交叉影响的9个复合要素作为自变量，逐步多元线性回归分析，获得7—8月平均气温、7—8月降水量、7月降水量推算模型。

T7-8=0.012096×lat+0.000125×H2-0.393752×lon-0.001031×lat×H+

77.086646                                              （2）

R7-8=-19.422363×lat+0.009077×H2+65.405852×lon-0.045388×lat×H-6923.624953                                  （3）

R7=0.008181×H2-13.129820×H+0.467555×lat×H+190.568820            （4）

2 结果与分析

2.1 马铃薯种植气候区划结果

依据以上分析，利用GIS空间分析技术对3个气候区划指标栅格图归一化后叠加分析、重分类等处理，依据各气候适宜性指数等级划分标准，制作福州市马铃薯种植气候适宜性精细化区划图（图1）。

（1）气候适宜区主要分布于长乐区，福清市与平潭县等低海拔地区面积为5 127.71 km2，占全市面积44.1%，大部分区域海拔48 m以下，7—8月平均气温28.4℃～31.8℃，7—8月降雨总量286.07～772.73 mm，热量和水分整体适宜马铃薯在此地区种植生长。

（2）气候不适宜区主要分布于闽侯县北部、闽清县、永泰县北部等地势较高地区，面积达6 123.78 km2，占全市面积52.6%，大部分区域海拔高于200 m。区域内7—8月平均气温普遍>32℃，温度并不适宜春种马铃薯生长，7—8月降雨总量高于614.78 mm，雨量上对马铃薯生长不利，7—8月持续降雨易造成薯块腐烂，加上该时期温度偏高，容易形成雾气，导致马铃薯患上晚疫病、疮痂病[4]，使得品质下降、减产。

（3）最适宜区主要分布于晋安区与连江县，面积仅181.44 km2，占全市面积1.5%，大部分区域海拔94～230 m，7—8月平均气温20℃～30℃，7—8月降雨总量大于400 mm，热量和水分最适宜马铃薯在此地区种植生长，但区域面积较小。

2.2 气候区划与地形

根据福州市马铃薯区域三维地形图（图2）判断，福州市地势西北部高、东南部低，东部平原地势平坦，易于发展农业，为适宜区;不适宜区多分布于山地，地形区域不适合种植马铃薯，山地气温虽然有部分区域满足种植马铃薯的条件，但降雨量不够，仅东部比较平缓达到适宜种植区;靠近山地与平原缓冲地带为最适宜春种马铃薯区，虽然气候条件满足种植马铃薯的条件，但具体种植难以实施。因此，春种马铃薯区域应首选气候适宜区域。

3 结论

由上述分析得出，福州市春种马铃薯最适宜区主要分布于東南部平原及丘陵地区，占总面积1.5%;适宜区为东南部沿海平原，占全市总面积44.1%;不适宜区主要在高海拔地区，占总面积52.6%。将区划结果与福州市海拔状况对比，适宜种植马铃薯区域主要分布于低海拔平原区，分区结果反映出不同地区气候条件差异明显，地理环境各有特点，应充分利用福州市各地区气候、土壤、交通资源，因地制宜地选择马铃薯种植时期，科学合理规划福州市马铃薯种植基地，促进福州市春种马铃薯产业健康发展。

参考文献

[1] 滕宗璠，张畅，王永智.我国马铃薯适宜种植地区的分析[J].中国农业科学， 1989（2）： 35-44.

[2] 隋启君，李先平，杨万林.中国马铃薯生产情况分析[J].西南农业学报， 2008（4）： 1182-1188.

[3] 汤浩.福建省马铃薯产业优势及发展对策[J]. 中国马铃薯， 2010， 24（6）： 376-378.

[4] 李洪良.马铃薯优质高产栽培要点[J].农民致富之友， 2017（19）： 78.

责任编辑：黄艳飞

Fine Division of Climate Suitability for Potato Planting in Fuzhou City Based on GIS Technology

CHEN Yan et al（Fuzhou Meteorological Bureau of Fujian Province， Fuzhou， Fujian 350001）

Abstract Based on the daily meteor-ological data of 9 meteorological stations in Fuzhou City from 2017 to 2020， according to the characteristics of potato growth cycle and optimal temperature， three climatic factors including average temperature from July to August， precipitation from July to August and precipitation in July were used as regionalization factors， and the climatic factors were calculated by using GIS technology and small grid calculation model. The spatial analysis model of potato planting climate factors based on geographical relationship was established to calculate the climate factors， and the residual error of climate regionalization index was corrected. The potato agricultural climate regionalization of Fuzhou City was made with reference to the suitability index， which provided a reference basis for the spring potato planting and production layout of all districts and counties in Fuzhou City.

Key words Potato; Climate regionalizat-ion; GIS