海南妃子笑荔枝精细化农业气候区划研究

吕润 梁彩红 邹海平 李伟光 白蕤

摘要在研究海南荔枝生产现状和生态适宜性基础上，密切结合海南荔枝生产实际，分析确定了海南妃子笑荔枝精细化农业气候区划指标。利用38个气象站点（包括20个区域气象站点）气候资料和 DEM数据，采用 GIS 技术对无观测站地区30 m×30 m 网格单元上的气候要素值进行了推算，并利用反距离权重差值法进行残差订正，制作妃子笑荔枝种植气候区划专题图。该区划图划分出海南岛妃子笑荔枝种植的适宜、次适宜和不适宜区，针对各区域气候特点提出了相应建议，为妃子笑荔枝合理布局及趋利避害、提高产量和品质提供气象依据。

关键词妃子笑;荔枝;GIS;海南;区划

中图分类号 S162.3 文献标识码 A  DOI：10.12008/j.issn.1009-2196.2021.12.018

Precise Agricultural Climate Regional Planning of Litchi Feizixiao in Hainan

L ü Run1 ，3） LIANG  Caihong2 ，3） ZOU  Haiping1 ，3） LI Weiguang1 ，3） BAI  Rui1 ，3）

（1 Hainan Climate Center， Haikou， Hainan 570203， China;

2 Danzhou Meteorological Service， Danzhou， Hainan 571799， China;

3 Hainan Key Laboratory of South China Sea Meteorological Disaster Prevention and Mitigation ， Haikou， Hainan 570203， China）

Abstract  The current status and ecological suitability of Litchi  ‘Feizixiao in Hainan were analyzed，  based  on which  indexes  for precise  agricultural  climate regional planning  of Litchi  ‘Feizixiao were  selected. The  climate  data  of 38 meteorological  stations （including 20 regional meteorological  stations）  and DEM data in Hainan were used， and the values of climate elements in grid cells with a grid cell size  of 30 m ×30 m in the areas without data from the available meteorological stations were interpolated by  using  GIS. The  residuals  were  corrected  by  the  inverse  distance  weighting，  and  a  Litchi  ‘Feizixiao planting  climatic  regionalization  thematic  map  was  generated  by  using  ArcGIS. The  zoning  map  is  divided  into  suitable  area，  sub-suitable  area  and  unsuitable  area  for  Litchi  ‘Feizixiao planting  in  Hainan， based  on which  some  suggestions  on  climate  characteristics  for  each zone  in Hainan were put  forward  to  provide  reasonable  layout  and  scientific  basis  for  improving  yield  and  quality  of  Litchi  ‘Feizixiao.

Keywords  ‘Feizixiao;Litchi ; GIS ; Hainan ; regionalization

荔枝（ Litchi chinensis Sonn.）属于无患子科荔枝属植物，是亚热带果树，原产于中国南部。其果实风味好，经济价值和营养价值高，被誉为“果中之珍品”。海南妃子笑荔枝是由广西、广东引进，并经过改良的品种，由于在海南生产关键时期的气象条件与广西、广东不同[1]，尤其是自20世纪80年代以来，全球气候变暖，海南暖冬年份明显增多[2]，冬季温度高会导致妃子笑荔枝的成花诱导失败，荔枝产量萎缩[3]。此外，低温天气或出现连阴雨以及暴雨天氣过程也会导致妃子笑荔枝的品质与产量明显下降。如果盲目地在次适宜区甚至不适宜区种植，不仅会影响妃子笑荔枝的产量，还会导致果实品质较差、经济效益低。因此，开展海南妃子笑荔枝气候适宜性区划，做好妃子笑荔枝的生产布局、品种调整等措施，以适应气候环境的变化很有必要。

目前，GIS技术在农业气候区划中的应用越来越成熟与普遍[4-8]，利用 GIS 技术使复杂地形条件下区划结果的精细化程度得到了提高[9-15]。为充分挖掘气候资源潜力，趋利避害，合理布局，车秀芬等[16]、刘少军等[4]、吉志红等[17]、陈小敏等[18-19]和丁丽佳等[8]针对莲雾、苹果、荔枝和香蕉等果树进行作物气候适宜性区划研究，王春乙等[20]、蔡大鑫等[10]和邹海平等[21]针对海南芒果、香蕉、荔枝等作物进行灾害风险区划研究，但大部分研究仅考虑经纬度、海拔高度的影响，但实际上坡度、坡向亦会影响气温、光照、降水等，且前人大部分研究所使用的气象站数据为国家气象站点，通常建立在低海拔地区，因此在拟合海拔高度、坡度、坡向对气候因子的影响时准确度较低。本文除利用海南18个国家气象站数据外，还使用海南20个建立在不同海拔、坡度上的区域气象站数据，从而提高拟合海拔高度、坡度和坡向对气候因子影响的准确度，利用數理统计回归分析、GIS插值技术和气候资源的细网格模拟分析方法[22-24]，绘制出妃子笑荔枝气候适宜性区划图。研究结果为妃子笑荔枝种植的合理布局，种植基地的科学建立，最大程度地开发利用气候资源，减轻气象灾害造成的损失提供参考依据[8-9]。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1区域概况

海南位于中国最南端，属于热带季风气候，这里长夏无冬，有“天然大温室”的美称，年平均气温为23.2～25.9℃，最冷的1月份平均气温仍达17.5～21.7℃，年降雨量为949.7～2388.1 mm，年日照时数为1755.2～2416.4 h，日照百分率为40%～62%，光温条件充足，光合作用潜力较高[25]。

1.1.2试材特性

妃子笑荔枝是对气象条件最敏感的果树之一。在营养生长期需要充足的光、温、水，花芽分化期则需要较低的气温和干燥的天气，而果树发育期则需要晴朗的天气。研究表明[26-29]，栽培成活荔枝树需要年平均气温20℃以上、年降水量多于1300 mm、日照时数超过1600 h;妃子笑荔枝在气温-3～0℃时，植株将受到不同程度的冻害，而当气温低于-4℃时则会受冻害致死。但适当的低温却对荔枝的发芽分化有利，较高的温度则使得花芽分化受到抑制。开花结果期是影响荔枝产量好坏的关键时期，晴朗少雨的天气对荔枝开花授粉有利，如果在开花期遭遇低温阴雨或高温干旱天气，则会对荔枝产量造成较大的影响。海南的光温水基本符合荔枝生长需要，影响海南荔枝地理分布的主要因子为花芽分化关键期和开花坐果期的气温和降水。

1.2方法

1.2.1资料及其处理

选取海南18个国家气象站1989～2018年和20个区域气象站点建站以来的气象资料，计算海拔高度、经度、纬度、坡度、坡向等数据。地理信息数据采用国家基础地理信息中心提供的1∶25万海南省地理数据、海南省30 m×30 m高程数据资料和海南省县级行政区图，用于区划指标的空间化处理。

多元回归分析和建立空间分析模型使用 SPSS17.0软件进行。妃子笑荔枝气候区划专题图使用 ArcGIS10.2制作。

1.2.2区划指标

花芽形态分化和开花坐果期是海南妃子笑荔枝生长的关键期，该时段海南的气象条件多变，高温干旱或暖冬或冬末早春低温阴雨，对妃子笑荔枝的开花授粉和花芽形态分化均有较大的影响[30]。12月底一般为妃子笑荔枝花芽形态分化的关键时期，荔枝枝梢生长的最适宜的温度为20～25℃，低于20℃时有利于荔枝的花芽分化[31]。而海南在12月份气候较为温暖，极易导致妃子笑荔枝的花芽败育，不仅会对花芽分化造成影响，还将导致花质较差。而在荔枝开花时期，当外界温度高于27℃时会阻碍荔枝的正常授粉[32-33]。但在开花时期遭遇16℃以下的低温天气或出现连阴雨以及暴雨天气过程均会对荔枝授粉极为不利，导致妃子笑荔枝的品质与产量明显下降[34]。因此，本文以花芽形态分化关键期最高气温≤20℃天数和降水量，以及开花坐果期的最低气温和最高气温4个指标来衡量妃子笑荔枝生长发育的气候适宜度（表1）。

2结果与分析

2.1区划指标要素空间分析模型的建立

某网格点的气候要素变化主要取决于该点所接收的太阳辐射量，而该网格点所接收的太阳辐射量主要受纬度、经度、坡度、坡向、海拔高度等地理因子和其它局地环境因子影响。故区划指标和地理因子的关系模型[35-36]可表示为

式中，气候区划指标因子（如气温、降水等）由Y表示;纬、经度、坡度、坡向、海拔高度等地理因子分别由λ、φ、θ、β、h 表示，综合地理残差由ε表示，其表达式为：

本文统计了海南38个站点12月至次年1月份最高气温≤20℃天数、降水量，2 月份最低气温、日最高气温。指标因子与地理因子模型采用多元线性回归方法建立。模型表达式和相关统计参数如表2所示。

2.2区划指标推算及区划图制作

根据提取出的海南海拔高度 h、纬度φ、经度λ等地理信息网格数据，将其代入表2各区划因子的推算模型中，推算出每个区划因子的网格分布，再以38个气象站点的残差值为样本使用 IDW 法得到海南30 m×30 m 网格的残差分布，通过区划因子推算值与残差值相叠加得到海南妃子笑荔枝气候区划指标分布。

根据表2的妃子笑荔枝区划指标，采用专家打分法对指标因子进行分类打分，适宜区域给3分，次适宜区域给2分，不适宜区域给1分，然后得到各个指标因子的划分。再对各指标因子的分数进行叠加计算，分数在9～12的给3分，对应适宜区域;分数在7～9的给2分，对应次适宜区域;分数在4～7的给1分，对应不适宜区域，给不同的区域赋予不同的颜色，并迭加市（县）边界，得到海南岛妃子笑荔枝种植气候区划图（图1）。

2.3区划结果分析

适宜区：包括临高、澄迈、文昌、定安、海口、屯昌和儋州北部。该区是海南温度条件最适宜的地区，大部分地区12月至次年1月份最高气温≤20℃天数在14 d 以上，气象条件对妃子笑荔枝发芽分化有利;大部分地区2月最低气温≥15℃，2月最高气温≤24℃，高温天气较少，对妃子笑荔枝开花授粉有利，有少数气温较低的天气，需注意防范。该地区可以充分利用适宜区优越的气候条件，大力发展妃子笑荔枝生产，扩大种植面积，以提高经济效益，但需注意采取喷洒叶面肥等措施来防止低温天气带来的影响。

次适宜区：包括琼海、万宁、琼中、白沙北部、昌江西部、东方北部和儋州南部。该区的温度条件也较为适宜，12月至次年1月份最高气温≤20℃天数在9 d 以上，暖害天气较少;大部分地区2月份最低温度在14℃以上，最高气温≤26℃。该地区在发芽分化期和开花期会受到一定程度的低温寒害和高温暖害，但次数较少，需要采取一定防御措施来降低“暖春”、低温沤花和高温烧花等灾害带来的影响才能得到高产量，总体上气象条件有利于妃子笑荔枝生长。

不适宜区：主要为海南南部地区，包括昌江南部、东方南部、乐东、五指山、三亚、陵水、保亭和白沙南部。该地12月至次年1月份最高气温≤20℃天数较少，不足8 d;2月最高气温大部分地区在26℃以上，该地区受“暖春”和高温烧花灾害的影响较大，妃子笑荔枝的品质和产量均不如其他地区，不适宜妃子笑荔枝栽培。

3讨论与结论

海南作为荔枝的重要产区之一，关于荔枝在海南岛的气候适宜性前人也做了相关研究。江式邦等[37]通过对海南岛各地荔枝产量以及地形分析认为海南岛北部最适宜荔枝的种植，次适宜地区主要分布在琼海、儋州、屯昌，不适宜地区主要包括海南岛南部、五指山全部地区以及琼中县中部、东部地区，和本文结果略有不同。本文认为琼中县中部、北部为次适宜地区，这可能是由于区划指标的不同造成的，江式邦等主要考虑降水日数对荔枝的影响，而本文考虑不同发育阶段的最高气温、最低气温和降水量对荔枝的综合影响，且本研究除考虑经纬度和海拔的影响外，还综合考虑坡度、坡向造成的影响。白慧卿[38]通过对关键气候要素进行分析，认为影响荔枝分布的关键因素是低温，其次是高温，再其次是降水量，种植区划需全面考虑气候指标，荔枝种植适宜区域主要在海南岛北部，次适宜区域为中部地区，而南部地区不适宜荔枝的种植，与本研究结果基本相同。前人大部分研究仅考虑经纬度、海拔高度的影响，但实际上坡度、坡向亦会影响气温、光照、降水等。本文除利用海南18个国家气象站数据外，另外使用20个建立在不同海拔、坡度上的区域气象站点数据，以求提高拟合海拔高度、坡度和坡向对气候因子影响时的准确度，并使用 GIS 和网格分析方法，推算出无测站点区域的区划指标气候要素值，采用综合评价方法绘制荔枝气候适应性精细化区划图，大幅提高了区划结果的空间分辨率和精细化程度，为进一步优化妃子笑荔枝生产布局提供了科学依据。

区划结果表明，海南岛妃子笑荔枝种植适宜分布在临高、澄迈、文昌、定安、海口、屯昌和儋州北部等地区，应充分利用当地气候资源优势，提高栽培技术水平，加快优质妃子笑荔枝规模化种植生产;在次适宜区，主要气象危害为发芽分化期和开花期低温寒害和高温暖害，可因地制宜，根据小气候地形进行园区建设，密切关注天气预报，当天气预报有持续几天的低温阴雨天气时，应及时采取相应措施，如在低温阴雨天气发生前2天和低温阴雨天气结束后各喷1次防治荔枝霜疫霉病药液等，当高温天气时，应及时防治炭疽病，并采用人工喷雾雨水等防御措施，仍然可以获取较好的经济效益。

海南的荔枝种植分布广泛，品种也较多，且早熟、中熟均有种植，不同地区间的发育期也有差异，除经纬度、坡度、坡向等因子外，离海远近等因素对温度、降水也有一定影响。这些因素均为区划结果的合理带来一定的不确定性，未来还需针对这些问题进行深入研究。另外，分析发现最近几十年，海南冬季温度升高，寒害发生概率降低，但“暖春”和高温热害等灾害发生概率增高，需注意防范。

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（编辑排版：龙娅丽）