基于GIS 的河池市龙滩珍珠李种植气候区划研究

周慧僚，刘 芳，张 新

（1.广西壮族自治区河池市气象局，广西 河池 547000；2.天峨县气象局，广西 天峨 547300）

龙滩珍珠李是广西壮族自治区河池市天峨县八腊乡野生李种育成的新品种，其果实自花结实丰产，且果型小，起初主要种植在天峨县龙滩水电站附近的部分乡镇，故被当地人称作“龙滩珍珠李”。因其晚熟、耐贮藏、糖分含量高，被称为“李族皇后”［1］。2001 年9 月，当地果树技术人员从母株采集接穗，繁殖5 株；2002 年，从第一代植株上采集300 多个接穗，嫁接繁殖第二代幼苗，首次结果；2003 年进行栽培，经过不断研究试验栽培，每株产量连年上升，当前最高株产量近100 kg，果树性能生长状况稳定。天峨县人民政府将龙滩珍珠李作为1 个特色品牌加以推广，自2008 年至今，龙滩珍珠李先后获得多个认证，主要有农业农村部无公害农产品认证、农产品地理标志、最具影响力中国农产品区域公用品牌、广西优质农产品；2015 年，天峨县还被评为“中国龙滩珍珠李之乡”。“龙滩珍珠李”公用品牌于2020 年正式启用。

近年来，龙滩珍珠李种植对河池市山区农民实现农业增产增收起到积极作用，成为农民脱贫致富的途径，也加快了河池市脱贫摘帽工作进程。据统计，2020 年天峨县境内龙滩珍珠李栽种8 500 hm2，挂果面积2 800 hm2，天峨县各乡镇均有种植，年产量1 000 万kg，年产值约2 亿元。

龙滩珍珠李的产量既受种植栽培管理的影响，又受气象环境的影响。国内专家或种植技术人员在龙滩珍珠李的种植栽培管理、病虫害防治等方面研究较多。管恩魁等［2］对龙滩珍珠李果实蝇发生情况及防治技术进行了研究；韦发才等［3］研究了李极晚熟新品种龙滩珍珠李的选育；全金成等［4］对龙滩珍珠李炭疽病进行防控技术研究，得出气候条件不良是其发病原因之一。气象科技工作者在龙滩珍珠李种植气候环境相关方面的研究较少，罗凤荣等［1］研究了龙滩珍珠李种植的气象条件和灾害防治，提出预防措施，进一步减少或减轻因气象灾害带来的危害和损失，而针对龙滩珍珠李气候适应性种植区划方面鲜见报道。为进一步挖掘河池市气候资源，科学合理规划、布局生产，使龙滩珍珠李种植集中在最适宜区和适宜区，以提高产业的综合竞争力。当前，GIS 技术已被普遍运用在各项农业气候区划方面，提高了气候区划的精准度，取得多项有效成果。本研究以龙滩珍珠李主产地天峨县的农业气象条件为标准，结合河池市生产实际，精选出龙滩珍珠李种植农业气候区划的指标，并建立气候区划模型，利用基础地理信息数据，推算得出网格点（1 km×1 km）的相关气象要素值，以弥补无气象观测站点气象要素值的空白；并使用GIS 技术及打分方法，将龙滩珍珠李在河池市种植农业气候划分为最适宜区、适宜区及不适宜区3 个区域，以期为当地充分利用土地资源、提升现代农业产业结构体系、合理规划龙滩珍珠李种植布局、扩大种植及其产业发展提供科学决策依据。

1 资料与方法

1.1 河池市区域概况及资料归集和分析

河池市位于广西壮族自治区的西北部、云贵高原的南部，为中国西南地区通往东部沿海城市、港口的主要通道之一。位于东经106°34′—109°09′、北纬23°41′—25°37′，北邻贵州省黔南州，南邻南宁市，东邻柳州及来宾市，西邻百色市；南北长为260 km，东西宽为228 km，全市面积为3.35 万km2。河池市属亚热带季风气候区，气候资源丰富，热量充沛，光照充足，雨量充沛，无霜期长，年平均气温在16.7~21.5 ℃，最冷月为1 月，平均气温11 ℃，全市年平均降雨量在1 300~1 800 mm［5］。

1.2 气象资料及台站地理信息资料

选取经过广西壮族自治区气象信息中心数据质控审核过的气象资料，其中，选取1960—2019 年（近60 年）10 个国家气象观测站的气象资料，2006—2019 年372 个区域气象观测站的气象资料。气象要素有年降雨量（R）、年平均气温（T）、7 月下旬至8 月上旬气温日较差（Tmax-min）、极端（1月）最低气温（Tmin）、年日照时数（H）、年平均相对湿度（U）、≥10 ℃有效积温（∑≥10℃有效积温）；台站地理信息资料有经度（φ）、纬度（λ）和海拔高度（h）等数据。

表1 1960—2019 年河池市近60 年气象资料

1.3 地理信息资料

地理信息采用国家基础地理信息中心1∶25 万基础地理数据。通过ArcMap10.2 软件提取河池市的行政边界、DEM 和气象站地理位置。

1.4 数据处理

针对上述信息资料的分析处理，采用数理统计法和比较法，分析了龙滩珍珠李在不同坡度、海拔和生育期的温度、降雨量、日照等条件；利用数理统计中的多元回归方程对龙滩珍珠李种植相关的气象要素进行分析，建立区划模型，分析找出与龙滩珍珠李产量相关性好的气象要素因子，最后再进行显著性检验。

2 龙滩珍珠李生长的气候条件

2.1 热量条件

龙滩珍珠李生长的适宜气候条件，一般要求年均气温19.4~21.7 ℃，开花期（2—3 月）适宜气温12~15 ℃，低于6 ℃生长受阻，-3 ℃以下或28 ℃以上会导致烧花；幼果到果实成熟采摘期（4—8 月）、采摘后恢复期（9—10 月）适宜气温为25~30 ℃，35 ℃以上生长受到抑制；落叶休眠期（11 月至次年1月）适宜气温为-3~14 ℃［1］。

龙滩珍珠李树在休眠期间要求冬季低于7.2 ℃的气温条件，经过350 h 以上冷害进行自然休眠，第二年才可以正常萌芽、开花、坐果；生长季遇高湿高温天气会使其徒长，导致果园通风不畅；高温使土壤含水量变少，容易导致叶片早衰，植株生长发育受影响，从而造成花芽产生畸形，次年果实的品质和产量受影响。在果实发育期间，若气温过高，则发育不充分，会出现高温逼熟及成熟期提前，但果实偏小、肉薄味酸、果实品质较差。龙滩珍珠李树花期为2 月下旬至3 月中下旬，冬季气候与李树开花迟早有明显关系，其中与气温的关系最为密切，若冬季初期遇温度偏低、后期遇温度偏高，则开花期提早，否则开花期延迟。河池市每年2 月下旬至3 月受北方较强冷空气频繁南下影响，期间气温起伏较大，易出现连续≥3 d 的日平均气温≤12.0 ℃低温阴雨天气过程，低温阴雨天气导致花期延迟，授粉严重受阻碍，也严重影响产量。

2.2 水分条件

龙滩珍珠李生长发育比较适宜的水分条件为年降雨量1 200~2 000 mm、年平均空气相对湿度72%~85%。

土壤水分过多或过少均会对龙滩珍珠李生长发育产生不利影响，如果土壤的相对含水量＜60%时，果树将停止生长，＜50%时会产生落果现象，＜40%时叶片发生萎蔫；若土壤的相对含水量过大，易造成果树的根系呼吸不顺畅，根系生长发育不良，严重的甚至会造成死枝甚至整株死亡的现象。花期遇集中降水非常不利，如果遇上连续阴雨天气，气温偏低，昆虫活动、风力传播花粉缺乏，造成花粉受精不佳，坐果率会大大降低。果实发育期对土壤含水量反应特别灵敏，遇到土壤干湿不均匀，会出现幼果吸收水分不均衡，果实开裂现象；在果实快速膨大成熟期，如果长期干旱后遇降雨、连续降雨或大水灌溉，很容易发生果实开裂，所以一般在降雨较多的年份果实普遍会出现开裂［1］。

在龙滩珍珠李生长发育的关键时期，降水要均匀、充足，才能保证果实的良好生长，提高果实品质和含水量，但每年7—8 月的降雨量、雨日均要明显减少，才有利于果实成熟和采收上市。

2.3 光照条件

龙滩珍珠李喜阴但更好阳，合适的光照条件要求为年日照时数1 300 h 以上，年日照百分率达35%以上。若栽培在日照时数不太多、水分条件较足的背阴坡面则长势较旺，树型粗壮，花期偏迟，裂果较轻，但上色差，果品也稍差；在海拔高的山区、向阳坡的树势稍弱，开花期比较早，果实上色效果好，但也容易遭受晚霜的伤害。若花期天气晴好、气温较高，则有利于昆虫活动及花粉受精；果实成熟期日照充足，果实上色好，糖分也高。对于树的部位分布，则树冠光照足，其果实着色好、含糖量也相对较高［1］。

2.4 土壤地质条件

龙滩珍珠李对土壤要求不高，只要不太瘠薄的土质都可以栽培。最适宜的土壤条件选择土层深厚且肥沃的黏质壤土；红黄沙壤土均可种植龙滩珍珠李，黏性重（黄壤土），偏酸性（pH 5.0~6.5）土壤生长更好。龙滩珍珠李最适宜生长海拔高度为600~1 200 m。

3 龙滩珍珠李种植气候区划

3.1 龙滩珍珠李区划指标的确定

河池市气候温暖、雨水丰富，霜期较短，适合龙滩珍珠李苗木生长，但夏季高温，光照强，易灼伤果实。春季阴雨多，光照少，静风日数多，不利于花期授粉。河池市冬季气温普遍偏高，不能满足龙滩珍珠李苗木休眠，造成萌动期早，不利于萌芽，需要进行环剥，减少营养向树根输送，以促进花芽分生［6］。

根据龙滩珍珠李生长气候条件的要求，选择年降雨量、年平均气温、7 月下旬至8 月上旬气温日较差、极端（1 月）最低气温、年日照时数、年平均相对湿度、土壤pH、土壤质地、≥10 ℃有效积温、地形坡度及坡向11 个因子，作为龙滩珍珠李气候区划因子（表2）［7］。

表2 各因子分区指标

3.2 区划指标空间模型的建立

区划指标空间模型的建立是为了客观、科学地描述河池市龙滩珍珠李气候区划指标的分布。利用区划指标空间分析模型计算其他无气象观测站地区的台站分布。气候要素的值与经度、纬度、海拔、坡度、坡向等地理因素密切相关［8］。龙滩珍珠李气候区划指标与地理因子的关系可用模型表示为：

式中，Y为龙滩珍珠李气候区划指标因子（如年降雨量、年平均气温等）；φ为经度，λ为纬度，h为海拔高度，β为坡度，θ 为坡向，ε为残差，即：

建立模型的方式为采用SPSS 软件进行逐步回归分析，将气象要素作为因变量，而经度、纬度、海拔高度等地理因子作为自变量，最后建立龙滩珍珠李种植气候区划指标要素的空间推算模型（表3）。

由表3 可知，各方程的复相关系数为0.708~0.985，全部通过了信度α=0.05 的显著性检验，表明该推算模型具有很好的回归效果［9］。

表3 龙滩珍珠李区划指标的空间推算模型

3.3 龙滩珍珠李气候区划分析

3.3.1 区划指标网格推算 在利用上述区划指标空间推算模型的基础上，运用GIS 中的工具Raster Ca⁃culator，把1 km×1 km 网格的经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向进行栅格计算，推算得出每个区划指标在网格上的分布值，再利用残差公式进行订正［10］。具体方法是：将每个站点的经度、纬度、海拔高度地理数据等代入表3 的方程式中，得到模拟值F(ϕ,λ,h,β,θ)。

利用公式（2）求出的残差值，然后在GIS 中运用反距离权重插值法（IDW），最后将残差用内插方法得出的值放到1 km×1 km 网格点上，生成千米网格的残差栅格图。

将区划指标栅格图与残差栅格图进行矩阵加法运算［公式（3）］，得到区划指标分布图。

式中，区划指标栅格图用a矩阵表示，残差栅格图用b矩阵表示，订正后的区划指标栅格图用c矩阵表示。

利用上述计算出来的栅格数据，将每个指标的栅格图像数据区分为最适宜区、适宜区、不适宜区3 个标准同化到一定的数值范围，如最适宜区范围内的数值统一同化在20 分或10 分，适宜区在15 分或8 分，不适宜区在10 分或5 分（表4），得出7 个区划指标因子［11］（图1）。

表4 分区方法和专家打分

从图1 可以看出，河池市龙滩珍珠李种植农业气候区划各指标空间分值概况为≥10 ℃有效积温最适宜区主要分布在河池的东部偏南部一带，而西部、北部则不适宜；1 月最低气温最适宜区几乎覆盖了整个河池市，只有天峨、南丹县的北面很小区域，环江县东北面的很小区域范围内不适宜；年降雨量分值最适宜区主要分布在天峨、南丹、罗城、环江县及宜州、金城江区，而不适宜区主要分布在凤山、东兰、巴马、都安及大化县；年平均气温分值最适宜区及适宜区主要分布在河池中部一带到南部的主要县（区），而天峨及南丹县海拔高的区域、环江及罗城县北部海拔高的区域为不适宜区；年平均相对湿度分值最适宜区及适宜区域主要分布在河池大部分区域内，仅有天峨、南丹、东兰、凤山及环江县有少部分区域不适宜；年日照时数分值最适宜区及适宜区河池市几乎所有区域都覆盖，仅在环江县的东北边界、南丹县的北部边界一带很少区域不适宜；日较差（7 月下旬至8 月上旬）分值最适宜区及适宜区河池市几乎所有区域都覆盖，仅在环江县的东北边界、罗城县的西北部一带很少区域为不适宜区。

图1 河池市龙滩珍李种植农业气候区划各指标空间分值

3.3.2 龙滩珍珠李种植农业气候区划划分 最后将7 个同化后区划指标的栅格进行矩阵加法运算，获得总分值，当总分值为71~100 分时，所有指标均满足最适宜条件，划分为最适宜区；当总分值为51~70分时，所有指标均满足适宜条件，划分为适宜区；当总分值为＜50 分时，所有指标均不满足适宜条件，划分为不适宜区。对不同区域进行区分，并叠加各县的边界，最后完成龙滩珍珠李种植农业气候区划（图2）。

图2 河池市龙滩珍珠李种植农业气候区划

3.4 龙滩珍珠李种植农业气候区划结果分析

3.4.1 最适宜区 本区主要分布在天峨、南丹、东兰、凤山等县的所有乡镇中海拔高度在600~1 200 m，环江县北面的明伦、驯乐、龙岩、东兴及长美等乡镇，罗城县的兼爱、纳翁、宝坛等乡镇，金城江区的侧岭镇北面及长老乡、九圩镇的西面，巴马县的那社乡、所略乡，大化县的板升、岩滩等乡镇及百马乡的北面一带，都安县的隆福乡、保安乡的北面一带［12］。

3.4.2 适宜区 本区主要分布在天峨、南丹、东兰、凤山等县的所有乡镇中海拔高度在600 m 以下的范围，环江县北面的洛阳、下南、水源、大才及大安等乡镇，罗城县的怀群、天河、四把、龙岸、黄金及小长安等乡镇，金城江区的九圩、五圩、保平、拔贡、六圩、白土、东江等乡镇，巴马县的甲篆、凤凰等乡镇，大化县的江南、古文、六也等乡镇及百马乡的南面一带，都安县的板岭、下坳、永安等乡镇及保安乡的南面一带，都安县的拉仁、九渡、菁盛、龙湾等乡镇，宜州区的福龙、德胜、安马、洛西、三岔等乡镇及龙头乡的西部这些区域之外［13］。

3.4.3 不适宜区 主要分布在河池市的南面，有巴马县的燕洞、那桃、百林等乡镇，大化县的北景、乙圩、姜圩、都阳等乡镇及六也乡的南面、贡川及共和等乡镇，都安县的高岭、东庙、地苏、澄江及百旺等乡镇，宜州区的福龙、德胜、安马、洛西、三岔等乡镇及龙头乡的西部。

结合河池市地形可知，河池市地形总体上呈西北高东南低的形势，龙滩珍珠李气候种植的最适宜区及适宜区基本分布在地势相对高、海拔高度较高的地区［14］。河池市境内四大山脉（东风岭、凤凰山、九万大山、都阳山）附近及西北一带均为龙滩珍珠李气候种植的最适宜区，而中部为珍珠李气候种植的适宜区，南部平坦及海拔较低的为不适宜区。

综上所述，地势平坦、海拔高度较低的区域不利于龙滩珍珠李的种植，高海拔地区有利于龙滩珍珠李的种植。

实地调查了解到，现种有龙滩珍珠李的主要区域在最适宜或适宜范围内，说明区划结论符合龙滩珍珠李种植的实际。对于尚未种植龙滩珍珠李的最适宜或适宜区域，若没有更好的种植项目，可以考虑引进种植龙滩珍珠李或扩大种植面积［15］。

4 小结

综合上述，通过对河池市龙滩珍珠李种植的农业气候进行区划分析，可初步得出如下结论：①龙滩珍珠李适宜栽培于海拔500~1 000 m 朝南面的山地；②利用数理统计模型，结合地形分布，将气候资料插值到细网格上，龙滩珍珠李种植区划精细到200 m×200 m；③利用GIS、地理信息系统和气象资料，将河池市种植龙滩珍珠李气候划分为最适宜区、适宜区和不适宜区。经实地考察和专家评定，与实际种植情况相吻合［16］。

本研究针对河池市龙滩珍珠李种植进行气候区划时，仅考虑了影响龙滩珍珠李产量和品质的相关气候因素，但未针对土壤酸碱度、土壤肥力等其他因素的影响进行分析；对地形差异形成的各种复杂小气候也未研究分析。所以在实际运用上述区划结论的过程中，还要结合实际因地制宜，兼顾其他因素的制约与影响。