霍尔果斯市红提葡萄精细化气候区划

马玉平，伊里亚尔·叶克木江，吾米提·居马太，苏尔艾提·苏比黑，何雨曦，张山清

（1.伊犁州气象局，新疆 伊宁 835000；2.霍尔果斯市气象局，新疆 霍尔果斯 835200；3.新疆农业气象台/新疆兴农网信息中心，新疆 乌鲁木齐 830002）

霍尔果斯市位于新疆伊犁哈萨克自治州西部，光照充足，热量丰富，土地富饶，有稳定的山区降水和冰川积雪融水所汇集的河川径流和地下水的灌溉，为鲜食葡萄的种植提供了得天独厚的自然资源条件。近年来霍尔果斯市鲜食葡萄种植业发展迅速，2022 年全市以红提葡萄为主的鲜食葡萄种植面积达2.2×103hm2，总产量达5.61×104t，葡萄已成为当地农业发展、农民增收的主要经济来源。由于霍尔果斯市地形地貌复杂，地势高差悬殊，各地气候差异明显，因此，葡萄种植的气候适宜性具有明显的区域性特点。然而，近年来霍尔果斯市一些乡村和种植大户忽视红提葡萄种植的气候适宜性，盲目扩大红提葡萄种植规模，种植区域向高海拔地区扩展的势头日益明显，导致红提葡萄遭受霜冻、冻害、低温冷害而减产甚至绝产、品质下降的事件时有发生，严重影响红提葡萄种植的经济和社会效益。

关于我国葡萄种植气候适宜性区划的研究有很多，如选用生长季活动积温作为中国葡萄气候区划的一级指标，无霜期和干燥度作为二级指标，将中国葡萄适宜栽培区划分为山葡萄栽培区、欧亚种栽培区、欧美杂种栽培区和避雨栽培区4 种类型[1]；用数理统计方法和GIS 的精细化空间插值技术，根据酿酒葡萄气候区划指标，制作新疆酿酒葡萄种植气候区划[2]；用GIS 技术对气候资源进行小网格推算，对宁夏酿酒葡萄产区的生态区进行区划[6]；根据甘肃80 个气象站点近30 年气象数据，完成甘肃省葡萄种植精细化气候区划[16]。然而有关霍尔果斯市红提葡萄种植适应性气候区划方面的研究尚未开展。因此，本文拟建立红提葡萄气候适宜性区划指标的空间分布模型，以主成分分析法来确定区划因子的权重，以权重系数决定区划因子的主次，将区划因子的栅格数据进行叠加处理，最后得到霍尔果斯市红提葡萄种植适应性气候区划。

1 研究区概况

霍尔果斯市地处中国西部边陲，与哈萨克斯坦接壤，西承中亚五国，东接内陆省市，位于80°29′E，44°14′N，是312 国道、连霍高速公路的终点，距新疆维吾尔自治区首府乌鲁木齐市670 km，距哈萨克斯坦原首都阿拉木图378 km，距哈萨克斯坦最近的城市雅尔肯特35 km。霍尔果斯市域面积为1 908.57 km2。海拔596～4 249 m，落差大。地势由北向南倾斜，坡度在1.7%左右，东西向基本平行于等高线。

霍尔果斯市为大陆性干旱、半干旱气候，光照充足，热量丰富，气温日较差大，年平均降水量达266.8 mm，蒸发量为1 825.6 mm，年平均气温为10.9 ℃，≥10 ℃的积温为3 614.6 ℃，年日照时数为2 988 h。该地区春季盛行东北风，夏季盛行东风，秋冬季以北风为主；全年最多风向为东北风，春季风大，夏季次之，冬季最小；年平均风速在1.7～2.7 m/s。霍尔果斯市≥0 ℃的积温达4 212.1 ℃，无霜期达210 d（以日最低气温＞0 ℃的连续日数计算），霍尔果斯市四季分明，春、夏、秋、冬季分别为87、110、78、90 d，降水时间分布较为均匀，各季降水量相差不大，春季降水量为70.3 mm，夏季降水量最多，为77.5 mm，秋、冬季降水量最少，均为59.5 mm，比夏季降水量偏少23%。霍尔果斯市平原大部分地区的气候条件都适合葡萄生长发育，在此区域种植葡萄收益高；在不适合葡萄生长发育的区域种植，葡萄产量低、品质差，受灾频繁，种植成本高。霍尔果斯市各区域气候与海拔高度密切相关，对霍尔果斯市数字高程数据进行栅格化处理，绘制出的霍尔果斯市高程分布图（审图号：GS（2017）3320）与红提葡萄的适宜种植区有很好的对应关系。

2 资料和方法

2.1 资料来源

使用霍尔果斯市国家气象观测站1981—2020年及周边9 个区域自动气象站（表1）历年逐日气温、日照时数、降水量、天气现象等气象资料，霍尔果斯市1：50 000 基础地理信息数据由新疆气象信息中心提供。

表1 霍尔果斯国家气象站及区域自动站信息

2.2 方法

采用宏观地理因子的三维二次趋势面模拟与反距离加权残差订正相结合，对影响葡萄种植的各指标气候进行100 m×100 m 栅格点的空间插值模拟。

3 结果与分析

3.1 红提葡萄种植气候条件分析

3.1.1 光照条件

红提葡萄是喜光植物，对光照条件非常敏感。光照充足有利于光合作用，果枝多，座果率高，产量高，浆果着色好，含糖量高，品质佳。光照不足，果枝少，果色不正，含糖量低，产量也低。在霍尔果斯市平原区红提葡萄生长发育期（4—9 月），霍尔果斯国家气象观测站日照时数合计达1 871.1 h，较同期河谷平均日照时数（10 个国家气象观测站平均值）偏多161.5 h，是河谷日照时数最长的站，光照资源充足，能够满足红提葡萄对光照条件的需求。

3.1.2 温度条件

红提葡萄属晚熟品种，对热量条件的要求高。温度是决定葡萄能否顺利萌芽、抽梢和开花的重要气候因子，红提葡萄在整个生育期内要求温度在11～32 ℃，随着温度升高，生长随之加快。霍尔果斯市红提葡萄生长发育时段在4 月下旬—9 月下旬，全生育期150 d左右，需要≥10 ℃积温3 000～3 500 ℃·d[3，16]，霍尔果斯国家气象站≥10 ℃积温为4 035.3 ℃。

红提葡萄开墩期要求日平均气温稳定在8～13 ℃，霍尔果斯市红提葡萄开墩期一般在4 月中、下旬。红提葡萄新梢生长和展叶期的平均温度需＞13 ℃，红提葡萄花蕾形成则要求温度在16～22 ℃，温度<12 ℃对花蕾形成不利。霍尔果斯市4 月中、下旬平均最高气温为19.5～23 ℃，白天的温度条件能够满足红提葡萄展叶和花蕾的形成[3，16]。

红提葡萄开花期的适宜温度为24～30 ℃，霍尔果斯市红提葡萄5 月下旬开花，此时霍尔果斯市平均最高气温在26～27.5 ℃，有利于红提葡萄的开花授粉[11]。

红提葡萄成熟期的适宜气温为28～30 ℃，霍尔果斯市红提葡萄成熟期在9 月中下旬，期间霍尔果斯市平均最高气温在22.6～27.2 ℃，有利于红提葡萄成熟和品质提高[11]。

红提葡萄埋墩的温度条件是：历年平均最低气温<-15 ℃需要埋墩越冬，＞-15 ℃不需要埋墩即可安全越冬。霍尔果斯市平原地带冬季最低气温多年平均值为-22.0 ℃，远低于不埋墩安全越冬的临界值-15 ℃，因此，霍尔果斯市红提葡萄需全部埋墩越冬[29]。

对照红提葡萄各生长发育阶段的适宜温度指标可以看出，以霍尔果斯国家气象观测站为代表的霍尔果斯市平原区热量条件能够满足红提葡萄生长发育的需要，也有利于红提葡萄产量和品质的提高。

3.1.3 降水条件

葡萄在整个生长期要求水分充足，水量的多少对于葡萄生长发育、产量形成至关重要。红提葡萄在整个生长期每公顷需要约6 750 m3的水，相当于10 125 mm 的降水量，而霍尔果斯市在葡萄整个生长期总降水量只有130 mm，占葡萄需水量的19%，因此，葡萄的需水量主要依靠灌溉。霍尔果斯市河川径流和地下水能够满足葡萄对水分条件的需求。同时，葡萄生长期内降水少、空气干燥反而利于葡萄品质的提高[4]。

3.2 红提葡萄气候区划指标的确定

红提葡萄的生长发育、产量形成和品质优劣与热量条件关系密切，而光照和降水不是主要影响因子，红提葡萄气候区划指标的确定以热量条件为核心。结合红提葡萄整个发育期对热量条件的需求及前人的研究成果[1-2]，选取≥10 ℃积温和无霜冻期作为区划指标，霍尔果斯市红提葡萄气候区划指标见表2。

表2 红提葡萄种植气候指标

3.3 区划指标各气候要素的空间分布及其变化

3.3.1 ≥10 ℃积温空间分布

用线性回归方法分析≥10 ℃积温与海拔高度、经纬度的关系，可得≥10 ℃积温空间分布模型，公式如下：

式中：T10代表≥10 ℃积温、H 为海拔高度、λ 为经度、φ 为纬度。

因霍尔果斯市地势起伏和海拔落差大，≥10 ℃积温的空间差异较大，总体呈现“南部平原多，北部山区少”的分布（图1）。南部海拔720 m 以下的62团、61 团、伊车喀善乡等平原地带≥10 ℃积温为3 400～4 100 ℃·d，中部海拔720～950 m 的山前倾斜平原≥10 ℃积温为3 000～3 400 ℃·d，海拔≥950m的丘陵和山区≥10 ℃积温为3 000 ℃·d 以下。

图1 霍尔果斯市≥10 ℃积温空间分布

3.3.2 无霜冻期空间分布

春季最后一次日最低气温≤0 ℃之日称作终霜冻日，秋季第一次出现日最低气温≤0 ℃之日称作初霜冻日，将一年中终霜冻日至初霜冻日之间的天数称作无霜冻期[2]。

同样用线性回归的方法分析无霜期与海拔高度、经纬度的关系，可得无霜期的空间分布模型：

式中：S 为无霜期、η 为高程、λ 为经度、φ 为纬度。

霍尔果斯市无霜冻期的空间分布与≥10 ℃积温相似，总体呈现“南部平原高，北部山区低”的分布格局（图2）。海拔≤890 m 的南部各乡（场）无霜冻期为180～214 d；中部海拔890～1 300 m 的丘陵地带为160～180 d；北部海拔≥1 300 m 的山区无霜冻期在160 d 以下。

图2 霍尔果斯市无霜冻期空间分布

3.4 葡萄精细化农业气候区划及其分区评述

根据表2 葡萄区划指标，用专家打分法和层次分析法划分区划因子的权重依赖专家及决策者的意志，主观人为因素高，不如主成分分析法划分的权重客观，因此，本研究采用主成分分析法来确定区划因子的主次，用≥10 ℃积温和无霜期的主成分载荷除以主成分相对应特征值的平方根，可以得到≥10 ℃积温和无霜期的特征向量，以特征向量和≥10 ℃积温和无霜期所对应的方差贡献率为权重，≥10 ℃积温所占权重约为0.65，可作为主要的区划因子；无霜期所占权重约为0.35，可作为次要的区划因子。先用站点数据建立回归方程，再将站点数据推算成100 m×100 m 的格点数据。将霍尔果斯市≥10 ℃积温、无霜冻期的栅格数据进行叠加处理，然后利用Arcgis10.6 空间细网格推算模型再结合葡萄区划指标，根据模糊聚类方法进行综合区划，获得霍尔果斯市红提葡萄种植气候区划（图3）。

图3 霍尔果斯市葡萄种植农业气候区划

依据区划指标可将霍尔果斯市红提葡萄种植区划分为适宜种植区、次适宜种植区和不适宜种植区。

适宜种植区位于海拔720 m 以下的霍尔果斯市南部平原地带，包括莫乎尔片区、伊车嘎善乡及61、62 团大部区域适合种植红提葡萄；区域≥10 ℃积温为3 400～4 100 ℃·d，无霜冻期为190～214 d，是霍尔果斯市热量资源最丰富、无霜期时间最长的区域，也是红提葡萄种植气候条件相对最适宜、产量最大、品质最好的区域。可在此区域扩大红提葡萄的种植面积。

次适宜种植区位于霍尔果斯市中部海拔720～950 m 的山前平原，包括开干沟牧场、甲朗阿西牧业队等区域；区域≥10 ℃积温为3 000～3 400 ℃·d，无霜冻期为177～190 d，热量条件可基本满足红提葡萄种植的需求，生长期短于适宜区，产量和含糖量均低于适宜区，是红提葡萄种植的气候次适宜区。此区域应限制红提葡萄的发展，缩小种植面积。

不适宜种植区位于霍尔果斯市北部海拔高度950 m 以上的山区，区域≥10 ℃积温在3 000 ℃·d 以下，无霜冻期不足177 d，热量条件难以满足红提葡萄种植的基本需求，不适宜红提葡萄的种植。

政府决策部门可依据红提葡萄区划调整霍尔果斯市农业种植结构，在适宜种植区扩大红提葡萄的种植面积，在次适宜种植区、不适宜种植区发展其他适宜种植的果树或畜牧业，做到宜农则农、宜林则林、宜牧则牧，以充分利用霍尔果斯市的各类气候资源。

4 结论与讨论

4.1 结论

（1）≥10 ℃积温和无霜冻期是影响霍尔果斯市葡萄种植的主要气候因素，受海拔高度、地理纬度等地理因素的综合影响，霍尔果斯市≥10 ℃积温和无霜冻期的空间分布总体呈现南部平原多，北部山区少的特点。

（2）依据区划指标可将霍尔果斯市红提葡萄种植区划分为适宜种植区、次适宜种植区和不适宜种植区。适宜种植区分布在海拔720 m 以下的南部平原地带，次适宜种植区分布在霍尔果斯市中部海拔720～950 m 的山前平原，北部海拔高度950 m 以上的天山山区为不宜种植区。

4.2 讨论

有关红提葡萄的研究很多，多集中于栽培、病虫害防治、酿酒工艺等方面，尚未见研究红提葡萄区划方面的报道，本研究在确定区划因子的权重时，分别采用了层次分析法和主成分分析法，以这两种方法划分出区划因子的权重而做出的区划图没有明显差别，由于主成分分析法不含人为因素较为客观，因此，选取主成分分析法作为最终的权重划分方法。葡萄区划问题非常复杂，涉及到品种特性、土壤、气候和自然地理等多种因素的影响，任何区划指标都难以满足优质生态区划的现实需要[6]。农作物（果树）种植气候区划只是针对气候资源的区划，未考虑其他因子，也是农业区划的一项基础性部门区划。葡萄种植区域的确定不仅受气候因素的影响，同时还受市场状况、种植技术、土壤和灌溉条件等因素的制约[2]。本研究仅以气象要素划分了霍尔果斯市红提葡萄种植区划，今后还应考虑自然、社会和经济因素对葡萄生产的综合影响，制定更加符合实际的红提葡萄种植区划。