基于GIS的四川省特色农业区划研究.doc

基于GIS的四川省特色农业气候区划研究基金项目：四川省教育厅资助项目(08ZA099)摘要：利用GIS手段将四川省行政区划分为90米大小的单元网格，结合全省45个气象站点1991-2008年的气候要素观测数据，建立每一网格的年均温度、年均降雨量与该点经度、纬度和高程的多元线性回归模型，并据此推算得出全省气候资源的空间分布。同时分析并建立了适合于柚子、板栗、枇杷和青皮竹等4种经济作物生长的气候适宜性指标体系。依据作物适宜性指标分类体系将全省气候资源划分为适宜区、较适宜区和不适宜区三种气候类型。结果表明：柚子、板栗、枇杷和青皮竹等4种经济作物的气候适宜区均分布在四川省东南地区，适合种植的面积分别占全省总面积的15.98%、30.39%、38.61%、15.98%。关键词：气候区划；特色农业；四川；网格；GISStudy on GIS-based Distinctive Agricultural Climate Division in SichuanAbstract: In this paper, Sichuan province administrative regions was divided into unit grid of 90 meter resolution based on GIS, combined with observational data of climate factors in 45 meteorological stations during the 1991-2008, established multiple linear regression model between the average annual temperature, the average annual rainfall and the longitude, latitude and elevation of each grid, accordingly extrapolated spatial distribution of climate resources throughout the province. Also climate suitability index system was analyzed and built for grapefruit, chestnut, loquat and bambusa textilis economic crops. Classification system based on crops in the province is divided into appropriate areas, less appropriate for the area and not suitable for areas of climate resources. The results showed that: climate suitable area of 4 kinds of cash crops were located in the southeast region of Sichuan Province, the area suitable for cultivation accounted for 15.98%, 30.39%, 38.61%, 15.98%, respectively.Key words: Climate division; Distinctive agricultural; Sichuan; Grids; GIS农业气候资源是指为农业生产提供物质和能量的气候资源。组成农业气候资源的热量、水分、光照等要素的数量、组合及分配状况，在一定程度上决定了一个地区的农业生产类型、生产效率和农业生产潜力1,2。农业气候区划是在农业气候分析的基础上，采用对农业地理分布和地理学产量有决定意义的农业气候指标为依据，遵循农业气候相似原理和地域分异规律，将一个地区划分为若干个有明显差异的农业气候区域3,4。农业气候区划是农业自然条件区划中的一个部门区划，是农业区划的组成部分5。实施农业气候区划，能够充分合理地利用气候资源，在优化农业生产结构与布局等方面具有十分重要的作用6。近年来，随着地理信息系统(Geographic Information System，GIS)的发展，基于GIS技术的农业气候区划已成为气候区划的研究热点之一7-11。本文将以四川省45个站点1991-2008年的气象观测资料和90米分辨率的SRTM12为基础数据，对柚子、板栗、枇杷和青皮竹等4种经济作物作出气候适应性区划，为作物栽培的空间布局提供一定的理论支持。1 研究区概况与数据来源1.1 研究区概况四川省位于中国西南、长江上游地区，在东经972110831，北纬26033419之间。三面环山形成著名的四川盆地，自古以来素有“天府之国”的美誉。区域内东西部气候差异显著，气候垂直变化大，气候类型多，有利于农业的发展。而最适于农作物生长的四川盆地气候区全年温暖湿润，雨量充沛，年均降雨量10001200mm。年均温度1618，气温日差较小，全年日照时间较短，仅为10001400h。1.2 气象观测数据将获取的四川省45个气象站点1991-2008年的月平均气温和月降雨量处理为多年平均年降雨量和多年平均气温。1.3 DEM数据从网上下载覆盖四川全省的90米分辨率的SRTM 数据，在ARCGIS 9.2软件平台下进行拼接，最后用四川省的行政边界矢量数据对拼接好的SRTM栅格数据进行裁剪。同时用每个气象观测站的经纬度信息从SRTM数据中提取出每个站点的高程。2 特色农业气候区划2.1 气象观测数据的网格化在地理信息系统ARCGIS 9.2和ENVI 4.5平台下，将1:100万的四川省行政边界矢量数据重采样为90米分辨率的栅格数据，并分别生成全省的经度、维度和海拔高度栅格图层。根据4种经济作物对气候条件的需求状况，综合分析后选取年均降雨量、年均温度和1月平均温度作为气候适宜性分级的气候指标。在统计分析软件SPSS10.0下，利用全省45个气象站点的观测数据建立了各区划因子与经度()、纬度()和高程(h)的多元线性回归模型，见表1所示。表1 四川省气候区划因子多元线性回归模型气候要素回归方程相关系数R年均降雨量(mm)Y=-4070.46+67.571-69.32+0.03674h0.630*年均温度()Y=53.233-0.0745-0.863-0.00415h0.975*1月平均温度()Y=-4070.46+67.571-69.32+0.03674h0.944*注：*表示方程通过0.001水平的显著性检验从表1可以看出，年均温度和1月均温取得了较好的拟合精度，其空间分布和该处的海拔高度联系紧密；而降雨量的时空分布变化较大，与高程的联系也不密切，其拟合效果则较差。运用ENVI 4.5的波段运算功能，将经度、维度和高程的栅格数据代入表1所示的气候因子外推模型中，分别计算得到年均降雨量、年均温度和1月平均温度的栅格图层。海拔高度、年均温度和年均降雨量的分布如图1所示。海拔高度年均温度年均降雨量图1 四川省年均温度、年均降雨量和海拔分布2.2 作物气候适宜性分类指标体系气候因子的强弱程度及其空间分布对作物的分布及生长有着至关重要的影响作用。精细化特色农业气候区划不仅要求获取高精度的降雨、温度等气候因子的栅格数据，还需要根据各种作物的生长习性及其在各个生长阶段对气候因子的需求建立合适的气候适宜性指标分类体系。在广泛查阅柚子、板栗、枇杷和青皮竹等4种经济作物对气候要素需求的基础上，结合四川省实际气候类型建立了如表2所示的作物气候适宜性指标分类体系。每一类作物气候类型区包括适宜区、较适宜区和不适宜区。表2 四川省经济作物气候适宜性指标分类体系作物类别类型区年均温度()年降雨量(mm)1月平均温度()柚子适宜区1612006较适宜区14161000120046不适宜区1410004板栗适宜区171100-较适宜不适宜区15800-枇杷适宜区15301000-较适宜区1315, 30328001000-不适宜区13, 32800-青皮竹适宜区162011006较适宜区1416, 20231000110046不适宜区14, 2310004从表2可以看出，柚子和板栗对年均温度的需求大致相当，在年均温度达到16均能够正常生长；枇杷在年均温度大于15时能正常生长，但当温度超过30时对枇杷的生长则起抑制作用；青皮竹的生长对温度变化比较敏感，比较适宜的温度范围是1620。4种经济作物中柚子对降雨的需求最大，年降雨量达到1200 mm以上时能正常生长；板栗和青皮竹次之，枇杷对降雨的需求最少，年降雨量达到1000mm即能正常生长。此外，对柚子和青皮竹而言，每年的1月的均温不能低于6。2.3 特色农业气候区划结果在遥感软件ENVI 4.5的支撑下，利用决策树建立柚子、板栗、枇杷和青皮竹4种经济作物如表2所示的分类决策规则，作出的四川省不同经济作物的气候适宜性区划图，如图2所示。从图2可以看出，适合文中4种经济作物生长的区域大多分布在川东南平原地区，柚子、板栗、枇杷和青皮竹4种经济作物适合种植(包含适宜区和较适宜区)的面积分别占全省总面积的15.98%、30.39%、38.61%、15.98%。其中最适合栽培的经济作物是枇杷，其气候适宜区面积占全省总面积的13.85%。总体而言，四川省大部分地区的降雨和温度条件不适合柚子气候适宜性区划图板栗气候适宜性区划图枇杷气候适宜性区划图青皮竹气候适宜性区划图图2 四川省经济作物气候适宜性区划图3 讨论(1)文中针对4种经济作物的气候区划只考虑了降雨和温度这两个气候因子，而作物的生长过程还与土壤类型、坡度、坡向、各个生长期内的积温以及作物自身的种类特性等多种因素有关。丰富土壤类型、地形因子等各种地理信息数据库可以提高农业气候区划的精度。(2)四川省内的常规气候观测站点大多分布在川东南的平原地区，而面积占全省大部分的西北地区却鲜有气象站点分布。使得在建立各种气候因子外推模型的时候更多的考虑了川东南平原地区的气候特征，降低了川西北地区气象观测数据对外推模型的影响。加快气象站点建设、加强气象要素观测密度能在一定程度上提高气候因子外推模型的精度。(3)川西北地区海拔高、温度低、降雨量偏少，不适合对温度和降雨都有较高需求的经济作物栽种。文中作出的作物气候适宜性区划结果与实际自然状况是相符的。(4)通过对气候适宜性区划结果的分析还得出：年均降雨量是文中4种经济作物最主要的影响因子。枇杷和枇杷对年均温度的要求较低，故适合其生长的气候类型区分布范围较广；而柚子和青皮竹对年均温度的要求较高，只适合生长在川东南的局部地区。(5)利用GIS手段进行气候适宜性划分能显著提高区划结果的空间分辨率，但由于经度、纬度和高程在空间上的连续性，采用上述变量建立的外推模型插值得到全省气候因子的栅格图层，会使得年降雨量和年均温等气象要素的分布变得平滑，且大致上沿着川东南向西北地区逐渐减小，减弱了一些气候变化较大的观测数据的影响。参考文献1 张旭阳, 李星敏, 杜继稳. 农业气候资源区划研究综述J. 江西农业学报, 2009, 21(7): 120122.2 催明学. 农业气象学M. 北京: 高等教育出版社, 2006. 166170.3 田志会, 郑大伟, 王有年. 北京山区农业与旅游气候资源评价及开发利用方式探讨M. 北京: 气象出版社, 2008.2932.4 杜军, 胡军, 张勇. 西藏农业气候资源区划M. 北京: 气象出版社, 2007. 197199.5 顾钧禧, 章基嘉, 巢纪平, 等. 大气科学辞典M. 北京: 气象出版社, 1994: 434435.6 郭文利, 权维俊, 刘洪. 精细化农业气候区划业务流程初步设计J. 中国农业气象, 2010, 31(1): 98103.7 叶民盛, 舒晓波, 齐述华, 等. 基于GIS/RS的江西省农业气候区划J. 安徽农业大学学报, 2010, 37(1): 111115.8 唐红艳, 牛宝亮. 基于GIS技术的内蒙古兴安盟春玉米种植气候区划J. 中国农学通报, 2009, 25(23): 447450.9 尹东, 张旭东. 基于GIS的甘肃省油橄榄气候适宜性区划J. 经济林研究, 2009, 27(4): 6569.10 彭国照, 卿清涛, 熊志强. 四川盆区金银花气候生态适应性及区划研究J. 中国农业气象, 2007, 28(1): 6770.11 王加义