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基于GIS的菏泽市优质小麦精细化农业气候区划研究

时间:2024-05-24

陈楠 黄玉芳 孔刘备 李娜 张朝昌 马慧妍

摘 要:为合理配置农业资源,实现农业的可持续健康发展,该文对菏泽市的优质小麦精细化农业气候区划进行了研究。在综合分析小麦全生育期间的气候条件的基础上,综合考虑了菏泽市的土壤类型、灌溉条件、种植结构、地形地貌等因素,确定了菏泽市优质小麦的气候区划指标,利用 GIS 技术将菏泽市优质小麦种植划分为强筋区,强筋、中筋过渡区,中筋区3个不同的适宜种植区,同时叠加了土地利用信息,区划结果更为精细化,以更好地指导农业生产。

关键词:GIS;优质小麦;精细化;农业气候区划

中图分类号 S512.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2018)06-0134-03

Abstract:In order to rationally allocate agricultural resources and achieve sustainable and healthy development of agriculture,the fine agricultural climate regionalization of high quality wheat in Heze is studied in this paper. Based on the comprehensive analysis of the whole wheat growing period of climatic conditions,considering the Heze City soil types,irrigation conditions,planting structure,topography and other factors to determine the climatic zoning indexes of high quality wheat in Heze City,using GIS technology,high-quality wheat planting in Heze City is divided into three different suitable planting areas including strong gluten zone,strong gluten and medium gluten wheat transition zone and middle gluten zone,and superimposed on the information of land use zoning results,more refined,plays an important role in guiding the actual production.

Key words:GIS;High quality wheat;Refinement;Agro climatic zoning

1 資料来源与方法

1.1 资料来源 菏泽市优质小麦的生长状况以及菏泽市的土壤类型、灌溉条件、地形地貌等资料来源于菏泽市农业局,气象资料数据主要来自1971—2016年菏泽市7县2区的地面气象观测站所提供气温、降水、日照等历史资料[1]。小麦精细化气候区划使用的地理信息底图资料是菏泽市国土局提供的1∶25万菏泽市的基础地理背景数据。

1.2 研究方法 运用GIS的方法将1∶25万等高线数据转成高分辨率的数字地形模型,在此基础上进行数字地形定量分类技术研究。利用专家打分法对菏泽市的优质小麦进行区划。专家打分法指采用匿名的方式对相关领域的专家进行咨询,并综合多数专家的意见进行汇总、分析及归纳,通过该方式对无法采用或难以采用定量分析的因素进行合理估算,经过多轮专家意见征询、反馈后,对评估的各种指标进行分析的方法。专家打分法的具体操作过程为:首先选择本专业领域相关专家;其次专家对方案评估指标给予打分;然后进行总结,并汇总各个指标的分数,最终得出各个指标的结果,并将该结果反馈给专家,最后依据结果所打的分数,给出说明,并统一商量确定分值。专家直接根据经验并综合考虑各种因素后确定分数的估计法与直接由人给出分数的方法具有一定的主观性、随意性,但是由于小麦品质的复杂性和不确定性、模糊性,这种依据经验得出的结论较为可靠。

2 小麦生育期间的气候条件分析

菏泽市属暖温带大陆性季风气候,四季分明,热量充足,气温适宜,光照资源丰富,降水时空分布不均匀。菏泽市的冬小麦一般于10月中旬播种,次年5月下旬至6月上旬收获。菏泽市小麦全生育期的气候特征是:秋季光照充足,气温适宜,降水量时空分布不均匀;冬季气温偏低,秋冬连旱时有发生;春季气温回升快,光照充足,但气温的变化幅度较大,时有低温晚霜冻发生,多大风天气,导致土壤失墒快;冬小麦生育后期气温偏高,容易遭受病虫害及干热风灾害。

2.1 光照 菏泽市各县的年平均日照时数1815.2~2604.8h。由图1可知,菏泽市的年平均日照时数由北部向南部呈递减的趋势,年平均日照时数较多的县区主要分布在牡丹区、郓城县和定陶县。年平均日照时数较少的县区主要分布在成武县和单县。受天文因素影响,一年之内,各县夏季日照时数最多,春秋次之,冬季最少。菏泽市的日照时数能够满足冬小麦的生长发育、产量和品质形成的需要。

2.2 气温 根据菏泽市1971—2010年的地面气象观测资料可知,菏泽市各县的年平均气温为13.6~14.3℃,无霜期265~315d,初霜期在10月中、下旬,终霜期在4月中、下旬。就气温的空间分布而言,由图2可知,菏泽市南部的年平均气温比北部的年平均气温偏高,即菏泽市的气温由南向北呈递减的趋势。年平均气温较高的县区主要分布在成武县、曹县和单县,年平均气温较低的县区主要分布在鄄城县和东明县。就四季的年平均气温变化而言,夏季最高,冬季最低,春秋居中。菏泽市冬小麦全生育期≥0℃积温在2126.8(鄄城)~2355.5(单县)℃,适期播种的冬小麦,越冬前≥0℃积温都能达到600℃左右,有利于形成冬前壮苗。

2.3 降水 菏泽市常年平均降水量为592.0~694.9mm。年际间降水量变化之大,降水时空分布不均匀。菏泽市其分布的主要特征是南部多、北部少,东部多、西部少。由图3可知,菏泽市的降水从东南部县区向西北部县区呈阶梯状减少的趋势。年平均降水量较多的县区主要分布在单县、曹县、成武县和定陶县,年平均降水量较少的县区主要分布在牡丹区、东明县和鄄城县。菏泽市的降水主要集中在7—8月,因此秋冬连旱、春季干旱时有发生,对冬小麦的籽粒形成和产量造成了不利影响。

3 优质小麦生产与气候条件

大量的研究结果表明,小麦籽粒的品质既受遗传特性的控制,也受土壤质地、气候条件、栽培措施、耕作制度等环境条件的影响。在影响小麦品质的诸多环境因素中,气候条件是主导因素,对小麦的品质影响更为明显[2]。同一小麦品种在不同地区种植表现出的品质间的差异,在很大程度上主要受气候条件变化的影响。在影响小麦品质的气候条件中,以小麦生育期间内的水分、温度和光照最为重要。

3.1 水分的影响 小麦品质的性状主要受小麦生长发育关键时期降雨量的影响,相比之下,全生育内的总雨量影响相对较小。水分影响小麦品质的主要时期在抽穗—乳熟阶段[3]。研究表明,小麦的开花期,降水对小麦的蛋白质含量呈负相关。开花期降水偏多,会使土壤湿度过大,从而造成蛋白质含量减少,降低了面筋的弹性。若灌浆乳熟期间降水偏少,则会影响淀粉磷酸化酶的活性,不利于葡萄糖合成淀粉,但是可溶性氮合成蛋白质的反应则受影响较小,所以旱地小麦或小麦灌浆期间水分亏缺时,会造成小麦籽粒角质率和蛋白质含量较高。降水过多,也会造成小麦品质下降,从而降低面筋的弹性。

3.2 温度的影响 温度对小麦品质有重要影响,同时也影响着小麦的生长发育以及小麦的光合产物的形成。温度对小麦品质影响的最重要阶段是小麦的抽穗至成熟期间,该时期是小麦产量和品质形成的关键时期。该时期的日平均气温在15~30℃,若温度升高,则会造成籽粒干物质积累速度加快,使得粒重增高,蛋白质含量也会增加[4]。灌浆期温度升高,有利于小麦籽粒形成和蛋白质含量增加,使得面筋的得到改善,但当温度大于30℃时,则会影响小麦品质。另外,开花至成熟期的蛋白质含量与灌浆-成熟期间的昼夜温差呈显著正相关。

3.3 日照的影响 较充足的光照有利于小麦籽粒灌浆期间蔗糖和淀粉的合成,籽粒产量高以及蛋白质含量的提高[5]。

4 菏泽市的优质小麦农业气候区划指标

通过以上分析,参考已有的优质小麦区划研究成果,充分考虑菏泽市的小麦生产和农业气象条件,按照优化品质结构、提高种植效益、合理配置资源的原则,提出菏泽市优质小麦农业气候区划指标。选取全生育期≥0℃积温(℃)、全生育期降水量(mm)、3—4月雨日(天)、3—4 月日照时数(h)、5月降水量(mm)、5月日照时数(h)、5月平均气温日较差(℃)7个气候要素作为优质专用小麦农业气候区划的因子,并按照强筋、中筋和弱筋小麦的适宜种植指标进行分级。表1[6]中的数据为菏泽市强筋、中筋和弱筋小麦适宜种植的区划指标,是引用华北地区优质专用小麦的农业气候区划指標进行分级和划分的,我们通过表1[6]中的全生育期≥0℃积温(℃)、全生育期降水量(mm)、3—4月雨日(天)、3—4月日照时数(h)、5月降水量(mm)、5月日照时数(h)、和5月平均气温日较差(℃)这7个气候要素,根据菏泽市7县2区的地面气象观测站所提供气温、降水、日照资料数据,分别计算出这7个要素的值,再进行专家打分,可以对菏泽市的优质小麦进行区划。

4.1 区划分级结果 采用专家打分法,按照表1中的优质专用小麦区划因子进行打分,分别赋予一定的分值,如全生育期的降水量(mm):<260mm,赋予3分;260~400mm,赋予2分;>400mm时,赋予1分,其他指标的打分以此类推,然后对每个区划因子的分数进行加权叠加处理得到总分值,在综合考虑灌溉条件、土壤质地和地形地貌等因素的基础上,制作出菏泽市优质小麦农业气候区划图,分为强筋小麦适宜种植区、强筋中筋小麦过渡区、中筋小麦适宜种植区3个区[7]。

4.2 区划结果分析

4.2.1 强筋小麦适宜种植区 该区主要包括郓城、巨野。该县区的小麦光照、热量条件较好,冬季气温适宜,光照充足,有利于形成冬前壮苗和小麦的安全越冬;拔节期由于大风日数较多,土壤失墒快,出现干旱的几率较高[8]。但由于灌溉条件较好,能缓和自然降水偏少的矛盾;灌浆期少雨且气温日较差大。该县区地势平坦,土壤质地多为沙壤土、壤粘土,自然降水偏多,灌溉条件良好,土壤肥力水平较高;因而大部分麦田适合优质强筋小麦生长(图4)。

4.2.2 强筋、中筋小麦过渡区 该区主要包括鄄城、菏泽、东明、定陶(图4)。

4.2.3 中筋小麦适宜种植区 该区主要包括曹县、成武和单县。该县区小麦生育后期气温日较差常大于12℃,有利于千粒重的提高。该区土壤多为褐土大部分麦田适合中筋小麦生长(图4)。

5 小结

(1)本研究在综合分析小麦全生育期间的气候条件的基础上,综合考虑了菏泽市的土壤类型、灌溉条件、种植结构、地形地貌等因素,确定了菏泽市优质小麦的气候区划指标,利用GIS技术将菏泽市优质小麦种植划分为强筋区、强筋、中筋小麦过渡区、中筋区3个不同的适宜种植区,同时叠加了土地利用信息,区划结果更为精细化,对实际生产有较强的指导作用。

(2)此次区划结果与目前菏泽市优质小麦种植分布总体较为一致。

(3)发展优质小麦的种植,可以全面提升菏泽市优质小麦的市场竞争能力和综合生产能力,从而实现农民增收,推动农业可持续健康发展。

参考文献

[1]陈楠,程萌.菏泽市降水变化趋势与时空分布特征[J].中国农学通报,2016,32(36):136-141.

[2]余卫东,陈怀亮.河南省优质小麦精细化农业气候区划研究[J].中国农学通报,2010,26(11):381-385.

[3]王绍中,刘发魁,张玲,等.小麦品质生态及品质区划研究——Ⅲ.河南省小麦品质生态区划[J].河南农业科学,1995(12):3-6.

[4]李金良,赵丽英,李金榜,等.南阳市小麦品质生态区划研究与应用[J].河南农业科学,2003,32(9):12-14.

[5]王荣栋,孔军,陈荣毅,等.新疆小麦品质生态区划[J].新疆农业科学,2005,42(5):309-314.

[6]程芳芳,王玉岗,李红卫,等.郑州市优质小麦精细化农业气候区划[J].农学学报,2014,4(3):88-92.

[7]程芳芳,查菲娜,彭记永,等.中牟优质小麦精细化农业气候区划[M]//经济策论.北京:中国科学技术出版社,2011.

[8]赵学东.论滑县冬小麦精细化农业气候区划[A]//中国气象学会.第33届中国气象学会年会S14提升气象科技创新能力,保障农业丰产增效[C].2016:3.

(责编:张宏民)

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