基于GIS的山西高粱种植气候适宜性精细区划

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0281

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (9): 92-99.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0281

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基于GIS的山西高粱种植气候适宜性精细区划

韩小英¹^,²(), 张蕾¹^,², 杨三维¹^,²(), 芦艳珍¹, 李文婷¹^,²

¹ 山西农业大学省部共建有机旱作农业国家重点实验室，太原 030031
² 山西农业大学农业经济管理学院，太原 030006

收稿日期:2022-04-10 修回日期:2022-06-10 出版日期:2023-03-25 发布日期:2023-03-23
通讯作者: 杨三维，男，1969年出生，山西河曲人，研究员，学士，研究方向：从事生态农业研究及旱作农业。通信地址：030006 山西省太原市小店区坞城路4号山西农业大学农业经济管理学院，Tel：0351-7072852，E-mail：ysvysv@163.com。
作者简介:
韩小英，女，1989年出生，山西偏关人，助理研究员，硕士，研究方向：农业资源区划及GIS技术。通信地址：030006 山西省太原市小店区坞城路4号山西农业大学农业经济管理学院，Tel：0351-7072852，E-mail：sxauhxy@163.com。
基金资助:
山西农业大学省部共建有机旱作农业国家重点实验室自主研发项目“基于GIS的主要农作物地膜覆盖区域适宜性研究”(202105D121008-1-3); “地膜减用增效染污防控策略研究”(202001-3); 山西省社科联2021年度重点课题“吕梁山区耕地抛荒的调查研究”(SSKLZDKT2021043)

Fine Regionalization of Climatic Suitability for Sorghum Planting in Shanxi Province Based on GIS

HAN Xiaoying¹^,²(), ZHANG Lei¹^,², YANG Sanwei¹^,²(), LU Yanzhen¹, LI Wenting¹^,²

¹ State Key Laboratory of Sustainable Dryland Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taiyuan 030031
² College of Agricultural Economics and Management, Shanxi Agricultural University, Taiyuan 030006

Received:2022-04-10 Revised:2022-06-10 Online:2023-03-25 Published:2023-03-23

摘要/Abstract

摘要：

气候条件和生长周期对于高粱种植至关重要，合理的利用山西省气候资源，对优化高粱种植布局具有重要意义。本文对1979—2020年山西省109个气象监测站点的逐日气象资料进行分析和总结，将高粱生育期内的平均气温、降水量、日照时数、≥10℃有效积温及全年的无霜期数据作为气候区划的参考因子，采用GIS技术进行数学建模，推算基于地理关系的高粱种植气候因子空间的各气候要素，并对气候区划指标进行反馈矫正，最后建立了基于气候适宜指数等级指标的高粱气候区划。结果表明：山西省最适宜高粱种植的区域位于吕梁山西侧的大部分县（区）和山西省其他大部分盆地区域，占总面积的41%；次适宜区主要分布在山西省内海拔相对较低的平原或低山区域，占总面积的42%；不适宜区主要分布在山西省内高海拔寒冷地区，占总面积的17%。本文研究阐明了山西省气候条件和生长周期对高粱种植的重要意义，可为山西省各县（区）的高粱种植生产提供科学合理的布局参考依据。

关键词: 山西省, 气候区划, 适宜性, 高粱, GIS

Abstract:

Climatic conditions and growth cycle are crucial for sorghum planting. To optimize the layout of sorghum planting in Shanxi Province, it is important to fully and rationally use the climatic resources. In this work, we analyzed and modeled the daily meteorological data to establish the sorghum climate regionalization based on the climatic suitability grade, in which the data were collected from 109 meteorological monitoring stations in Shanxi Province ranging from 1979 to 2020. Specifically, we adopted the related climatic indices as the experimental indices for the sorghum climate regionalization, which included the average temperature, precipitation, sunshine hours, effective accumulated temperature ≥10℃, and the annual frost-free period data during the sorghum growth period. GIS method was utilized to calculate the climatic elements of the sorghum planting and correct the climatic indices of regionalization based on the geographical relationships.

The experimental results indicated that the most suitable areas for sorghum planting in Shanxi Province located in most counties (districts) on the west side of Lvliang Mountain and most other basins in Shanxi Province, which accounted for 41% of the total area. The sub-suitable areas were mainly distributed in low plains or low mountain areas of Shanxi Province, which accounted for 42% of the total area. Unsuitable areas were mainly distributed in high-altitude and cold areas in Shanxi Province, which accounted for 17% of the total area. This work demonstrated the significance of climatic conditions and the growth cycle for sorghum planting in Shanxi Province. It could provide a scientific basis for sorghum planting and production in all counties (districts) in Shanxi Province.

Key words: Shanxi Province, climatic regionalization, suitability, sorghum, GIS

韩小英, 张蕾, 杨三维, 芦艳珍, 李文婷. 基于GIS的山西高粱种植气候适宜性精细区划[J]. 中国农学通报, 2023, 39(9): 92-99.

HAN Xiaoying, ZHANG Lei, YANG Sanwei, LU Yanzhen, LI Wenting. Fine Regionalization of Climatic Suitability for Sorghum Planting in Shanxi Province Based on GIS[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(9): 92-99.

图/表 14

图1. 2010—2019年山西高粱种植单产与面积

图2. 山西省地面气象站点分布图

区域类型	T_ave/℃	ΣT_≥10℃/℃	S/h	R/mm	FFP/d
最适宜区	>20	>2800	>1200	>420	>160
次适宜区	14~20	2400~2800	1000~1200	350~420	120~160
不适宜区	<14	<2400	<1000	<350	<120

表1. 山西省高粱种植的气候适宜性区划指标及划分标准

区划指标	模型	相关系数R	F值
T_ave	62.812-0.315λ-0.044φ-0.006 h-0.001θ	0.976	418.584^**
ΣT_≥10℃	9480.584-45.700λ-9.642φ-0.996 h+0.030θ-0.032β	0.975	396.177^**
S	203.255-7.372λ+44.977φ+0.052 h+0.386θ+0.053β	0.840	48.789^**
R	-2.073+12.590λ-30.328φ+0.112 h+0.443θ+0.011β	0.813	39.788^**
FFP	644.712-1.651λ-6.528φ-0.053 h+0.127θ-0.004β	0.970	321.975^**

表2. 气候区划指标空间的推算模型

区划因子	隶属函数
T_ave/℃	$μ x 1 1 x ≥ 20 x - 14 6 14 < x < 20 0 x ≤ 14$
ΣT_≥10℃/℃	$μ x 2 1 x ≥ 2800 x - 2400 400 2400 < x < 2800 0 x ≤ 2400$
S/h	$μ x 3 1 x ≥ 1200 x - 1000 200 1000 < x < 1200 0 x ≤ 1000$
R/mm	$μ x 4 1 x ≥ 420 x - 350 70 350 < x < 420 0 x ≤ 350$
FFP/d	$μ x 5 1 x ≥ 160 x - 120 40 120 < x < 160 0 x ≤ 120$

区划因子	隶属函数
T_ave/℃	$μ x 1 1 x ≥ 20 x - 14 6 14 < x < 20 0 x ≤ 14$
ΣT_≥10℃/℃	$μ x 2 1 x ≥ 2800 x - 2400 400 2400 < x < 2800 0 x ≤ 2400$
S/h	$μ x 3 1 x ≥ 1200 x - 1000 200 1000 < x < 1200 0 x ≤ 1000$
R/mm	$μ x 4 1 x ≥ 420 x - 350 70 350 < x < 420 0 x ≤ 350$
FFP/d	$μ x 5 1 x ≥ 160 x - 120 40 120 < x < 160 0 x ≤ 120$

表3. 高粱种植气候适宜性区划指标的隶属函数表

区划指标	ΣT_≥10℃	T_ave	S	R	FFP
ΣT_≥10℃	1	3	5	5	7
T_ave	1/3	1	3	5	7
S	1/5	1/3	1	3	7
R	1/5	1/5	1/3	1	3
FFP	1/7	1/7	1/7	1/3	1
权重值	0.47	0.27	0.14	0.07	0.03

表4. 高粱种植气候适宜性区划因子的判断矩阵和权重

图3. 山西省5—9月平均气温分布

图4. 山西省5—9月≥10℃积温分布

图5. 山西省5—9月降水量分布

图6. 山西省5—9月日照分布图

图7. 山西省无霜期分布图

分级	最适宜	次适宜	不适宜
U	>0.84	0.36~0.84	<0.36

表5. 山西省高粱气候适宜性区划等级划分

图8. 山西省高粱种植气候适宜性区划

图9. 2019年山西省各县（区）高粱总产

参考文献 25

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