滕州市冬小麥精細化農業區劃研究

張立文，黃燕玲，趙淑芳

（棗莊市氣象局，山東棗莊 277800）

滕州市冬小麥精細化農業區劃研究

張立文，黃燕玲，趙淑芳

（棗莊市氣象局，山東棗莊 277800）

文章利用滕州市1個國家氣象觀測站和20個區域自動觀測站的冬小麥生長階段氣象數據、土壤、地形資料及地理信息，選取冬小麥生長的主要影響因子建立區劃指標，并結合GIS技術和層次分析法，將全市劃分為最適宜種植區、適宜種植區和一般適宜種植區。結果表明，滕州市冬小麥氣候因子適應性整體水平比較高，呈現由東南向西北遞減的趨勢；從地形因子的角度看，滕州市大部分地區處于適宜和最適宜種植區；考慮土壤因子則發現，滕州市冬小麥種植適宜程度均較好，中部和西南部高于其他地區。綜合考慮3個因子，并結合河流及土地利用類型得出，冬小麥精細化綜合農業區劃，即冬小麥適宜性南部高于北部，西南部適宜性最強，最適宜、適宜等級占全市面積的一半以上。

冬小麥 精細化 農業區劃

冬小麥是世界上分布最廣泛的作物之一，除南極洲外，小麥生產遍布世界各大洲。我國的栽培小麥其原產地主要是中亞和西亞，后經土耳其通過阿富汗、新疆或印度傳入我國[1]。冬小麥也是滕州市主要糧食作物之一，播種面積約5.45萬hm2，占全市糧食作物面積的49.4%左右[2]。

該市小麥多為弱冬性品種，生育期約245～250 d。由于各地氣候條件、下墊面屬性及耕作制度的差異，冬小麥生產存在一定的地域性。雖然早在20世紀90年代，崔讀昌就進行了中國小麥綜合氣候區劃，但區劃指標主要考慮氣候條件，并未涉及地形、土壤等影響因子[3]。緊接著山東省農業部門也進行了冬小麥種植區劃[4]。隨著氣候變暖、土地利用多元化和經濟的迅速發展，冬小麥種植區域發生了新的變化，需要重新對冬小麥種植的綜合適宜性進行科學的精細化區劃。

傳統的農業氣候區劃往往是以省份為界限，區劃結果均是根據氣象站點資料的分析，忽略海拔高度、坡度、土壤類型等屬性對冬小麥的影響，所得結果難以精確反映縣市的農業區劃狀況。

滕州市地貌類型多樣，自東北向西南依次為低山、丘陵、平原、濱湖，氣候條件差異較大，站點資料的代表性更差。而在GIS技術支持下，建立區劃地區千米網格的精細化農業資源時空分布模型，可大幅度提高區劃結果的精確度，使區劃成果趨于相對均質的地理網格單元[5-6]。

在農業資源區劃工作中，GIS技術已得到廣泛的應用[7-8]，效果較為顯著。因此，文章結合GIS技術和層次分析法，在考慮氣象條件的基礎上，增強了對山區、丘陵、平原等復雜多變的地形及土壤類型、質地的模擬能力，且進一步考慮滕州市河流及土地利用類型，得到滕州市冬小麥精細化綜合農業區劃。這有利于種植戶針對性地優化布局和趨利避害，提高冬小麥生產能力。

1 資料與方法

1.1 資料與處理

采用滕州市1個國家氣象觀測站和20個區域自動觀測站2007～2015年溫度（平均溫度、極端最高、最低溫度）、降水（降水總量、極端降水）、日照、相對濕度等氣象要素數據。土壤資料包括土壤類型、土壤質地和腐殖質層厚度，數據均來源于山東省氣象局。地形數據為山東省海拔高度、坡度、坡向，資料來源于CGIAR-CSI提供的SRTM全球高程數據。綜合區劃所用的土地類型柵格數據和河流矢量數據分別由山東省氣象局和中國國家數據中心提供。

現有的氣象觀測資料只能反映站點周圍區域的氣候概況，不能全面表征所代表區域的詳細情況。因此，采用Kriging插值法，在有限區域內，對區域化變量進行無偏差最優估計，對已知樣本點賦權重來求得未知樣點值，從而獲取滕州市分辨率90 m×90 m的柵格圖。在區劃過程中，由于所選因子的量綱不同，需要將因子進行標準化。根據區劃中因子與作物種植適宜程度的關系而選擇，若因子與作物種植的適宜程度成正比，則采用極大值標準化方法；反之，采用極差標準化方法。

1.2 區劃方法

目前，精細化農業區劃中，常用的數理統計方法涉及最優分割、聚類分析、線性回歸、模糊綜合評判、層次分析等方法。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是對一些較為復雜、較為模糊的問題，做出決策的簡易方法，特別適用于那些難于完全定量分析的問題。層次分析法能將決策者的思維過程條理化、數量化，便于計算。此外，所需的定量化數據較少，但對問題的本質、所涉及的因素及其內在關系分析得比較透徹、清楚。

考慮到不同因子在區劃評價中的影響程度存在一定的差異，分別對不同的因子賦予不同的權重系數，并綜合考慮了各個因子對總體對象的影響程度，對各因子的計算結果進行加權平均，即得到綜合區劃指標。

其中，Cvj評價因子的總值，Qvij是對于因子j的指標i（Qij≥0），Wci是指標i的權重值（0≤Wci≤1），m是評價指標個數。

根據冬小麥生育期各階段所需氣象條件的不同，選擇了最可能影響冬小麥生長的8個氣象要素作為冬小麥種植區的影響因子，并根據冬小麥對不同地形因子與土壤因子的適應性及受影響程度不同，采用層次分析法賦予不同權重，具體因子的選取及權重分配見圖1。

2 區劃結果分析

2.1 氣候因子精細化區劃結果

圖1 滕州市冬小麥精細化農業區劃因子及權重分配

將影響冬小麥生長發育的關鍵氣候因子進行累加，結果顯示，滕州市冬小麥種植氣候適宜性總體呈現由東南向西北遞減的趨勢（圖2）。張汪鎮、柴胡店鎮、官橋鎮、木石鎮、西崗鎮、鮑溝鎮、南沙河鎮為冬小麥氣候因子最適宜種植區。最適宜種植區位于滕州市南部區域，該地區冬前≥0℃積溫（10月1日至12月10日）范圍在745～760℃，冬季負積溫（12月至來年2月）范圍在-90～-84.0℃。冬前積溫相對較高，有利于提高冬小麥的冬前壯苗葉齡指數，使其安全越冬；較高的冬季負積溫有利于冬小麥的春化過程。滕州市南部地區冬小麥灌漿期（5月11日至6月5日）出現輕干熱風日數少于5.5 d，重干熱風出現的幾率微乎其微，小于0.1 d。冬小麥生育期降水量，自滕州市西北部向東南部逐漸增加，水資源較為豐富，能滿足冬小麥生長的水分需求。該區域積溫及水資源都比較豐富，與冬小麥各生育期的需求規律配合恰當，是滕州市冬小麥種植的最適宜氣候區域。

東北部、西北部為冬小麥氣候條件一般適宜區。該地區冬前≥0℃積溫為735～745℃，冬前負積溫為-95.0～-90.0℃，冬小麥灌漿期干熱風氣象災害出現的日數較多，全生育期降水量小于225 mm，相對比較匱乏。該地區積溫比較低，易受凍害，冬小麥全生育期降水量偏少，易出旱情。因此，該地區是滕州市冬小麥種植的一般適宜氣候區域。

圖2 滕州市冬小麥氣候因子精細化區劃結果

圖3 滕州市冬小麥地形因子精細化區劃結果

圖4 滕州市冬小麥土壤因子精細化區劃結果

冬小麥氣候條件適宜種植區位于最適宜氣候區和一般適宜氣候區之間的過渡區，主要分布在市區、級索鎮、姜屯鎮、東沙河鎮及羊莊鎮。該地區冬前≥0℃積溫為725～735℃，冬前負積溫為-104.0～-95.0℃，冬小麥灌漿期干熱風氣象災害出現的日數較少，全生育期降水量適中，為235 mm左右，氣候條件比較適合冬小麥種植。

綜上所述，該市冬小麥氣候因子適應性整體水平較高。

2.2 地形因子精細化區劃結果

海拔高度作為衡量地形變化的重要因子之一，對農作物有著重要的影響，一般作物適宜在海拔較低的平原地區生長。滕州市地處魯中南山區的西南麓延伸地帶，總體地勢自東北向西南傾斜，依次為低山、丘陵、平原、濱湖。最高點為滕州市東郭蓮青山，海拔596.6 m；最低點為滕州市濱湖湖東村。低山丘陵占總面積的30.5%，平原占61.6%，濱湖占7.9%。其次，坡度對農作物的影響也至關重要。作物一般在平原地區或山間平地生長較好，當坡度大于10°時，對農作物的生長就會有一定的影響，當坡度大于30°時，則完全不適宜種植作物。滕州市地勢較為平坦，丘陵、平原占全市的絕大部分地區。滕州市的中部及西南部坡度均在10°以下，僅北部小部分地區存在10°以上坡度。而坡向對于農作物的影響主要是間接的，坡向通過影響光照和溫度來影響作物的生長。一般越靠近南向的坡，光照和溫度條件越好，對作物的生長也越有利。

圖5 滕州市冬小麥精細化區劃結果

圖6 滕州市冬小麥精細化綜合農業區劃結果

結合滕州市海拔高度、坡度、坡向等3個地形因子得出，并從滕州市冬小麥地形因子精細化區劃結果（圖3）可以看出，滕州市大部分地區處于適宜和最適宜種植區。相比而言，東北部和東南部適宜性較差，主要是由于這2個地區的海拔高度相對較高，坡度也比較大，為一般適宜區。

2.3 土壤因子精細化區劃結果

滕州市土壤類型繁多，分布復雜，多樣化程度較高，包括非土壤、石質土、風砂土、潮土、紅粘土、砂漿黑土、水稻土、褐土及棕壤等9種。褐土主要分布在界河、大塢、姜屯、羊莊、官橋、柴胡店、濱湖等鄉鎮。潮土分布于低洼平地，適種作物廣泛，是各種土壤中最好的1個土類。水稻土多分布在部分傾斜平原的交接洼地，宜種植水稻。砂漿黑土主要分布在石灰丘陵東側的低洼狹長地帶。

土壤質地則是根據土壤的顆粒組成劃分的土壤類型。土壤質地一般分為砂土、壤土和粘土等3類，是土壤物理屬性之一。滕州市土壤質地分為壤質砂土、壤土、砂壤土、粘壤土、粉砂壤土、砂質粘壤土、粉砂質粘壤土等7類。其中，以砂壤土分布最廣，占總面積的絕大部分。壤土主要分布在滕州市的北部和中部；粘壤土較多分布在西北部和中部，少量分布在南部；壤質砂土分布在西部和北部；砂質粘壤土分布較少，集中分布在西北部。而腐殖質層是指富含腐殖質的土壤表層，含有較多的植物生長所必需的營養元素，特別是氮素。土壤肥力的高低與腐殖質層的厚度和腐殖質的含量密切相關。因此，腐殖質層的狀況，常作為評價土壤肥力的標準之一。滕州市土壤腐殖質厚度空間差異性較大，介于0～10 cm之間。

結合滕州市土壤類型、質地及腐殖層厚度，得到滕州市冬小麥土壤因子精細化區劃結果（圖4）。從土壤因子的角度發現，滕州市冬小麥種植適宜程度均較好，中部和西南部高于其他地區。最適宜區零散分布在濱湖鎮、大塢鎮、界河鎮、姜屯鎮、市區、級索鎮、西崗鎮、鮑溝鎮、羊莊鎮、張汪鎮、東沙河鎮、南沙河鎮、龍陽鎮、東郭鎮、官橋鎮、柴胡店鎮、木石鎮、洪緒鎮，適宜區主要分布在最適宜區的鄰近外圍區域。

2.4 冬小麥精細化農業區劃結果

綜合考慮氣候、地形、土壤等3個因子，滕州市冬小麥適宜性整體呈西南向東北遞減的趨勢（圖5）。滕州市西南部地區氣候條件適宜，光、熱、水資源較為豐富，所處地區海拔高度80 m以下，地勢較為平坦，土壤的質密性、保水性較好。因此，該地區是冬小麥的最適宜種植區。而北部地區，冬前≥0℃積溫和冬季負積溫均偏低，2月下旬至3月上旬的日平均溫度穩定通過3℃，日期出現偏晚。在冬小麥灌漿期，出現輕、重干熱風農業氣象災害的頻率比南部地區高，全生育期降水量明顯偏少，且北部區域所處地勢較高，多為低山、丘陵，土壤類型多為風沙土、棕壤等。因此，地處北部地區的濱湖、大塢、界河、龍陽及東郭等鄉鎮為冬小麥的一般適宜種植區。

為了使區劃更加精確，在考慮氣候、地形、土壤因子的區劃基礎上，進一步考慮滕州市河流及土地利用類型，即將河流、草地、林地、城鎮、裸地等排除，得到滕州市冬小麥精細化綜合農業區劃（圖6）。

滕州市冬小麥適宜性南部高于北部，西南部適宜性最強。最適宜、適宜等級占全市面積的一半以上。其中，最適宜區集中分布在柴胡店鎮西部、張汪鎮、西崗鎮、鮑溝鎮、級索鎮及官橋鎮；適宜區主要分布在洪緒鎮、南沙河鎮、木石鎮、羊莊鎮、東沙河鎮、姜屯鎮及濱湖鎮、大塢鎮、界河鎮、龍陽鎮、東郭鎮等鄉鎮的南部；一般適宜種植區主要分布在濱湖鎮、大塢鎮、界河鎮、龍陽鎮、東郭鎮等鄉鎮的北部。

3 結論與討論

（1）采用Kriging插值法對影響滕州市冬小麥生長的氣候、地形、土壤指標要素柵格化，得到了分辨率90 m×90 m的要素柵格圖。結合GIS技術和層次分析法，將全市劃分為最適宜種植區、適宜種植區和一般適宜種植區等3個分區，比傳統區劃結果空間分辨率更高，且更為精細化。

（2）滕州市冬小麥氣候因子適應性整體水平較高，呈現由東南向西北遞減的趨勢。滕州市南部區域冬季積溫及水資源都比較豐富，與冬小麥各生育期的需求規律配合恰當，是種植的最適宜氣候區域。東北部、西北部積溫比較低，易受凍害，全生育期降水量偏少，易出旱情，是種植的一般適宜氣候區域。而適宜種植區主要分布在市區、級索鎮、姜屯鎮、東沙河鎮及羊莊鎮。從地形因子的角度可以看出，滕州市大部分地區處于適宜和最適宜種植區?？紤]土壤因子則發現，滕州市冬小麥種植適宜程度均較好，中部和西南部高于其他地區。

（3）綜合考慮氣候、地形、土壤等3大因子，滕州市冬小麥適宜性整體呈西南向東北遞減的趨勢。進一步考慮滕州市河流及土地利用類型得出，冬小麥精細化綜合農業區劃，即冬小麥適宜性南部高于北部，西南部適宜性最強。最適宜、適宜等級占全市面積的一半以上。

[1] 龔紹先．糧食作物與氣象．北京：農業大學出版社，1988．15～18

[2] 滕州市地方史志辦公室編著．滕州年鑒2016．中國國際文化出版社，2016．192～193

[3] 崔讀昌，曹廣才，張龍，等．中國小麥氣候生態區劃．貴州科技出版社，1991．1～10

[4] 山東省農業廳編著．山東小麥．北京：農業出版社，1990．1～7

[5] 馬曉群，張宏群，吳文玉，等．安徽省冬小麥品種生態氣候適宜性分析和精細化區劃．中國農業氣象，2012，33（1）：86～92

[6] 余衛東，陳懷亮．河南省夏玉米精細化農業氣候區劃研究．氣象與環境科學，2010，33（2）：14～19

[7] 郭兆夏，朱琳．GIS在氣候資源分析及農業氣候區劃中的應用．西北大學學報（自然科學版），2000，30（4）：357～359

[8] 蘇永秀，李政，丁美花，等．基于GIS的廣西沙田柚種植氣候區劃研究．果樹學報，2005，22（5）：500～504

[9] 蘇占勝，秦其明，陳曉光，等．GIS技術在寧夏枸杞氣候區劃中的應用．資源科學，2006，28（6）：68～72