贵州山区红心猕猴桃种植气候区划
作者：莫建国；池再香，汤苾，王晓东，李贵琼 贵州省山地环境气候研究所，贵州省六盘水市气象局
摘要：基于贵州西部红心猕猴桃种植区2005-2014年逐日气温、降水资料，依据贵州85个气象观测站1981-2010年逐旬、逐月、逐年平均气温、降水量、日照时数和极端最高、最低气温以及观测站和1462个乡镇的地理信息数据，应用经验正交函数分解法和模糊聚类法，通过分析贵州省西部红心猕猴桃各生育期的气候条件，得到红心猕猴桃种植的气候适宜性区划指标，采用GIS技术对红心猕猴桃种植进行气候适宜性区划。结果表明：年平均气温、历年极端最低气温（80%保证率）、1月平均气温、3月平均气温、7月平均气温、8月昼夜温差、年降水量、年日照时数可作为红心猕猴桃种植的气候适宜性区划指标，每个指标分 4 级，对应最适宜、适宜、次适宜和不适宜，红心猕猴桃种植最适宜区在贵州西部地区，适宜种植区在贵州中部偏西地区，次适宜种植区在贵州中部，不适宜种植区主要分布在遵义市、铜仁市、东南部局部和西部边缘。调查表明，贵州山区红心猕猴桃实际种植情况与气候适宜性区划结果基本吻合。
关键词：光、热、水指标；贡献值；地理信息系统；红心猕猴桃
▲贵州产的红心猕猴桃
Climate Suitability for Red Cartridge Kiwifruit Planting in Guizhou Mountainous Area
Abstract：Based on the climate data of Red Cartridge Kiwifruit planted zone from 2005 to 2014 and 85 meteorological stations from 1981 to 2010, which included average temperature in different periods, precipitation, sunshine hours, extreme maximum and minimum temperature, as well as GIS data from 1462 towns in Guizhou province, the climate conditions were analyzed and the division indices of climate suitability were obtained by using experience orthogonal function method and fuzzy clustering method, then the climate suitability division of the Red Cartridge Kiwifruit was built using GIS technology. The results showed that the annual mean temperature, extreme minimum temperature over the years (80% guarantee rate), the average temperature in January and July, temperature difference in August, annual precipitation, and annual sunshine hours could be used as climate suitability division indices for Red Cartridge Kiwifruit planting. Each index had 4 grades, corresponding to the most suitable, suitable, appropriate and inappropriate. The most suitable area was in the western region of Guizhou province, suitable region was in central west region, less suitable region was in central region, and not suitable region was mainly in Zunyi City, Tongren City, parts of southeast and western edges of Guizhou province. Investigation showed that actual cultivation of Red Cartridge Kiwifruit in Guizhou mountainous areas was in accordance with climatic suitability division.
Key words：Sunshine-Precipitation-Temperature index; Cartridge; GIS; Red Cartridge Kiwifruit
贵州省20世纪90年代中后期猕猴桃的生产出现高峰，各地均建立了一定面积的猕猴桃园，种植品种主要有“秦美”、“海沃德”、“贵长”，但因市场售价低，导致生产和科研停滞不前。红阳猕猴桃是90年代后期四川省自然资源研究所和苍溪县农业局从龙岗自然实生后代中选育，属中华猕猴桃优良品种。从 2000年开始，全国各地均不断开展引种栽培，六盘水市水城县2000年也从四川苍溪县农业局引种栽培红阳猕猴桃，通过多年驯化，2007年注册为“黔宏”牌红心猕猴桃，2013 年获农业部授予“水城猕猴桃”农产品地理标志（登记号为 AGI01168）。目前，红心猕猴桃是贵州西部主要特色农产品，其果实呈圆柱形或倒卵形，果顶果基凹陷，果皮薄且无毛，果肉呈浅黄至浅绿色，中轴呈白色，果心鲜红色。根据农业部农产品质量监督检验测试中心（昆明）2014年测试，红心猕猴桃总糖含量高达13.45%，比红阳猕猴桃品种高4.48%，总酸含量0.49%，比红阳猕猴桃偏高0.38%，可溶性固形物19.6%，比红心猕猴桃偏多3.6%，Vc含量250.0mg·100g，与红阳猕猴桃品种相同；平均单果重70g，比红阳猕猴桃品种高1.2g。红心猕猴桃定植后的第一年有30%的植株开花、结果，第二年全部结果，第三年进入盛果期；一般2～4a红心猕猴桃产量为9375kg·hm−2，5a及以上果树的平均产量可达 22.5t·hm−2以上。红心猕猴桃产量较高，耐贮藏，常温下可贮藏15～20d，低温下可贮藏4～5个月，且其钙、磷、锌等矿物质含量丰富，香气浓郁，肉质细嫩，口感鲜美，在国内外市场有较大的竞争力，是开发潜力大的特色经济作物。
▲贵州产的红心猕猴桃
许多专家学者对猕猴桃生态气候适宜性及其区划作了大量研究，池再香等研究了干旱灾害对红心猕猴桃生长发育的影响；吴丹等研究表明，水城红心猕猴桃果实生长期比四川苍溪县栽培的红阳猕猴桃长，水城红心猕猴桃种植区内年降水量和日照时数比苍溪种植区多；叶丽君等研究红阳猕猴桃种植的气候区划指标时，仅考虑了≥0℃年活动积温和年平均气温两个指标。本文根据夏恒等研究得出的贵州六盘水红心猕猴桃种植区年平均气温14.4～17.2℃，年降水量1200mm以上，年日照时数1300h以上，空气相对湿度80%以上，土壤微酸且富含腐殖质、疏松透气、排水良好等气候环境条件，研究贵州山区红心猕猴桃适宜推广种植的气候指标，进行精细化气候区划，以期为贵州山区发展红心猕猴桃产业提供依据。
▲贵州产的红心猕猴桃
1 资料与方法
1.1 基本资料
以贵州六盘水市水城县猴场乡、蟠龙镇、米箩乡、勺米乡、杨梅乡、发耳镇、鸡场乡、顺场乡，盘县普古乡，六枝特区的郎岱镇共10个乡镇红心猕猴桃种植区2005-2014年区域自动气象站逐日气温、降水资料为研究基础，利用贵州85个县气象观测站1981-2010年共30a逐旬、逐月、逐年温度、降水、日照资料，结合红心猕猴桃主要生育期（见表1），选取年平均气温、11月下旬-翌年2月下旬平均气温、历年极端最低气温（80%保证率）、1月平均气温、3月平均气温、7月平均气温、8月昼夜温差、年降水量、4月降水量、6月降水量、年日照时数、3月日照时数和8月日照时数共13 个气候因子作为贵州山区红心猕猴桃气候适宜性研究指标。
▲贵州山区红心猕猴桃种植气候区划
1.2 方法
选取贵州85个气象观测站1981-2010年的13个气候要素，组成85×13的原始数据阵，对原始数据阵进行归一化处理，得到标准化数据阵。采用经验正交函数分解法，计算相应的特征根和特征量，分析各气候因子在红心猕猴桃气候区划中的贡献大小，得到红心猕猴桃气候的区划指标。
由于某网格上的气候要素变化受经度、纬度、海拔高度、坡向、坡度等地理因子影响，85 个气象观测站的气候资料不能满足红心猕猴桃种植气候区划需求。为此，需要建立气候因子与地理因子的关系模型，其表达式为( ) Y f , ,h, , = λ ϕ θβ +ε （1）式中， Y 为所选 13 个气候因子；λϕ θβ , ,h, , 分别表示经度（°）、纬度（°）、海拔高度（m）、坡向、坡度（°）等地理因子； ε 为综合地理残差，其表达式为ε= − λ ϕ θβ y( ) f ( , ,h, , ) 实测值 （2）利用 GIS 系统，提取贵州省 100m×100m 网格的经度、纬度、海拔高度、坡向、坡度等网格数据及其乡镇、县级边界行政点等地理信息数据，并将各类指标在 GIS 平台上进行矢量叠置，即可得到100m×100m网格的贵州山区红心猕猴桃种植气候精细化区划图。
▲贵州产的红心猕猴桃、猕猴桃酒
2 结果与分析
2.1 气候区划指标的筛选
2.1.1 热量条件
据文献，红心猕猴桃适宜在气候冷凉、海拔较高区域种植，最适宜区要求年平均气温14～16℃，低于12.5℃或高于19℃均会抑制其生理活动。开花期平均气温为12～14℃，低于10℃会导致果树开花推迟，且低温常与阴雨天气相随，易诱发溃疡病发生；高于 16℃则会导致果树开花提前。最热月（7 月）平均气温为21～23℃，低于20℃或高于26℃时，果实生长受阻。红心猕猴桃品质形成期（8月）需要昼夜温差超过 8℃，低于 5℃则会影响果实干物质积累。冬季极端最低气温高于-3℃（80%保证率），才能满足红心猕猴桃果树安全越冬，当气温低于-5℃时，红心猕猴桃果树主干容易受冻。根据分析，选择年、落叶-萌芽期（11月下旬-翌年 2月下旬）、休眠期（1月）、展叶-开花期（3月）、果实膨大后期（7月）的平均气温，果实品质形成期（8月）昼夜温差以及极端最低气温（80%保证率）作为影响其产量、品质的主要气候因子。
▲贵州产的红心猕猴桃
2.1.2 水分条件
红心猕猴桃喜湿润，不耐干旱，也不耐积水，其生长一般要求年降水量1000～1500mm，空气相对湿度80%左右，多雨或干旱少雨均不利于生长发育。坐果期（4月）降水要适宜，过多或过少均会影响其结果。果实迅速膨大期（6月）需水量较多，为红心猕猴桃需水关键期，最适宜降水量为250～300mm，当降水量少于150mm时，会影响果实膨大速度，降水量多于350mm 时，则会引起根部渍涝，诱发溃疡病发生、发展，导致落果。故选取4月和 6 月降水量进行分析，同时考虑年降水量作为指标。
▲贵州产的东红猕猴桃
2.1.3 光照条件
红心猕猴桃耐阴、喜光、怕曝晒。幼苗期喜阴凉，怕强光直射；成年树喜阴湿，又需阳光照射，强光曝晒，会导致叶片焦枯，果实灼伤。所以，红心猕猴桃宜种植在有光照、较阴凉的山地。开花期（3月）需充足的光照，如果阴雨天气多，光照不足，则易造成花器官发育不全，坐果率低，果实极易脱落。品质形成期（8月）需要适宜的光照来积累糖分。故选取年、3月和8月的日照时数作为光照指标。
2.2 气候区划指标的确定
利用经验正交函数分解，计算得到13个气候因子第Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ主成分的特征值和特征向量，结果见表2。第Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ主成分方差贡献率分别为38.2%、30.4%和 20.1%，前 3 个主成分方差贡献率之和达 88.7%，可以代表原气候要素场的特征。
▲贵州产的红心猕猴桃
由表2可看出，第Ⅰ主成分的特征向量以年平均气温、极端最低气温、1月平均气温为红心猕猴桃全生育期的关键气候因子；3月气温若过高，会导致红心猕猴桃开花提前，过低则会造成红心猕猴桃开花推迟；7月气温若过高，会造成红心猕猴桃的果肉红色减退，果实膨大受阻，果皮出现斑痕等；8月昼夜温差过小，不利于红心猕猴桃果实干物质的积累，影响其品质，表明热量条件是影响红心猕猴桃生长发育和自然分布的主要因素。第Ⅱ主成分的特征向量以年降水量最大，表明水分条件是保证红心猕猴桃高产、稳产的重要条件；6月是红心猕猴桃果实膨大关键期，若降水不足，会影响果实膨大，降水量过多（主要是暴雨）则会导致落果和渍涝，造成减产。第Ⅲ主成分的特征向量以年日照时数最大，表明光照资源是保证红心猕猴桃产量、品质的重要条件；8月是红心猕猴桃品质形成期，若光照强度强，会造成果实日灼病，不足则会影响果实的糖分积累。
由表2还可以看出，年平均气温、极端最低气温（保证率 80%）、1月平均气温、3月平均气温、7月平均气温、8月昼夜温差、年降水量、年日照时数共8个气候因子在共性上有代表性，在红心猕猴桃生长发育过程中影响极显著（P＜0.01），与夏恒等研究结果一致。因此，上述 8 个因子可以作为红心猕猴桃种植气候区划指标。
▲贵州山区红心猕猴桃种植气候区划
2.3 气候区划指标阈值确定
根据经验正交函数分解法，得到影响红心猕猴桃生长发育的 8 个气候因子，将 8 个气候因子进行模糊聚类分析[13]，取λ=0.98 进行分类，以择优原则，并结合文献[8-9，11]的研究成果，把贵州山区红心猕猴桃种植的气候适宜性分为最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区共 4 个气候区，各气候区的区划指标见表 3。
▲贵州山区红心猕猴桃种植气候区划
利用式（1）、式（2）以及 85 个气象观测站1981-2010年的气候要素与观测站及1462个乡镇的地理信息（经度、纬度、海拔高度、坡向、坡度），采用多元线性回归方法，建立基于气候因子和地理因子的红心猕猴桃种植区划因子空间分析模型，结果见表 4。
▲贵州山区红心猕猴桃种植气候区划
由表4看出，各方程的F值均通过0.01水平的显著性检验，具有较高的可信度。利用GIS系统，提取贵州区域100m×100m细网格的经度、纬度、海拔高度、坡向、坡度等地理信息，将其代入表 4的各个气候区划因子模型。通过计算得到各个气候区划因子在100m网格上的值，用各气象观测站的实测值与计算值进行算术运算得到残差值；同时利用反距离权重插值法，以85个气象观测站的残差值为样本，内插出100m网格残差栅格图。将残差栅格图与计算出的区划指标栅格图进行迭加运算，即可得到100m网格上各个气候区划指标值，结合表3，得出贵州红心猕猴桃气候适宜精细化区划（图1）。
▲贵州产的红心猕猴桃
2.4 分区结果评述
2.4.1 最适宜种植区
由图1看出，贵州红心猕猴桃最适宜种植气候区主要位于西部地区，包括安龙、兴仁，兴义、晴隆大部，关岭西部，望谟东部，紫云、盘县、普安、水城、纳雍、赫章和毕节局部。本区光照、降水资源充足，热量适宜；2月的气温适宜红心猕猴桃花芽形态分化；正常年份的3-4月，光、温、水适宜，有利于红心猕猴桃开花授粉、结果，但常有春旱发生，影响授粉授精，幼果发育不良，导致落果、果实小；5-7月降水量充足，有利于红心猕猴桃果实膨大；8月光照充足，昼夜温差大，有利于红心猕猴桃果实干物质积累，增加其糖分。本区是红心猕猴桃的重点发展区。目前，红心猕猴桃主要种植在水城、盘县、六枝、兴仁等县部分乡镇，建立红心猕猴桃园区应重点选择该区域，但要考虑建立蓄水池，以备遇到春季发生干旱时，保证有水灌溉，提高结 果率。
2.4.2 适宜种植区
由图 1 看出，贵州红心猕猴桃适宜种植气候区包括修文，六枝、大方、西秀、镇宁大部，清镇、惠水东部，紫云北部，龙里、从江、黎平西部，盘县、普安、毕节、织金、普定、雷山、台江局部。本区光、热、水资源丰富，但本区北部1月气温低、凝冻天气较重，3月下旬-4月上旬容易发生倒春寒天气，红心猕猴桃容易受冻害，不利于安全越冬，低温阴雨年份不利于红心猕猴桃开花授粉。所以，本区的北部若要种植红心猕猴桃，应选择背风向阳山坡。
▲贵州产的红心猕猴桃
2.4.3 次适宜种植区
由图1看出，贵州红心猕猴桃次适宜种植气候区主要位于中部偏西地区，包括黔西、织金、平坝、长顺、罗甸、平塘、独山，册亨、望谟、普定大部，贞丰、关岭、大方东部，都匀、金沙、麻江西部，息烽、开阳、瓮安南部，福泉、从江北部，贵定、印江镇远、黎平、凯里、丹寨局部。本区春季回暖较迟，低温阴雨天气较重，不利于红心猕猴桃开花授粉。本区南部1月气温较高，不利于红心猕猴桃花芽形态分化；7-8月气温高，降水少，常年发生高温热害，不利于红心猕猴桃果实膨大。红心猕猴桃每一个物候期对光、温、水等气候因子要求严格，本区不宜盲目种植。
2.4.4 不适宜种植区
由图1看出，贵州红心猕猴桃次适宜种植气候区主要分布在中部以东广大地区和西部边缘地区。该区西部边缘冬季气温低，常年有低温雨雪冰冻天气发生，容易造成红心猕猴桃受冻害。该区东部 7月常年发生高温热害，8月容易发生干旱少雨，不利于红心猕猴桃果实膨大。本区气候条件不适宜红心猕猴桃生长。
3 结论与讨论
红心猕猴桃是贵州西部主要特色农产品，本研究利用经验正交函数分解方法，选取年平均气温、极端最低气温（保证率80%）、1月平均气温、3月平均气温、7月平均气温、8月昼夜温差、年降水量、年日照时数共8个因子作为贵州山区红心猕猴桃的气候适宜区划指标，采用模糊聚类法，以择优原则，将每个指标分为4级，对应最适宜、适宜、次适宜、不适宜4个气候区。红心猕猴桃种植最适宜区域以西部为主。适宜种植区域以六盘水市东部、毕节市中部偏东、安顺市中部偏西、贵阳市中部为主，但该区北部冬、春两季低温阴雨（雪）天气较重，红心猕猴桃容易受冻害，不利于安全越冬和开花授粉，种植时应选择背风向阳地带。次适宜种植区域主要分布在以毕节市东部、安顺市西部、黔南州西部、贵阳市和黔西南州局，该区春季回暖较迟，低温阴雨天气不利于红心猕猴桃开花授粉，且南部冬季气温较高，不利于红心猕猴桃花芽形态分化，不提倡在该区域推广种植。
▲贵州山区红心猕猴桃种植气候区划
本区划选取的指标涵盖了红心猕猴桃全生育期的热量、水分、光照、越冬、生殖生长关键期、品质形成期的气候条件，而叶丽君等研究都江堰红阳猕猴桃种植的气候适宜性时仅选取≥0℃年活动积温和年平均气温2个指标，故本区划指标更全面，且利用GIS系统，实现气候区划细化，提高了气候区划的粗度和准确度，可为贵州山区发展红心猕猴桃产业提供可靠的气候依据。
▲东红猕猴桃
贵州境内山高谷深，沟壑纵横，地势落差大，立体气候明显，素有“一山有四季，十里不同天”之说。红心猕猴桃种植主要分布在贵州西部地区，各地气温变化不一致，会导致红心猕猴桃生育期的具体时间不同。本研究气候区划指标阈值是根据贵州西部红心猕猴桃种植区气候条件确定的，如开花期，红心猕猴桃种植区是3月，拟推广种植区不一定是3月；果实品质形成期，红心猕猴桃种植区是8月，拟推广种植区不一定是8月。除贵州西部地区外，其它地区推广种植红心猕猴桃时，可借鉴气候条件来判定红心猕猴桃在该地的生育期。红心猕猴桃在贵州西部种植时间仅15a，种植时间不长，在区划中所选取的年平均气温指标确定与叶丽君等研究结果有差异，这有待进一步研究。由于全球气候趋于变暖，红心猕猴桃的气候适宜性区划也应该不断更新，才能全面反映红心猕猴桃种植对气候条件的实际需求，今后将进一步研究红心猕猴桃各生育期及其气象产量分别对气候因子的响应，补充、修正和完善其气候适宜区划指标。
▲Zunyi Bohong Kiwi Fruit Industry Co., Ltd. is the largest kiwi fruit industry company in Guizhou Province, planting 1200 acres of high-altitude kiwifruit. It is a leading agricultural enterprise in Zunyi City and an advanced poverty alleviation enterprise at the municipal level. The kiwi pollen project is the largest single area macaque peach blossom pollen orchard in China, with a single pollen collection area of 400 acres. During the high-yield period, 400 kilograms of pollen are produced, providing high-quality, high ploidy, and high activity kiwi pollen that can meet the pollen needs of 30000 acres of orchards. Contact WeChat 18030405084 tel 86 18030405084
