基于氣候相似理論的陜西能源植物文冠果栽培氣候區(qū)劃分

基于氣候相似理論的陜西能源植物文冠果栽培氣候區(qū)劃分

森林生態(tài)區(qū)劃是充分利用和充分利用氣候、土壤資源和樹(shù)木生物學(xué)特征的主要基本工作和重要手段，在影響和生態(tài)結(jié)構(gòu)的地區(qū)，尤其是在生態(tài)條件復(fù)雜的地區(qū)。近年來(lái),我國(guó)科技工作者在此方面進(jìn)行了大量研究,并取得了重要進(jìn)展,對(duì)指導(dǎo)植被恢復(fù)和經(jīng)濟(jì)林建設(shè)發(fā)揮了重大作用。黃壽波對(duì)浙江省寬皮柑桔、王景權(quán)等對(duì)黑龍江墾區(qū)林業(yè)、鄭永光等對(duì)廣東省火炬松引種栽培區(qū)氣候、王憲成對(duì)吉林省主要造林樹(shù)種、宗煒等對(duì)海南桉樹(shù)漿紙林、陳紅星等對(duì)引種日本甜柿的生態(tài)適宜性都進(jìn)行了研究。文冠果(Xanthocerassorbifolia)是我國(guó)特有的珍貴樹(shù)種和北方地區(qū)主要生物質(zhì)能源植物,分布于28°34′-47°20′N,73°20′-120°25′E的廣大地區(qū),遍及華北、華東及西北地區(qū)等14個(gè)省區(qū),陜西黃土高原次生林區(qū)是其主要分布地域之一。自20世紀(jì)60年代開(kāi)始,青海、陜西、江蘇、黑龍江等地區(qū)進(jìn)行了引種、栽培試驗(yàn)和大面積栽植,因適生條件限制等原因,除內(nèi)蒙古、陜西等地小面積栽培成功外,普遍出現(xiàn)了樹(shù)木生長(zhǎng)勢(shì)差、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量低、大面積引種失敗等問(wèn)題。近年來(lái)隨著我國(guó)中長(zhǎng)期能源發(fā)展戰(zhàn)略的調(diào)整,文冠果再次受到普遍重視和關(guān)注,成為北方地區(qū)生物油料能源首選樹(shù)種,人工林面積不斷擴(kuò)大。為了給陜西省文冠果區(qū)域布局提供依據(jù)和指導(dǎo),以影響植物生長(zhǎng)發(fā)育為主要因素的氣候條件為指標(biāo),對(duì)陜西省文冠果生態(tài)區(qū)劃進(jìn)行了研究。1農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)的自然屬性陜西省位于中國(guó)西北地區(qū)東部的黃河中游,地處北緯31°42′-39°35′,東經(jīng)105°29′-111°15′,南北長(zhǎng)約880km,東西寬約160～490km。土地總面積20.58萬(wàn)km2,占全國(guó)土地面積的2.1%。陜西境內(nèi)山塬起伏,河川縱橫,地形復(fù)雜。屬大陸性季風(fēng)氣候,自北向南,跨中溫、暖溫、北亞熱3個(gè)氣候帶和半干旱、半濕潤(rùn)、濕潤(rùn)3個(gè)水分區(qū)。年總輻射(36.8～62.8)×108J/m2,日照1350～2900h,平均氣溫在7～16℃,無(wú)霜期為136～256d,≥10℃積溫2800～4900℃,降水量在700～1250mm。陜西省冬季氣溫南北差異大,夏季差異小。冬半年以緯向分布為主,南北差異明顯,1月氣溫,南北差13℃多,下半年南北差異減小。東西差異大于南北差異。全省7月氣溫南北相差6～7℃,比冬季減少一半。2學(xué)習(xí)方法2.1不同季節(jié)的水分分配文冠果具有極強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性和抗旱、耐瘠薄的能力,而主要影響文冠果生長(zhǎng)和及分布的是水、熱、光3大氣候因子,文冠果生長(zhǎng)需要一定的溫度范圍和溫度持續(xù)期,對(duì)持續(xù)期積溫也有一定要求,文冠果還能適應(yīng)遇到的極端氣候條件,尤其是極端最低氣溫;水分不同季節(jié)的分配與文冠果生長(zhǎng)、分布有密切關(guān)系;光照則是文冠果產(chǎn)量和質(zhì)量的重要影響因素。故選取年均溫度P1(℃)、1月平均氣溫P2(℃)、7月平均氣溫P3(℃)、極端最高氣溫P4(℃)、極端最低氣溫P5(℃)、≥10℃的積溫P6(℃)、全年無(wú)霜期P7(d)、年降水量P8(mm)、年日照時(shí)數(shù)P9(h)9個(gè)生態(tài)指標(biāo)作為模糊優(yōu)先比的因子。2.2氣象資料的測(cè)定按照全面、有代表性的原則,在陜西省選取97個(gè)市(縣)的臺(tái)站進(jìn)行排序分析。文冠果是多年生植物,其生長(zhǎng)發(fā)育受長(zhǎng)期氣候條件的影響,因此,各臺(tái)站的氣象資料數(shù)值均為30a的平均值(表1)。由于文冠果是我國(guó)北方的鄉(xiāng)土樹(shù)種,故在我國(guó)選取文冠果主要分布地區(qū)的具有代表性地區(qū)相對(duì)應(yīng)的1971-2000年的氣象資料的算數(shù)平均值為參考值(表2)。2.3不同指標(biāo)同度量的確定本文采用相對(duì)歐式距離的模糊相似優(yōu)先比法,以陜西的生境條件與文冠果主要分布區(qū)的生境條件作比較,確定陜西省適合栽種文冠果的區(qū)域。主要應(yīng)用SPSS軟件對(duì)文冠果進(jìn)行生態(tài)因子區(qū)劃。設(shè)有一個(gè)樣品集X,X={X1,X2,X3,…,Xn},每個(gè)樣品具有p個(gè)因子,Xi,Xj為任意兩個(gè)樣本,即Xi={Xi1,Xi2,Xi3,…,Xin},Xj={Xj1,Xj2,Xj3,…,Xjn},i,j=1,2,…,n,n=97;i,j≠k;p=1,2,…,m,m=9。固定樣品為Xk。(1)原始數(shù)據(jù)做歸一化處理。由于在生態(tài)區(qū)劃過(guò)程的指標(biāo)體系表現(xiàn)形式不一樣,計(jì)量單位也不相同,沒(méi)有直接的可比性。為了避免給區(qū)劃結(jié)果帶來(lái)影響,需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行不同計(jì)量單位的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行同度量的處理。本研究采用歸一化方法進(jìn)行處理,求取歸一化后的數(shù)據(jù)集合X′ip。X′ip=Xip-XminXimax-Ximin(i=1,2,?,nX′ip=Xip?XminXimax?Ximin(i=1,2,?,n;p=1,2,…,9)(1)式中:Ximax,Ximin——第p個(gè)因子在樣品中的極大值和極小值。當(dāng)Xip=Ximax時(shí),則X′ip=1;當(dāng)Xip=Ximin時(shí),則X′ip=0,X′ip∈。(2)指標(biāo)權(quán)重(Wp)的確定。采用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重,并對(duì)其一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)計(jì)算各氣候因子權(quán)重如表3所示。經(jīng)計(jì)算,其最大特征根λmax=9.1517,一致性指標(biāo)CI=0.0190,平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=1.45,隨機(jī)一致性比率CR=0.0131<0.1,通過(guò)一致性檢驗(yàn)。(3)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,用標(biāo)準(zhǔn)化后的各個(gè)生態(tài)因子值X′ip與對(duì)應(yīng)的權(quán)數(shù)Wp相乘,得X″ip。即:X″ip=X′ip·Wp(4)用相對(duì)歐幾里得距離計(jì)算被選樣品X″i與固定樣品X″k之間的距離(Dik)。Dik=√1mp∑m=1(X″ip-X″kp)2(2)(5)計(jì)算相似優(yōu)先比(rij)。rij=DjkDik-Djk(i≠j,j≠k)(3)求得模糊相似優(yōu)先比矩陣R,R=[rij]n×n。(表4)(6)適宜性劃分。取λ水平截集,選出被選樣品相似程度的次序。即從矩陣中的元素,由大到小選取λ值,以首先達(dá)到全行為1的那一行所屬樣品與固定樣品最為相似,并記序號(hào)為1。然后消除該樣品的影響,劃掉該行及對(duì)應(yīng)的列,降低λ值,再依次求取相似樣品,序號(hào)為2,3,4等。依λ大小劃分文冠果在不同區(qū)域的適宜性:當(dāng)λ≥0.55時(shí)劃分為適宜區(qū);當(dāng)0.45≤λ<0.55時(shí)為次適宜區(qū);當(dāng)λ<0.55時(shí)為不適宜區(qū)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果將各站按序號(hào)值排列,因篇幅有限,僅列出適宜區(qū)和次適宜區(qū)的排序。3因子排序的確定采用歐氏距離模糊相似優(yōu)先比法對(duì)陜西文冠果的生態(tài)適宜區(qū)劃后,表6的排序表示陜西各個(gè)站點(diǎn)的綜合氣候生態(tài)條件與文冠果的主要產(chǎn)區(qū)的相似程度的大小。序號(hào)越小,表示相似程度越高。根據(jù)氣候相似理論,將文冠果在陜西省的氣候生態(tài)區(qū)劃分為適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)。3.1半干旱氣地區(qū)本區(qū)位于陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)。包括榆林市的綏德、米脂、佳縣、府谷、米脂和延安市的絕大部分地區(qū)的子長(zhǎng)、富縣、安塞、洛川、宜川、延長(zhǎng)、甘泉、子洲、黃龍、黃陵、吳起、志丹等共29個(gè)縣(市)。這些地區(qū)以暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候?yàn)橹?光資源十分豐富,但水熱資源較差;年均溫度7.8～13.3℃,年日照時(shí)數(shù)2300～2750h,極端最低溫度-31.5～-28.5℃,無(wú)霜期較短在140～180d,晝夜溫差較大,12～17℃,本區(qū)年均降水量330～610mm,冬春季容易出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的干旱,適合耐干旱、耐寒的樹(shù)種生長(zhǎng)。在本區(qū)引種文冠果幼苗時(shí)應(yīng)注意冬季的保護(hù)措施,由于文冠果幼苗對(duì)低溫的抵抗能力比成年樹(shù)木差。3.2不同地區(qū)、氣候條件、降水量對(duì)生物和資本區(qū)是各適宜區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展的區(qū)域,是文冠果在陜西省擴(kuò)大引種栽培地區(qū)。共計(jì)37個(gè)縣(市)分為:(1)長(zhǎng)城沿線風(fēng)沙區(qū):包括定邊、靖邊、榆林市、神木等。本區(qū)屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,光照資源十分豐富,但水熱條件極差,年平均溫度7.9～8.5℃,無(wú)霜期為134～150d,降雨量?jī)H為316～433mm,蒸發(fā)量為降雨量的2.8～4.1倍。尤其是此區(qū)無(wú)霜期低于140d,對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)所需的熱量條件供應(yīng)不足,在本區(qū)野生文冠果樹(shù)種多表現(xiàn)為灌木狀。(2)渭北黃土臺(tái)塬和關(guān)中平原區(qū):包括涇陽(yáng)、麟游、鳳翔、高陵、乾縣、隴縣、千陽(yáng)、宜君、白水、岐山、澄城、扶風(fēng)、富平等地區(qū),本區(qū)自然資源匹配較好,土地平坦,土壤肥沃,光照充足,水熱條件較好,屬于暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱氣候,年日照時(shí)數(shù)1900～2536h,年均溫度7～13.3℃,年降水量為550～730mm。本區(qū)氣候條件對(duì)文冠果的生長(zhǎng)不存在制約因素,是文冠果在陜西省擴(kuò)大栽種的優(yōu)先選擇區(qū)域。3.3文冠果的生長(zhǎng)狀況本區(qū)位于位于陜南秦巴山地和秦嶺南坡地區(qū),屬于亞熱帶濕潤(rùn)氣候,與文冠果適生區(qū)的氣候條件相差較大,對(duì)文冠果的生長(zhǎng)不利,包括適宜區(qū)和次適宜區(qū)以外的區(qū)域。本區(qū)的水熱資源豐富,適宜多種亞熱帶和暖溫帶植物生長(zhǎng),在此區(qū)應(yīng)該選取亞熱帶經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種為宜。4關(guān)中平原區(qū)和不適宜區(qū)本研究將陜西省文冠果生態(tài)區(qū)域劃分為,適宜區(qū)位于陜北北部、渭北以北部的黃土高原丘陵溝壑區(qū),包括延川、吳堡、佳縣、子長(zhǎng)、延長(zhǎng)等29個(gè)縣(市);次適宜區(qū)位于長(zhǎng)城沿線風(fēng)沙區(qū)、渭北黃土臺(tái)塬、關(guān)中平原區(qū),包括涇陽(yáng)、乾縣、靖邊、鳳翔、高陵等37個(gè)縣(市);不適宜區(qū)位于秦巴山地,包括洋縣、佛坪、留壩等31個(gè)縣(區(qū))。大面積栽植文冠果時(shí),可參考此結(jié)