张明达，刘平英，胡雪琼，段长春

(1.云南省气候中心，昆明 650034； 2.云南省气象灾害防御技术中心，昆明 650034； 3.云南省气象科学研究所，昆明 650034)

0 引言

柠檬是芸香科柑橘属常绿小乔木植物，生性畏寒、温度不宜过热，喜冬暖夏凉的气候条件，在温暖的中亚热带和南亚热带最适宜种植。柠檬在食品、医药、化工[1]等方面的应用价值极高，国内外市场供不应求。柠檬全身都是宝，果汁中含有丰富的柠檬酸、多种维生素和矿物质，是重要的天然香料、食品和工业原料，果皮中含有大量类酮和果胶，种子中含有维生素E和脂肪油，营养价值也极大。中国是全球柠檬产量的第三大国，年产量仅次于阿根廷和美国，主要分布在四川、云南、重庆、广西等地，云南产量位居全国第二。云南柠檬种植区属于典型的南亚热带季风气候区，拥有干热区、湿热区不同的气候类型，发展柠檬优势条件独具特色。在德宏、保山、大理、临沧、景洪等地均有规模化种植，德宏柠檬精油中柠檬醛的含量高达41%，远远高于美国和意大利的种植产品。云南柠檬春花秋熟果8月上旬上市，错季节生产的秋花春熟果3—7月上市[2]，具有发展柠檬反季果的天然优势，市场竞争力强，柠檬产业已成为云南农民脱贫致富的优质产业。但由于历史原因及产业布局等问题，云南省的柠檬种植尚未达到其应有的规模[3]。

传统的作物种植适宜性区划，仅关注作物与气候因子之间的关系[4]，忽视了分布区内其他生态要素的变化对作物的影响[5]，对综合性生态适宜性区划研究较少[6]。随着气象、土壤和地理信息等数据的准确率和精细度不断提高，以及3S技术的不断发展，应用GIS技术对经济作物进行精细化种植区划[7]已经成为当前作物种植区划的主要研究方法[8]，比如在中药材生态适宜性研究和种植区选取方面，就着重关注了气象和土壤因子的协同作用[9-10]。生态适宜性研究就是借助生态学因子的适宜程度进行评估，从可持续发展的角度体现生态系统的本底条件，直接反映作物适宜生长种植的情况，并给出符合生态学规律的评价和区划[11]。文章开展柠檬种植生态适宜性研究，对提高气象为高原特色农业服务质量，找准种植空间分布、地理位置、种植区面积及生态适宜性因子优劣评价等空间信息，对柠檬种植、生产等信息化管理的基础数据，对产业优化、科学管理有重要作用，可为地方农业生产决策提供可靠的参考依据[12-14]。

1 数据与方法

1.1 数据来源及处理

研究所用气象数据包括云南省125个地面气象观测站自1986—2015年连续30年气象观测资料，选取与柠檬种植和生长紧密相关的年平均气温、年降水量、年日照时数、年10℃活动积温及1月平均气温等气候要素的历年平均值，作为气候因子适宜性区划指标。地理信息数据采用云南省1： 25万数字高程模型(DEM)，其中包括经度、纬度、海拔等地理信息，应用GIS技术提取了小网格经度、纬度、坡度、坡向等栅格数据，用于区划指标的空间化处理，作为地形地貌因子适宜性区划指标。土壤数据来源于世界土壤数据库(Harmonized World Soil Database version 1.2)(HWSD1.2)，中国境内数据源为1995年第二次全国土地调查的1： 100万土壤数据，数据库包括土壤名称、质地、容重、有机质、酸碱度等要素，作为土壤理化性质适宜性区划指标。为避免模型建模过程中各个指标量级不同导致的影响，对各区划指标进行了标准化处理，使其值处于0和1之间，以消除量纲的影响。

1.2 生态适宜性评价指标的选择

采用德尔菲法从气候、土壤理化性质、地形地貌特征3个方面确定了10个生态适宜性评价指标。参照中国精细化农业气候区划制作标准，将生态适宜性区划结果划分为3个等级， 1级为适宜、2级为次适宜、3级为不适宜。各生态因子适宜性评价及区划指标分级标准见表1。

柠檬的生长适宜性主要受到气候、土壤状况和地形条件的影响。作为多年生植物，对气候因子的敏感度要求较通常一年生植物要更加复杂，更依赖于稳定的气候条件。其中，气候因子主要包括年平均气温、1月平均气温(低温)、年降水量、年10℃活动积温、年日照时数。温度是柠檬生长发育、空间分布及产量品质的主要控制因素，最适宜在冬季较暖、夏季无酷热且气温平稳的地区种植。柠檬尤其对低温的耐受能力较弱，对开花期的挂果率影响严重[15]。降水偏少将导致柠檬挂果率降低，单果质量下降[16]。积温主要对柠檬果实品质影响较大，果实生长期内积温不足将导致有机酸、维生素C及含糖量下降。日照时数与柠檬的含酸量、含糖量关系密切，日照短导致叶片变薄、萌芽、发枝率降低、坐果率下降、果皮粗、果皮厚[17]。

土壤理化性质和地形地貌因子不仅与柠檬的种植生产息息相关，对于科学选址也具有重要的意义。土壤理化性质因子主要包括土壤pH、有机质含量和土壤质地。柠檬植株根系浅，对土壤养分和有机质的吸收能力较低，因此适宜在土层深厚(1m左右)、质地疏松、有机质丰富、pH在5.5～6.5的微酸性土壤为最好，土壤酸碱性影响柠檬对矿质元素和养分的吸收和利用[18]。地形地貌因子主要包括坡度和坡向，虽然不直接影响柠檬的生长，但会影响日照条件、土层厚度、土壤温度及微生物种群和数量。柠檬在平地、丘陵和坡地都适宜栽培，选取在坡地种植同时有利于缓解资源环境压力，其中南坡为适宜，东西坡为次适宜，北坡为不适宜。

2 研究方法

2.1 气候因子细网格推算

针对柠檬生态适宜性评价中的气候因子，利用1986—2015年云南省125个气象站气象数据均值，基于多元线性回归分析法将逐月及年气候要素和各观测站的纬度、经度和海拔高度建立细网格推算模型，再进行残差订正及空间内插[19]，然后在ArcGIS环境下，生成各气候因子的精细化空间分布。各项气候要素的线性回归方程均通过显著水平为0.001的检验，各方程相关系数均在0.6～0.9之间，具有较好的回归趋势和相关性(表2)。

表1 柠檬生态适宜性评价及区划指标

要素评价指标适宜次适宜不适宜气候因子年平均气温(℃)≥18(18～17]≤17年10℃积温(d·℃)≥6 500(6 500～5 500]≤5 5001月平均气温(℃)≥8(8～7]≤7年降水量(mm)≥1 400(1 400～1 000]≤1 000年日照时数(h)≥1 200(1 200～1 000]≤1 000土壤因子pH≤5.5(5.5～6.5]>6.5有机质含量(%)>3(3～2]<2土壤质地壤土、黏土沙壤土、黏壤土沙质土地形因子坡度(°)[0, 25)[25～30)≥30坡向(°)[0～ 45)(315～359][45～ 135)(225～315][135～225]

表2 柠檬气候适宜性因子空间分析模型

气候资源要素推算方程R值F值P值年平均气温Tave=53.258-0.552∗φ-0.159∗λ-0.004∗h0.941311.443<0.001年平均降水量Rave=8 322.297-88.034∗φ-47.734∗λ-0.124∗ h0.66759.109<0.001年平均日照时数Save=11 680.053-93.834∗φ-76.213∗λ+0.287∗ h0.64558.695<0.00110℃积温Ta=211 69.163-244.423∗φ-69.225∗λ-1.624∗ h0.884144.153<0.0011月平均气温T1=72.664-1.121∗φ-0.290∗λ-0.004∗ h0.917211.164<0.001 注:其中λ为经度(°),φ为纬度(°),h为海拔高度(m),Tave 为年平均气温(℃),Rave 为年平均降水量(mm),Save 为年平均日照时数(h),Ta为≥10℃积温(d·℃),T1为1月平均气温(℃)

表3 柠檬生态适宜性层次分析

要素气候因子权重土壤因子权重地形因子权重组合权重年平均气温0.352 430000.144 127年10℃积温0.267 092000.109 2281月平均气温0.202 418000.048 042年降水量0.089 031000.048 042年日照时数0.089 031000.160 245pH00.539 61500.048 531土壤质地00.163 42400.088 186有机物含量00.296 96100.114 397坡度000.70.049 027坡向000.30.190 176综合权重0.539 6150.296 9610.163 4241

2.2 层次分析法确定生态因子权重

采用层次分析法(AHP)的Satty标度法确定权重系数判断矩阵[20-21]。围绕生态适宜性评价目标层，首先建立气候、地形地貌、土壤理化3个准则层因子，再构建每个准则层内10个生态适宜性指标层的判断矩阵，通过两两比较判断同一层次中每个指标的相对重要性，建立评价因子判断矩阵，再进行层次排序和一致性检验，最终形成权重特征向量值(表3)。

2.3 层次单排序、总排序的一致性检验

根据一致性指标CI，平均随机一致性指标RI和一致性比例CR，计算CR=CI/RI。当CR<0.1时，认为判断矩阵一致性满意； 否则调整判断矩阵。该研究层次气候因子单排序CR值为0.03，土壤理化性质因子单排序CR值为0.008，地形地貌因子单排序CR值为0.008，生态适宜性层次总排序CR值为0.008，各个层次排序的CR值都<0.1，因此各判断矩阵均具有满意一致性。

3 结果与分析

从气候适宜性指标的计算结果来看，云南省柠檬种植的适宜区主要分布在滇西南的德宏、临沧、西双版纳，滇东南的红河南部及文山东部，还包括怒江、澜沧江和金沙江周边的河谷地区，云南北部的元谋县由于温度条件极佳，也是适宜种植区。这些地方的平均气温、降水量、积温和日照等条件都非常适合柠檬生长。昭通北部、保山、红河北部、文山中部及宾川、华坪等地区光热条件也较好，但降水条件和低温条件适宜性较差，为次适宜种植区。昆明南部、玉溪南部和楚雄南部也主要受到降水条件的限制，种植条件次适宜。其余云南中部及北部地区不适宜开展柠檬种植(图1)。

图1 云南省柠檬种植气候适宜性区划 图2 云南省柠檬种植土壤适宜性区划

图3 云南省柠檬种植地形地貌适宜性区划 图4 云南省柠檬种植生态适宜性区划

从土壤理化性质适宜性指标看，迪庆、怒江、丽江北部、昆明及曲靖等地土壤有机质含量偏低，大理及楚雄土壤中含沙量较大，土壤质地偏差，昆明南部、曲靖、玉溪北部及大理中部等地的土壤pH偏碱性，这些地区不适宜柠檬种植。楚雄西部、大理南部、红河及昭通北部土壤pH偏酸性，但土壤质地较差，为柠檬种植次适宜区，文山、临沧、德宏及西双版纳等地土壤黏性高、有机质含量多、土壤pH偏酸性，为柠檬种植适宜区(图2)。

从地形地貌因子指标来看，德宏、大理、昆明、曲靖、文山及西双版纳等地种植适宜性较强，为柠檬种植适宜区。迪庆、怒江、丽江中部、昆明北部等地及高黎贡山、哀牢山等横断山脉地区，地形起伏度较大，土地开垦难度大，为柠檬种植不适宜区。叠加各地的坡向信息，北向坡地为不适宜种植，东、西向坡地为次适宜种植区，南向坡地为适宜种植区，获得柠檬种植地形地貌适宜性分区(图3)。

综合考虑气候、土壤理化性质及地形地貌3个生态适宜性因子来看。云南省柠檬种植适宜区主要分布在德宏大部、临沧西部、普洱大部、西双版纳大部、红河南部及文山东部等地，占全省国土总面积的37.8%。保山、大理南部、丽江东部及省内主要江河河谷地区气候条件适宜，但土壤条件较差； 楚雄、玉溪南部、红河北部、曲靖南部气候条件较差，但土壤理化性质条件较好，这些地区种植条件次适宜，占全省国土面积的33.7%。迪庆、怒江、丽江西部、昆明东部、昭通南部及曲靖等地不适宜开展柠檬种植，占全省国土面积的28.5%(图4)。

4 结论与讨论

随着农业发展不断的精细化，大尺度的种植适宜性分区已经不能满足高原特色农业发展的需要。尤其是在云南高原地区，地形复杂，立体气候特征明显，再加上山区气象观测站点较少，观测时间序列较短，很难用于生态资源的分析和评价。因此，在云南高原山区复杂地形条件下开展生态因子精细化推算非常必要[22]。

适宜的生态环境条件对柠檬的种植、生长和稳定高产具有十分重要的作用[23]。该研究结合气候、土壤理化性质和地形地貌3个生态适宜性因子，获得云南省柠檬种植生态适宜性区划结果。德宏、普洱、西双版纳、临沧西部、红河南部及文山东部等地是云南柠檬种植适宜区，最适宜开展规模化、产业化柠檬种植，这与相关柠檬种植分布研究成果相同[24]，计算得出的生态适宜性分布区域与实际种植生产实况完全吻合。保山、楚雄、大理南部、丽江东部、玉溪南部、红河北部、曲靖南部等地是柠檬种植次适宜区，这些地区的部分县市可以开展连片种植，如大理宾川、丽江华坪等地区。迪庆、怒江、丽江西部、昆明、昭通及曲靖等地不适宜开展柠檬种植。

云南省具有丰富的气候、土壤和地质地貌类型，生态因子搭配复杂，可以大力发展的水果种植品种丰富。该研究采用的生态适宜性评价方法可以借鉴用于其他高原特色水果产业发展，充分利用云南高原特色热区资源优势，实施产业结构调整，有利于促进农民增收、产业增收，为云南“桥头堡”建设、国家“一带一路”战略发展，高原边疆少数民族地区民族团结稳定、经济、社会发展和生态保护做出贡献。