布局中的应用研究答辩稿地球与空间第二组

GIS在广西甘蔗合理布局中的应用研究答辩稿地球与空间第二组指导教师：束老师研究目的根据甘蔗生长与气候条件的关系，运用GIS技术对广西甘蔗适宜种植区进行了农业气候区划，该区划按种植甘蔗的气候适应性将广西划分为最适宜、适宜、次适宜和不适宜种植区，并分区进行评述和提出相应的建议，为进一步优化甘蔗生产布局和农业结构调整提供科学依据。我们研究此题目的意义及价值与世界上先进的产糖国家相比，广西甘蔗单产不高不稳，总产波动较大，甘蔗区域布局和品种结构也不够合理，一些地区因缺乏精确、细致的农业气候区划而存在盲目种植、盲目发展的现象，影响了种蔗经济效益的提高。研究和实践证明，不良气候条件是导致甘蔗单产低而不稳最主要的原因之一，而区域布局不够合理又进一步加剧了气象灾害对甘蔗生产的影响。因此，本文主要分析甘蔗生产与气候条件的关系，在充分了解甘蔗生长各个时期对生态气候条件要求的基础上，采用GIS新技术和农业气候区划方法，结合气候资源的小网格推算，对广西甘蔗种植区进行农业气候区划，为优化我区甘蔗生产布局以及趋利避害提高甘蔗产量、蔗糖份提供科学依据。我们的研究如下：一、通过观察分析甘蔗的生产与气候条件的关系甘蔗是喜温性经济作物，对热量和水分要求严格。在整个生长期要求年平均温度18—30℃，≥10℃活动积温6500—8000℃，年降雨量≥1200mm，年日照时数1200—1400h以上。甘蔗不同生长时期对温度的要求有所不同：蔗芽萌发的最低温度为13℃，温度在15℃以上时幼苗正常生长，最适为30—32℃，40℃时生长受到抑制。分蘖期要求日平均气温≥20℃，30℃时分蘖最盛。温度在25—30℃时适宜蔗茎伸长，超过34℃伸长受到抑制，低于20℃则伸长缓慢，气温低于10℃时蔗茎伸长停止。进入成熟期以后，甘蔗要求气温相对较低、昼夜温差较大的干冷天气，以利于蔗糖分积累，提高含糖量。通过研究知道：影响甘蔗产量和蔗糖份的主要气象灾害有：干旱、洪涝、低温霜冻、大风等，在广西尤以春秋旱和低温霜冻对甘蔗产量和蔗糖份影响最大。低温霜冻对广西甘蔗生产影响也很大，当最低气温降到0℃时，甘蔗出现轻度受害症状，蔗叶部分受害，受害率10-20%；最低温降到-0.1～-1.0℃时，出现中等程度受害，蔗叶全部或部分受害冻死，受害率30-40%；最低温降到-1.1～-1.5时，出现重冻害，大部分侧芽冻死，梢部受害，受害率≥50%；最低温≤-1.6℃时出现严重冻害，全茎冻坏变质，受害率≥60%。以上各级冻害低温指标可作为甘蔗区划指标的重要参考。二、研究的“甘蔗种植的农业气候区划指标”见表1区划因子最适宜区适宜区次适宜区不适宜区年平均气温（℃）≥21.019～2118～19≤18稳定通过20℃积温（℃）≥50004000～50003000～4000≤3000年极端最低气温平均值（℃）≥0-0.1～-1.0-1.0～-1.5≤-1.5日均温≥25℃连续天数（d）≥150130～150110～130≤110≥20℃期间降雨量（mm）≥12001100～12001000～1100≤1000三、通过研究建立区划指标小网格推算模型甘蔗生产只有在适宜的气候条件下才能获得高产稳产和高糖高效，然而气候资源由于纬度、海陆分布以及地形地貌与下垫面性质的不同而存在明显的空间差异。为了客观地描述甘蔗种植的5个气候区划指标在广西的实际分布，有必要建立区划指标的空间分析模型,以此来推算气候区划指标在无测站地区的分布状况。区划指标与地理因子的关系模型可表示为：Y=f(φ,λ,h,β,θ)+ε①式中Y为气候区划指标（如年平均气温、极端最低气温多年平均值、稳定通过20℃的活动积温等）；φ,λ,h,β,θ分别代表纬度、经度、海拔高度、坡向、坡度等地理因子；为方便，函数f(φ,λ,h,β,θ)可称为区划指标的气候学方程；ε为余差项，称为综合地理残差，可视为φ,λ,h,β,θ所拟和的气候学方程的残差部分，即ε=Y（实测值）-f(φ,λ,h,β,θ)②区划指标的小网格推算及专题图制作根据上述5个区划指标的推算方程，利用事先准备好的1km×1km网格点上的纬度φ、经度λ、海拔高度h、坡向β等地理数据，可推算出每一个区划指标在千米网格点上分布值。然而它还不是气候区划指标的实际分布值，它与实际值之间还存在一定的误差，即②式中的综合地理残差ε，因此还必须进行残差订正计算。具体方法是：将台站所在地的φ,λ,h,β等地理数据分别代入表2中的方程，得到每一个区划指标在90个站点的计算值，根据②式，用90个站点的实测值分别减去计算值，求出残差值ε；将ε“交给”GIS，生成5个区划指标的残差散点图，之后运用反距离权重插值法，将ε内插到1km×1km网格点上，生成千米网格残差栅格图。将该图与前面计算好的区划指标栅格图进行迭加运算，即得到了区划指标的实际分布图，5个区划指标共有5幅图（图略）。利用上述计算得到的5个区划指标的栅格图像数据，按照表1中的区划指标，采用打分法，即给每一个指标都赋予一定的分值，如对于年平均气温（T），当18℃≤T≤21℃时，赋值20分，当17℃≤T＜18℃或21℃＜T≤22℃时赋值15分，16℃≤T＜17℃或22℃＜T≤23℃时赋值10分，T＜16℃或T＞23℃时赋值5分。最后根据5个指标总分值的大小将广西划分为甘蔗种植的优势气候区，以及适宜、次适宜和不适宜气候区。给不同的区域赋予不同的颜色，并迭加县边界、制作图例等，即可输出沙田柚种植区划专题图（图1）。从图1可以看出，在GIS支持下得到的甘蔗区划专题图，不仅能够直观地反映出区划指标随地理位置和海拔高度的立体变化特征，而且与传统区划相比，区划结果更细致、更精确，也更符合广西甘蔗的实际分布。结果与分析（1）最适宜气候区，该区包括梧州、藤县、平南、贵港、、宾阳、上林、武鸣、平果、隆安、大新、龙州等地以南以西及右江河谷地区，该区热量丰富，雨量充沛，日照充足，夏季高温多湿，利于甘蔗快速生长，冬季气候温暖，越冬气象条件佳，甘蔗冻害少，生长期长，利于产量提高和糖分积累。该区年平均气温在21.0℃以上，稳定通过20℃期间活动积温≥5000℃，年极端最低气温多年平均值≥0℃，日均温≥25℃连续天数在150d以上，稳定通过20℃期间降雨量≥1200mm。该区的气候条件最适宜甘蔗生长，是广西甘蔗经济栽培的最气候区，建立大面积、大规模的甘蔗生产基地应重点选择在这一区域，并且尽可能选用高产、高糖优良品种，淘汰低产低糖品种，以充分利用该区优越的气候资源，提高种蔗经济效益。该区不利的气候条件是春旱频率相对较高，因此在品种选择上，应以耐旱品种为主，并且在大面积甘蔗生产基地，应建立合理的排灌系统，以减轻或避免春旱危害，提高甘蔗产量和蔗糖份。（2）适宜区该区包括贺县、钟山、平乐、阳朔、荔浦、鹿寨、柳城、宜山、都安、巴马等地以南及最适宜区北界以北的广大地区。该区年平均气温19～21，稳定通过20℃积温在4000～5000之间，年极端最低气温平均值-0.1～-1.0，日均温≥25℃连续天数130～150d，≥20℃期间降雨量1100～1200mm。该区热量条件虽不及适宜区，但仍能满足甘蔗生长发育需要，只是有的年份越冬期有冻害发生，且越往北冻害越重，因此该区应选择耐旱性好的甘蔗高产品种，在甘蔗砍运榨调度安排上，应优先砍运低洼地区的甘蔗，并主意保护好蔗种。留宿根的蔗地，应采取覆盖等防冻措施，避免宿根甘蔗受冻影响来年生产。（3）次适宜区主要是桂北蔗区，包括灵川、临桂、永福、罗城、靖西等县的部分地区。该区年平均气温18～19℃，稳定通过20℃积温3000～4000℃，年极端最低气温平均值-1.0～-1.5℃，日均温≥25℃连续天数110～130d，≥20℃期间降雨量1000～1100℃。热量条件稍差，冬季冻害频率高，霜日多，甘蔗冻害相对较重，生长期短。该区不宜大面积发展甘蔗生产，可选择气候温暖的小气候环境零星种植，并且采取抗旱防冻措施，以防冻害损失。（4）不适宜区主要分布在桂北、桂西高寒山区，该区热量不足，冬季气温低，越冬气象条件差，在该区栽培甘蔗经济价值低，不应盲目种植。讨论（1）本区划引入了GIS等高新技术，采用气候与地形相结合的方法，大大提高了区划的精确度，区划结果更直观、更实用，可操作性更强；一个省级专题区划，其空间分辨率达到了1km，对生产的指导意义更明确；GIS的应用也为高新技术在农作物种植区划研究与服务领域提供了新的途径和方法。（2）影响甘蔗产量和蔗糖分高低的因素有很多，如气候条件、土壤特性和肥力状况、栽培技术措施等，但气候条件始终是最重要、最关键的因素，因此本区划以对甘蔗生长起重要作用的5个气候因子为主要指标，通过建立气候要素与地形因子关系模型的方法，将与区划指标逐一推算到1×1km细网格点上，并进行残差订正计算，突破了以往气候因子只能描述其在水平方向变化的局限，能够直观地反映出区划因子随地理位置和随海拔高度的立体变化特征。（3）气候资源由于纬度、海陆分布以及地形地貌与下垫面性质的不同而存在明显的空间分布差异。本区划在建立区划指标与地理因子关系模型的过程中，不仅考虑了纬度、经度、海拔高度等三项地理因子的影响，在建立降水量模型时，还引入了坡向等局地环境因子，因此，所建模型较为合理，区划结果也更准确、更符合实际。