基于GIS的山西省玉米生态区划与品种布局-郝建平

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玉米气象要素 玉米生物学安全播种始期，以日均温稳定通过 10℃的最早日期计算； 玉米生物学安全成熟终期，以日均温稳定通过 15℃的最晚日期计算； 玉米安全生育期 = 安全成熟终期 - 安全播种始 期； 玉米积温。
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D = Min( D1 ,L, Di ,L, D365 ) ⎧i, if P(Ti ≥ K I Ti +1 ≥ K I Ti + 2 ≥ K I Ti + 3 ≥ K I Ti + 4 ≥ K I) = 1 Di = ⎨ ⎩366, 其它
式中，Ti 为第i天的滑动日均温，D、i与Di均为自元旦的天数。
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3.近年来气温普遍升高，气候资源发生一些变 化，特别是热量资源较过去有所增加，原有的 粗线条区划方案已不能完全指导现在的玉米生 产。
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4.目前研究方法与手段较之以往更先进，更解 决问题。采用GIS（地理信息系统）和GPS （卫星定位系统）进行生态区划研究，可以定 量采集、管理、分析具有空间特性的气候资 源，建立GIS空间分析模型、气候分区和定量 分析等，从而达到更加精确的可视化的玉米生 态区划目的。
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基于GIS的山西省玉米 生态区划与品种布局
山西农业大学 青岛农业大学 郝建平 杨锦忠
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前人研究
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对山西省玉米种植分区的研究，自1959年 以来，先后有山西省农业科学院（1959），山 西省农牧厅（1984），徐桂玲、郝建平 （1990），张亨禄（1992），郝建平 （2000），杨志跃（2006）六种区域划分方案。
Ⅳ、复播套种区
（引自佟屏亚主编《中国玉米种植区划》）
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张 亨 禄 玉 米 区 划 图 （ 一 九 九 二 ）
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郝建平山西玉米区划方案（2000）
（1）山西全省划分为春播特早熟玉米区、春播早熟玉 米区、春播中晚熟玉米区、夏播中早熟玉米区4个大 区，其中春播中晚熟玉米区进一步划分为6个亚区，夏 播中早熟玉米区又划分为2个亚区。 （2）增加了一个新的玉米大区——春播特早熟玉米 区；取消“临汾东西丘陵玉米种植亚区”，新增“太岳中条 丘陵春播晚熟及夏播特早熟玉米亚区”；命名时将2个亚 区考虑为春、夏播玉米兼种区。
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二、基础数据与玉米气象要素
山西省连续30年历史气象数据，包括19792008年各气象观测站点的日均温、日降水量、 日照时数。 山西省地理信息背景资料，包括2007年全省、 各市、各县、各镇的行政区划图件；全省境 数字高程DEM模型；土地利用现状图件；各 气象观测站点的地理分布 。
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日均温度稳定通过某值的终日，即气温≥K℃的 终日定义为：
D = Max( D1 ,L, Di ,L, D365 ) ⎧i, if P(Ti ≥ K I Ti −1 ≥ K I Ti − 2 ≥ K I Ti −3 ≥ K I Ti − 4 ≥ K I) = 1 Di = ⎨ ⎩0, 其它
气象数据，包括各站点逐年整理的以下分析项目： （1）热量资源：年平均气温、无霜期、4月平 均气温、7月平均气温、9月平均气温(℃)、 ≥10℃初日、≥15℃初日、≥10℃终日、 ≥15℃终日、≥10℃积温、≥15℃积温 （℃d）、≥10℃始日至≥15℃终日期间积温。 （2）自然降水资源：年降水量、4月中旬到5 月上旬降水量、5月中旬到6月中旬降水量、6 月下旬到7月中旬降水量、7月下旬到9月中旬 降水量、4月中旬到9月中旬降水量、4-6月降水 量、7-9月降水量、4-9月降水量。 （3）光照资源：≥10℃日照时数。
主要研究内容
（1）我省玉米生态区域的精确界定（细化到乡 （镇））； （2）地势起伏大的县市玉米不同积温带的划分； （3）以积温为主要指标的全省玉米品种生态布局 方案； （4）基于GIS的全省玉米生态区划与品种布局方 案。
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山西省玉米区划的原则
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第一，先进性和历史继承性相结合。以GIS、 GPS、自动测温仪等高新技术为手段，以地理 统计学等新兴科学为分析工具，克服了传统区 划研究只能“以点代面”的局限性，可以实现比 以往任何时候都更符合客观实际的作物种植区 划结果。因此，本研究充分利用这些先进的技 术手段与工具，尊重以往山西省玉米种植区划 的研究成果，考虑气候变化新情况，进行区划。
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徐桂玲、郝建平 山西省玉米种植生态区划方案 （1990）
一级区划采用纬度、海拔、≥10℃积温（80%保 证率）及安全生育期（日平均气温稳定通过10℃ 初日与日平均气温稳定通过15℃终日间隔日数） 四个量化指标，采用系统聚类中的欧氏距离，取 中间距离法：二级区划以玉米不同生育阶段及全 生育期的降水量作为主要量化指标，采用欧氏距 离类平均法。一级区划按播期和熟期命名，二级 区划按地理位置、地貌及熟期命名。
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分析原因主要有两方面： 一是原有几种方案未打破县级行政区化，而我省由 于特殊的地势地形地貌，大多数县域一个县同时含 平原（盆地）、丘陵及山地，海拔高度相差较大甚 至非常悬殊（如五台县、和顺县等），而海拔高度 不同，则温度状况不同，玉米品种的布局肯定不 同； 二是气象资料的代表性不够，原有区划方案所用的 气象资料均来源于各县气象台站，而一个县只有一 个台（站），此台（站）大多设在县城附近郊外， 而县城往往是在平原地带或一个县的盆地或大河旁 边，以此资料不可能代表全县的实际情况。
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山西省玉米生态区划（张亨录，1992）
大区 亚区 Ⅰ-1 大同盆地沿山丘陵区 Ⅰ、春播早熟区 Ⅰ-2 北部高寒区 Ⅰ-3 太行山中段高寒区 Ⅱ-1 忻定盆地区 Ⅱ、春播中熟区 Ⅱ-2 晋西黄土丘陵区 Ⅱ-3 上党盆地区 Ⅲ-1 太原盆地区 Ⅲ、春播晚熟区 Ⅲ-2 晋东南太岳山区 Ⅳ-1 临汾盆地区 Ⅳ-2 运城盆地区
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基于GIS的玉米区划方法
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一、山西省玉米区划研究的技术路线
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第一阶段——山西省区划有关资料收集 包括： （1）历史气象观测数据； （2）玉米气候指标； （3）地形图和行政图等。
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第二阶段——数据分析 利用数学手段结合人工检查，将收集到的资料 进行补充和订正，建立基础数据库。利用GIS 这一可视化的智能计算机技术，在行政区划图 的基础上，以DEM模型表示地形图，构造玉米 产区的地理空间数据库。利用经典统计学和地 理统计学方法建立各气象要求和各种地表特征 之间的数量关系式，进而建立高空间分辨率的 气候要素数据库。
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最早是由山西省农业科学院（1959）提出了划 分为三个区的意见。后来，山西省农牧厅 （1984）根据山西省气象局资料，将全省玉米 种植区分为早熟区、中熟区、晚熟区及复播区。 罗守德（1984）也对山西省玉米栽培进行了气 候区划。裴英杰（1987）对山西省玉米种质资 源的生态分布与性状进行了分析。
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第三阶段——玉米区划 根据各种农业气候指标分析山西玉米气候资 源，充分利用GIS强大的空间分析功能，结合 农业气候相似理论和地域分布规律，实现由点 到面的空间合并，根据气候因子与玉米关键发 育阶段的数量关系，最终生成玉米生态区划图 集。
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第三，以热量资源为主，兼顾降水与光照。以 安全播种期、安全成熟期、安全生育期、安全 生育期间积温等热量指标为主，兼顾生长季节 自然降水、日照时数和年太阳总辐射等降水与 光照指标。
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第四，充分发挥GIS的优势，细分玉米地理分 布区域到乡镇。利用GIS的地理覆盖全面、热 量资源估算精确、区域细分便捷的优势，确定 了增加积温带条数、变传统积温带宽区间为窄 区间、首次划分山西省无玉米种植区、种植区 域细化到乡镇等区划原则。
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第二，地理统计学模拟与实地验证试验结合。 借助GIS平台上的DEM模型，地理统计学能够 实现气候要素的高精度模拟，但是，应用效果 必须经过实地验证。本研究在地形复杂而且无 人工气象观测数据的地域进行温度自动测定， 对模拟结果进行验证，以达到理论联系实际的 效果。
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张亨禄全省玉米生态区域划分（1992）
根据山西省自然资源、生产条件、种植制度以 及社会经济状况，将全省玉米生态区域划分为 四个生态区和十个亚区
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2.玉米品种更新换代，需要有更详尽的区划方案。
我省已审（认）定玉米品种237个，加之从省外 引进品种50个，目前在我省生产上推广使用的玉 米品种近300个，由于品种在审定和销售时只标 明生育期而没有积温，而且多数品种的生育期未 标明是何年何地的试验结果，致使品种跨区和越 区种植的现象非常严重，导致品种过早或过晚不 能成熟而减产的纠纷屡屡发生。近年来，玉米品 种多、乱、杂，以积温为指标对玉米品种进行分 类与布局，可以充分发挥品种的增产潜力。
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研究的必要性及意义
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一、必要性
1.前人研究的几个方案基本上从宏观上解决了 我省玉米的大的、粗线条的生态区划，对当时 我省玉米生产起到了积极作用。但具体到某市、 某县甚至某乡的品种布局的指导规划方面（微 观上）尚不够详细和具体。
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（二）研究意义
为确定玉米新品种的适宜种植区域提供直接指导； 为当地玉米生产者选择新品种提供指导； 为省级玉米区试选择试点提供依据； 为玉米育种单位的生态育种布点提供依据； 为玉米生态育种目标的确定提供依据。
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刘德宝主编《山西玉米》（2002）
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刘德宝主编《山西玉米》（2002） www.themegallery.com
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杨志跃（2006）玉米种植区划 在对调查资料汇总分析的基础上，根据山西省 不同地域的生产条件，不同玉米品种对生态环 境的反应，以及各地对玉米品种的利用状况 等，参照山西省综合农业区划，按照整体一致 的原则将山西省玉米种植生态区划分为，春播 中晚熟区、春播申熟区、春播早熟区、春播特 早熟区、夏播早熟区和夏播中熟区等六个大的 种植生态区。
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主要计算方法 滑动平均温度定义为：
Ti + Ti +1 + Ti + 2 + Ti + 3 + Ti + 4 Ti = 5
T 式中， Ti 为第i天的滑动日均温，i 为第i天的日均温。
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பைடு நூலகம்
日均温度稳定通过某值的始日，即气温≥K℃的 始日定义为：
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共划分为三个大区和八个亚区。三个大区即北部春播早 熟玉米区、中部春播中晚熟玉米区、南部夏播中早熟玉 米区。八个亚区，把北部春播区分为大同盆地及雁北丘 陵玉米种植亚区、晋西北高寒山地玉米种植亚区；把中 部春播中晚熟区划分为忻定盆地玉米种植亚区、晋中盆 地玉米种植亚区、晋东太行丘陵玉米种植亚区、上党盆 地及太岳丘陵玉米种植亚区、临汾东西丘陵玉米种植亚 区和晋西黄土丘陵玉米种植亚区共六个亚区；南部夏播 区未分亚区。