甘肅省日光溫室蔬菜生產(chǎn)氣候區(qū)劃研究*

張玉鑫，王志偉，趙 鵬

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所，蘭州 730070)

日光溫室蔬菜生產(chǎn)已成為農(nóng)村種植結(jié)構(gòu)調(diào)整首選項目之一。我國日光溫室面積從1981年的0.0047萬hm2迅速發(fā)展到了2009年的100萬hm2，其中蔬菜生產(chǎn)占85% ～90%［1］。2010年甘肅省設(shè)施蔬菜面積達到8萬hm2，以沿黃灌區(qū)和河西走廊兩大區(qū)域為主的日光溫室面積達2.8萬hm2，占甘肅省日光溫室總面積的81.9%;以隴東南為主的塑料拱棚面積達到3.24萬hm2，占全省塑料拱棚面積的74.8%;設(shè)施蔬菜已成為甘肅省農(nóng)業(yè)發(fā)展的突出亮點，占全省農(nóng)作物2%的播種面積，提供了16%的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值［2］。日光溫室生產(chǎn)有較強的地域性，不同的區(qū)域氣候決定了不同的日光溫室結(jié)構(gòu)形式、栽培方式、品種選育以及茬口安排。根據(jù)當?shù)氐臍夂蛱攸c安排日光溫室生產(chǎn)可以充分利用其氣候資源，最大限度地避免氣象災害帶來的損失，在能源、勞力、資金耗費最少的情況下達到高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)出［3］。甘肅省地處黃土高原、青藏高原和蒙古高原交匯區(qū)，分屬黃河、長江和內(nèi)陸河3大流域，跨亞熱帶、溫帶和寒帶3個氣候帶，地貌及氣候條件復雜多樣［4］，只有根據(jù)環(huán)境條件、蔬菜性狀、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局、經(jīng)濟技術(shù)條件，進行日光溫室生產(chǎn)區(qū)劃，才能充分發(fā)揮氣候資源在日光溫室蔬菜生產(chǎn)中的優(yōu)勢。

關(guān)于我國日光溫室的氣候區(qū)劃，張紀增把我國日光溫室蔬菜生產(chǎn)從南到北劃分為四個栽培區(qū)［5］;齊玉春將我國東部淮河以北節(jié)能型日光溫室蔬菜生產(chǎn)劃歸為2個一級區(qū)、3個兩級亞區(qū)和6個二級小區(qū)［6］;趙子征等應用主成分分析和系統(tǒng)聚類方法對我國西北地區(qū)節(jié)能型日光溫室蔬菜生產(chǎn)進行分區(qū)，分為4個氣候區(qū)［3］;陳友根等運用多因素綜合評判方法對日光溫室在新疆分布區(qū)劃進行研究［7］;魏瑞江等利用GIS技術(shù)，運用綜合打分法，確定了河北省果菜日光溫室適宜發(fā)展區(qū)域［8］;邱仲華等人對甘肅省日光溫室生產(chǎn)進行了區(qū)劃，分為最佳發(fā)展區(qū)、適宜發(fā)展區(qū)、較適宜發(fā)展區(qū)3個區(qū)［9］。目前，對甘肅省日光溫室區(qū)劃沒有明確區(qū)劃的指標體系及所用區(qū)劃方法，區(qū)劃指標為經(jīng)驗選擇，主觀性較大，缺乏概括性強的分區(qū)指標。該研究通過分析甘肅省各地區(qū)的氣候特點及存在的主要問題，選擇影響溫室生產(chǎn)的主要氣候指標，分析各地氣候資源組合，完成甘肅省日光溫室生產(chǎn)氣候區(qū)劃，為充分合理利用當?shù)貧夂蛸Y源，因地制宜地制定日光溫室生產(chǎn)的發(fā)展規(guī)劃，布局設(shè)施栽培、設(shè)施種植制度和制定管理規(guī)范提供理論依據(jù)。

1 分區(qū)方法

1.1 分區(qū)思路

該文所做的區(qū)劃為三級區(qū)劃，首先劃分出一級區(qū)，然后分別在一級區(qū)內(nèi)進行二級區(qū)劃，最后在各二級區(qū)內(nèi)劃分出三級區(qū)。

1.2 一級分區(qū)

對于設(shè)施蔬菜氣候區(qū)劃，一級指標應該反映的是溫度熱量的差異。蔬菜設(shè)施栽培的氣候差異性在冬季尤其是1月份表現(xiàn)最為明顯。冷、凍害是土壤表面和植物表面的溫度下降到0℃或0℃以下，從而引起植物損傷乃至死亡的農(nóng)業(yè)氣象災害?？紤]到日光溫室和塑料大棚增溫分別在10℃和5℃，外界氣溫0℃時而棚室內(nèi)氣溫可達到10℃或5℃，此時適于蔬菜生長。因此，選取年最冷月1月平均氣溫作為一級區(qū)劃的指標，這體現(xiàn)了大地域區(qū)劃單元對氣候差異性的要求。因而以1月平均氣溫0℃等溫線做為一級區(qū)劃指標［10］。甘肅1月份0℃等溫線東部大致與秦嶺—淮河一致。1月平均氣溫0℃等溫線以北為北部一級區(qū)，此線南為南部一級區(qū)。經(jīng)劃分后，北部一級區(qū)包含32個基本站點，南部一級區(qū)有4個基本站點。氣象數(shù)據(jù)來源于甘肅省1971～2000年地面氣象資料。南部一級區(qū)主要包括甘肅省隴南地區(qū)文縣、武都縣、康縣、成縣、徽縣、兩當縣，境內(nèi)大部為北秦嶺山地，此區(qū)面積較小，故作為一個一級區(qū)不再進行區(qū)劃。

1.3 二級分區(qū)

1.3.1 指標的選擇及處理

指標的選擇:二級區(qū)劃中，利用綜合因子法將影響日光溫室生產(chǎn)氣候指標表達的信息集中起來，使其從總體上反映氣候?qū)θ展鉁厥疑a(chǎn)的影響。主要選擇以下相關(guān)因子:l月日照百分率、冬季 (12月，1月，2月)日照百分率、l月日照時數(shù)、冬季 (12月，1月，2月)日照時數(shù)、l月平均氣溫、冬季 (12，l，2月)平均氣溫、年平均氣溫、年極端最低氣溫、≥10℃積溫、日最低氣溫≤-l0℃的天數(shù)、最大凍土層、海拔等12個初選指標。由此北部一區(qū)的原始數(shù)據(jù)矩陣為Y32×12。

指標的篩選及綜合降維:對初選指標采用:(1)指標變異程度上的差異信息分析 (通過指標的變異系數(shù)篩選，舍去＜15%的指標);(2)指標間的t檢驗 (兩指標差異不顯著，只選其一);(3)分別將南北方均值化后的原始數(shù)據(jù)矩陣進行主分量分析，舍去載荷絕對值較小的變量。

表1 原始指標分辨力分析

經(jīng)篩選后北部區(qū)l月日照百分率、冬季日照百分率、l月日照時數(shù)、冬季日照時數(shù)、年極端最低氣溫的空間變異系數(shù)都小于0.15，舍去這5個地域差異性小的指標。故北部Ⅰ區(qū)剩余7個指標，數(shù)據(jù)陣變?yōu)閅32×7(表1)。經(jīng)篩選后的指標還存在相關(guān)問題，指標間的相關(guān)會造成變量之間相互干擾，信息重疊，使分區(qū)解釋困難。從表2可知1月平均氣溫與冬季平均氣溫、氣溫≤-l0℃天數(shù)、最大凍土層這幾個指標存在著極其顯著的關(guān)系。可見許多變量之間直接的相關(guān)性比較強，證明它們存在信息上的重疊。采用主分量分析即可用少數(shù)幾個不相關(guān)的綜合指標來化簡較多的原始指標，使之降維。通過表3(方差分解主成分提取分析)可知，提取2個主成分，即m=2，從表4(初始因子載荷矩陣)可知1月平均氣溫、冬季平均氣溫、最低氣溫≤-l0℃天數(shù)、最大凍土層在第一主成分上有較高載荷，說明第一主成分基本反映了這些指標的信息;年平均氣溫、≥10℃積溫和海拔指標在第二主成分上有較高載荷，說明第二主成分基本反映了這些指標的信息。所以提取兩個主成分是可以基本反映全部指標的信息，決定用兩個新變量來代替原來的七個變量。通過計算各樣本的主成分得分，得到各樣本點的主成分得分矩陣Y32×2，每個主成分之間相互獨立，以主成分的得分矩陣作為聚類分析的數(shù)據(jù)矩陣。

表2 相關(guān)系數(shù)矩陣

表3 方差分解主成分提取分析

1.3.2 分區(qū)方法

二級區(qū)劃主要利用系統(tǒng)聚類分析方法進行計算，具體計算過程參照文獻 ［11］。

1.4 三級分區(qū)

三級區(qū)劃主要根據(jù)以下3種原則:二級區(qū)劃中得出的綜合因子含義、反映溫度的綜合因子、日光溫室生產(chǎn)有明顯地域性差異的因子。根據(jù)二級分區(qū)的結(jié)果，利用對日光溫室冬春季蔬菜生產(chǎn)有明顯意義的溫度、熱量指標進行劃分。指標界限值見表5。

表4 初始因子載荷矩陣

表5 三級區(qū)劃指標

圖1 甘肅省日光溫室蔬菜生產(chǎn)氣候區(qū)劃體系

2 分區(qū)體系

甘肅省日光溫室蔬菜生產(chǎn)氣候區(qū)體系分為北部區(qū)和南部區(qū)兩個大區(qū)，以大寫羅馬Ⅰ、Ⅱ作為代表符號，并進一步將北部區(qū)劃分為4個二級區(qū)。以A、B、C、D表示。二級區(qū)內(nèi)，各分區(qū)前加注一級區(qū)符號。三級區(qū)則在二級區(qū)后面注寫1、2、3等作為三級符號，見圖1，各區(qū)指標平均值見表6所示。

表6 北部區(qū)各區(qū)氣候特征值

3 分區(qū)評述

甘肅省日光溫室蔬菜生產(chǎn)氣候區(qū)劃的結(jié)果如圖2所示。

圖2 甘肅省日光溫室蔬菜生產(chǎn)氣候分區(qū)

3.1 北部Ⅰ區(qū)

北部Ⅰ區(qū)是指1月平均氣溫0℃等溫線以北的地區(qū)，主要包括河西走廊、沿黃灌區(qū)、涇河流域、渭河流域等區(qū)域，該區(qū)冬季氣溫較低，在-7～-1℃之間，全區(qū)1月平均氣溫為-6.5℃，≥10℃積溫在1 300～3 700℃·天之間。

3.1.1 北部ⅠA 區(qū)

北部ⅠA區(qū)包括河西走廊敦煌市、嘉峪關(guān)市、酒泉市、張掖市、金昌市、武威市等地區(qū)。以海拔將ⅠA分為ⅠA(1)與ⅠA(2)，海拔＜1 800m的區(qū)域為ⅠA(1)，海拔＞1 800的區(qū)域為ⅠA(2)。界線為祁連山北麓民樂—永昌—天?！赖且痪€。

北部ⅠA(1):主要在河西走廊平原干旱區(qū)，包括敦煌市、嘉峪關(guān)市、瓜州縣、肅州區(qū)、金塔縣、高臺縣、甘州區(qū)、山丹縣、民勤縣、涼州區(qū)。區(qū)域境內(nèi)地勢平坦，氣候干燥，冬冷夏熱，光照充足，在中國太陽能區(qū)劃中，屬于太陽能豐富區(qū)和太陽能較豐富區(qū)。海拔在1 800m以下，≥10℃有效積溫2 800℃以上，冬季平均氣溫-6.5℃，1月平均氣溫-8.5℃。該區(qū)光熱資源豐富，日光溫室發(fā)展較為成熟，冬季基本上不加溫就可以生產(chǎn)喜溫蔬菜，是甘肅省最重要的日光溫室發(fā)展基地。在中國風壓分區(qū)中，該區(qū)屬于次大風壓區(qū)，春季風沙大，對日光溫室蔬菜生產(chǎn)帶來風險，必須強化防寒防風措施。在保持現(xiàn)有日光溫室采光、保溫性能的基礎(chǔ)上，適當增加溫室高度及跨度，以便提高土地利用率，實現(xiàn)設(shè)施內(nèi)機械化生產(chǎn)。該區(qū)是甘肅省日光溫室發(fā)展優(yōu)勢區(qū)域之一。

北部ⅠA(2):主要在河西走廊祁連山沿山冷涼干旱區(qū)，包括民樂縣、永昌縣、古浪縣、天?？h、永登縣。海拔在1 800m以上，海拔高，氣候冷涼，少雨干旱，≥10℃積溫2 500～3 000℃。該區(qū)平均海拔較高，各地在海拔2 000m以下區(qū)域大力發(fā)展日光溫室，技術(shù)較為成熟，農(nóng)民生產(chǎn)積極性高，且特色明顯，如永昌日光溫室辣椒、古浪和天祝日光溫室人參果具有較高知名度。該區(qū)宜發(fā)展高海拔地區(qū)標準型節(jié)能日光溫室，選用蓄熱系數(shù)大、載熱能力強的內(nèi)墻體材料，導熱系數(shù)小、隔熱性能好的外墻體材料;適當增加墻體厚度，采光屋面角要合理，以充分利用太陽輻射能來彌補低溫的不足;溫室外設(shè)置防寒溝，采用多層保溫被覆蓋。該區(qū)海拔2 000m以下區(qū)域也是甘肅省日光溫室發(fā)展優(yōu)勢區(qū)域之一。

3.1.2 北部ⅠB 區(qū)

北部ⅠB區(qū)主要為沿黃灌區(qū)與涇河流域，包括蘭州市、白銀市、臨夏自治州、定西市、慶陽市等地區(qū)。以海拔將ⅠB分為ⅠB(1)、ⅠB(2)與ⅠB(3)，海拔＞1700的沿黃灌區(qū)域為ⅠB(1)，海拔＜1 700m的沿黃灌區(qū)域為ⅠB(2)，海拔＜1 500m的涇河流域為ⅠB(3)。

北部ⅠB(1):主要在中部黃土丘陵溫涼半干旱半濕潤區(qū)，包括榆中縣、永靖縣、會寧縣、安定區(qū)、渭源縣、臨洮縣、隴西縣、臨夏市、莊浪縣。該區(qū)海拔在1 700～2 100m，氣候溫涼，光照良好，≥10℃積溫2 300～3 500℃，冬季平均氣溫-4.1℃，1月平均氣溫-6.0℃。該區(qū)光照充足，應在灌溉條件優(yōu)越的小流域大力發(fā)展日光溫室蔬菜生產(chǎn)，在溫室建造上注意保溫措施的應用。該區(qū)為甘肅省日光溫室發(fā)展優(yōu)勢區(qū)域之一。

北部ⅠB(2):主要在中部黃河沿岸溫暖干旱區(qū)，該區(qū)包括白銀區(qū)、靖遠縣、平川區(qū)、皋蘭縣等地區(qū)。區(qū)域海拔在1 400～1 700m，冬季平均氣溫-3.9℃，1月平均氣溫-5.9℃，≥10℃積溫3 100℃以上，冬季晴天日數(shù)較多，陰天日數(shù)較少，太陽輻射較高，光熱資源豐富。本區(qū)是甘肅省日光溫室發(fā)展最為發(fā)達地區(qū)，種植水平高、效益好，日光溫室發(fā)展較為成熟，冬季不加溫可生產(chǎn)喜溫蔬菜，是西北地區(qū)重要的節(jié)能型日光溫室蔬菜生產(chǎn)基地。該區(qū)農(nóng)戶從事日光溫室生產(chǎn)的積極性高，輕簡化省力栽培技術(shù)和設(shè)備的推廣應作為今后設(shè)施農(nóng)業(yè)推廣的重點，引導日光溫室生產(chǎn)專業(yè)戶的發(fā)展。該區(qū)為甘肅省日光溫室發(fā)展優(yōu)勢區(qū)域之一。

北部ⅠB(3):主要在涇河流域，包括慶城縣、華池縣、合水縣、西峰區(qū)、鎮(zhèn)原縣等地區(qū)。區(qū)域海拔在1 500m以下，冬季平均氣溫在-5～-2℃，1月平均氣溫-7～-5℃，≥10℃積溫3 000℃左右，秋季陰雨天較多，冬春季節(jié)光照充足，極限溫度較高。本區(qū)日光溫室發(fā)展歷史較長，但是總量不大，近年來日光溫室結(jié)構(gòu)比較混亂，盲目照搬外地結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象比較突出;由于秋季陰雨天較多，在日光溫室越冬茬和秋冬茬生產(chǎn)中難度較大。該區(qū)在發(fā)展日光溫室生產(chǎn)中應注意推廣適宜該區(qū)域氣候的溫室結(jié)構(gòu)，規(guī)范建造技術(shù)，做好設(shè)施的防水處理，同時還應加強短期補光設(shè)備的推廣應用;茬口安排中要避開秋季多雨時段。該區(qū)域為甘肅省日光溫室發(fā)展適宜區(qū)域之一。

3.1.3 北部ⅠC 區(qū)

北部ⅠC區(qū)主要在渭河流域黃土塬區(qū)，包括武山縣、甘谷鄉(xiāng)、秦州區(qū)、清水縣等地區(qū)。區(qū)域海拔在1 500～2 000m，冬季平均氣溫-2℃，1月平均氣溫-3℃，≥10℃積溫3 000℃左右。該區(qū)域由于秋季多雨，冬季連陰天較多，應大力發(fā)展日光溫室育苗、塑料大棚生產(chǎn)的模式。本區(qū)域為甘肅省日光溫室發(fā)展次適宜區(qū)域。

3.1.4 北部ⅠD區(qū)

北部ⅠD區(qū)主要甘南自治州高原區(qū)，包括夏河縣、碌曲縣、卓尼縣、迭部縣、臨潭縣、舟曲縣等區(qū)域。境內(nèi)海拔1 100～4 900m，大部分地區(qū)在3 000m以上。該區(qū)海拔梯度大，氣候差異明顯，適宜發(fā)展日光溫室的區(qū)域為南部岷迭山區(qū)和東部丘陵山地區(qū)土地開闊、灌溉便利、冬季陰雪天少、海拔在3 000m以下的部分區(qū)域，發(fā)展重點區(qū)域可放在卓尼縣洮河流域、臨潭縣東北部、夏河縣河谷區(qū)、合作市郊區(qū)。迭部、舟曲由于土地規(guī)模較小且平均氣溫較高，可將重點放在發(fā)展塑料大棚上，實行“溫室育苗、大棚生產(chǎn)”的模式。該區(qū)為甘肅省日光溫室發(fā)展次適宜區(qū)。

3.2 南部Ⅱ區(qū)

南部Ⅱ區(qū)是指1月平均氣溫0℃等溫線以南的地區(qū)，主要包括甘肅省隴南地區(qū)文縣、武都縣、康縣、成縣、徽縣、兩當縣，境內(nèi)大部為北秦嶺山地。本區(qū)冬季氣溫較高，在2～6℃之間，1月平均氣溫在0℃以上，年平均氣溫12.8℃，≥10℃積溫在3 800℃·天以上。該區(qū)內(nèi)冬季陰雪天偏多，光照不足，日光溫室生產(chǎn)難度較大，與塑料大棚相比效益不明顯。該區(qū)應充分發(fā)揮天然大溫室的優(yōu)勢，大力發(fā)展塑料大棚生產(chǎn)和露地冬播蔬菜生產(chǎn)。

4 結(jié)論

4.1 區(qū)劃采用運用綜合因子法和主導指標法相結(jié)合的原則，將甘肅省日光溫室蔬菜生產(chǎn)氣候區(qū)劃分為兩個一級區(qū)、4個二級區(qū)和7個三級區(qū)，并對各氣候區(qū)進行分區(qū)評價。

4.2 以河西走廊為主的北部ⅠA區(qū)和以沿黃灌區(qū)為主北部ⅠB區(qū)是甘肅省日光溫室發(fā)展的優(yōu)勢區(qū)域;以渭河流域黃土塬區(qū)為主北部ⅠC區(qū)和以甘南高原區(qū)為主的北部ⅠD區(qū)是甘肅省日光溫室發(fā)展的次適宜區(qū)。

4.3 在北部ⅠA區(qū)和北部ⅠB區(qū)日光溫室應是甘肅省冬季主要園藝設(shè)施，其地位不可替代;北部ⅠC區(qū)應大力發(fā)展日光溫室育苗、塑料大棚生產(chǎn)的模式;以徽成盆地為主的南部Ⅱ區(qū)應充分發(fā)揮天然大溫室的優(yōu)勢，大力發(fā)展塑料大棚生產(chǎn)和露地冬播蔬菜生產(chǎn)。

［1］李瑞云，張華.我國園藝業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及對策.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2010，31(2):67～70

［2］張學斌，邱中華.甘肅省設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策的探討.農(nóng)業(yè)工程技術(shù):溫室園藝，2011，(6):26～29

［3］趙子征，彭高軍，辛本勝.我國西北地區(qū)節(jié)能型日光溫室蔬菜生產(chǎn)氣候區(qū)劃.農(nóng)機化研究，2006，(5):87～90

［4］路等學，王龍，秦杰.甘肅省食用菌產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30(3):29～33

［5］張紀增.日光溫室栽培區(qū)的劃分.農(nóng)村實用工程技術(shù)，1991，(3):12

［6］齊玉春，陳端生.我國東部淮河以北地區(qū)節(jié)能型日光溫室蔬菜生產(chǎn)的氣候區(qū)劃風險初探.農(nóng)業(yè)工程學報，1998(14)，增刊:32～36

［7］陳友根，王冬良，呂國華，等.多因素模糊綜合評判日光溫室在新疆分布區(qū)劃中的應用.安徽農(nóng)業(yè)大學學報，2004，31(2):246～249

［8］魏瑞江，趙春雷.基于GIS的河北果菜日光溫室最佳發(fā)展區(qū)域確定.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2005，26(1):35～38

［9］邱仲華，康永領(lǐng)，王捷，等.甘肅省高效節(jié)能日光溫室區(qū)劃初報.農(nóng)業(yè)工程學報，1996，(12)增刊:143～144

［10］張亞紅，陳青云.中國溫室氣候區(qū)劃及評述.農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22(11):197～202

［11］陳青云，張亞紅，陳端生.主成分分析和聚類分析在中國設(shè)施園藝氣候區(qū)劃中的應用.華中農(nóng)業(yè)大學學報，2004，(35)增刊:43～47