萊蕪市冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候資源評估

王琪珍++何鵬程++鄭燕++王承軍

摘要 在全球氣候變暖的背景下，萊蕪市的光熱資源發(fā)生了明顯的變化，低溫、寡照等災(zāi)害對設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響更加顯著。利用萊蕪市35年（1981—2015年）的觀測資料，對冬季影響設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的光、溫氣候資源的變化特點(diǎn)進(jìn)行了分析評估，同時(shí)利用近10年區(qū)域站資料，對同期氣候資源以及氣象災(zāi)害的空間分布特征進(jìn)行了初步探討。結(jié)果表明，萊蕪市冬季氣溫在波動(dòng)中上升，低溫日數(shù)減少，對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利，但日照時(shí)數(shù)減少，低溫、寡照等對茄果類設(shè)施蔬菜的影響更加劇，應(yīng)做好極端低溫和寡照災(zāi)害的應(yīng)對措施。在空間分布上，萊蕪市冬季氣溫呈現(xiàn)從西南部平原到東北部山區(qū)遞減的趨勢，低溫災(zāi)害、風(fēng)災(zāi)等災(zāi)害東北部山區(qū)多，影響程度重；西南部平原災(zāi)害少，影響程度低。設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展遠(yuǎn)景，西南部平原區(qū)優(yōu)于東北部山區(qū)，東北部山區(qū)適宜發(fā)展葉菜類蔬菜，西南部平原適宜發(fā)展瓜果類蔬菜，新建溫室大棚應(yīng)選擇保溫性能好的土墻結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞 設(shè)施農(nóng)業(yè)；冬季；氣候資源；評估；山東萊蕪

中圖分類號(hào) S162 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）24-0238-03

據(jù)報(bào)道，目前我國設(shè)施農(nóng)業(yè)種植面積居世界首位，其中蔬菜種植年產(chǎn)值達(dá)2 025億元左右，成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，并逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。萊蕪市地處魯中山區(qū)腹地，氣候多樣，光熱資源豐富，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了得天獨(dú)厚的有利條件。近年來，萊蕪市設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，設(shè)施農(nóng)業(yè)的規(guī)模和水平迅速提高，各種名優(yōu)蔬菜、瓜果、花卉種植已成為農(nóng)民增收的主要支柱產(chǎn)業(yè)。

隨著全球氣候變暖，萊蕪市的氣候資源也發(fā)生明顯的變化。這種變化必定對設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和布局產(chǎn)生一定影響，如冬季氣溫的升高、低溫日數(shù)的減少在一定程度上提高了設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)能力；但近年來，冬季霧霾、陰雨寡照天氣的增多給設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來一定的負(fù)面影響，如2015年11月初至12月初持續(xù)近1個(gè)月的陰雨寡照天氣給全市設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。據(jù)調(diào)查，全市茄果類設(shè)施蔬菜減產(chǎn)10%～20%，嚴(yán)重的減產(chǎn)40%～50%，有些大棚甚至出現(xiàn)絕產(chǎn)。因此，研究冬季氣候資源的變化規(guī)律對提高設(shè)施農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣候變化的能力和降低氣象災(zāi)害對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的負(fù)面影響具有重要意義。

本文利用萊蕪站35年的冬季觀測資料以及近10年區(qū)域站同期的觀測資料，研究了萊蕪市氣溫、光照等氣候資源的時(shí)空變化規(guī)律以及低溫、寡照、大風(fēng)等氣象災(zāi)害的空間分布特點(diǎn)，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)為萊蕪站1981—2015年冬季（12月至次年2月）的逐日氣象觀測資料，2009—2015年區(qū)域站同期的觀測資料，氣象要素包括逐日平均氣溫、日最低氣溫、日照、日極大風(fēng)速等。

1.2 設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)

根據(jù)近幾年的氣象觀測數(shù)據(jù)，冬季影響設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣象災(zāi)害主要有低溫、寡照、大風(fēng)等，各種災(zāi)害指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 萊蕪市設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候資源的變化特點(diǎn)

農(nóng)業(yè)氣候資源為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供所必需的物質(zhì)與能量，其光、熱資源的分布與變化對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響很大。在全球氣候變暖的大背景下，萊蕪市的光、熱資源也發(fā)生了明顯的變化。

2.1.1 溫度。溫度是影響設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的首要因子，冬季平均氣溫和日最低氣溫是制約一個(gè)地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要條件。趙淑蘭等[1]研究指出，冬季平均氣溫對設(shè)施農(nóng)業(yè)品種選擇影響較大，其中冬季寒冷宜種植葉菜類蔬菜，冬季溫暖則宜種植瓜果類蔬菜。分析萊蕪市1981—2015年冬季氣溫變化情況，可以看出，35年來萊蕪市冬季平均氣溫呈明顯的升高趨勢，平均每10年升高0.49 ℃，冬季平均最低氣溫也呈明顯的升高趨勢，平均每10年升高0.87 ℃。低溫日數(shù)平均每10年減少3.9次。王琪珍等[2]研究指出，隨著全球氣候變暖，萊蕪市極端最低氣溫呈明顯上升趨勢，≤-10.0 ℃的低溫日數(shù)呈減少趨勢，極端最低氣溫強(qiáng)度減弱，持續(xù)時(shí)間縮短。但氣溫變化的極端事件在增多，階段性的強(qiáng)降溫有增強(qiáng)的趨勢。如2016年1月22—25日，受強(qiáng)冷空氣的影響，萊蕪市出現(xiàn)寒潮天氣過程，連續(xù)3 d出現(xiàn)低溫天氣，市區(qū)48 h降溫幅度達(dá)到13.2 ℃，24日最低氣溫市區(qū)為-17.8 ℃，為近30年同期第二極值，東北部山區(qū)最低氣溫達(dá)-22.5 ℃，使部分大棚出現(xiàn)低溫冷害和凍害，給全市設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的影響。

2.1.2 光照。日照時(shí)數(shù)是指太陽中心從出現(xiàn)在一地的東方地平線到進(jìn)入西方地平線，其直射光線在無地物、云、霧等任何遮蔽的條件下，照射到地面所經(jīng)歷的小時(shí)數(shù)[3]。冬季日照時(shí)數(shù)的長短對冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)的高效安全影響較大，通過研究發(fā)現(xiàn)，冬季萊蕪市日照時(shí)數(shù)呈波動(dòng)中減少的趨勢，平均每10年減少3.8 h。尤其是近10年來，寡照災(zāi)害成為影響設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的“頭號(hào)殺手”。寡照常常影響設(shè)施作物的生長發(fā)育進(jìn)程和品質(zhì)產(chǎn)量，如植株?duì)€根、死苗、生長緩慢、成熟期推遲、出現(xiàn)畸形果等。冬季寡照容易造成棚內(nèi)升溫緩慢，造成低溫冷害而影響作物生長。吳光輝證實(shí)低溫弱光下黃瓜苗期延長，生長和光合速率降低。在缺氧條件下，植物只能進(jìn)行無氧呼吸，暫時(shí)維持其生命活動(dòng)，最終會(huì)影響植物正常生長。在長時(shí)間的低溫寡照條件下，菜農(nóng)為了保持棚內(nèi)溫度而減少通風(fēng)時(shí)間，從而導(dǎo)致棚內(nèi)氧氣含量降低，光合作用減弱，造成蔬菜營養(yǎng)物質(zhì)缺乏，抗病能力降低，容易出現(xiàn)爛棵、爛果、畸形果等。近10年來，萊蕪市冬春共發(fā)生寡照災(zāi)害28次，輕度寡照災(zāi)害24次，中度災(zāi)害4次[4]。

由以上分析看出，萊蕪市的光溫資源確實(shí)發(fā)生了明顯的變化，一方面冬季氣溫升高，低溫次數(shù)的減少對冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)的防寒保暖較為有利，但氣溫變化的極端事件造成的低溫災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也在增加；另一方面，日照時(shí)數(shù)的減少使寡照災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增大。這說明在全球氣候變暖的背景下，萊蕪市冬季光熱資源的變化對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響利弊并存，低溫、寡照災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)增加，對喜溫喜光的茄果類溫室蔬菜的負(fù)面影響更為顯著。有研究表明，冬季的光照條件及低溫的強(qiáng)度頻率是發(fā)展日光溫室的主要限制因子[5]，如何充分利用有利的氣候資源趨利避害是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展必須高度關(guān)注的重要因素，也是氣象部門加強(qiáng)探索的重要課題。

2.2 萊蕪市冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)資源評估

由于農(nóng)業(yè)氣候資源的多樣性，科學(xué)分析一個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)氣候資源的時(shí)空分布特征，對于高效利用農(nóng)業(yè)氣候資源、合理布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

2.2.1 平均氣溫的分布。高密度的區(qū)域站建設(shè)為局地小氣候的研究提供了便利，利用萊蕪市近10年的區(qū)域站資料分析可見，萊蕪市冬季平均氣溫的分布從西南部平原至東北部山區(qū)呈遞減趨勢，西南部山前平原區(qū)牛泉—高莊和西北部山前平原區(qū)冬季平均氣溫高，基本在0 ℃以上，東北部山區(qū)低，在-2 ℃以下，西部平原為-1 ℃左右，南部山區(qū)為 -1～0 ℃之間（圖1）。進(jìn)一步分析極端最低溫度可以看出，萊蕪市冬季極端氣溫的分布和平均氣溫的分布基本一致，西南部和西北部山區(qū)的山前平原區(qū)極端最低氣溫為-16 ℃左右，東北部山區(qū)極端最低氣溫為-20 ℃以下，南部山區(qū)為-17 ℃左右?？傮w上看，冬季西南平原區(qū)以及西北部山前平原區(qū)的熱量條件優(yōu)于山區(qū)和丘陵區(qū)，東北部山區(qū)熱量條件最差，南部山區(qū)的熱量條件優(yōu)于西部平原。

2.2.2 極大風(fēng)速的分布。從萊蕪市極大風(fēng)速的分布（圖2）可以看出，風(fēng)速的分布也和地形有關(guān)，西南部平原極大風(fēng)速為13～15 m/s，東北部山區(qū)在19～21 m/s，中部丘陵地帶為17～19 m/s，南部山區(qū)為15 m/s。

2.3 設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害

2.3.1 低溫災(zāi)害。低溫是影響北方設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。近年來，低溫冷害的影響在冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中表現(xiàn)得日益突出，通過分析近10年來萊蕪低溫的發(fā)生頻次可見，西南部山前平原區(qū)高莊—牛泉一帶低溫發(fā)生次數(shù)最少，年平均為6次左右，西北部山平原區(qū)為10次左右，南部山區(qū)為10～14次，東北部山區(qū)在20次以上，和莊最多，達(dá)30次。在空間分布上，西南部平原多輕度的低溫災(zāi)害，中度的低溫災(zāi)害多發(fā)生在從平原向山區(qū)過渡的中部丘陵區(qū)，東北山區(qū)多重度低溫災(zāi)害。重度低溫災(zāi)害多發(fā)生在1月，12月、2月多為輕度到中度低溫災(zāi)害[6-8]（圖3）。

2.3.2 風(fēng)災(zāi)。風(fēng)對設(shè)施農(nóng)業(yè)影響很大，大風(fēng)也是影響冬季萊蕪市設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最常見的氣象災(zāi)害，大風(fēng)常常刮壞棚膜，使溫室蔬菜暴露，造成凍害或冷害，嚴(yán)重影響溫室蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。有研究指出，北方地區(qū)塑料大棚及日光溫室輕度和中度風(fēng)災(zāi)主要分布在沿海和高海拔地區(qū)。分析萊蕪市風(fēng)災(zāi)的發(fā)生規(guī)律可以看出，萊蕪市風(fēng)災(zāi)北部山區(qū)和南部山區(qū)多，西南部平原至東部山區(qū)少，以北部山區(qū)最多。西南部平原多為輕度風(fēng)災(zāi)，山前丘陵區(qū)多為中度風(fēng)災(zāi)，雪野湖、大冶水庫、公莊水庫附近是中度風(fēng)災(zāi)的高發(fā)區(qū)，以雪野湖區(qū)最多。重度風(fēng)災(zāi)多發(fā)生在東北部山區(qū)，雪野湖區(qū)最多。南部山區(qū)多輕到中度風(fēng)災(zāi)。由此分析看出，北部山區(qū)風(fēng)災(zāi)頻次多，災(zāi)害程度重，西南部平原風(fēng)災(zāi)頻次少，南部山區(qū)風(fēng)災(zāi)頻次較多，但災(zāi)害程度低，中度和重度風(fēng)災(zāi)多發(fā)生在北部山區(qū)和水庫庫區(qū)附近。從發(fā)生的時(shí)間看，輕度、中度風(fēng)災(zāi)12月至翌年2月均有發(fā)生，重度風(fēng)災(zāi)多發(fā)生在12月和1月，2月最少（圖4）。

2.4 評估結(jié)果

通過對萊蕪市冬季氣候資源的評估得出，西南部平原和西北部山前平原區(qū)氣溫高，熱量條件好，低溫、風(fēng)災(zāi)等災(zāi)害發(fā)生頻次少，災(zāi)害程度低，應(yīng)大力發(fā)展瓜果類蔬菜；南部山區(qū)總體適宜發(fā)展瓜果類蔬菜；東北部山區(qū)氣溫低，低溫、風(fēng)災(zāi)等災(zāi)害發(fā)生頻次高，災(zāi)害程度重，適宜發(fā)展葉菜類蔬菜。為有效抵御冬季可能發(fā)生的持續(xù)低溫、寡照和突發(fā)風(fēng)災(zāi)，溫室最好選擇保溫性能好的土墻結(jié)構(gòu)溫室，同時(shí)隆冬時(shí)節(jié)應(yīng)做好防風(fēng)、補(bǔ)光、加溫措施（圖5）。

3 結(jié)論

通過對萊蕪市近35年冬季光、溫資源的分析可得出，無論是冬季平均氣溫還是最低氣溫都呈升高趨勢，氣溫條件總體對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利，但冬季日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢，對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利。在氣候變暖的大背景下，氣溫將有利于設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，日照條件將更為不利，極端低溫災(zāi)害、寡照災(zāi)害對喜溫喜光的茄果類溫室蔬菜的負(fù)面影響更為突出。因此，設(shè)施農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展應(yīng)在充分利用有利的氣候資源的情況下，合理規(guī)劃和調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，做好極端低溫和寡照災(zāi)害的應(yīng)對措施。

通過對萊蕪冬季氣候資源的評估得出未來設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)景，西南部平原和西北部山前平原區(qū)應(yīng)大力發(fā)展瓜果類蔬菜；東北部適宜發(fā)展葉菜類蔬菜。為有效應(yīng)對極端天氣造成的持續(xù)低溫、強(qiáng)降溫、突發(fā)風(fēng)災(zāi)，新建溫室大棚應(yīng)選擇保溫效果好的土墻結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)做好補(bǔ)光、加溫、防風(fēng)等應(yīng)對措施。

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