蔣榮復(fù) 梁寶元 吳麗娟 林 楠

(1.莆田市氣象局，福建 莆田 351100；2.秀嶼氣象局，福建 莆田 351158)

1 概述

莆田地處亞熱帶海洋季風(fēng)氣候區(qū)，光、水、熱氣候資源豐富[1],尤其是冬暖氣候優(yōu)勢(shì)突出，適合冬季種植茄果類蔬菜。2018年莆田蔬菜播種面積307927畝，總產(chǎn)量595476噸，蔬菜總產(chǎn)值189356萬(wàn)元，其中茄果類蔬菜總產(chǎn)值24541萬(wàn)元[2]，茄果類蔬菜種植已成為當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)業(yè)中的主要支柱產(chǎn)業(yè)。莆田雖然地處我國(guó)東南部，屬亞熱帶氣候區(qū)，但冬半年也常不斷受到北方冷空氣南下影響，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成極大的危害，其中2018年1月接連兩次冷空氣影響莆田，低溫凍害直接造成20901畝蔬菜受災(zāi)，1000余畝西紅柿絕收，直接經(jīng)濟(jì)損失3307萬(wàn)元。因此，研究溫室大棚的茄果類蔬菜種植氣候適宜性，對(duì)于茄果類蔬菜生產(chǎn)合理布局和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)具有重要意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展農(nóng)作物氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和評(píng)估相關(guān)研究[3]。國(guó)外在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)方面，Snyder等[4]對(duì)霜凍發(fā)生的可能性給出了計(jì)算方法，并進(jìn)行了產(chǎn)量損失風(fēng)險(xiǎn)的定量計(jì)算；Cittadini等[5]構(gòu)建了定量評(píng)價(jià)櫻桃霜凍風(fēng)險(xiǎn)的綜合方法，用于估計(jì)霜凍防控系統(tǒng)在減災(zāi)方面的潛在影響。國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究始于20世紀(jì)90年代，以農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)、方法的探索研究為主，如李世奎等[6]以風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)為核心，探討了農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害分析的理論、概念、方法和模型，鄭冬曉[7]從全球性年際氣候變化方面研究了ENSO對(duì)全球及中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害和糧食產(chǎn)量的影響，2000年以后，國(guó)內(nèi)逐漸有大量關(guān)于冬小麥、水稻、玉米、香蕉、柑橘、沙田柚、茶葉等氣候適宜性的研究[8-16]；陳家金等[17]針對(duì)福建區(qū)域的特色經(jīng)濟(jì)作物和果樹(shù)開(kāi)展了多災(zāi)種綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和評(píng)估。以上研究一般都是針對(duì)大田作物的氣候適宜性討論，有關(guān)溫室大棚內(nèi)茄果類蔬菜種植適宜性的研究還比較少。

張志雪[18]研究了冬季溫室氣溫調(diào)控對(duì)番茄和黃瓜生長(zhǎng)的影響，朱麗云[19]研究了花期低溫寡照對(duì)番茄開(kāi)花坐果特性及果實(shí)品質(zhì)的影響，這些研究?jī)H針對(duì)氣溫變化對(duì)蔬菜生長(zhǎng)及果實(shí)品質(zhì)的影響，但基于適宜性區(qū)劃的測(cè)產(chǎn)試驗(yàn)?zāi)壳暗难芯窟€較少。因此，本文對(duì)莆田市大棚內(nèi)茄果類蔬菜種植的氣候適宜性開(kāi)展了研究，并對(duì)區(qū)劃后的三個(gè)不同氣候適宜性區(qū)域進(jìn)行番茄種植測(cè)產(chǎn)試驗(yàn)，以期為莆田市茄果類蔬菜生產(chǎn)合理布局和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資料來(lái)源

氣象資料均來(lái)源于福建省氣象局，包括2018年莆田35個(gè)區(qū)域自動(dòng)站逐小時(shí)的溫度資料和仙游縣龍華鎮(zhèn)、鐘山鎮(zhèn)、城廂區(qū)華亭鎮(zhèn)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)利農(nóng)集團(tuán)溫室大棚內(nèi)的農(nóng)氣寶逐小時(shí)溫度資料。

2.2 區(qū)劃方法

2.2.1 棚內(nèi)最低氣溫反演

以棚內(nèi)日最低溫度為因變量，棚外相對(duì)應(yīng)的日最低溫度為自變量，建立一元線性回歸模型。

2.2.2 氣候適宜性區(qū)劃方法

選擇多年平均極端低溫因子、極端低溫≤5℃年平均出現(xiàn)頻率分別作為莆田市棚內(nèi)茄果類種植的氣候資源區(qū)劃指標(biāo)和寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)，利用SPSS 19.0軟件推算的地理推算模型，使用ArcGIS軟件柵格計(jì)算器，將空間分辨率為30m高程、經(jīng)度和緯度方里網(wǎng)格帶入的氣候資源和寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)中，分別得到莆田市茄果類蔬菜氣候資源區(qū)劃圖和寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。根據(jù)農(nóng)業(yè)、氣象專家對(duì)各指標(biāo)的影響重要性確定出氣候資源區(qū)劃指標(biāo)和寒凍害危險(xiǎn)性指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，利用加權(quán)計(jì)算得出棚室茄果類蔬菜氣候適宜性綜合指數(shù)，疊加莆田市縣級(jí)行政區(qū)、區(qū)域氣象站點(diǎn)，制作出莆田市棚室茄果類蔬菜種植氣候適宜性區(qū)劃圖。

2.3 測(cè)產(chǎn)方法

選擇一個(gè)番茄品種作為試驗(yàn)品種，分別在適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)開(kāi)展對(duì)比種植試驗(yàn)。在結(jié)果期對(duì)每個(gè)試驗(yàn)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取2個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，清點(diǎn)株數(shù)，連續(xù)抽取30株計(jì)算單株結(jié)果數(shù)，隨機(jī)采收成熟番茄50個(gè)計(jì)算單果重，計(jì)算小區(qū)畝產(chǎn)量，其中小區(qū)畝產(chǎn)量=畝株數(shù)×單株結(jié)果數(shù)×單果重。

3 結(jié)果與分析

3.1 棚內(nèi)最低氣溫反演結(jié)果

針對(duì)大棚內(nèi)茄果類蔬菜種植區(qū)劃的需求，對(duì)仙游龍華的春秋冬最低氣溫進(jìn)行回歸分析。以棚內(nèi)日最低溫度為因變量，棚外相對(duì)應(yīng)的日最低溫度為自變量，建立一元線性回歸模型(表1)。

表1 大棚內(nèi)外最低氣溫回歸分析

從表1可見(jiàn)，春秋冬的棚內(nèi)外最低氣溫度回歸模型具有顯著的回歸效果，可以使用棚外日最低氣溫計(jì)算棚內(nèi)日最低氣溫。

3.2 氣候資源區(qū)劃指標(biāo)

通過(guò)查閱文獻(xiàn)、走訪專家以及實(shí)地調(diào)查等方法，根據(jù)溫室大棚茄果類蔬菜(番茄、黃瓜、辣椒、青椒、茄子)種植對(duì)生態(tài)氣候條件的要求，選擇棚內(nèi)多年平均極端低溫因子作為莆田市棚內(nèi)茄果類蔬菜種植的氣候資源區(qū)劃指標(biāo)，結(jié)合主產(chǎn)區(qū)實(shí)際生產(chǎn)情況和氣候條件的參數(shù)范圍，將氣候資源區(qū)劃指標(biāo)劃分為3個(gè)等級(jí)，如表2所示。

表2 莆田市棚室茄果類蔬菜氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)及分級(jí)

3.3 寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)

根據(jù)災(zāi)情資料統(tǒng)計(jì)分析，若環(huán)境溫度低于5℃，茄果類蔬菜的幼苗和植株將會(huì)停止生長(zhǎng)，因此，選取極端低溫≤5℃年平均出現(xiàn)頻率作為溫室大棚茄果類蔬菜寒凍害區(qū)劃指標(biāo)，將寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)劃分為3個(gè)等級(jí)，如表3所示。

表3 莆田市棚室茄果類蔬菜寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)及分級(jí)

3.4 區(qū)劃指標(biāo)的地理模型

為了客觀描述棚室茄果類蔬菜的氣候資源和寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)在莆田市的分布情況，有必要用區(qū)劃指標(biāo)的空間分析模型來(lái)推算其他無(wú)測(cè)站地區(qū)的分布情況。氣候要素與經(jīng)度、緯度、海拔高度等地理因子有著密切的關(guān)系，故區(qū)劃指標(biāo)與地理因子的關(guān)系模型可表示為：

y=f(x,y,h)

(1)

其中，y表示氣候資源和寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)值，x、y和h分別代表經(jīng)度、緯度、海拔高度。

根據(jù)上述方程，利用SPSS 19.0軟件將35個(gè)氣象站點(diǎn)的地理信息數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度和海拔高度)和指標(biāo)值代入公式(1)中，建立氣候資源和寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)與地理要素(經(jīng)緯度、海拔高度)之間的統(tǒng)計(jì)模型(見(jiàn)表4)，模型F值均通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，具有較高的可信度。

表4 莆田茄果類蔬菜區(qū)劃指標(biāo)因子的地理推算模型

3.5 適宜性區(qū)劃圖制作

根據(jù)莆田茄果類蔬菜區(qū)劃指標(biāo)因子的地理推算模型，利用ArcGIS軟件柵格計(jì)算器，將空間分辨率為30m高程、經(jīng)度和緯度方里網(wǎng)格帶入表4模型中，并按表2的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，得到30m×30m網(wǎng)格的莆田市茄果類蔬菜氣候資源區(qū)劃圖，如圖1(a)所示，按照表3的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，得到30m×30m網(wǎng)格的莆田市茄果類蔬菜寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖，如圖1(b)所示。

(a) (b)

利用ArcGIS的柵格重分類功能，對(duì)莆田市茄果類蔬菜氣候資源適宜區(qū)、次適宜區(qū)、不適宜區(qū)分別按3、2、1進(jìn)行等級(jí)賦值，對(duì)莆田市茄果類蔬菜寒凍害的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分別按0、1、2進(jìn)行等級(jí)賦值，根據(jù)農(nóng)業(yè)、氣象專家對(duì)各指標(biāo)的影響重要性進(jìn)行打分，確定出氣候資源區(qū)劃指標(biāo)和寒凍害危險(xiǎn)性指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)分別為0.8和0.2，并利用加權(quán)計(jì)算得出棚室茄果類蔬菜氣候適宜性綜合指數(shù)，然后利用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法，將莆田市棚室茄果類蔬菜種植區(qū)分為適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)3種類型，最后，疊加莆田市縣級(jí)行政區(qū)、區(qū)域氣象站點(diǎn)，制作出莆田市大棚茄果類蔬菜氣候適宜性區(qū)劃圖，如圖2所示。

圖2 莆田市大棚茄果類蔬菜氣候適宜性區(qū)劃圖

3.6 分區(qū)評(píng)述

3.6.1 適宜區(qū)

適宜區(qū)主要分布在秀嶼區(qū)、荔城區(qū)中南部、涵江區(qū)南部、城廂區(qū)南部等地區(qū)。該區(qū)域多年平均極端低溫在4℃以上，冬季極端低溫≤5℃年平均發(fā)生頻次在2次以下，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)小于0℃的情況，屬于輕度寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，熱量資源豐富，滿足茄果類蔬菜整個(gè)生長(zhǎng)期對(duì)溫度的要求，同時(shí)，整個(gè)生長(zhǎng)期受到低溫寒凍害的影響程度較輕。該區(qū)域是莆田市茄果類種植的重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，可充分利用氣候資源，有計(jì)劃、有步驟、有組織地進(jìn)行茄果類生產(chǎn)基地規(guī)劃，實(shí)施批量生產(chǎn)，以提高該區(qū)域茄果類蔬菜種植的經(jīng)濟(jì)效益。

3.6.2 次適宜區(qū)

次適宜區(qū)主要分布在城廂區(qū)、涵江區(qū)和仙游縣中低海拔地區(qū)，少量分布在荔城區(qū)和秀嶼區(qū)較高海拔地區(qū)。該地區(qū)多年平均極端低溫介于0℃～5℃，冬季極端低溫≤5℃年平均發(fā)生頻次在2～14次，偶爾出現(xiàn)極端低溫小于0℃的情況，屬于中、高度寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，熱量條件略顯不足，春秋季受到低溫寒凍害的影響程度較輕，冬季受到低溫寒凍害的影響程度較重。該區(qū)不適宜大面積發(fā)展茄果類蔬菜生產(chǎn)，可充分利用氣候資源，選用優(yōu)良避寒的品種或棚內(nèi)加溫避寒等方式進(jìn)行局部生產(chǎn)，減輕低溫寒凍害的影響，以提高種植效率。

3.6.3 不適宜區(qū)

不適宜區(qū)主要分布在仙游縣中高海拔山區(qū)以及涵江區(qū)北部高海拔地區(qū)。該區(qū)多年平均極端低溫在0℃以下，冬季極端低溫≤5℃年平均發(fā)生頻次在20次以上，屬于高度寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，熱量條件明顯不足，也是莆田市寒凍害最嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)該避免在此區(qū)域大面積種植。

3.7 區(qū)劃結(jié)果驗(yàn)證

3.7.1 番茄測(cè)產(chǎn)驗(yàn)證

使用粉果“麗達(dá)759”作為試驗(yàn)品種，分別在適宜區(qū)(仙游縣大濟(jì)鎮(zhèn)龍坂村)、次適宜區(qū)(涵江區(qū)白沙鎮(zhèn)廣山村)和不適宜區(qū)(仙游縣游洋鎮(zhèn)梧椿村)開(kāi)展對(duì)比種植試驗(yàn)。試驗(yàn)于2019年8月25日播種(穴盤(pán)育苗)，10月15日定植，試驗(yàn)過(guò)程中，3個(gè)區(qū)域田間管理一致。2020年2月25日對(duì)每個(gè)試驗(yàn)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取2個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，清點(diǎn)株數(shù)，連續(xù)抽取30株計(jì)算單株結(jié)果數(shù)，隨機(jī)采收成熟番茄50個(gè)計(jì)算單果重，計(jì)算小區(qū)畝產(chǎn)量和平均畝產(chǎn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 番茄對(duì)比種植試驗(yàn)測(cè)產(chǎn)結(jié)果

分析表5可以看出，適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)的番茄測(cè)產(chǎn)產(chǎn)量呈階梯式下降，適宜區(qū)產(chǎn)量比不適宜區(qū)的產(chǎn)量多了接近一倍，不同區(qū)域站點(diǎn)實(shí)測(cè)產(chǎn)量與氣候區(qū)劃結(jié)果具有較好的吻合性。

3.7.2 凍害個(gè)例驗(yàn)證

2020年12月29日～2021年1月3日，受強(qiáng)冷空氣影響，莆田市遭遇2020年入冬以來(lái)最強(qiáng)一次冷空氣影響，48小時(shí)最低溫降溫幅度10～12℃，達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)程極端最低氣溫出現(xiàn)在1日，最低氣溫分布見(jiàn)圖3。對(duì)比圖3與圖2可以發(fā)現(xiàn)，大棚外最低氣溫≤-2℃區(qū)域(大棚內(nèi)對(duì)應(yīng)0℃，出現(xiàn)冰凍災(zāi)害)，大棚外最低氣溫-2～2℃區(qū)域(大棚內(nèi)對(duì)應(yīng)0～4℃區(qū)域，出現(xiàn)霜凍災(zāi)害)，大棚外最低氣溫≥2℃區(qū)域(大棚內(nèi)對(duì)應(yīng)≥4℃區(qū)域，未發(fā)生凍害)分別與適宜性區(qū)劃圖中的不適宜區(qū)、次適宜區(qū)、適宜區(qū)近乎重合，說(shuō)明氣候區(qū)劃結(jié)果具有較好的可靠性。

圖3 莆田市2021年1月1日最低氣溫分布圖

4 研究結(jié)論

莆田市溫室大棚的茄果類蔬菜種植適宜區(qū)主要分布在秀嶼區(qū)、荔城區(qū)中南部、涵江區(qū)南部、城廂區(qū)南部等地區(qū)；次適宜區(qū)主要分布在城廂區(qū)、涵江區(qū)和仙游縣中低海拔地區(qū)，少量分布在荔城區(qū)和秀嶼區(qū)較高海拔地區(qū)；不適宜區(qū)主要分布在仙游縣中高海拔山區(qū)以及涵江區(qū)北部高海拔地區(qū)。

莆田市溫室大棚的茄果類蔬菜種植適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)的番茄測(cè)產(chǎn)產(chǎn)量呈階梯式下降，適宜區(qū)產(chǎn)量比不適宜區(qū)的產(chǎn)量多了接近一倍，不同區(qū)域站點(diǎn)實(shí)測(cè)產(chǎn)量與氣候區(qū)劃結(jié)果具有較好的吻合性。

在2021年年初的一次強(qiáng)冷空氣過(guò)程中，棚內(nèi)最低氣溫冰凍區(qū)域、霜凍區(qū)域和未出現(xiàn)霜凍災(zāi)害區(qū)域分別與茄果類蔬菜氣候適宜性區(qū)劃圖中的不適宜區(qū)、次適宜區(qū)、適宜區(qū)近乎重合，說(shuō)明氣候區(qū)劃結(jié)果具有較好的可靠性。