高原夏菜種植氣候劃分研討

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我國東南沿海地區夏秋季節氣候炎熱，不利于蔬菜生產，導致這些地區6－9月蔬菜供需矛盾突出。高原夏菜指利用高原夏季涼爽、日照充足、晝夜溫差大等氣候特點，在高海拔灌溉農業區生產優質蔬菜，以滿足東南沿海城市6－9月的蔬菜淡季需求。另外，隨著世界蔬菜貿易的發展，東南亞等國家和地區對中國夏季蔬菜的需求呈不斷上升態勢。以甘肅為核心的高原夏菜基地獨具氣候特色，已發展成為我國蔬菜消費需求中必不可少的“高原夏菜西菜東調”基地。2008年，甘肅省高原夏菜種植面積為20萬hm2，總產量達550萬t，給蔬菜產區農民帶來年人均1000元的經濟收入，占到蔬菜產區農民人均純收入的40％，為區域農村與農村經濟發展做出了巨大的貢獻。目前，高原夏菜已成為甘肅省農業產業中發展速度最快、質量最好、效益最高的支柱產業之一。甘肅省地處黃土高原、青藏高原和蒙古高原交匯區，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。由于高原夏菜的經濟效益好，有些地方不顧蔬菜生長的氣候要求而盲目種植，導致收成不好，遭受了一定的經濟損失；有的地方品種結構不合理，造成高原夏菜產量低、品質差，經濟效益不高。因此，只有根據高原夏菜的生態適應性進行合理布局，充分利用當地的自然資源和社會經濟條件，才能充分發揮氣候資源在高原夏菜生產中的優勢，實現高原夏菜產業的可持續發展，但目前尚未見關于甘肅高原夏菜氣候區劃研究的報道。為此，本研究選取熱量、水分、光照等多種指標［1－2］，采用主成分分析和系統聚類分析方法［3］，對甘肅省高原夏菜的種植進行氣候區劃，以期為甘肅各地高原夏菜的合理種植提供參考。

1材料與方法

1．1區劃范圍

研究區范圍僅包括甘肅省境內當前實際種植高原夏菜的區域，該區海拔1100～2600m，經緯度為：35．37°～40．53°N，94．68°～105．08°E。

1．2研究資料

本研究所用的26個縣（區）氣象資料（包括歷年逐月平均氣溫、降水量、日照時數等），來自區劃范圍內國家氣象站1949－2000年的記錄數據。26縣（區）包括瓜州縣、白銀區、安定區、敦煌市、皋蘭縣、高臺縣、古浪縣、會寧縣、金塔縣、景泰縣、靖遠縣、肅州區、蘭州市、臨洮縣、臨夏州、臨澤縣、民樂縣、民勤縣、山丹縣、涼州區、永昌縣、永登縣、榆中縣、玉門市、甘州區、夏河縣，依次編號為1～26。根據高原夏菜生長的主要生態因子要求，將其分為以下幾種：

（1）耐寒蔬菜：主要包括菠菜、香菜、大蔥、大蒜。

（2）半耐寒蔬菜：蘿卜、胡蘿卜、芹菜、大白菜、娃娃菜、甘藍、萵苣、荷蘭豆、甜脆豆、花椰菜、綠菜花。

（3）喜溫蔬菜：西葫蘆、番茄、黃瓜、辣椒、茄子、菜豆。（4）耐熱蔬菜：南瓜、苦瓜、西瓜、甜瓜、豇豆。

1．3區劃原則

1．3．1氣候資源的地域分異性

氣候資源如溫度、水分、光照等，在空間分布上的相對一致性、差異性及其變化的規律性導致不同地域有不同的組合類型，是進行氣候區劃的必要條件。所以，在區劃時，要充分考慮地域差異性和高原夏菜品種生長發育所需的溫度、光照、濕度等條件。

1．3．2相似性和差異性

隨著地域的變化，氣候資源隨之變化，氣候因子在不同地域的差異性為高原夏菜氣候區劃提供了前提條件和各種可能性的結果。同時，氣候因子具有共性和相似性，只要確立主要影響因素，就為區劃帶來了可能性。

1．3．3因地制宜和適當集中

根據高原夏菜生物學特性及社會經濟要求的不同，對其實施因地制宜和適當集中的種植區劃原則。根據不同環境“對癥下藥”，適地適栽，保證其在適宜的環境條件下生長，保證產品品質。但栽培也不可過于分散，適當集中有利于產銷，易于推廣，容易形成品牌。

1．3．4可持續發展

高原夏菜種植作為一種經濟產業，要考慮發展的持續性，既要充分利用資源，又不能危害資源，同時有機種植已經興起，進行科學合理的區劃對于高原夏菜種植意義深遠。

1．4區劃指標的選擇

按照區域位置－地貌－氣候為基本順序來進行區劃。結合甘肅地理方位、地貌形態的差異，選擇與高原夏菜生長發育具有密切關系的8個影響因子作為甘肅高原夏菜氣候區劃的指標。這8個影響因子是：≥10℃有效積溫（X1）［4－7］、累計降水（X2）、平均大氣濕度（X3）、平均氣溫（X4）、7月（最熱月）平均氣溫（X5）［8－9］、平均高溫（X6）、平均低溫（X7）、累計日照時數（X8）［10－14］?！?0℃積溫可以反映地方氣候對生物所能提供的熱量條件，降水量反映全生育期的水分供給量，平均相對濕度則反映生物生長所需的濕度狀況，平均溫度能反映全生育期的熱量條件，7月（最熱月）氣溫往往決定著高原或高緯度地區的植物能否生長良好，全生育期日照時數可用來比較各地區光能資源的分布狀況。

1．5數據處理方法

1．5．1主成分分析

由于選取的指標較多，且眾多變量之間可能存在明顯的相關性，因而會造成信息重疊、干擾，且解釋困難。采用主成分分析法可以在盡可能不損失信息或少損失信息的情況下，將多個指標提取為少數幾個指標，以高度概括原始數據中絕大部分信息。主成分分析步驟［15］如下：（1）原始數據無量綱化后，將26個縣（區）的8個區劃指標因子值組成矩陣Xpn（p＝8，n＝26）；（2）計算Xpn的協方差矩陣的特征值及特征向量；（3）計算各主成分的方差貢獻率及累計方差貢獻率。

1．5．2聚類分析

系統聚類法是目前氣候區劃中應用較多的一種分析方法。用SPSS軟件進行系統聚類分析，其步驟［16］如下：（1）對數據進行標準化處理；（2）標準化之后的數據用分層聚類法進行分析，聚類方法選擇組間連接法（Between－groupslink－age），合并兩類使得兩類間的平均距離最??；距離測度方法選擇歐氏距離（Euclideandistance）；將聚類關系（Clustermembership）與實際情況進行綜合分析，確定甘肅夏菜種植區劃適宜類型及其數量。區劃結果在GIS平臺作圖輸出。1．5．3分區命名方法根據甘肅省高原夏菜種植區26縣（區）氣象數據中的降水量和大氣濕度（表1），將高原夏菜種植氣候區劃分為半濕潤區、半干旱區和干旱區3種類型，然后結合高原夏菜的分類對氣候區劃進行命名。

2結果與分析

2．1主成分分析

由表2可知，前2個主成分的累計方差貢獻率已經達到95．484％，包含了絕大部分的原始信息，特征值分別為6．363和1．275，因此將其作為提取的2個公因子進行系統聚類分析。

2．2聚類分析

將新變量fac＿1、fac＿2作為聚類分析的變量，在SPSS上運行，通過比較，選取5作為閾值進行聚類分析，結果如圖1所示。根據聚類分析結果對研究區進行分類，發現有3類地區不適合夏菜種植，分別為：夏河縣海拔2500m以上區域，該區生長季熱量不足，不適宜蔬菜生產；瓜州縣、敦煌市和金塔縣海拔1200m以下地區，該區夏季炎熱，不適宜夏季蔬菜生產；荒漠、戈壁、山地、陡坡地，這些地區立地條件不適合蔬菜生產。其他海拔高度在1100～2600m、平均溫度10～20℃、生長季≥10℃有效積溫為450～1750℃、生長季累計日照時數1100～1900h的地區為高原夏菜生產區，去除3類不適合種植區，與實際情況結合將其他地區再細分為8個區。

2．3甘肅省高原夏菜氣候區劃評述

將高原夏菜種植氣候區劃的結果在GIS平臺輸出，結果如圖2所示。

2．3．1耐熱蔬菜干旱種植區

（1）區域范圍。該區包括敦煌市和瓜州縣境內海拔1200m以下的區域，平均海拔1138～1170．8m。（2）氣候資源。生長季平均氣溫16～20℃，≥10℃有效積溫1500℃左右，平均氣溫≥10℃的時間187d，生長期227d左右，年均溫1．6℃，最熱月平均氣溫25℃左右，日照時數2200h左右，生長期降水量不足50mm。（3）適宜蔬菜種類。該區宜種植耐熱蔬菜，特別是瓜類作物。2009年瓜州縣蜜瓜種植面積達到5466．7hm2，占全縣農作物總播種面積的16．6％；應穩定瓜果生產，將瓜州建成哈密瓜生產基地。敦煌市可種植苦瓜、絲瓜、冬瓜等瓜類。

2．3．2喜溫耐熱蔬菜干旱種植區

（1）區域范圍。該區包括金塔縣、民勤縣、臨澤縣、高臺縣海拔1200～1400m區域和瓜州縣、敦煌市海拔1200m以上農區。（2）氣候資源。生長季平均氣溫13～18℃，≥10℃有效積溫1500℃左右，平均氣溫≥10℃的時間180d，生長期220d左右，最熱月平均氣溫22～24℃，日照時數2000～2100h，生長期降水量50～110mm。（3）適宜蔬菜種類。適宜種植喜溫蔬菜和耐熱蔬菜，如洋蔥、番茄、辣椒、西葫蘆、菜豆、甜瓜等。

3結論與討論

通過對甘肅省高原夏菜種植區26個縣（區）歷年氣象資料的統計和分析，對甘肅省高原夏菜氣候適宜性進行了區劃，分區結果與實際現狀基本符合。不適宜種植區是因為環境條件過于極端，無法進行種植；對適宜區依據高原夏菜生長所需的生態條件進一步細分，為甘肅省高原夏菜氣候適宜性種植區的劃分提供了科學依據。

（1）本研究依靠氣象類指標對甘肅省高原夏菜生態適生種植區進行了初步區劃。先運用主成分分析法對分區指標進行降維處理，與傳統方法相比，不但減少了工作量，而且各指標之間彼此獨立，提高了分區精度。然后借助系統聚類分析將甘肅省高原夏菜種植區分為8個分區，各分區與縣（區）實際氣候和高原夏菜種植狀況一致性較好，充分利用了當地的氣候資源。在劃分區域的同時，還討論了各個種植生態區的發展方向及適合種植的蔬菜種類，對一些地區不合理種植結構的調整和優化有很好的指導作用，為解決優勢品種的產業化發展尚不突出的問題提供了科學依據。

（2）聚類分析中選取不同的閾值會得到不同的結果。如果閾值選為20則分為2類，閾值選為15則分為3類。但將結果分為2類或3類均無法對分區結果進行精細化描述，導致最終的區劃結果指導作用不強，甚至無法提供參考作用。將系統聚類分析結果與實際情況相結合，選取5作為閾值能更好地反映現有各區的高原夏菜種植情況，在實踐過程中操作性更強。在種植區域內依靠地形地貌要素，在適宜種植區建立種植基地，集中管理，強化優勢，提高蔬菜的產量和品質，增加高原夏菜的種植效益，如耐熱蔬菜干旱種植區內的瓜州縣是瓜果生產大縣、名縣，在此地建立瓜果生產基地的同時應利用該縣已經擁有的品牌效應，以帶動其他產區的發展。

（3）以縣（區）為單位，對甘肅省的高原夏菜生態氣候適生種植區進行區劃，得到了既能滿足氣候需求又有耕地的實際可種植區域，做到了適地適種。由于甘肅省高原夏菜種類繁多、地貌類型多樣，但從整體上看，8大區域的劃分能夠較好地反映甘肅省高原夏菜種植結構的區域差異，對于甘肅省高原夏菜生產及其種植結構調整具有一定的指導作用。