蔬菜栽培季节判断模型创建及运用

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随着社会的发展，人们对蔬菜的需求越来越高，不仅要求周年供应、价格稳定，而且还要求品种丰富。蔬菜四季均衡生产作为其周年供应的前提条件，既可以平衡蔬菜供应，也可以稳定蔬菜价格，丰富蔬菜品种。因此，实现蔬菜周年生产成为蔬菜发展的一个永恒话题。为了实现蔬菜四季均衡生产，前人已经从蔬菜新品种的研发、栽培管理方法的改变以及设施的配套等方面做过很多研究，虽然在一定程度上也解决了这个问题，但随着人们生活水平的提高，尤其是对于一些发展较快的大都市，在蔬菜配送已经成为一种趋势的情况下，蔬菜周年需求与四季均衡生产这一矛盾又将凸显出来。．因此，需要在目前技术、经济的可拓展范围内，突破蔬菜生长的绝对适宜，从蔬菜生长相对适宜的角度出发，了解蔬菜在不同时期对气候各要素的适宜程度，通过一定的技术手段弥补蔬菜生长的不适宜情况，实现就地四季均衡生产，最终解决这一矛盾。因此，笔者利用浦东25年以月为基础的气象数据，结合蔬菜的生物学特性，根据农业生态气候适宜度理论，用模糊数学的方法，从温度、光照、水分3个方面针对蔬菜生长的气候适宜性问题建立模型，对全年各月蔬菜生长气候适宜度进行评价，最终确定不同时期蔬菜生长气候要素的适宜程度，获得相应的栽培管理方法，以期为蔬菜四季均衡生产提供科学依据。

l材料与方法

1．1评价模型输入因子的确定

1．1．1模型参数的确定蔬菜对气候的响应主要体现在热量和水分等方面。热量通过温度和光照影响蔬菜生长。蔬菜生长发育的生理活动都必须在一定的温度、光照和水分条件下进行。根据蔬菜生长发育对温度、光照、水分的需求和反应，结合前人对作物气候适宜性研究中指标的选取以及资料的可获取性，本研究选取气候要素中的温度、日照百分率和降雨量3个因素作为蔬菜生长适宜性的评价因子。

1．1．2模型构建的基本程序作物生长的气候适宜性评价，是针对某种作物在特定地域种植的气候适宜程度做出的结论性评价【1l。通过建立蔬菜栽培季节(不包括育苗期旺，)蔬菜生长的气候适宜性单因素隶属函数，将逐月各气候因素的实际条件与蔬菜生长适宜的各气候要素指标结合起来进行对比分析，求取蔬菜逐月各气候要素的隶属函数值，作为蔬菜生长的气候适宜度评价指标。再将逐月温、光、水3要素的隶属函数值进行综合分析，最终获取蔬菜逐月的综合气候适宜性指标，对蔬菜生长的气候适宜程度做出综合评价，如图l所示。

1．1．3基础数据来源与分析通过上海浦东气象局获取1975--2009年25年间上海浦东区逐月温度、日照时数、降雨量以及相对湿度的实测气象资料，用于模型实例分析。蔬菜生长的三基点温度通过《中国蔬菜栽培学》[31、《蔬菜栽培学》[41等资料整理获得，并运用MicrosoftExcel软件进行数据的处理和分析。

1．2模型的建立

1．2．1隶属函数及参数的确定(1)温度隶属函数的确定。过去的研究中，很多学者瞪卅对作物生长的温度适宜性隶属函数的具体形式有不同的见解。其中，马树庆[71确定的函数得到了广泛的应用。蔬菜作物生长发育对温度的要求和反应与粮食作物一样，在最高和最低温度范围内，适宜性随温度的升高，先增强，后降低，形成1个不对称的抛物线函数。因此，本研究为了定量分析区域各月气候条件对蔬菜生长的满足程度，直接引入马树庆p1的温度适宜性隶属函数，见公式(1)。f!!：型堡：丛双D21(To．兀)(死．死)口兀<丁<死……(1)【lB=(乃一To)／(To．兀)式中：r是每个月的实际温度；兀、瓦、兀分别是蔬菜的下限温度、上限温度、最适温度；5(乃是由月实际气温和正、兀、兀决定的温度适宜度值。双乃取值为0时，表明完全不适宜：5j(乃取值为l时，表明非常适宜。(2)光照隶属函数的确定。根据蔬菜对光照的响应，从日照百分率的角度，用模糊数学中模糊子集的正态分布建立隶属函数，见公式(2)嘲。s④：』e．(钭椭。……………．．(2)【1h兰ho式中：h为月实际日照百分率；乜为临界日照百分率，参考黄璜∞1的研究，本研究设定其值为70％。6，为常数，经多次拟合得到，菠菜的6r值为0．0195。(3)水分隶属函数的确定。在作物气候生产潜力估算中，大多采用降水中可供蒸散量Er与农田最大蒸散量昂的对比关系作为水分订正系数嗍，而降水中可供蒸散量E丁等于降水量P减去流出量。依据田间水分平衡，此处的流出量包括径流损失(R)以及下渗水(功，其中尺对于平坦地来说，不出现暴雨或降雨强度不大时，可以忽略，R=-0t”，且假设上行水与下渗水相互抵消。因此，认为可供蒸散量E丁等于降水量只根据以上分析，结合模糊数学中模糊子集的柯西分布中间型，建立降雨量隶属函数鹏】，见公式(3)。soe)=——j——可b。>0………………(3)l+bw(P．Em)2”、7农田最大蒸散量丘与参考蒸散量晟有如下关系：E==Eox赶，K为作物系数，菠菜的憨值为1．507t“。参考蒸散量晟与自由水面蒸发量有如下关系：舻E×￡f为草地系数，其值随季节而变化，一年各月值分别为：E可以表示为晟卸．19(1一e)(20+02，f为月均温，e为月平均相对湿度，故农田最大蒸散量辟扛Kx0．19(1．西(20+02。k为常数，通过拟合获得，l—12月分别为0．0001、0．0007、0．0005、0．0173、0．0380。因此，最终获得降雨量隶属函，见公式(4)。㈣。赢丙i面1丽…㈣l+6wIP丫×疋×o．19(1-e)(20+f)‘|。

1．2．2隶属函数的联立模型本研究采用农业生态气候资源指数Cr和效能指数Ce对蔬菜生长的气候适宜性进行综合评价。(1)资源指数。资源指数D表示作物在生育期内的气候资源适宜状况，D愈大，反映作物在生育期内的气候资源平均适宜程度愈高。以往大部分研究中，Cr只表示作物在生育期内的气候资源适宜状况，根据模型对参数的基本要求，本研究通过累年逐月的采集数据，目的是综合了解每个月的蔬菜生长适宜情况，获得月资源指数，故无需考虑蔬菜的各个生育期。因此，将顾恒岳”21的模型进行修改，重新获得资源指数模型见公式(5)。Cr=口，×S(r)+a。×S(s)+a。×S(形)………(5)式中：Cr为蔬菜生长的月资源指数，丑|、瓠a。分别为温度、光照、水分的权重，通过层次分析法获得，分别为0．3108、0．1958、0．4934；双7)、联固、联聊分别为月温度、光照、水分的适宜度值，芦1。2…12。(2)效能指数。效能指数Ce实际是作物在生育期内光、热、水配合过程中限制因子的隶属函数值，Ce越大，反映蔬菜在生育期内限制因子的影响愈小，光、热、水配合愈好，愈有利于作物生长。与前面所述的原因相同，本研究将顾恒岳[121的模型进行修改，重新获得效能指数模型见公式(6)。Ce=Si(T)^S(s)AS(肜)……………………(6)式中：D为蔬菜生长月效能指数，双7)、联固、S(聊分别为月温度、光照、水分的适宜度值，／=1，2…12。

2结果与分析

用公式(1)、(2)和(4)计算得到上海浦东菠菜的温度、日照百分率、降雨量隶属函数值，依据(5)、(6)计算它们生长的综合气候适宜度值。按以下评价标准进行适宜度评价：隶属函数值>0．85为高，0．85--0．70为较高，0．7㈣．50为一般，<O．50为低。

2．1蔬菜生长气候单因素适宜度

2．1．1蔬菜生长的温度适宜度由图2可知，除去7q月的高温季时段，9月中旬一翌年5月下旬，温度隶属函数值均在0．5以上，即处在一般水平之上，表明该时段温度均适宜菠菜露地生长。但具体而言，菠菜露地生长温度适宜性最高的时期主要分为2个阶段：9月末一11月末、2月下旬一5月初，这2个时期的温度隶属函数值O．85以上。以此为中心，可以拓展到9月下旬叫月末、11月末一12月末、5月初一5月中旬，这几段时期的隶属函数值在0．70--0．85之间。9月上旬一中旬、12月末一1月上旬、5月中旬这3个阶段菠菜生长的温度适宜性为一般水平，隶属函数值在0．70-4)．50之间，虽然菠菜可以安全生长，但是如果对菠菜进行近地面小拱棚覆盖或遮阳，可以促进菠菜提前返青及生长。5月末—9月上旬这个阶段由于温度过高，导致菠菜的生长温度适宜性为低，即不适宜菠菜生长，但是为了增加蔬菜品种花样，也具有一定的生产意义。

2．1．2蔬菜生长的光照适宜度由图3可知，菠菜生长的光照适宜性在12月一翌年6月变化不大，隶属函数值最高为0．7263，最低为0．5388，均在0．70-4)．50之间，表明光照适宜性处于一般水平。6—9月光照的隶属函数值在0．70左右，表明此阶段菠菜生长有较高的光照适宜性。总体上，在9月一翌年6月整个过程中，菠菜的光照适宜性变化幅度不大，对菠菜生长无明显限制作用，且适宜度仍有提升的空间。6呻月由于温度过高，且日照长度也不适宜菠菜生长，可以选择特定的菠菜品种，并进行遮阳、覆盖措施，一方面防止阳光直射，另一方面减少日照长度。

2．1．3蔬菜生长的水分适宜度由图4可知，依据菠菜对水分的需求情况，结合上海浦东各月降水情况，菠菜生长的水分适宜性在9月一翌年6月这10个月中被分为2个阶段，分别以lO月下旬一12月初、3月末一5月初为中心。在10月下旬一12月初这个阶段菠菜的水分隶属函数值在0．70以上，最高可达0．9821，3月末一5月初期间菠菜的隶属函数值最低为0．5644，最高为0．9375。以前1个阶段为中心，菠菜生长的水分适宜阶段可以拓展到9月初和12月下旬，以后1个阶段为中心，可以拓展到2月下旬和6月，这些阶段的水分隶属函数值在0．70～0．50之间。只有中间的l一2月2个月的水分状况不适宜菠菜生长。需要依据具体降雨情况对露地菠菜进行排水或进行遮雨。

2．2蔬菜生长气候各因素综合适宜度

由图5、6可知，总体而言，除去7—9月的高温时段，全年菠菜生长的资源平均适宜程度分为2个阶段，分别为9月初一12月底、1月下旬一6月。这2个阶段中，3月下旬一5月和10月下旬一12月初最适宜菠菜生长，这2个阶段菠菜的温度、光照、水分的适宜度都达0．5以上，光、热、水配合较好，没有限制因子影响它的生长。对比发现，10月下旬一12月初比3月下旬一5月更适宜菠菜生长。以这2个时间段为中心往前或往后推，菠菜生长的适宜性均会降低。12月末一1月下旬的资源指数低于0．5，表明菠菜生长的资源平均适宜程度处在较低的水平上，分析Ce可知，主要是水分状况限制了该段时间菠菜的生长，需要对水分予以人为调节。6--8月菠菜生长的综合适宜性比较低，主要是因为温度过高，限制了菠菜的生长。可以通过选择耐热、生长迅速、对日照感应迟钝且不易抽薹的菠菜品种，通过遮阳网、草帘覆盖等措施进行生产，但产量和品质应该不会高。具体适宜度、对应的管理措施及制因子，见表l。如果进行保护地栽培，可以根据上市期的不同需求及以上分析，依据各月温度、光照、水分的不同适宜度和限制条件，通过一定的管理措施及设施进行提早或延后栽培，满足市场四季对菠菜的不同需求。

3结论

利用模型对不同时期蔬菜生长的气候适宜性进行评价，可以得出蔬菜生长对气候资源的利用情况存在如下特点：(1)不同时期不同气候要素对蔬菜生长的适宜性有不同程度的影响。蔬菜是气候性作物，在最适合的气候条件下才可以生长良好，而全年不同时期各气候要素会发生不同程度的改变，导致蔬菜生长的适宜性随着一年四季温度、光照、水分的改变而有所不同：(2)不同时期蔬菜的气候资源平均适宜程度及各气候要素配合情况有所不同。蔬菜的生长受各种气候要素的综合影响，不同权重的气候因素对蔬菜生长的影响程度不同，不同时期各种气候要素配合程度也有所区别，各种权重的气候因子良好的配合，可以保证蔬菜较好的生长：(3)通过对不同时期气候各因素单独及综合分析，可以采取相应的栽培管理方法，确保蔬菜在相对适宜的条件下进行良好生长。

4讨论

通过创建模型指导农业生产的研究从20世纪80年代开始已经出现，首先是顾恒岳等n2，从模糊数学的角度，通过建立作物生育期适宜性模型，对农业生产的综合适宜性进行初步研究；随后，黄璜哆1通过建立温度、光照、水分的隶属函数，对临川县多种作物生育期的气候适宜性进行了评价。其后，又有很多学者【”4鄙利用黄璜确定的隶属函数，重新建立了作物的适宜度动态模型，对小麦、棉花、水稻等生育期的气候适宜性和风险度进行了研究。然而，这些研究大都用于指导粮食作物的生产。蔬菜作物作为人民生活的必需品，除了张中平等”州通过该方法指导黄瓜反季节生产外，其他关于这方面的研究还比较少。因此，在未来的发展中，尤其是在大力发展精细农业的情况下，可以更多涉及这方面的内容。笔者以蔬菜为研究材料，通过建立适合评价蔬菜生长的气候适宜度模型，突破了仅对作物气候适宜度在其生育期内随时间的变化的研究局限，从蔬菜生长相对适宜的角度出发，确定不同区域不同蔬菜在全年各月的生长适宜性，为受控农业四季均衡生产提供科学依据。然而，由于一些资料的获取受到限制，本研究仅对温度、日照百分率、降水量进行了研究，蔬菜茬口安排所需注意的霜期以及湿度等要素还未考虑，将在以后的工作中做进一步地研究。