高原夏菜种植气候划分研讨

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我国东南沿海地区夏秋季节气候炎热，不利于蔬菜生产，导致这些地区6－9月蔬菜供需矛盾突出。高原夏菜指利用高原夏季凉爽、日照充足、昼夜温差大等气候特点，在高海拔灌溉农业区生产优质蔬菜，以满足东南沿海城市6－9月的蔬菜淡季需求。另外，随着世界蔬菜贸易的发展，东南亚等国家和地区对中国夏季蔬菜的需求呈不断上升态势。以甘肃为核心的高原夏菜基地独具气候特色，已发展成为我国蔬菜消费需求中必不可少的“高原夏菜西菜东调”基地。2008年，甘肃省高原夏菜种植面积为20万hm2，总产量达550万t，给蔬菜产区农民带来年人均1000元的经济收入，占到蔬菜产区农民人均纯收入的40％，为区域农村与农村经济发展做出了巨大的贡献。目前，高原夏菜已成为甘肃省农业产业中发展速度最快、质量最好、效益最高的支柱产业之一。甘肃省地处黄土高原、青藏高原和蒙古高原交汇区，跨亚热带、温带和寒带3个气候带，地貌及气候条件复杂多样。由于高原夏菜的经济效益好，有些地方不顾蔬菜生长的气候要求而盲目种植，导致收成不好，遭受了一定的经济损失；有的地方品种结构不合理，造成高原夏菜产量低、品质差，经济效益不高。因此，只有根据高原夏菜的生态适应性进行合理布局，充分利用当地的自然资源和社会经济条件，才能充分发挥气候资源在高原夏菜生产中的优势，实现高原夏菜产业的可持续发展，但目前尚未见关于甘肃高原夏菜气候区划研究的报道。为此，本研究选取热量、水分、光照等多种指标［1－2］，采用主成分分析和系统聚类分析方法［3］，对甘肃省高原夏菜的种植进行气候区划，以期为甘肃各地高原夏菜的合理种植提供参考。

1材料与方法

1．1区划范围

研究区范围仅包括甘肃省境内当前实际种植高原夏菜的区域，该区海拔1100～2600m，经纬度为：35．37°～40．53°N，94．68°～105．08°E。

1．2研究资料

本研究所用的26个县（区）气象资料（包括历年逐月平均气温、降水量、日照时数等），来自区划范围内国家气象站1949－2000年的记录数据。26县（区）包括瓜州县、白银区、安定区、敦煌市、皋兰县、高台县、古浪县、会宁县、金塔县、景泰县、靖远县、肃州区、兰州市、临洮县、临夏州、临泽县、民乐县、民勤县、山丹县、凉州区、永昌县、永登县、榆中县、玉门市、甘州区、夏河县，依次编号为1～26。根据高原夏菜生长的主要生态因子要求，将其分为以下几种：

（1）耐寒蔬菜：主要包括菠菜、香菜、大葱、大蒜。

（2）半耐寒蔬菜：萝卜、胡萝卜、芹菜、大白菜、娃娃菜、甘蓝、莴苣、荷兰豆、甜脆豆、花椰菜、绿菜花。

（3）喜温蔬菜：西葫芦、番茄、黄瓜、辣椒、茄子、菜豆。（4）耐热蔬菜：南瓜、苦瓜、西瓜、甜瓜、豇豆。

1．3区划原则

1．3．1气候资源的地域分异性

气候资源如温度、水分、光照等，在空间分布上的相对一致性、差异性及其变化的规律性导致不同地域有不同的组合类型，是进行气候区划的必要条件。所以，在区划时，要充分考虑地域差异性和高原夏菜品种生长发育所需的温度、光照、湿度等条件。

1．3．2相似性和差异性

随着地域的变化，气候资源随之变化，气候因子在不同地域的差异性为高原夏菜气候区划提供了前提条件和各种可能性的结果。同时，气候因子具有共性和相似性，只要确立主要影响因素，就为区划带来了可能性。

1．3．3因地制宜和适当集中

根据高原夏菜生物学特性及社会经济要求的不同，对其实施因地制宜和适当集中的种植区划原则。根据不同环境“对症下药”，适地适栽，保证其在适宜的环境条件下生长，保证产品品质。但栽培也不可过于分散，适当集中有利于产销，易于推广，容易形成品牌。

1．3．4可持续发展

高原夏菜种植作为一种经济产业，要考虑发展的持续性，既要充分利用资源，又不能危害资源，同时有机种植已经兴起，进行科学合理的区划对于高原夏菜种植意义深远。

1．4区划指标的选择

按照区域位置－地貌－气候为基本顺序来进行区划。结合甘肃地理方位、地貌形态的差异，选择与高原夏菜生长发育具有密切关系的8个影响因子作为甘肃高原夏菜气候区划的指标。这8个影响因子是：≥10℃有效积温（X1）［4－7］、累计降水（X2）、平均大气湿度（X3）、平均气温（X4）、7月（最热月）平均气温（X5）［8－9］、平均高温（X6）、平均低温（X7）、累计日照时数（X8）［10－14］。≥10℃积温可以反映地方气候对生物所能提供的热量条件，降水量反映全生育期的水分供给量，平均相对湿度则反映生物生长所需的湿度状况，平均温度能反映全生育期的热量条件，7月（最热月）气温往往决定着高原或高纬度地区的植物能否生长良好，全生育期日照时数可用来比较各地区光能资源的分布状况。

1．5数据处理方法

1．5．1主成分分析

由于选取的指标较多，且众多变量之间可能存在明显的相关性，因而会造成信息重叠、干扰，且解释困难。采用主成分分析法可以在尽可能不损失信息或少损失信息的情况下，将多个指标提取为少数几个指标，以高度概括原始数据中绝大部分信息。主成分分析步骤［15］如下：（1）原始数据无量纲化后，将26个县（区）的8个区划指标因子值组成矩阵Xpn（p＝8，n＝26）；（2）计算Xpn的协方差矩阵的特征值及特征向量；（3）计算各主成分的方差贡献率及累计方差贡献率。

1．5．2聚类分析

系统聚类法是目前气候区划中应用较多的一种分析方法。用SPSS软件进行系统聚类分析，其步骤［16］如下：（1）对数据进行标准化处理；（2）标准化之后的数据用分层聚类法进行分析，聚类方法选择组间连接法（Between－groupslink－age），合并两类使得两类间的平均距离最小；距离测度方法选择欧氏距离（Euclideandistance）；将聚类关系（Clustermembership）与实际情况进行综合分析，确定甘肃夏菜种植区划适宜类型及其数量。区划结果在GIS平台作图输出。1．5．3分区命名方法根据甘肃省高原夏菜种植区26县（区）气象数据中的降水量和大气湿度（表1），将高原夏菜种植气候区划分为半湿润区、半干旱区和干旱区3种类型，然后结合高原夏菜的分类对气候区划进行命名。

2结果与分析

2．1主成分分析

由表2可知，前2个主成分的累计方差贡献率已经达到95．484％，包含了绝大部分的原始信息，特征值分别为6．363和1．275，因此将其作为提取的2个公因子进行系统聚类分析。

2．2聚类分析

将新变量fac＿1、fac＿2作为聚类分析的变量，在SPSS上运行，通过比较，选取5作为阈值进行聚类分析，结果如图1所示。根据聚类分析结果对研究区进行分类，发现有3类地区不适合夏菜种植，分别为：夏河县海拔2500m以上区域，该区生长季热量不足，不适宜蔬菜生产；瓜州县、敦煌市和金塔县海拔1200m以下地区，该区夏季炎热，不适宜夏季蔬菜生产；荒漠、戈壁、山地、陡坡地，这些地区立地条件不适合蔬菜生产。其他海拔高度在1100～2600m、平均温度10～20℃、生长季≥10℃有效积温为450～1750℃、生长季累计日照时数1100～1900h的地区为高原夏菜生产区，去除3类不适合种植区，与实际情况结合将其他地区再细分为8个区。

2．3甘肃省高原夏菜气候区划评述

将高原夏菜种植气候区划的结果在GIS平台输出，结果如图2所示。

2．3．1耐热蔬菜干旱种植区

（1）区域范围。该区包括敦煌市和瓜州县境内海拔1200m以下的区域，平均海拔1138～1170．8m。（2）气候资源。生长季平均气温16～20℃，≥10℃有效积温1500℃左右，平均气温≥10℃的时间187d，生长期227d左右，年均温1．6℃，最热月平均气温25℃左右，日照时数2200h左右，生长期降水量不足50mm。（3）适宜蔬菜种类。该区宜种植耐热蔬菜，特别是瓜类作物。2009年瓜州县蜜瓜种植面积达到5466．7hm2，占全县农作物总播种面积的16．6％；应稳定瓜果生产，将瓜州建成哈密瓜生产基地。敦煌市可种植苦瓜、丝瓜、冬瓜等瓜类。

2．3．2喜温耐热蔬菜干旱种植区

（1）区域范围。该区包括金塔县、民勤县、临泽县、高台县海拔1200～1400m区域和瓜州县、敦煌市海拔1200m以上农区。（2）气候资源。生长季平均气温13～18℃，≥10℃有效积温1500℃左右，平均气温≥10℃的时间180d，生长期220d左右，最热月平均气温22～24℃，日照时数2000～2100h，生长期降水量50～110mm。（3）适宜蔬菜种类。适宜种植喜温蔬菜和耐热蔬菜，如洋葱、番茄、辣椒、西葫芦、菜豆、甜瓜等。

3结论与讨论

通过对甘肃省高原夏菜种植区26个县（区）历年气象资料的统计和分析，对甘肃省高原夏菜气候适宜性进行了区划，分区结果与实际现状基本符合。不适宜种植区是因为环境条件过于极端，无法进行种植；对适宜区依据高原夏菜生长所需的生态条件进一步细分，为甘肃省高原夏菜气候适宜性种植区的划分提供了科学依据。

（1）本研究依靠气象类指标对甘肃省高原夏菜生态适生种植区进行了初步区划。先运用主成分分析法对分区指标进行降维处理，与传统方法相比，不但减少了工作量，而且各指标之间彼此独立，提高了分区精度。然后借助系统聚类分析将甘肃省高原夏菜种植区分为8个分区，各分区与县（区）实际气候和高原夏菜种植状况一致性较好，充分利用了当地的气候资源。在划分区域的同时，还讨论了各个种植生态区的发展方向及适合种植的蔬菜种类，对一些地区不合理种植结构的调整和优化有很好的指导作用，为解决优势品种的产业化发展尚不突出的问题提供了科学依据。

（2）聚类分析中选取不同的阈值会得到不同的结果。如果阈值选为20则分为2类，阈值选为15则分为3类。但将结果分为2类或3类均无法对分区结果进行精细化描述，导致最终的区划结果指导作用不强，甚至无法提供参考作用。将系统聚类分析结果与实际情况相结合，选取5作为阈值能更好地反映现有各区的高原夏菜种植情况，在实践过程中操作性更强。在种植区域内依靠地形地貌要素，在适宜种植区建立种植基地，集中管理，强化优势，提高蔬菜的产量和品质，增加高原夏菜的种植效益，如耐热蔬菜干旱种植区内的瓜州县是瓜果生产大县、名县，在此地建立瓜果生产基地的同时应利用该县已经拥有的品牌效应，以带动其他产区的发展。

（3）以县（区）为单位，对甘肃省的高原夏菜生态气候适生种植区进行区划，得到了既能满足气候需求又有耕地的实际可种植区域，做到了适地适种。由于甘肃省高原夏菜种类繁多、地貌类型多样，但从整体上看，8大区域的划分能够较好地反映甘肃省高原夏菜种植结构的区域差异，对于甘肃省高原夏菜生产及其种植结构调整具有一定的指导作用。