甘肃省日光温室蔬菜生产气候区划研究*

张玉鑫，王志伟，赵 鹏

(甘肃省农业科学院蔬菜研究所，兰州 730070)

日光温室蔬菜生产已成为农村种植结构调整首选项目之一。我国日光温室面积从1981年的0.0047万hm2迅速发展到了2009年的100万hm2，其中蔬菜生产占85% ～90%［1］。2010年甘肃省设施蔬菜面积达到8万hm2，以沿黄灌区和河西走廊两大区域为主的日光温室面积达2.8万hm2，占甘肃省日光温室总面积的81.9%;以陇东南为主的塑料拱棚面积达到3.24万hm2，占全省塑料拱棚面积的74.8%;设施蔬菜已成为甘肃省农业发展的突出亮点，占全省农作物2%的播种面积，提供了16%的农业产值［2］。日光温室生产有较强的地域性，不同的区域气候决定了不同的日光温室结构形式、栽培方式、品种选育以及茬口安排。根据当地的气候特点安排日光温室生产可以充分利用其气候资源，最大限度地避免气象灾害带来的损失，在能源、劳力、资金耗费最少的情况下达到高产、高效、优质的产出［3］。甘肃省地处黄土高原、青藏高原和蒙古高原交汇区，分属黄河、长江和内陆河3大流域，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［4］，只有根据环境条件、蔬菜性状、农业生产布局、经济技术条件，进行日光温室生产区划，才能充分发挥气候资源在日光温室蔬菜生产中的优势。

关于我国日光温室的气候区划，张纪增把我国日光温室蔬菜生产从南到北划分为四个栽培区［5］;齐玉春将我国东部淮河以北节能型日光温室蔬菜生产划归为2个一级区、3个两级亚区和6个二级小区［6］;赵子征等应用主成分分析和系统聚类方法对我国西北地区节能型日光温室蔬菜生产进行分区，分为4个气候区［3］;陈友根等运用多因素综合评判方法对日光温室在新疆分布区划进行研究［7］;魏瑞江等利用GIS技术，运用综合打分法，确定了河北省果菜日光温室适宜发展区域［8］;邱仲华等人对甘肃省日光温室生产进行了区划，分为最佳发展区、适宜发展区、较适宜发展区3个区［9］。目前，对甘肃省日光温室区划没有明确区划的指标体系及所用区划方法，区划指标为经验选择，主观性较大，缺乏概括性强的分区指标。该研究通过分析甘肃省各地区的气候特点及存在的主要问题，选择影响温室生产的主要气候指标，分析各地气候资源组合，完成甘肃省日光温室生产气候区划，为充分合理利用当地气候资源，因地制宜地制定日光温室生产的发展规划，布局设施栽培、设施种植制度和制定管理规范提供理论依据。

1 分区方法

1.1 分区思路

该文所做的区划为三级区划，首先划分出一级区，然后分别在一级区内进行二级区划，最后在各二级区内划分出三级区。

1.2 一级分区

对于设施蔬菜气候区划，一级指标应该反映的是温度热量的差异。蔬菜设施栽培的气候差异性在冬季尤其是1月份表现最为明显。冷、冻害是土壤表面和植物表面的温度下降到0℃或0℃以下，从而引起植物损伤乃至死亡的农业气象灾害。考虑到日光温室和塑料大棚增温分别在10℃和5℃，外界气温0℃时而棚室内气温可达到10℃或5℃，此时适于蔬菜生长。因此，选取年最冷月1月平均气温作为一级区划的指标，这体现了大地域区划单元对气候差异性的要求。因而以1月平均气温0℃等温线做为一级区划指标［10］。甘肃1月份0℃等温线东部大致与秦岭—淮河一致。1月平均气温0℃等温线以北为北部一级区，此线南为南部一级区。经划分后，北部一级区包含32个基本站点，南部一级区有4个基本站点。气象数据来源于甘肃省1971～2000年地面气象资料。南部一级区主要包括甘肃省陇南地区文县、武都县、康县、成县、徽县、两当县，境内大部为北秦岭山地，此区面积较小，故作为一个一级区不再进行区划。

1.3 二级分区

1.3.1 指标的选择及处理

指标的选择:二级区划中，利用综合因子法将影响日光温室生产气候指标表达的信息集中起来，使其从总体上反映气候对日光温室生产的影响。主要选择以下相关因子:l月日照百分率、冬季 (12月，1月，2月)日照百分率、l月日照时数、冬季 (12月，1月，2月)日照时数、l月平均气温、冬季 (12，l，2月)平均气温、年平均气温、年极端最低气温、≥10℃积温、日最低气温≤-l0℃的天数、最大冻土层、海拔等12个初选指标。由此北部一区的原始数据矩阵为Y32×12。

指标的筛选及综合降维:对初选指标采用:(1)指标变异程度上的差异信息分析 (通过指标的变异系数筛选，舍去＜15%的指标);(2)指标间的t检验 (两指标差异不显著，只选其一);(3)分别将南北方均值化后的原始数据矩阵进行主分量分析，舍去载荷绝对值较小的变量。

表1 原始指标分辨力分析

经筛选后北部区l月日照百分率、冬季日照百分率、l月日照时数、冬季日照时数、年极端最低气温的空间变异系数都小于0.15，舍去这5个地域差异性小的指标。故北部Ⅰ区剩余7个指标，数据阵变为Y32×7(表1)。经筛选后的指标还存在相关问题，指标间的相关会造成变量之间相互干扰，信息重叠，使分区解释困难。从表2可知1月平均气温与冬季平均气温、气温≤-l0℃天数、最大冻土层这几个指标存在着极其显著的关系。可见许多变量之间直接的相关性比较强，证明它们存在信息上的重叠。采用主分量分析即可用少数几个不相关的综合指标来化简较多的原始指标，使之降维。通过表3(方差分解主成分提取分析)可知，提取2个主成分，即m=2，从表4(初始因子载荷矩阵)可知1月平均气温、冬季平均气温、最低气温≤-l0℃天数、最大冻土层在第一主成分上有较高载荷，说明第一主成分基本反映了这些指标的信息;年平均气温、≥10℃积温和海拔指标在第二主成分上有较高载荷，说明第二主成分基本反映了这些指标的信息。所以提取两个主成分是可以基本反映全部指标的信息，决定用两个新变量来代替原来的七个变量。通过计算各样本的主成分得分，得到各样本点的主成分得分矩阵Y32×2，每个主成分之间相互独立，以主成分的得分矩阵作为聚类分析的数据矩阵。

表2 相关系数矩阵

表3 方差分解主成分提取分析

1.3.2 分区方法

二级区划主要利用系统聚类分析方法进行计算，具体计算过程参照文献 ［11］。

1.4 三级分区

三级区划主要根据以下3种原则:二级区划中得出的综合因子含义、反映温度的综合因子、日光温室生产有明显地域性差异的因子。根据二级分区的结果，利用对日光温室冬春季蔬菜生产有明显意义的温度、热量指标进行划分。指标界限值见表5。

表4 初始因子载荷矩阵

表5 三级区划指标

图1 甘肃省日光温室蔬菜生产气候区划体系

2 分区体系

甘肃省日光温室蔬菜生产气候区体系分为北部区和南部区两个大区，以大写罗马Ⅰ、Ⅱ作为代表符号，并进一步将北部区划分为4个二级区。以A、B、C、D表示。二级区内，各分区前加注一级区符号。三级区则在二级区后面注写1、2、3等作为三级符号，见图1，各区指标平均值见表6所示。

表6 北部区各区气候特征值

3 分区评述

甘肃省日光温室蔬菜生产气候区划的结果如图2所示。

图2 甘肃省日光温室蔬菜生产气候分区

3.1 北部Ⅰ区

北部Ⅰ区是指1月平均气温0℃等温线以北的地区，主要包括河西走廊、沿黄灌区、泾河流域、渭河流域等区域，该区冬季气温较低，在-7～-1℃之间，全区1月平均气温为-6.5℃，≥10℃积温在1 300～3 700℃·天之间。

3.1.1 北部ⅠA 区

北部ⅠA区包括河西走廊敦煌市、嘉峪关市、酒泉市、张掖市、金昌市、武威市等地区。以海拔将ⅠA分为ⅠA(1)与ⅠA(2)，海拔＜1 800m的区域为ⅠA(1)，海拔＞1 800的区域为ⅠA(2)。界线为祁连山北麓民乐—永昌—天祝—永登一线。

北部ⅠA(1):主要在河西走廊平原干旱区，包括敦煌市、嘉峪关市、瓜州县、肃州区、金塔县、高台县、甘州区、山丹县、民勤县、凉州区。区域境内地势平坦，气候干燥，冬冷夏热，光照充足，在中国太阳能区划中，属于太阳能丰富区和太阳能较丰富区。海拔在1 800m以下，≥10℃有效积温2 800℃以上，冬季平均气温-6.5℃，1月平均气温-8.5℃。该区光热资源丰富，日光温室发展较为成熟，冬季基本上不加温就可以生产喜温蔬菜，是甘肃省最重要的日光温室发展基地。在中国风压分区中，该区属于次大风压区，春季风沙大，对日光温室蔬菜生产带来风险，必须强化防寒防风措施。在保持现有日光温室采光、保温性能的基础上，适当增加温室高度及跨度，以便提高土地利用率，实现设施内机械化生产。该区是甘肃省日光温室发展优势区域之一。

北部ⅠA(2):主要在河西走廊祁连山沿山冷凉干旱区，包括民乐县、永昌县、古浪县、天祝县、永登县。海拔在1 800m以上，海拔高，气候冷凉，少雨干旱，≥10℃积温2 500～3 000℃。该区平均海拔较高，各地在海拔2 000m以下区域大力发展日光温室，技术较为成熟，农民生产积极性高，且特色明显，如永昌日光温室辣椒、古浪和天祝日光温室人参果具有较高知名度。该区宜发展高海拔地区标准型节能日光温室，选用蓄热系数大、载热能力强的内墙体材料，导热系数小、隔热性能好的外墙体材料;适当增加墙体厚度，采光屋面角要合理，以充分利用太阳辐射能来弥补低温的不足;温室外设置防寒沟，采用多层保温被覆盖。该区海拔2 000m以下区域也是甘肃省日光温室发展优势区域之一。

3.1.2 北部ⅠB 区

北部ⅠB区主要为沿黄灌区与泾河流域，包括兰州市、白银市、临夏自治州、定西市、庆阳市等地区。以海拔将ⅠB分为ⅠB(1)、ⅠB(2)与ⅠB(3)，海拔＞1700的沿黄灌区域为ⅠB(1)，海拔＜1 700m的沿黄灌区域为ⅠB(2)，海拔＜1 500m的泾河流域为ⅠB(3)。

北部ⅠB(1):主要在中部黄土丘陵温凉半干旱半湿润区，包括榆中县、永靖县、会宁县、安定区、渭源县、临洮县、陇西县、临夏市、庄浪县。该区海拔在1 700～2 100m，气候温凉，光照良好，≥10℃积温2 300～3 500℃，冬季平均气温-4.1℃，1月平均气温-6.0℃。该区光照充足，应在灌溉条件优越的小流域大力发展日光温室蔬菜生产，在温室建造上注意保温措施的应用。该区为甘肃省日光温室发展优势区域之一。

北部ⅠB(2):主要在中部黄河沿岸温暖干旱区，该区包括白银区、靖远县、平川区、皋兰县等地区。区域海拔在1 400～1 700m，冬季平均气温-3.9℃，1月平均气温-5.9℃，≥10℃积温3 100℃以上，冬季晴天日数较多，阴天日数较少，太阳辐射较高，光热资源丰富。本区是甘肃省日光温室发展最为发达地区，种植水平高、效益好，日光温室发展较为成熟，冬季不加温可生产喜温蔬菜，是西北地区重要的节能型日光温室蔬菜生产基地。该区农户从事日光温室生产的积极性高，轻简化省力栽培技术和设备的推广应作为今后设施农业推广的重点，引导日光温室生产专业户的发展。该区为甘肃省日光温室发展优势区域之一。

北部ⅠB(3):主要在泾河流域，包括庆城县、华池县、合水县、西峰区、镇原县等地区。区域海拔在1 500m以下，冬季平均气温在-5～-2℃，1月平均气温-7～-5℃，≥10℃积温3 000℃左右，秋季阴雨天较多，冬春季节光照充足，极限温度较高。本区日光温室发展历史较长，但是总量不大，近年来日光温室结构比较混乱，盲目照搬外地结构的现象比较突出;由于秋季阴雨天较多，在日光温室越冬茬和秋冬茬生产中难度较大。该区在发展日光温室生产中应注意推广适宜该区域气候的温室结构，规范建造技术，做好设施的防水处理，同时还应加强短期补光设备的推广应用;茬口安排中要避开秋季多雨时段。该区域为甘肃省日光温室发展适宜区域之一。

3.1.3 北部ⅠC 区

北部ⅠC区主要在渭河流域黄土塬区，包括武山县、甘谷乡、秦州区、清水县等地区。区域海拔在1 500～2 000m，冬季平均气温-2℃，1月平均气温-3℃，≥10℃积温3 000℃左右。该区域由于秋季多雨，冬季连阴天较多，应大力发展日光温室育苗、塑料大棚生产的模式。本区域为甘肃省日光温室发展次适宜区域。

3.1.4 北部ⅠD区

北部ⅠD区主要甘南自治州高原区，包括夏河县、碌曲县、卓尼县、迭部县、临潭县、舟曲县等区域。境内海拔1 100～4 900m，大部分地区在3 000m以上。该区海拔梯度大，气候差异明显，适宜发展日光温室的区域为南部岷迭山区和东部丘陵山地区土地开阔、灌溉便利、冬季阴雪天少、海拔在3 000m以下的部分区域，发展重点区域可放在卓尼县洮河流域、临潭县东北部、夏河县河谷区、合作市郊区。迭部、舟曲由于土地规模较小且平均气温较高，可将重点放在发展塑料大棚上，实行“温室育苗、大棚生产”的模式。该区为甘肃省日光温室发展次适宜区。

3.2 南部Ⅱ区

南部Ⅱ区是指1月平均气温0℃等温线以南的地区，主要包括甘肃省陇南地区文县、武都县、康县、成县、徽县、两当县，境内大部为北秦岭山地。本区冬季气温较高，在2～6℃之间，1月平均气温在0℃以上，年平均气温12.8℃，≥10℃积温在3 800℃·天以上。该区内冬季阴雪天偏多，光照不足，日光温室生产难度较大，与塑料大棚相比效益不明显。该区应充分发挥天然大温室的优势，大力发展塑料大棚生产和露地冬播蔬菜生产。

4 结论

4.1 区划采用运用综合因子法和主导指标法相结合的原则，将甘肃省日光温室蔬菜生产气候区划分为两个一级区、4个二级区和7个三级区，并对各气候区进行分区评价。

4.2 以河西走廊为主的北部ⅠA区和以沿黄灌区为主北部ⅠB区是甘肃省日光温室发展的优势区域;以渭河流域黄土塬区为主北部ⅠC区和以甘南高原区为主的北部ⅠD区是甘肃省日光温室发展的次适宜区。

4.3 在北部ⅠA区和北部ⅠB区日光温室应是甘肃省冬季主要园艺设施，其地位不可替代;北部ⅠC区应大力发展日光温室育苗、塑料大棚生产的模式;以徽成盆地为主的南部Ⅱ区应充分发挥天然大温室的优势，大力发展塑料大棚生产和露地冬播蔬菜生产。

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