莆田市溫室大棚茄果類蔬菜氣候適宜性區劃*

蔣榮復 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氣候區，光、水、熱氣候資源豐富[1],尤其是冬暖氣候優勢突出，適合冬季種植茄果類蔬菜。2018年莆田蔬菜播種面積307927畝，總產量595476噸，蔬菜總產值189356萬元，其中茄果類蔬菜總產值24541萬元[2]，茄果類蔬菜種植已成為當地特色農業中的主要支柱產業。莆田雖然地處我國東南部，屬亞熱帶氣候區，但冬半年也常不斷受到北方冷空氣南下影響，對農業生產造成極大的危害，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，1000余畝西紅柿絕收，直接經濟損失3307萬元。因此，研究溫室大棚的茄果類蔬菜種植氣候適宜性，對于茄果類蔬菜生產合理布局和優質高產具有重要意義。

近年來，國內外已開展農作物氣象災害風險區劃和評估相關研究[3]。國外在農業氣象災害風險方面，Snyder等[4]對霜凍發生的可能性給出了計算方法，并進行了產量損失風險的定量計算；Cittadini等[5]構建了定量評價櫻桃霜凍風險的綜合方法，用于估計霜凍防控系統在減災方面的潛在影響。國內農業氣象災害風險研究始于20世紀90年代，以農業氣象災害風險分析技術、方法的探索研究為主，如李世奎等[6]以風險分析技術為核心，探討了農業自然災害分析的理論、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對全球及中國農業氣象災害和糧食產量的影響，2000年以后，國內逐漸有大量關于冬小麥、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]針對福建區域的特色經濟作物和果樹開展了多災種綜合風險區劃和評估。以上研究一般都是針對大田作物的氣候適宜性討論，有關溫室大棚內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控對番茄和黃瓜生長的影響，朱麗云[19]研究了花期低溫寡照對番茄開花坐果特性及果實品質的影響，這些研究僅針對氣溫變化對蔬菜生長及果實品質的影響，但基于適宜性區劃的測產試驗目前的研究還較少。因此，本文對莆田市大棚內茄果類蔬菜種植的氣候適宜性開展了研究，并對區劃后的三個不同氣候適宜性區域進行番茄種植測產試驗，以期為莆田市茄果類蔬菜生產合理布局和優質高產提供理論依據。

2 資料與方法

2.1 資料來源

氣象資料均來源于福建省氣象局，包括2018年莆田35個區域自動站逐小時的溫度資料和仙游縣龍華鎮、鐘山鎮、城廂區華亭鎮3個鄉鎮利農集團溫室大棚內的農氣寶逐小時溫度資料。

2.2 區劃方法

2.2.1 棚內最低氣溫反演

以棚內日最低溫度為因變量，棚外相對應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℃年平均出現頻率分別作為莆田市棚內茄果類種植的氣候資源區劃指標和寒凍害風險區劃指標，利用SPSS 19.0軟件推算的地理推算模型，使用ArcGIS軟件柵格計算器，將空間分辨率為30m高程、經度和緯度方里網格帶入的氣候資源和寒凍害風險區劃指標中，分別得到莆田市茄果類蔬菜氣候資源區劃圖和寒凍害風險區劃圖。根據農業、氣象專家對各指標的影響重要性確定出氣候資源區劃指標和寒凍害危險性指標的權重系數，利用加權計算得出棚室茄果類蔬菜氣候適宜性綜合指數，疊加莆田市縣級行政區、區域氣象站點，制作出莆田市棚室茄果類蔬菜種植氣候適宜性區劃圖。

2.3 測產方法

選擇一個番茄品種作為試驗品種，分別在適宜區、次適宜區和不適宜區開展對比種植試驗。在結果期對每個試驗區現場隨機抽取2個樣點進行測產，清點株數，連續抽取30株計算單株結果數，隨機采收成熟番茄50個計算單果重，計算小區畝產量，其中小區畝產量=畝株數×單株結果數×單果重。

3 結果與分析

3.1 棚內最低氣溫反演結果

針對大棚內茄果類蔬菜種植區劃的需求，對仙游龍華的春秋冬最低氣溫進行回歸分析。以棚內日最低溫度為因變量，棚外相對應的日最低溫度為自變量，建立一元線性回歸模型(表1)。

表1 大棚內外最低氣溫回歸分析

從表1可見，春秋冬的棚內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算棚內日最低氣溫。

3.2 氣候資源區劃指標

通過查閱文獻、走訪專家以及實地調查等方法，根據溫室大棚茄果類蔬菜(番茄、黃瓜、辣椒、青椒、茄子)種植對生態氣候條件的要求，選擇棚內多年平均極端低溫因子作為莆田市棚內茄果類蔬菜種植的氣候資源區劃指標，結合主產區實際生產情況和氣候條件的參數范圍，將氣候資源區劃指標劃分為3個等級，如表2所示。

表2 莆田市棚室茄果類蔬菜氣候適宜性區劃指標及分級

3.3 寒凍害風險區劃指標

根據災情資料統計分析，若環境溫度低于5℃，茄果類蔬菜的幼苗和植株將會停止生長，因此，選取極端低溫≤5℃年平均出現頻率作為溫室大棚茄果類蔬菜寒凍害區劃指標，將寒凍害風險區劃指標劃分為3個等級，如表3所示。

表3 莆田市棚室茄果類蔬菜寒凍害風險區劃指標及分級

3.4 區劃指標的地理模型

為了客觀描述棚室茄果類蔬菜的氣候資源和寒凍害風險區劃指標在莆田市的分布情況，有必要用區劃指標的空間分析模型來推算其他無測站地區的分布情況。氣候要素與經度、緯度、海拔高度等地理因子有著密切的關系，故區劃指標與地理因子的關系模型可表示為：

y=f(x,y,h)

(1)

其中，y表示氣候資源和寒凍害風險區劃指標值，x、y和h分別代表經度、緯度、海拔高度。

根據上述方程，利用SPSS 19.0軟件將35個氣象站點的地理信息數據(經緯度和海拔高度)和指標值代入公式(1)中，建立氣候資源和寒凍害風險區劃指標與地理要素(經緯度、海拔高度)之間的統計模型(見表4)，模型F值均通過了0.05的顯著性檢驗，具有較高的可信度。

表4 莆田茄果類蔬菜區劃指標因子的地理推算模型

3.5 適宜性區劃圖制作

根據莆田茄果類蔬菜區劃指標因子的地理推算模型，利用ArcGIS軟件柵格計算器，將空間分辨率為30m高程、經度和緯度方里網格帶入表4模型中，并按表2的分級標準，得到30m×30m網格的莆田市茄果類蔬菜氣候資源區劃圖，如圖1(a)所示，按照表3的分級標準，得到30m×30m網格的莆田市茄果類蔬菜寒凍害風險區劃圖，如圖1(b)所示。

(a) (b)

利用ArcGIS的柵格重分類功能，對莆田市茄果類蔬菜氣候資源適宜區、次適宜區、不適宜區分別按3、2、1進行等級賦值，對莆田市茄果類蔬菜寒凍害的低風險區、中風險區和高風險區分別按0、1、2進行等級賦值，根據農業、氣象專家對各指標的影響重要性進行打分，確定出氣候資源區劃指標和寒凍害危險性指標的權重系數分別為0.8和0.2，并利用加權計算得出棚室茄果類蔬菜氣候適宜性綜合指數，然后利用自然間斷點分級法，將莆田市棚室茄果類蔬菜種植區分為適宜區、次適宜區和不適宜區3種類型，最后，疊加莆田市縣級行政區、區域氣象站點，制作出莆田市大棚茄果類蔬菜氣候適宜性區劃圖，如圖2所示。

圖2 莆田市大棚茄果類蔬菜氣候適宜性區劃圖

3.6 分區評述

3.6.1 適宜區

適宜區主要分布在秀嶼區、荔城區中南部、涵江區南部、城廂區南部等地區。該區域多年平均極端低溫在4℃以上，冬季極端低溫≤5℃年平均發生頻次在2次以下，沒有出現過小于0℃的情況，屬于輕度寒凍害風險區域，熱量資源豐富，滿足茄果類蔬菜整個生長期對溫度的要求，同時，整個生長期受到低溫寒凍害的影響程度較輕。該區域是莆田市茄果類種植的重點發展區域，可充分利用氣候資源，有計劃、有步驟、有組織地進行茄果類生產基地規劃，實施批量生產，以提高該區域茄果類蔬菜種植的經濟效益。

3.6.2 次適宜區

次適宜區主要分布在城廂區、涵江區和仙游縣中低海拔地區，少量分布在荔城區和秀嶼區較高海拔地區。該地區多年平均極端低溫介于0℃～5℃，冬季極端低溫≤5℃年平均發生頻次在2～14次，偶爾出現極端低溫小于0℃的情況，屬于中、高度寒凍害風險區域，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。該區不適宜大面積發展茄果類蔬菜生產，可充分利用氣候資源，選用優良避寒的品種或棚內加溫避寒等方式進行局部生產，減輕低溫寒凍害的影響，以提高種植效率。

3.6.3 不適宜區

不適宜區主要分布在仙游縣中高海拔山區以及涵江區北部高海拔地區。該區多年平均極端低溫在0℃以下，冬季極端低溫≤5℃年平均發生頻次在20次以上，屬于高度寒凍害風險區域，熱量條件明顯不足，也是莆田市寒凍害最嚴重的地區，應該避免在此區域大面積種植。

3.7 區劃結果驗證

3.7.1 番茄測產驗證

使用粉果“麗達759”作為試驗品種，分別在適宜區(仙游縣大濟鎮龍坂村)、次適宜區(涵江區白沙鎮廣山村)和不適宜區(仙游縣游洋鎮梧椿村)開展對比種植試驗。試驗于2019年8月25日播種(穴盤育苗)，10月15日定植，試驗過程中，3個區域田間管理一致。2020年2月25日對每個試驗區現場隨機抽取2個樣點進行測產，清點株數，連續抽取30株計算單株結果數，隨機采收成熟番茄50個計算單果重，計算小區畝產量和平均畝產，結果見表5。

表5 番茄對比種植試驗測產結果

分析表5可以看出，適宜區、次適宜區和不適宜區的番茄測產產量呈階梯式下降，適宜區產量比不適宜區的產量多了接近一倍，不同區域站點實測產量與氣候區劃結果具有較好的吻合性。

3.7.2 凍害個例驗證

2020年12月29日～2021年1月3日，受強冷空氣影響，莆田市遭遇2020年入冬以來最強一次冷空氣影響，48小時最低溫降溫幅度10～12℃，達到寒潮標準，過程極端最低氣溫出現在1日，最低氣溫分布見圖3。對比圖3與圖2可以發現，大棚外最低氣溫≤-2℃區域(大棚內對應0℃，出現冰凍災害)，大棚外最低氣溫-2～2℃區域(大棚內對應0～4℃區域，出現霜凍災害)，大棚外最低氣溫≥2℃區域(大棚內對應≥4℃區域，未發生凍害)分別與適宜性區劃圖中的不適宜區、次適宜區、適宜區近乎重合，說明氣候區劃結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 研究結論

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

莆田市溫室大棚的茄果類蔬菜種植適宜區、次適宜區和不適宜區的番茄測產產量呈階梯式下降，適宜區產量比不適宜區的產量多了接近一倍，不同區域站點實測產量與氣候區劃結果具有較好的吻合性。

在2021年年初的一次強冷空氣過程中，棚內最低氣溫冰凍區域、霜凍區域和未出現霜凍災害區域分別與茄果類蔬菜氣候適宜性區劃圖中的不適宜區、次適宜區、適宜區近乎重合，說明氣候區劃結果具有較好的可靠性。