高山立體氣候資源與高山蔬菜種植分布規律研究

邱正明劉可群2聶啟軍肖瑋鈺2陳磊夫

（1湖北省蔬菜科學研究所，湖北武漢 430070；2武漢區域氣候中心，湖北武漢 430074）

高山立體氣候資源與高山蔬菜種植分布規律研究

邱正明1劉可群2聶啟軍1肖瑋鈺2陳磊夫1

（1湖北省蔬菜科學研究所，湖北武漢 430070；2武漢區域氣候中心，湖北武漢 430074）

2009～2013年在鄂西南山區174～1 800 m不同海拔高度上進行了小氣候觀測及蔬菜田間試驗，對不同界限溫度（5、10、15 ℃）、降水量、蒸發量等氣象要素時空變化特征以及喜溫蔬菜辣椒、耐寒蔬菜萵苣等蔬菜產量、品質與氣象條件之間的關系進行了分析。分析表明：≥5 ℃、≥10 ℃、≥15 ℃的持續天數隨海拔高度每升高100 m分別遞減4.8、5.5、6.8 d，降水量及地表濕潤指數均隨海拔高度的升高而增加；辣椒單株坐果數、單位面積產量與開花結果期≥15 ℃的持續天數呈顯著線性相關，≥15 ℃持續每增加1 d對單株坐果數、單產貢獻率分別增加0.32個、73.47 kg·（667 m2）-1；海拔800～1 200 m高度≥15 ℃的持續時間為100～130 d，且無高溫天氣脅迫，是喜溫蔬菜最佳種植帶；海拔1 600 m以上高度基本無夏季，是喜冷涼蔬菜的適宜種植區。

鄂西南；氣候；垂直變化；高山蔬菜

近幾年我國高山蔬菜產業在市場機制作用下發展越來越快，在彌補城市蔬菜夏秋淡季市場、促進高山地區農民脫貧致富、推動山區新農村建設方面發揮了重大作用，取得了顯著的經濟效益和社會效益。與此同時，一些潛在的問題也逐漸顯現，制約了該產業的進一步可持續發展（王榮堂 等，1996；張玉發和白靜仁，1997；朱進和柳文錄，2009）。

為了合理利用高山地區夏季冷涼氣候資源，解決喜冷涼和喜溫蔬菜越夏栽培錯季上市的問題，近年來關于高山蔬菜山地氣候資源利用方面的研究也日益增多。鐘建明等（2010）調查了云南省玉溪市蔬菜市場的交易量、交易價格，建議將蔬菜的收獲期安排在5～9月中旬。張志偉等（1998）分析了岳西縣高山夏季不同海拔高度處溫度隨高度的變化特征，研究了不同海拔高度處5～8月的月平均氣溫分別與喜溫蔬菜和半耐寒性蔬菜所需的適宜溫度間的相似度距離，提出了當地蔬菜的適宜種植高度范圍。張中平和陳星（2006）通過對農業生態氣候適宜度的研究，建立了高山反季節蔬菜光、熱、水、濕隸屬度函數，并對其全生育期進行動態模擬，提出了適宜播期的計算方法。但針對蔬菜的農業氣候資源分析的研究很少，與高山蔬菜產業的發展不相適應，缺乏對高山蔬菜種植氣候適應性的指導。鄂西南山區是我國重要的反季節蔬菜生產地區之一，經過20多年發展，規模日益壯大。本文利用2009～2013年實地山區小氣候觀測資料，揭示鄂西南山區氣候的垂直變化特征；并利用山區不同高度蔬菜種植試驗的資料，研究不同海拔高度蔬菜種植種類及其茬口的最佳時間，促進山區氣候資源的合理利用及高山蔬菜種植種類的合理布局，保證高山蔬菜產業的可持續健康發展。

1 材料與方法

1.1 試驗方法

2009年5月至2013年12月在鄂西南山區長陽縣火燒坪（東經110°41’19”～110°43’42”，北緯30°26’45”～30°30’25”）對海拔174、400、800、1 175、1 250、1 600、1 750 m等7個不同海拔高度進行山區小氣候溫度梯度觀測，觀測儀器為江蘇省無線電科學研究所有限公司生產的ZQZ-II型自動氣象觀測儀。降水量、蒸發量等氣象資料為鄂西南地區19個常規氣象觀測站點地面觀測資料，分別為：枝江、枝城、巴東、秭歸、興山、咸豐、宣恩、鶴峰、來風、利川、建始、恩施、綠蔥坡、夷陵、五峰、當陽、宜昌、三峽、長陽，分布于海拔72～1 820 m不同高度上，資料來自于湖北省氣象資料檔案館。

2009～2013年分別在鄂西南山區長陽縣火燒坪400、800、1 200、1 600、1 800 m等5個不同海拔高度開展辣椒、西瓜、甜瓜、萵苣、蘿卜、豌豆等14種喜溫及耐寒性蔬菜生長發育、產量和品質試驗；5月10日播種，記載出苗、定植、開花、產品成熟期等生長發育時期，觀測蔬菜生物學產量、商品產量以及商品品質。

1.2 數據處理

根據已有的研究結果，這些耐寒性蔬菜適宜生長下限溫度為5 ℃（邱正明和肖長惜，2008；中國農業科學院蔬菜花卉研究所，2010）；喜溫蔬菜適宜播種溫度為10 ℃，適宜的開花結果與果實發育溫度為15 ℃；本文將重點以5、10、15 ℃為界限溫度進行討論。小氣候觀測的日平均氣溫按地面氣象觀測規范（中國氣象局，2003）計算；界限溫度初、終日期的計算方法：先計算某地每年穩定通過界限溫度的初、終日期，再用簡單平均方法求取這一地區界限溫度的初、終日期。

式中：T0為界限溫度；d0、d1分別為界限溫度的初、終日；Ti為初終日間第i天日平均溫度。

界限溫度初終日、活動積溫隨海拔高度的變化特征是由小氣候溫度梯度觀測站點資料計算得到，其他要素由常規氣象觀測站資料計算得到。

式中：R為臺站觀測的降水量，L為臺站觀測的蒸發量（申雙和 等，2009；趙媛媛 等，2009）。

2 結果與分析

2.1 不同海拔溫度變化特征

2.1.1 溫度變化特征 圖1為2009～2013年鄂西南山區長陽縣火燒坪不同海拔高度上日平均溫度、月平均溫度變化情況，由于海拔174 m與400 m、1 175 m與1 250 m、1 600 m與1 750 m的溫度變化曲線相距太近，甚至無法分辨，因此選取海拔400、800、1 250、1 750 m作圖。從圖1可以看出，不同海拔高度上溫度變化趨勢無論是日平均溫度，還是月平均溫度均大致相同，7月溫度最高，其次是8月。海拔400 m高度上7、8月月平均溫度分別為25.9、25.4 ℃；海拔800 m的7、8月月平均溫度分別為23.4、22.9 ℃；其中以7月1日至8月20日溫度最高，這期間海拔174 m高度上溫度為26.0～27.9 ℃，海拔400 m為25.0～26.8 ℃。對2009～2013年氣象數據中日平均溫度≥30 ℃或日最高氣溫≥35 ℃（以下簡稱高溫天氣）進一步統計分析發現：海拔174 m高度上高溫天氣的年平均天數為30.8 d；400 m為26.0 d；從這些高溫天氣出現的時間上看，海拔174 m高度上在7月1日至8月20日期間出現天數平均為21 d，占總天數的68%；6月30日前出現7.4 d，占總天數的24%。400 m高度7月1日至8月20日出現天數平均為18.2 d，占總天數的70%；6月30日前出現5.4 d，占總天數的21%。由此可以看出，在400 m左右及其以下低海拔地區，高溫有2/3以上的時間出現在7月至8月中旬。800 m高度高溫天氣年平均天數為1.6 d，其中2009年出現3 d，2012年沒有出現，2010、2011、2013年各出現1 d；1 100 m以上高度沒有出現過高溫天氣。氣候學中以日平均氣溫穩定在22 ℃以上為夏季的標準，海拔1 600 m日平均溫度≥22 ℃的天數年平均為12.8 d，≥23 ℃的天數年平均只有3.0 d，5 a間只有1 d日平均溫度達到了24 ℃；而在海拔1 750 m高度上5 a間只有1 d日平均溫度達到了22 ℃。由此可見，海拔800 m及其以上地區基本不出現高溫天氣，海拔1 600 m以上地區夏季時間極短，尤其是海拔1 750 m處基本無夏季，非常適合耐寒性蔬菜生長。

圖1 2009～2013年鄂西南不同海拔高度日平均氣溫、月平均氣溫變化趨勢

2.1.2 蔬菜種植界限溫度空間變化 從圖2可以看出：5、10、15 ℃初始日隨海拔高度每升高100 m分別推遲2.4、2.8、3.6 d；而終止日分別提早2.3、2.7、3.2 d；其相關性均達到了極顯著水平。海拔800 m的日均溫達到5、10、15 ℃的初始日分別為3月23日、4月18日、5月17日；終止日分別為11月16日、10月22日、9月26日。從圖2中進一步看出，界限溫度值越高，初始日推遲速率和終止日提早的速率越大。

圖2 2009～2013年鄂西南山區5、10、15℃初終日隨海拔高度的變化趨勢

由圖3可以看出，≥5 ℃、≥10 ℃、≥15 ℃的持續天數隨海拔高度每升高100 m分別遞減4.8、5.5、6.8 d；分析發現海拔800 m高度上≥5 ℃、≥10 ℃、≥15 ℃持續日數分別為243、193、131 d。≥5 ℃、≥10 ℃、≥15 ℃活動積溫（以下簡稱積溫）隨海拔高度每升高100 m分別遞減153、163、176 ℃·d。 進一步分析得出春夏季不同海拔高度上溫度上升速率有很大不同，以5 ℃初始日到15 ℃初始日的天數為例，海拔800 m為54 d，海拔1 250 m為59 d，海拔1 600 m為69 d。由此說明同一種蔬菜在不同高度上種植，某一生育期所經歷的時間將隨著海拔的升高而有所延長。

圖3 2009～2013年鄂西南山區≥5℃、≥10℃、≥15℃持續天數與積溫隨海拔高度的變化趨勢

5 ℃初始日到15 ℃終止日的天數在海拔800 m高度上為186 d，海拔1 250 m為165 d，而海拔1 750 m只有134 d；它隨海拔高度每升高100 m遞減5.6 d，相關系數為0.979 6，其相關性達到了99.9%以上，為極顯著相關。10～15 ℃持續天數在海拔800 m為161 d，海拔1 250 m為135 d，海拔1 750 m只有104 d；隨海拔高度每升高100 m遞減6.0 d，相關系數為0.989 4。海拔1 750 m高度上的日均溫22 ℃的天數極少，有些年份甚至沒有。由此可見，對于一些喜溫茄果類蔬菜（如辣椒）隨著海拔高度的升高生長季迅速縮短；而對于耐寒性蔬菜而言，當海拔接近1 750 m時生長季更長。

2.2 不同海拔高度降水、濕度與蒸發量變化情況

鄂西南山區水分資源相對豐富。根據觀測獲知，4～10月降水量為800～1 350 mm，蒸發量為680～1 250 mm；大氣相對濕度為70%～86%；地表濕潤指數在0.70～1.95之間。在海拔500 m以下的地區降水量一般在900 mm以下，蒸發量850～1 200 mm，相對濕度70%～80%；海拔500～1 200 m降水量900～1 100 mm，蒸發量750～950 mm，相對濕度75%～82%；海拔1 750 m的綠蔥坡降水量為1 339.7 mm，蒸發量只有688.6 mm，相對濕度為86%。表1為利用鄂西南山區19個氣象站點觀測資料計算得到的不同氣象要素隨海拔高度變化情況，降水量、濕度及地表濕潤指數均隨海拔高度的升高而增加，而蒸發量則隨海拔高度的升高而下降，相關性達顯著或極顯著水平，其中地表濕潤指數、降水量、蒸發量與海拔高度呈極顯著相關。由此說明，隨著高度的升高，蔬菜生長發育過程中發生水分脅迫的可能性越來越小；當海拔到達1 750 m時地表濕潤指數為1.95，亦即降水量接近蒸發量的2倍，造成雨水過多，需防止濕度過大而發生嚴重的蔬菜病害，如蘿卜黑腐病等。

表1 鄂西南山區降水、蒸發、濕度與地表濕潤指數隨海拔高度每升高100 m的變化率及相關性

2.3 山體氣候生態條件對蔬菜生產的影響

蔬菜的播種期、生長速度、產量以及品質與氣象環境條件密切相關。鄂西南山區特殊的地形地貌，形成了豐富多樣的氣候資源，最大限度地利用這些氣候資源可提高蔬菜單位面積產量與經濟效益。

2.3.1 對喜溫蔬菜的影響 以辣椒為例，品種為楚椒佳美，各海拔高度上定植期均在6月20日或之后，晚于2009年15 ℃穩定通過的日期（2009年海拔1 750 m高度上穩定通過15 ℃的日期為6月3日），也晚于15 ℃的5 a平均的初日；隨著高度的增加定植期越接近15 ℃的初日；開花坐果期和商品果成熟期隨著海拔高度的增加明顯延遲（表2）。

表2 2009年鄂西南山區不同海拔高度上辣椒生長發育期

對辣椒單株坐果數、單位面積產量與≥15 ℃、≥10 ℃的持續天數、積溫、日均溫等氣象因子相關分析發現，辣椒單株坐果數、單位面積產量與開花后氣溫穩定≥15 ℃的持續天數呈現良好的線性相關關系（圖4）。在開花結果期≥15 ℃持續天數對單株坐果數、單產貢獻率分別增加0.32個·d-1、73.47 kg·（667 m2）-1·d-1，相關系數分別0.975 3、0.976 0，均達到極顯著相關水平。試驗結果還發現：在海拔400 m高度上開花坐果期為7月中旬至8月，這一時期正是這一高度上日平均溫度≥30 ℃或日最高氣溫≥35 ℃盛夏高溫天氣出現的時間，大量的落花落果導致辣椒坐果率低、產量低、商品性差。海拔800～1 200 m的中高山地區，無日平均溫度≥30 ℃或日最高氣溫≥35 ℃高溫危害；15℃以上的天氣持續時間長，辣椒開花坐果期長，商品性好，產量為3 621～4 162 kg·（667 m2）-1，其中海拔800 m高度上產量最高。海拔1 600 m的地區15 ℃平均終日為9月8日，高山地區9月初以后降溫過程較為頻繁，有4 d以上日平均氣溫低于15 ℃，15 ℃終日出現的最早年份是2013年，為8月31日；其次是2011年，為9月6日；低溫也難以滿足果實正常的生長，海拔1 600 m高度上種植辣椒雖然具有商品性，但產量低，不足海拔800 m地區的1/4，經濟效益差。因此1 600 m以上高山地區熱量條件有限，不適宜種植辣椒等喜溫性蔬菜。

圖4 辣椒單株坐果數、單產與≥15℃持續天數相關分析

2.3.2 對耐寒性蔬菜的影響 以莖用萵苣為例，各高度層5月10日統一播種，海拔800 m高度上萵苣從出苗到團棵再到抽薹的時間為69 d；1 200 m為71 d；1 800 m為95 d；3個海拔高度上萵苣團棵至抽薹的天數分別為10、12、28 d，單株質量分別為200、300、517 g。對比觀測發現：溫度越高萵苣生育期越短，團棵至抽薹即膨大期時間越短，產量越低。相關分析發現，膨大期日平均氣溫在25.5～28.0 ℃時，膨大期為10～12 d；20℃左右時，膨大期為18～19 d；18 ℃左右時，膨大期可達30 d左右；萵苣的產量與團棵至抽薹持續時間相關性最大。從品質來說，海拔800～1 200 m處，膨大期短，未熟先抽薹，萵苣偏細，商品性較差；海拔1 600 m處，萵苣粗長，有商品性，但產量不高；海拔1 800 m處，膨大期時間長，萵苣粗長，商品性好，且產量高。由此表明，海拔1 600 m以上高山地區的溫度對萵苣生長有利，且品質及商品性好。

3 結論與討論

3.1 鄂西南山區7、8月溫度最高，高山地區（＞1 600 m）春秋相連，無夏季

鄂西南山區一年中7月1日至8月20日溫度最高；日平均溫度≥30 ℃或日最高氣溫≥35 ℃的高溫天氣，海拔174 m高度為30.8 d；400 m為26.0天，且2/3以上出現在7月1日至8月20日這一時段。海拔800 m以上基本上不出現高溫天氣，但≥15 ℃持續時間可達4個半月左右；海拔1 600 m日平均溫度≥22℃的夏季天數年平均為12.8 d，基本形成了春秋相連的氣候，≥10 ℃持續時間為143～150 d。

3.2 各界限溫度初終日與積溫隨海拔高度變化明顯，但高山地區（＞1 600 m）降水多、蒸發少、過濕潤

鄂西南山區5、10、15 ℃初日（終日）隨海拔高度升高而推遲（提早）；≥5 ℃、≥10 ℃、≥15℃的持續天數隨高度每升高100 m遞減4.75～6.75 d，積溫遞減率為153～175 ℃·d；降水、濕度與濕潤指數隨海拔高度升高而增加，而蒸發量隨海拔高度的升高而降低，其中濕度、降水與地表濕潤指數隨高度變化的顯著性最好，達到了極顯著水平。由此說明，隨著海拔高度的升高，蔬菜生長發育過程中發生水分脅迫的可能性越來越小；當海拔到達1 750 m高度時濕潤指數為1.95，在雨水正常或偏多的年份，需防止雨水過多而發生嚴重的蔬菜病害。

3.3 中高山地區（800～1 200 m）是喜溫蔬菜最佳種植帶，高山地區（＞1 600 m）是耐寒性蔬菜適宜種植區

辣椒單株坐果數、單位面積產量與開花結果期氣溫≥15 ℃的持續天數呈良好的線性關系；鄂西南山區800～1 200 m高度上≥15 ℃的持續時間可達100～131 d，且無日平均溫度≥30 ℃或日最高氣溫≥35 ℃的高溫天氣，為喜溫蔬菜（辣椒）延長開花坐果期、提高產量創造了良好的溫度環境，是喜溫蔬菜（如辣椒）最佳種植帶。溫度對耐寒性蔬菜，如萵苣的膨大期影響最大，溫度越高膨大期越短，產量越低，品質越差，隨之商品性越差，鄂西南山區海拔1 600 m夏季短，尤其是1 750 m以上無夏季，7、8月月平均氣溫在18.0～19.5 ℃之間，春秋相連，≥10 ℃持續時間長，有利于萵苣延長膨大期，蔬菜產量高、品質好；1 600 m以上高海拔地區是耐寒性蔬菜適宜種植區，一年可種植兩茬，且秋茬膨大期溫度對提高產量與品質更有利。

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Studies on High Mountain Three-dimenstional Climate Resources and Distribution Regulation of High Mountain Vegetable Plantation

QIU Zheng-ming1，LIU Ke-qun2， NIE Qi-jun1，XIAO Wei-yu2，CHEN Lei-fu1

（1Hubei Vegetable Research Institute，Wuhan 430070，Hubei，China；2Wuhan Regional Climate Center，Wuhan 430074，Hubei，China）

Micro-climate observation and vegetable field experiment were carried out during 2009-2013 in mountains areas of Southwest Hubei at different altitudes. Spatial and temporal variation characteristics of meteorological elements such as temperature， precipitation， evaporation was analyzed. The correlation of yield，quality of pepper， lettuce， and other vegetables， and meteorological conditions were also analyzed. The result showed that in the sustain duration with ≥5℃、≥10℃、≥15℃ the decreasing rate with height increasing per 100 m were 4.8 days，5.5 days，6.8 days，respectively. The precipitation and humidity index increased with height increasing. The fruit setting number of single pepper plant（thermophilic vegetable）and per unit area yield both have significant relation with the duration of days≥15℃ in the flowering and fruiting stage. The contributions of each additional day to single plant fruit setting number and yield per unit were 0.32 and 1.10 t·hm-2，respectively. The most suitable planting conditions for warm season vegetables were height between 800-1 200 m，temperature ≥15℃， sustaining for 100-130 days. There was no summer above 1 600 m hight，where was the suitable planting area for hardy vegetables.

Southwest Hubei； Climate；Vertical change； High mountain vegetable

邱正明，研究員，專業方向：高山蔬菜，E-mail：13808640602@ 163.com

2014-07-09；接受日期：2014-08-19

國家現代農業大宗蔬菜產業技術體系項目（CARS-25），湖北省自然科學基金重點項目（2009CDA110）