廣東菜心周年種植溫度適宜性及其變化趨勢

翟志宏，林鎮國，陳慧華，陳卓煌

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廣東菜心周年種植溫度適宜性及其變化趨勢

翟志宏1，2，3，林鎮國1，陳慧華1，陳卓煌1

（1.廣東省氣候中心，廣東 廣州510080；2.廣州市氣候與農業氣象中心，廣東 廣州511430；3.暨南大學產業經濟研究院，廣東 廣州510632；）

摘 要：利用廣東省86個氣象站1961—2014年的逐日平均溫度資料和2004—2014年逐日的廣州本地菜心價格資料，建立菜心（Brassica parachinensis，BP）溫度適宜度模型，采用氣候傾向率分析、相關分析、回歸分析、空間插值等方法，對廣東各地不同季節菜心生長的溫度適宜度進行分析和模擬。結果表明：（1）廣東省菜心在冬季、春季生長溫度適宜度都比較高，而夏季、秋季較低，影響菜心周年種植的關鍵問題是夏季、秋季“熱害”；（2）根據菜心生長溫度適宜度與菜心相對氣象價格的回歸分析結果，將廣東各地按不同季節劃為3個類型：生長最適宜區，溫度適宜度在0.90以上；適宜區，適宜度在0.60～0.90之間；不適宜區，適宜度在0.60以下；（3）年際變化上看夏季、秋季菜心生長的溫度適宜度下降趨勢顯著，春季下降趨勢不顯著，冬季上升趨勢顯著；（4） 根據各站點菜心生長溫度適宜度變化，將廣東地區劃為3種類型：強下降型，傾向率小于-0.010；下降型，傾向率在-0.010～0之間；上升型，傾向率在0～0.010之間。研究結果可以為廣東菜心生產應對氣候變化、合理利用氣候資源、科學調整菜心種植時空布局模式、實現菜心的周年均衡供應提供新依據。

關鍵詞：溫度適宜度；變化趨勢；菜心；價格；廣東

菜心（Brassica parachinensis）屬耐寒和半耐寒性蔬菜，喜冷涼，溫度超過30℃則生長比較困難，而廣東全省屬熱帶和亞熱帶季風氣候區，處于熱量氣候過渡帶［13］，受氣候影響，廣東菜心生產和供應年內波動較大。菜心價格表現出冬春旺季價格便宜、夏秋淡季價格較貴的現象，表明廣東菜心周年供給并不均衡，菜心產量及價格的大幅波動嚴重損害了種植者和消費者利益。因此，開展菜心溫度適宜性研究對穩定市場價格，實現菜心穩定供應等都具有重要意義。本研究基于生態適宜度理論建立模型，采用氣候傾向率分析、相關分析、回歸分析、空間插值等方法，對廣東各地不同季節菜心生長的溫度適宜度進行分析和模擬。定量地研究不同季節廣東菜心溫度適宜度變化，可以為廣東菜心生產應對氣候變化，合理利用氣候資源，科學調整菜心種植時空布局模式，實現菜心周年均衡供應提供新的依據。

1　材料與方法

1.1 試驗材料

逐日平均溫度資料來源于廣東省氣候中心，為廣東省86個氣象站1961—2014年共54年的時間序列資料。廣州本地菜心價格資料來自廣州市物價局價格監測中心提供的廣州市海珠市場2004—2014年逐日監測價格。

1.2 試驗方法

1.2.1 菜心生長溫度適宜度模型 菜心生長溫度適宜度模型如下：式中，T為旬平均氣溫，T1為菜心生長的下限溫度、T2為上限溫度、T0為最適溫度，S（T）為溫度適宜度。當T≤T1時，表明溫度過低不適宜菜心生長，S（T）=0；當T=T0時，溫度最適宜菜心生長，S（T）=1；當T≥T2時，表明溫度過高不適宜菜心生長，S（T）=0。S（T）的函數取值范圍在0～1間變化，反映了溫度變化對菜心生長適宜度的影響過程。

綜合文獻［14］中菜心的適宜溫度范圍，得廣東菜心生長期的生物學溫度指標：發育期為生長期，時期為全年逐旬，下限溫度T1為-5℃，最適溫度T0為17.5℃（最適溫度取原文獻中15～20℃的平均值），上限溫度T2為30℃。

1.2.2 溫度適宜度模型檢驗 為了檢驗適宜度模型的適用性，通常用作物產量與對應生育期間溫度適宜度序列做相關檢驗［15-16］。考慮到菜心周年種植，且各地均是多種作物輪作，種植區域變動大，難以獲取某地穩定連續的長序列產量資料。經濟學理論認為供給與需求相互作用產生了價格。由于蔬菜需求的剛性，供給是影響蔬菜價格的主要因素［17］，蔬菜價格隨產量波動而變化，因此可以利用蔬菜價格間接反應蔬菜產量的變化。本文利用菜心價格與溫度適宜度序列進行相關分析、回歸分析來檢驗適宜度模型的適用性。參照氣象產量的概念［18］，菜心價格可分解為趨勢價格、氣象價格和隨機誤差。

經計算，2004—2014年逐旬廣州本地菜心相對氣象價格與廣州菜心溫度適宜度的相關系數為-0.35，通過0.01的顯著性檢驗。廣州本地菜心相對氣象價格對廣州菜心溫度適宜度的回歸方程y = -0.317x + 0.239，R2= 0.122。

1.2.3 氣候傾向率計算 S（T）i表示溫度適宜度序列，ti為自然數序列，二者之間的線性回歸方程如下：

S（T）i= kti+ b

式中，k、b為回歸系數。k·10為氣候傾向率［19］，單位是適宜度/10年。k＞0時，表明S（T）為上升趨勢，k＜0，表明S（T）呈現下降趨勢。

2 結果與分析

2.1 廣東菜心溫度適宜度年內變化

從圖2可以看出，廣東省菜心生長溫度適宜度在冬、春季都比較高，各旬適宜度在0.8以上，其中，3月下旬最高、達0.98。主要因為菜心在15～20℃最適于生長發育，同時能忍受0℃左右或更低的溫度。這是由于廣東冬季大部分地區氣候溫暖，適合菜心生長。在溫度適宜情況下，植株的同化作用較強，有機物的積累和生長量都較大［20］。4月開始菜心生長溫度適宜度逐漸下降，到7月中旬最低、僅有0.42。溫度過高時（30℃），菜心呼吸作用顯著加強，有機物累積減少，甚至光合作用強度下降，進而導致菜心生長受到影響。在這種情況下，菜心的組織疏松，菜薹纖細，產量也隨之降低。8月后隨著氣溫下降，菜心生長溫度適宜度又逐月上升，到了12月上旬才略有下降。這是因為粵北地區種植的菜心在較低溫度下（10℃以下）生長緩慢，且溫度過低容易導致菜薹短粗，降低品質與產量。

圖1 2004—2014年廣州市本地菜心價格旬變化

圖2 1961—2014年廣東省平均各旬菜心生長溫度適宜度

2.2 廣東菜心生長溫度適宜區域劃分

廣東大部分地區是亞熱帶季風氣候，雷州半島等地是熱帶季風氣候，菜心生長溫度適宜度分布具有明顯的區域性，且在不同季節呈現不同分布特點。根據廣東省86個縣市54年的平均適宜度空間插值分析，制作不同季節菜心生長溫度適宜度分布圖（圖3）。通過廣州本地菜心相對氣象價格變化與廣州菜心生長溫度適宜度的回歸方程分析可知，當溫度適宜度大于0.90時，本地菜心生長良好，供應充足，相對氣象價格變化率為-5%～-8%；當溫度適宜度在0.60～0.90時，本地菜心生長正常，供應基本充足，相對氣象價格變化率為-5%～5%；當溫度適宜度小于0.60時，本地菜心生長不良，供應不足，相對氣象價格變化率為5%～10%。據此，可將廣東地區劃為生長最適宜區、適宜區和不適宜區3個類型（圖3）。

（1）春季3～5月（圖3A）。春季來看，菜心生長最適宜區包括粵東及粵北大部，溫度適宜度在0.90以上，熱量條件適中，旬平均氣溫超過30℃的情況較少；而其余地區溫度適宜度從南到北逐漸升高，介于0.75～0.90之間，為菜心生長適宜區，其中雷州半島等地區由于地處北熱帶，春季溫度較高超過菜心生長最適溫度而溫度適宜度較其他地區偏低。

（2）夏季6～8月（圖 3B）。廣東全省夏季幾乎都不適宜菜心生長，特別是珠三角及雷州半島地區由于高溫較多，溫度適宜度低于0.50，主要原因是溫度過高導致菜心生長比較困難，菜薹細小、品質低劣；僅有連山、新豐、連平、和平等局地溫度適宜度超過0.60，為適宜區。

（3）秋季9～11月（圖 3B）。秋季廣東全省均為適宜區，其中連山為最適宜區，各地溫度適宜度介于0.76～0.92之間，從南到北逐漸升高。

（4）冬季12～次年2月（圖 3D）。除了粵北偏北一帶為適宜區，廣東大部分地區均為最適宜區，各地溫度適宜度介于0.85～0.98之間，從北到南逐漸升高。菜心溫度適宜度分布特征與廣東冬季熱量條件南高北低的分布一致。

圖3 廣東省菜心不同季節生長溫度適宜度分布

2.3 廣東菜心生長溫度適宜度的年際變化

由圖4可知，近54年來，廣東省夏季菜心生長的溫度適宜度整體較低，并且波動幅度較其他季節大，其余季節溫度適宜度均在0.70以上。夏季菜心生長的溫度適宜度近年來有明顯下降趨勢，以平均0.02/10年的速度下降，下降趨勢通過0.01顯著性檢驗。秋季菜心生長的溫度適宜度也有明顯下降趨勢，變化速率較夏季低，以平均0.01/10年的速度下降，下降趨勢通過0.01顯著性檢驗。春季菜心生長的溫度適宜度以平均0.002/10年的速度下降，但趨勢不顯著。冬季菜心生長的溫度適宜度則有明顯上升趨勢，變化速率略高于春季，以平均0.003/10年的速度上升，上升趨勢通過0.05顯著性檢驗。菜心生長溫度適宜度不同季節變化趨勢的差異較大，這種差異可能來源于菜心生長對廣東不同季節氣候變化趨勢的響應。20世紀80年代后期以來，廣東省年平均氣溫振蕩上升［21］，同時，夏、秋季高溫日數顯著上升，特別是1998年以后，平均每年達到20 d以上，其中2014年全省平均高溫日數更是達到31.5 d，為有氣象記錄以來最多。氣候變暖背景下，夏、秋季高溫日數增加進一步導致廣東菜心夏季、秋季“熱害”的加劇，使得夏季菜心生長的溫度適宜度進一步降低，這對菜心生長非常不利。另一方面，在氣候變暖背景下，廣東冬季低溫日數則顯著減少，暖冬的增加減少了粵北山區的“冷害”，提高了冬季菜心生長溫度適宜度。

2.4 廣東菜心生長溫度適宜度變化傾向率區劃

為了解廣東各縣區不同季節菜心生長對氣候變暖響應特點，分析了54年來的不同季節菜心生長溫度適宜度變化，并計算了氣候傾向率，進行插值后得到廣東地區不同季節菜心生長溫度適宜度傾向率變化（圖5）。由于地域的差異，不同季節的變化傾向率也呈現顯著的地域性，根據各站點菜心生長溫度適宜度變化的方向和強度將廣東地區劃為3種類型：強下降型，傾向率小于-0.010；下降型，傾向率在-0.010～0之間；上升型，傾向率在0～0.010之間。

春季3～5月，粵北韶關、粵東河源及梅州大部以及惠州大部為上升型；其余地區均為下降型，其中珠三角以西及茂名、湛江局地下降傾向率略高，為0.005～0.010。夏季6～8月，廣東全省各地夏季菜心生長適宜度幾乎都為強下降型，特別是珠三角及粵東沿海，下降傾向率在0.03～0.06之間。秋季9～11月，廣東全省大部菜心生長適宜度均在下降，其中粵東沿海、珠三角及粵西大部為強下降型，下降傾向率小于夏季，介于0.01～0.03之間。其余地區均為下降型，又以粵北大部下降速率最低。冬季12～次年2月，全省菜心生長適宜度傾向率均為上升型，特別是粵東潮汕地區、河源大部及南雄一線上升傾向率在0.005～0.010之間。

圖4 廣東省不同季節菜心生長溫度適宜度年際變化

圖5 廣東省不同季節菜心生長溫度適宜度變化傾向率分布

3　結論與討論

根據菜心生育期短、周年種植的特點，將菜心生長期適宜溫度指標與不同季節的實際溫度進行對比分析，利用溫度適宜度模型計算出溫度適宜度，通過與菜心相對氣象價格相關分析與回歸分析，認為本研究建立的菜心溫度適宜度模型合理，可用于評價不同季節菜心生長的溫度適宜性。利用蔬菜價格間接反映蔬菜產量的變化，從而獲取某地穩定連續的長序列資料，實現了菜心生長適宜度模型檢驗，這對生長周期短、種植連續性弱的作物資料獲取提供了一個途徑。但這種方法也存在缺陷，雖然廣州地區菜心生長溫度適宜度與廣州本地菜心相對氣象價格相關通過顯著性檢驗，但影響廣州本地菜心價格的因素還有很多，如外地菜心的供給、降水、日照、病蟲害等，因此得出的結論可能與實際生產有一定差異。在評估溫度適宜度對菜心相對氣象價格影響過程中，由于未剔除外地菜心供給對緩和本地菜心價格波動的影響，模型可能會低估溫度適宜度對菜心生長的影響程度。主要結論如下：

（1）利用溫度適宜度模型對廣東省菜心不同季節適宜性分析可知，廣東省菜心在冬季、春季生長溫度適宜度都比較高，而夏季、秋季較低。冬季、春季各旬適宜度一般在0.8以上，3月下旬最高達0.98。夏季、秋季比較低，7月中旬最低僅有0.42。廣東夏季、秋季溫度較高，當溫度超過菜心生長適宜溫度上限時，菜心呼吸作用顯著加強，有機物累積減少，菜心的生長受限，產量及品質大幅下降導致菜心供應不足而價格上升。因此，廣東菜心周年種植的關鍵問題是夏季、秋季“熱害”。

（2）根據菜心生長溫度適宜度與本地菜心相對氣象價格變化的回歸分析結果，對不同季節廣東菜心生長溫度適宜區域進行劃分，將廣東地區劃為生長最適宜區、適宜區和不適宜區3個類型。當溫度適宜度大于0.90時，本地菜心生長良好，供應充足，相對氣象價格變化率為-5%～-8%；當溫度適宜度在0.60～0.90時，本地菜心生長正常，供應基本充足，相對氣象價格變化率為-5%～5%；當溫度適宜度小于0.60時，本地菜心生長不良，供應不足，相對氣象價格變化率為5%～10%。春季，粵東及粵北大部為最適宜區，其余地區為菜心生長適宜區；夏季，全省大部均為不適宜區，僅有粵北局地為適宜區；秋季廣東全省均為適宜區，其中連山為最適宜區，各地溫度適宜度從南到北逐漸升高；冬季大部分地區均為最適宜區，各地溫度適宜度從北到南逐漸升高，粵北偏北一帶為適宜區。

（3）近54年來，廣東省夏季菜心生長的溫度適宜度較低且波動較大，其余季節波動略小，溫度適宜度也都較高，均在0.70以上。夏季、秋季菜心生長的溫度適宜度有明顯下降趨勢，下降趨勢通過0.01顯著性檢驗。春季菜心生長的溫度適宜度以平均0.002/10年的速度下降，但趨勢不顯著。冬季菜心生長的溫度適宜度以平均0.003/10年的速度上升，上升趨勢通過0.05顯著性檢驗。

（4）根據各站點菜心生長溫度適宜度變化的方向和強度將廣東地區劃為3種類型：強下降型，傾向率小于-0.010；下降型，傾向率在-0.010～0之間；上升型，傾向率在0～0.010之間。春季，粵北韶關、粵東河源及梅州大部以及惠州大部為上升型，其余地區均為下降型；夏季，全省各地幾乎都為強下降型，特別是珠三角及粵東沿海，下降傾向率在0.03～0.06之間；秋季，廣東全省大部均為下降型，其中粵東沿海、珠三角及粵西大部為強下降型；冬季，全省均為上升型，特別是粵東潮汕地區、河源大部及南雄一線上升傾向率較大，在0.005～0.010之間。

在全球氣候變暖影響大背景下，廣東大部分地區菜心周年種植溫度適宜性均在下降，但適宜度的變化傾向在不同季節與地域差別很大。由于夏、秋季高溫天氣較多，菜心生長溫度適宜度傾向率下降較大，不利于菜心生長，導致廣東菜心夏季、秋季“熱害”現象進一步加劇。但同時需要關注的是夏季菜心價格較高，可以利用山區立體氣候優勢發展淡季蔬菜生產，在粵北山區菜心生長溫度適宜度較高的地方種植，則有望獲取良好的經濟效益。冬季廣東省菜心溫度適宜度較高，暖冬的增加減少了粵北山區的“冷害”，溫度升高使得全省冬季菜心生長溫度適宜度提高，這些地區冬種蔬菜的熱量資源優勢進一步增強。但同時要防止產量過剩，價格下跌而影響種植收益。因此，在廣東地區菜心種植上必須進行時空上的科學布局，充分有效地利用本地不同季節的氣候資源，同時加強地區間的流通和調劑，保證菜心生產滿足市場供應的情況下，維持市場價格的相對穩定，實現菜心周年均衡供應。

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（責任編輯 白雪娜）

中圖分類號：S162.5

文獻標識碼：A

文章編號：1004-874X（2016）03-0066-06

收稿日期：2015-06-30

基金項目：廣州市科技計劃項目（2014J4100018）；廣東省氣象局項目（2014Q04）；廣東省氣候中心項目（QH201405）

作者簡介：翟志宏（1985-），男，在讀博士生，工程師，E-mail： zhzhai@grmc.gov.cn

Temporal and spatial variation of temperature suitability index for Brassica parachinesis in Guangdong

ZHAI Zhi-hong1，2，3，LIN Zheng-guo1，CHEN Hui-hua1，CHEN Zhuo-huang1
（1. Guangdong Climate Center，Guangzhou 510080，China；2. Guangzhou Climate and Agro-meteorology Center，Guangzhou 511430，China；3. Institute of Industrial Economics，Jinan University，Guangzhou 510632，China）

Abstract：Based on daily temperature of 86 meteorological stations in 1961-2014 and daily price of Brassica parachinensis （BP） from 2004 to 2014 in Guangdong，a numerical model was built for calculating the temperature suitability of BP. By employing the temperature suitability index，spatial-temporal variation of temperature suitability index for BP was analyzed by using trend analysis，correlation analysis，linear regression analysis and spatial interpolation. The results showed that， （1） BP temperature suitability was higher in winter and spring，but lower in summer and autumn，owing to the hot temperature in summer and autumn，which played an important role in BP underproduction. （2） According to the seasonal regression results between BP temperature suitability and relative meteorological price，the suitability of BP cultivation could be divided into three types in Guangdong： the high suitability type，where suitability index was higher than 0.90；the suitability type，where suitability index ranged from 0.60 to 0.90；and the unsuitability type，where suitability index was lower than 0.60. （3） Then the interannual variation of BP temperature suitability in 1961-2014 was discussed，and temperature suitability showed significanty（P＜0.01）decreasing trends in summer and autumn，while the decreasing trend was slight in spring，and yet it revealed a significant（P＜0.05） increasing trend in winter. （4） According to the interannual trend of temperature suitability，the distribution of climatic tendency in Guangdong area could be divided into three types： the rapid decreasing type，where climatic tendency was lower than -0.01；the medium decreasing type，where climatic tendency ranged from -0.01 to 0；and the increasing type，where climatic tendency ranged from 0 to 0.01. These results would support decision makers to copy with climate change，making utilization of climate resources appropriately，adjusting the cultivated patterns wisely，and ultimately，providing theoretical foundation for the equilibrium of BP annual supplement.

Key words：temperature suitability；change trend；Brassica parachinensis；price；Guangdong