萊蕪市冬季設施農業氣候資源評估

王琪珍++何鵬程++鄭燕++王承軍

摘要 在全球氣候變暖的背景下，萊蕪市的光熱資源發生了明顯的變化，低溫、寡照等災害對設施農業發展的影響更加顯著。利用萊蕪市35年（1981—2015年）的觀測資料，對冬季影響設施農業生產的光、溫氣候資源的變化特點進行了分析評估，同時利用近10年區域站資料，對同期氣候資源以及氣象災害的空間分布特征進行了初步探討。結果表明，萊蕪市冬季氣溫在波動中上升，低溫日數減少，對設施農業生產有利，但日照時數減少，低溫、寡照等對茄果類設施蔬菜的影響更加劇，應做好極端低溫和寡照災害的應對措施。在空間分布上，萊蕪市冬季氣溫呈現從西南部平原到東北部山區遞減的趨勢，低溫災害、風災等災害東北部山區多，影響程度重；西南部平原災害少，影響程度低。設施農業生產的發展遠景，西南部平原區優于東北部山區，東北部山區適宜發展葉菜類蔬菜，西南部平原適宜發展瓜果類蔬菜，新建溫室大棚應選擇保溫性能好的土墻結構。

關鍵詞 設施農業；冬季；氣候資源；評估；山東萊蕪

中圖分類號 S162 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）24-0238-03

據報道，目前我國設施農業種植面積居世界首位，其中蔬菜種植年產值達2 025億元左右，成為農村經濟發展的支柱產業，并逐步走向標準化生產。萊蕪市地處魯中山區腹地，氣候多樣，光熱資源豐富，為設施農業的發展提供了得天獨厚的有利條件。近年來，萊蕪市設施農業發展迅速，設施農業的規模和水平迅速提高，各種名優蔬菜、瓜果、花卉種植已成為農民增收的主要支柱產業。

隨著全球氣候變暖，萊蕪市的氣候資源也發生明顯的變化。這種變化必定對設施農業的發展和布局產生一定影響，如冬季氣溫的升高、低溫日數的減少在一定程度上提高了設施農業的生產能力；但近年來，冬季霧霾、陰雨寡照天氣的增多給設施農業生產帶來一定的負面影響，如2015年11月初至12月初持續近1個月的陰雨寡照天氣給全市設施農業生產帶來嚴重影響。據調查，全市茄果類設施蔬菜減產10%～20%，嚴重的減產40%～50%，有些大棚甚至出現絕產。因此，研究冬季氣候資源的變化規律對提高設施農業應對氣候變化的能力和降低氣象災害對設施農業生產的負面影響具有重要意義。

本文利用萊蕪站35年的冬季觀測資料以及近10年區域站同期的觀測資料，研究了萊蕪市氣溫、光照等氣候資源的時空變化規律以及低溫、寡照、大風等氣象災害的空間分布特點，為設施農業的防災減災提供參考依據。

1 數據與方法

1.1 數據來源

研究數據為萊蕪站1981—2015年冬季（12月至次年2月）的逐日氣象觀測資料，2009—2015年區域站同期的觀測資料，氣象要素包括逐日平均氣溫、日最低氣溫、日照、日極大風速等。

1.2 設施農業氣象災害指標

根據近幾年的氣象觀測數據，冬季影響設施農業生產的氣象災害主要有低溫、寡照、大風等，各種災害指標的分級標準見表1。

2 結果與分析

2.1 萊蕪市設施農業氣候資源的變化特點

農業氣候資源為設施農業生產提供所必需的物質與能量，其光、熱資源的分布與變化對設施農業生產的影響很大。在全球氣候變暖的大背景下，萊蕪市的光、熱資源也發生了明顯的變化。

2.1.1 溫度。溫度是影響設施農業發展的首要因子，冬季平均氣溫和日最低氣溫是制約一個地區設施農業發展的重要條件。趙淑蘭等[1]研究指出，冬季平均氣溫對設施農業品種選擇影響較大，其中冬季寒冷宜種植葉菜類蔬菜，冬季溫暖則宜種植瓜果類蔬菜。分析萊蕪市1981—2015年冬季氣溫變化情況，可以看出，35年來萊蕪市冬季平均氣溫呈明顯的升高趨勢，平均每10年升高0.49 ℃，冬季平均最低氣溫也呈明顯的升高趨勢，平均每10年升高0.87 ℃。低溫日數平均每10年減少3.9次。王琪珍等[2]研究指出，隨著全球氣候變暖，萊蕪市極端最低氣溫呈明顯上升趨勢，≤-10.0 ℃的低溫日數呈減少趨勢，極端最低氣溫強度減弱，持續時間縮短。但氣溫變化的極端事件在增多，階段性的強降溫有增強的趨勢。如2016年1月22—25日，受強冷空氣的影響，萊蕪市出現寒潮天氣過程，連續3 d出現低溫天氣，市區48 h降溫幅度達到13.2 ℃，24日最低氣溫市區為-17.8 ℃，為近30年同期第二極值，東北部山區最低氣溫達-22.5 ℃，使部分大棚出現低溫冷害和凍害，給全市設施農業生產帶來嚴重的影響。

2.1.2 光照。日照時數是指太陽中心從出現在一地的東方地平線到進入西方地平線，其直射光線在無地物、云、霧等任何遮蔽的條件下，照射到地面所經歷的小時數[3]。冬季日照時數的長短對冬季設施農業的高效安全影響較大，通過研究發現，冬季萊蕪市日照時數呈波動中減少的趨勢，平均每10年減少3.8 h。尤其是近10年來，寡照災害成為影響設施農業發展的“頭號殺手”。寡照常常影響設施作物的生長發育進程和品質產量，如植株爛根、死苗、生長緩慢、成熟期推遲、出現畸形果等。冬季寡照容易造成棚內升溫緩慢，造成低溫冷害而影響作物生長。吳光輝證實低溫弱光下黃瓜苗期延長，生長和光合速率降低。在缺氧條件下，植物只能進行無氧呼吸，暫時維持其生命活動，最終會影響植物正常生長。在長時間的低溫寡照條件下，菜農為了保持棚內溫度而減少通風時間，從而導致棚內氧氣含量降低，光合作用減弱，造成蔬菜營養物質缺乏，抗病能力降低，容易出現爛棵、爛果、畸形果等。近10年來，萊蕪市冬春共發生寡照災害28次，輕度寡照災害24次，中度災害4次[4]。

由以上分析看出，萊蕪市的光溫資源確實發生了明顯的變化，一方面冬季氣溫升高，低溫次數的減少對冬季設施農業的防寒保暖較為有利，但氣溫變化的極端事件造成的低溫災害的風險也在增加；另一方面，日照時數的減少使寡照災害的風險增大。這說明在全球氣候變暖的背景下，萊蕪市冬季光熱資源的變化對設施農業生產的影響利弊并存，低溫、寡照災害風險增加，對喜溫喜光的茄果類溫室蔬菜的負面影響更為顯著。有研究表明，冬季的光照條件及低溫的強度頻率是發展日光溫室的主要限制因子[5]，如何充分利用有利的氣候資源趨利避害是設施農業發展必須高度關注的重要因素，也是氣象部門加強探索的重要課題。

2.2 萊蕪市冬季設施農業資源評估

由于農業氣候資源的多樣性，科學分析一個地區的農業氣候資源的時空分布特征，對于高效利用農業氣候資源、合理布局農業生產結構、保障農業可持續發展具有十分重要的意義。

2.2.1 平均氣溫的分布。高密度的區域站建設為局地小氣候的研究提供了便利，利用萊蕪市近10年的區域站資料分析可見，萊蕪市冬季平均氣溫的分布從西南部平原至東北部山區呈遞減趨勢，西南部山前平原區牛泉—高莊和西北部山前平原區冬季平均氣溫高，基本在0 ℃以上，東北部山區低，在-2 ℃以下，西部平原為-1 ℃左右，南部山區為 -1～0 ℃之間（圖1）。進一步分析極端最低溫度可以看出，萊蕪市冬季極端氣溫的分布和平均氣溫的分布基本一致，西南部和西北部山區的山前平原區極端最低氣溫為-16 ℃左右，東北部山區極端最低氣溫為-20 ℃以下，南部山區為-17 ℃左右。總體上看，冬季西南平原區以及西北部山前平原區的熱量條件優于山區和丘陵區，東北部山區熱量條件最差，南部山區的熱量條件優于西部平原。

2.2.2 極大風速的分布。從萊蕪市極大風速的分布（圖2）可以看出，風速的分布也和地形有關，西南部平原極大風速為13～15 m/s，東北部山區在19～21 m/s，中部丘陵地帶為17～19 m/s，南部山區為15 m/s。

2.3 設施農業氣象災害

2.3.1 低溫災害。低溫是影響北方設施農業生產的主要氣象災害之一。近年來，低溫冷害的影響在冬季設施農業生產中表現得日益突出，通過分析近10年來萊蕪低溫的發生頻次可見，西南部山前平原區高莊—牛泉一帶低溫發生次數最少，年平均為6次左右，西北部山平原區為10次左右，南部山區為10～14次，東北部山區在20次以上，和莊最多，達30次。在空間分布上，西南部平原多輕度的低溫災害，中度的低溫災害多發生在從平原向山區過渡的中部丘陵區，東北山區多重度低溫災害。重度低溫災害多發生在1月，12月、2月多為輕度到中度低溫災害[6-8]（圖3）。

2.3.2 風災。風對設施農業影響很大，大風也是影響冬季萊蕪市設施農業生產最常見的氣象災害，大風常常刮壞棚膜，使溫室蔬菜暴露，造成凍害或冷害，嚴重影響溫室蔬菜的產量和品質。有研究指出，北方地區塑料大棚及日光溫室輕度和中度風災主要分布在沿海和高海拔地區。分析萊蕪市風災的發生規律可以看出，萊蕪市風災北部山區和南部山區多，西南部平原至東部山區少，以北部山區最多。西南部平原多為輕度風災，山前丘陵區多為中度風災，雪野湖、大冶水庫、公莊水庫附近是中度風災的高發區，以雪野湖區最多。重度風災多發生在東北部山區，雪野湖區最多。南部山區多輕到中度風災。由此分析看出，北部山區風災頻次多，災害程度重，西南部平原風災頻次少，南部山區風災頻次較多，但災害程度低，中度和重度風災多發生在北部山區和水庫庫區附近。從發生的時間看，輕度、中度風災12月至翌年2月均有發生，重度風災多發生在12月和1月，2月最少（圖4）。

2.4 評估結果

通過對萊蕪市冬季氣候資源的評估得出，西南部平原和西北部山前平原區氣溫高，熱量條件好，低溫、風災等災害發生頻次少，災害程度低，應大力發展瓜果類蔬菜；南部山區總體適宜發展瓜果類蔬菜；東北部山區氣溫低，低溫、風災等災害發生頻次高，災害程度重，適宜發展葉菜類蔬菜。為有效抵御冬季可能發生的持續低溫、寡照和突發風災，溫室最好選擇保溫性能好的土墻結構溫室，同時隆冬時節應做好防風、補光、加溫措施（圖5）。

3 結論

通過對萊蕪市近35年冬季光、溫資源的分析可得出，無論是冬季平均氣溫還是最低氣溫都呈升高趨勢，氣溫條件總體對設施農業生產有利，但冬季日照時數呈減少趨勢，對設施農業生產不利。在氣候變暖的大背景下，氣溫將有利于設施農業的發展，日照條件將更為不利，極端低溫災害、寡照災害對喜溫喜光的茄果類溫室蔬菜的負面影響更為突出。因此，設施農業未來的發展應在充分利用有利的氣候資源的情況下，合理規劃和調整種植結構，做好極端低溫和寡照災害的應對措施。

通過對萊蕪冬季氣候資源的評估得出未來設施農業的發展遠景，西南部平原和西北部山前平原區應大力發展瓜果類蔬菜；東北部適宜發展葉菜類蔬菜。為有效應對極端天氣造成的持續低溫、強降溫、突發風災，新建溫室大棚應選擇保溫效果好的土墻結構，同時應做好補光、加溫、防風等應對措施。

4 參考文獻

[1] 趙淑蘭，李春，張紹祥，等.天津市北辰區設施農業溫光氣候資源變化分析[J].氣象與環境科學，2013（1）：32-35.

[2] 王琪珍，卜慶雷，王承軍.萊蕪市氣候變化特征及其對農業生產的影響[J].現代農業科技，2009（15）：295-297.

[3] 日照時數[EB/OL].[2016-10-10].http：//baike.baidu.com/view/272475.htm.

[4] 黎貞發，于紅.持續低溫及低溫連陰天氣下幾種典型日光溫室保溫性能評價[J].中國農學通報，2013（23）：123-128.

[5] 張永紅，葛徽衍，李秀琳，等.關中東部設施農業氣候資源分布及變化特征[J].中國農業氣象，2009（2）：153-157.

[6] 張山清，普宗朝，李新建，等.氣候變化對天山北坡經濟帶設施農業氣候適宜性的影響[J].中國農業氣象，2016（5）：495-504.

[7] 李俊有，王志春，胡桂杰，等.赤峰市設施農業氣候風險區劃[J].內蒙古氣象，2010（6）：47-49.

[8] 李春，郭晶，薛慶禹，等.天津近郊設施農業氣候資源與氣象災害變化特征[J].北方園藝，2015（6）：190-193.