寧夏番茄氣候適宜度變化特征分析

朱婷艷 武英嬌 李文琛 董國慶 黃云 李淑君

摘要：本文探討了寧夏地區番茄氣候適宜度的分布規律，旨在為寧夏番茄種植的區域規劃提供參考。根據寧夏1981—2016年的氣象觀測資料和番茄生育期數據，建立氣候適宜度模型，分析各氣象因子適宜度變化特征。結果表明：日照適宜度在各氣象要素中表現最好，是寧夏番茄生長最有利的氣象因素；降水適宜度在空間上呈南高北低分布，年際變率較大，是影響氣候適宜度年際變化的關鍵因子；溫度適宜度在不同生育期變率大，是制約寧夏番茄種植的主要氣象因素，且逐漸向更為有利的條件發展。寧夏中北部4個市的氣候適宜度均較高，固原市的氣候條件不利于番茄的生長發育。從氣候適宜度分布上看，寧夏中北部地區番茄種植的氣候適宜度最好，氣候條件整體最有利于番茄生長。

關鍵詞：農業；番茄種植；氣候；適宜度

中圖分類號：S162.5文獻標志碼：A論文編號：cjas20200300083

Climate Suitability of Tomato in Ningxia： Variation Characteristics

ZHU Tingyan1，2， WU Yingjiao3， LI Wenchen1，2， DONG Guoqing1，2， HUANG Yun1，4， LI Shujun1，2

（1Key Laboratory of Preventing and Reducing Meteorological Disaster of Yinchuan， Yinchuan 750002， Ningxia， China； 2Meteorological Bureau of Huinong， Ningxia Hui Autonomous Region， Huinong 753200， Ningxia， China； 3The Unit No. 1110 of PLA， Nanjing 210000， Jiangsu， China； 4Meteorological Bureau of Zhongwei， Ningxia Hui Autonomous Region， Zhongwei 755000， Ningxia， China）

Abstract： The study discussed the distribution law of climate suitability of tomato in Ningxia， and aimed to provide reference for the regional planning of tomato cultivation. Based on the growth data of tomato provided by the Agricultural Technology Center of Huinong and the meteorological data provided by 24 meteorological observation stations， including the data of temperature， precipitation， and sunshine from 1981 to 2016， climate suitability models were established to analyze the variation characteristics of the suitability of meteorological factors. The results showed that the sunshine suitability was the most favorable meteorological factor for tomato growth in Ningxia， whose spatial distribution was high in the north and low in the south. The precipitation suitability decreased from south to north， but it could be compensated by the irrigation of the Yellow River， its high inter-annual variability made it the key factor affecting the inter-annual change of the climate suitability. The temperature suitability varied remarkably in different growth periods， and was the main meteorological factor that restricted tomato cultivation in Ningxia， and it gradually changed into a favorable condition. The suitability of the 4 cities in northern and central Ningxia was relatively high， and the meteorological condition in Guyuan was not conducive to the tomato growth and development. From the distribution of climate suitability， the climate suitability of tomato planting in the northern and central Ningxia is the best， and its overall climate condition is the most conducive to the growth of tomato.

Keywords： agriculture； tomato planting； climate； suitability

0引言

寧夏地處中國西北內陸，中北部為黃河沖積平原和賀蘭山洪積傾斜平原組成寧夏平原，土地肥沃，能灌能排；南部是旱作農業區，以山地和丘陵地形為主，使該地區氣候類型多樣。日照充足、降水集中、晝夜溫差大等得天獨厚的氣候條件，加上黃河自南向北橫穿境內，為引流灌溉提供天然水源，這使得寧夏贏得了“塞上江南”的美譽，為農業發展提供了得天獨厚的自然資源。

氣候條件是決定不同植被分布和作物品質形成的重要環境因子之一[1]，作物的氣候適宜度是用來表征溫度、降水、日照等氣象因素對作物生長發育的有利程度，能在一定程度上客觀反映某一地區氣候條件對作物生長發育的滿足程度[2]，并對該地區的農業生產結構類型[3]、作物的種植布局、產量[4]和品質提供氣候參考依據[5]，隨著氣候的變化，影響作物適宜分布的環境也發生了相應的改變，必然導致適宜作物種植區域的變化[6-7]。關于作物的氣候適宜度分析國內外已經開展不同程度的研究，不少學者結合當地農作物種植結構和氣候變化特征，對特色或主要作物的氣候適宜度建立評價模型并進行分析，目前，已經有很多研究將氣候適宜度評價應用到夏玉米[2，8]，馬鈴薯[5，9]，油菜[10-11]，冬小麥[12-13]，水稻[14-15]等作物上。張波等[16]基于氣候適宜度對貴州省番茄種植做了氣候區劃，認為貴州省番茄適宜種植區中最適宜區約占全省面積的24.14%，適宜區約占全省面積的73.49%；胡琳等[17]對獨山縣番茄各個生長發育期建立氣候適宜性模型，并建立精細化氣候區劃。

1資料與方法

1.1資料來源

氣象觀測資料源自寧夏回族自治區氣象局，剔除了數據不全、缺測較多的站點后，選用寧夏回族自治區24個氣象臺站1981—2016年番茄生長發育期（3—8月）的溫度、降水、日照的日數據和旬數據，用于寧夏番茄氣候適宜度模型的計算和氣候適宜度評價分析。

1.2研究方法

1.2.1溫度適宜度根據番茄不同發育時期的三基點溫度，以及惠農區農業技術推廣中心提供的寧夏番茄各個生育期時間段的分布，構建番茄溫度生育適宜度模型（1）。

1.2.4氣候適宜度番茄全生育期以及各個生育期的氣溫、降水和日照條件是由發育過程中對應逐日溫度、降水和日照條件共同組成的，但不同氣象因子所占比重各不相同。本研究采用相對權重法確定溫度、降水以及日照的權重。對全生育期氣候適宜度模型的建立，首先確定是否存在明顯的限制性因子Sm，Sm≤0.2即存在顯著的限制性因子，說明該因子相對權重較大。

當存在限制性因子時，Wj計算模型（4）。

2結果與分析

將36年的氣象數據分別代入模型中，適宜度結果擴大100倍后作出寧夏境內番茄全生育期各氣象因素適宜度分布圖（圖1）。

2.1番茄溫度適宜度變化特征

2.1.1溫度適宜度空間分布特征圖1（a）是寧夏番茄全生育期的溫度適宜度空間分布，由圖可見，寧夏地區番茄溫度適宜度在0.02～0.66之間，溫度適宜度高的主要集中在銀川、石嘴山吳忠西北部和中衛東北部，石嘴山、銀川、吳忠和中衛4個市大部分地區溫度適宜度大于0.5，說明這些地區的熱量條件能夠滿足番茄生長需求。由北往南，溫度適宜度逐漸降低，以固原市六盤山為中心的寧夏南部山區溫度適宜度低于0.5，其中，六盤山溫度適宜度僅0.02，不能滿足番茄生長發育的熱量需求。寧夏地區番茄不同生育期的溫度適宜度（表2）從播種期到結果期逐漸升高，播種期最低，僅為0.10，移栽生長期突增為0.67，而結果期最高，達到0.81，其變化幅度為各氣候因子適宜度最大，同時，溫度適宜度是各氣候因子適宜度中與氣候適宜度相關最高的，達0.85，說明溫度是影響番茄生長發育的關鍵氣象因子。番茄在播種期的溫度適宜度低，可見它在播種期對溫度較為敏感，而此時處于冬末春初，寧夏氣溫較低，易導致種子發芽緩慢，甚至停止生長，因此播種期是溫度影響番茄生長的重要時期；移栽生長期是番茄整個生育期的關鍵時期，移栽期的溫度適宜度較幼苗期增大一倍多，此時處于春末夏初，寧夏的氣溫適宜，不易出現極端高（低）溫天氣，有利于植株移栽成活，是寧夏番茄成活率高的關鍵因素。

2.1.2溫度適宜度年際變化特征番茄生育期溫度適宜度的年際變化（圖2）總體上波動不明顯，變化幅度在0.49～0.61，呈較緩慢的上升波動趨勢，隨著全球溫度的逐漸升高，寧夏番茄的溫度適宜度也在緩慢提升。尤其在1997年以后出現明顯了的年代際變化特征，1997—2016年的平均溫度適宜度較1981—1996年上升了0.05。從不同生育期溫度適宜度的年際變化來看（圖3），幼苗期和生長期的適宜度也存在這一年代際變化特征，尤其是幼苗期，1997—2016年的溫度適宜度較1981—1996年提高了0.1；播種期在2006—2016年間變化幅度明顯增大，開花期和結果期的溫度適宜度沒有明顯的年代際變化特征。可見，幼苗期溫度適宜度的提高，增加了寧夏番茄整體的溫度適宜度，使得寧夏的氣溫越來越適合番茄生長發育。

2.2番茄降水適宜度變化特征

2.2.1降水適宜度空間分布特征圖1（b）是番茄全生育期降水適宜度空間分布，可見全區降水適宜度在0.30～ 0.64之間，空間變化幅度較大，南部山區降水適宜度高于北部引黃灌區，適宜度由南向北逐漸降低，主要由于寧夏南部與北部的氣候差異，北部降水少、干燥，南部山區多降水、濕潤。寧夏北部屬于引黃灌區，干旱少雨時可利用黃河灌溉增加田間持水量，這種方式人為的改善了寧夏北部降水適宜度低的問題，綜合來看降水對寧夏地區番茄生長發育的影響低于溫度。從整個番茄生長過程來看，降水適宜度（表2）由播種期向結果期逐漸升高，可見結果期對降水要求相對較低，播種期對降水要求較高。

2.2.2降水適宜度年際變化特征番茄全生育期的降水適宜度隨著年代更替，波動較大，值在0.28～0.5之間，有明顯的年代際震蕩（圖2）。1983—1994年間降水適宜度波動較小，穩定在0.45～0.5之間，處于適宜度較高的年代際階段；1995—2016年間年際變率較為顯著，且在2004—2012年間處于適宜度低谷年代，2012年以后降水適宜度又開始逐漸轉好。各生育期內的降水適宜度均呈現明顯的年際變化（圖3），播種期和移栽生長期的年際波動最突出，且存在5～8年的周期振蕩；播種期和結果期降水適宜度呈較緩慢的下降的波動趨勢。

2.3番茄日照適宜度變化特征

2.3.1日照適宜度空間分布特征番茄生育期日照適宜度空間分布見圖1（c），寧夏地區日照適宜度在0.70～ 0.93，光照資源豐富，南北光照差距較小，高值主要分布在吳忠市西部和石嘴山市東部，低值在固原六盤山區。寧夏地區番茄不同生育期的日照適宜度（表2）變化幅度不大，最高值和最低值只相差0.06，可知番茄生育期內日照適宜度相對穩定，寧夏的光照條件對番茄的種植十分有利。

2.3.2日照適宜度年際變化特征從年際變化（圖2）來看，番茄生育期日照適宜度變化較小，尤其在1981—2016年間變化最小，值在0.78～0.90之間波動，總體呈略上升的變化趨勢。從不同生育期日照適宜度的年際變化來看（圖3），播種期的日照適宜度是各生育期內波動最顯著的，尤其在1988—1997年間年際變率較大。

2.4番茄氣候適宜度變化特征

2.4.1氣候適宜度空間分布特征圖1（d）是番茄全生育期氣候適宜度的空間分布，可見銀川市、石嘴山市、吳忠市以及中衛四個市的氣候適宜度均較高，固原市最低，其中石嘴山市最高，為0.45，固原市的六盤山最低，為0.018，分析表明，固原市的氣候條件不利于番茄的生長發育，綜合固原市各氣象因子適宜度可知，固原市氣候適宜度低主要受溫度的限制影響。番茄各個發育期的氣候適宜度見表2，番茄的氣候適宜度和溫度適宜度表現為較好的正相關性，氣候適宜度在播種期最低，結果期達到最高。播種期處于冬末春初，氣溫較低，降水偏少，日照充足，播種期的番茄生長發育對氣候的要求較高，可利用人為因素來改善低溫對播種期番茄生長的不利影響；結果期處于夏季，寧夏地區氣溫較高，極端高溫天氣較少，降水充沛，光照足。

2.4.2氣候適宜度年際變化特征番茄氣候適宜度的年際變率（圖2）較日照和溫度顯著，與降水適宜度的年際變化保持較高的一致性，可見，氣候適宜度的年際變化受降水影響較大，兩者的相關高達0.97；而與日照適宜度有著反向變化的關系，兩者的相關為-0.48。

3分析與討論

3.1影響番茄生長的氣象因子分析

研究發現，寧夏地區影響番茄生長的氣象因子中，溫度適宜度變率最大，是制約寧夏番茄種植的主要氣象因素，隨著氣溫的升高，寧夏的溫度條件越來越有利于番茄生長，這與趙玉萍等[30]的研究結論基本一致。降水適宜度最低，與張波等[16]的研究結果相比，降水適宜度數值明顯偏低；分析原因，主要與寧夏地區獨特的氣候特征有關，寧夏氣候以干旱為主，全年降水偏少，主要降水時段多集中在7、8月份，即僅在番茄花果期降水適宜度較高。日照適宜度在所有氣象因子中最高，且整個生育期變率最小，前人[20，22-23]的研究表明光照強度對番茄生長發育及品質影響較大，而寧夏地區的日照條件卻是氣象條件中最有利的，這得益于其充沛的日照資源。

3.2全生育期適宜度的討論

日照適宜度全區呈北高南低的空間分布，總體上南北差異較小；溫度適宜度在空間分布上由北向南逐漸降低，變化幅度較大；降水的適宜度空間變化特征與溫度基本相反，呈南高北低、東高西低分布；氣候適宜度從空間分布上看，與溫度適宜度較為一致，寧夏中北部地區番茄種植的氣候適宜度較高，自然氣候條件整體有利于番茄生長；從年際變化看，日照適宜度和溫度適宜度隨著全球氣候變暖，呈上升趨勢；降水適宜度的年際變化較大，是影響番茄氣候適宜度年際變化的關鍵因子，近年來該因子也在向有利方向發展；氣候適宜度與降水適宜度較為一致，這與前人研究基本一致[31]。從各氣象因素適宜度的時空分布結合寧夏氣候特征[31]分析可知，一定范圍內，日照時數越長，溫度越高，降水越充沛，越適宜番茄種植。

3.3各生育期適宜度的討論

寧夏地區番茄不同生育期各氣象因子適宜度相差較大，日照適宜度在各個生育期數值都很高，波動不大，是寧夏番茄生長最有利的氣象因素；溫度適宜度在不同生育期變率最大，是制約寧夏番茄種植的主要氣象因素，隨著氣溫的升高，寧夏的溫度條件越來越有利于番茄生長；溫度、降水以及氣候適宜度都是播種期最低，結果期最高，從適宜度數值上看，番茄播種期和幼苗期適宜度較低，表明播種期和幼苗期對氣候條件要求較高，氣象因素尤其是溫度和降水，對播種期和幼苗期生長的影響最大。

3.4不足與改進

本研究采用寧夏地區番茄生育期內逐日氣象要素作為基礎數據建立的番茄氣候適宜度評價模型，能夠反映寧夏地區番茄生育期的氣候變化特征，以及氣象因子對番茄生長的影響，但是番茄的種植不僅受氣候條件、氣象災害的影響，同時還受作物品種、病蟲害[26]、土壤條件以及農業管理技術[21]等的影響[16]，其結果可能存在部分與實際存在差異的情況，在今后的研究中還需進一步討論。

4結論

通過對寧夏地區番茄生育期溫度、降水、日照以及氣候適宜度的時空分布特征的分析，得出以下結論：日照適宜度在各氣象要素中表現最好，達0.86，是寧夏番茄生長最有利的氣象因素；降水適宜度在空間上呈南高北低分布，年際變率較大，是影響氣候適宜度年際變化的關鍵因子；溫度適宜度在番茄播種期最低，結果期最高，生育期變率大，是制約寧夏番茄種植的主要氣象因素，且隨著全球氣溫的升高，這一因素逐漸向更為有利的條件發展。銀川市、石嘴山市、吳忠市以及中衛四個市的氣候適宜度均較高，固原市最低，固原市的氣候條件不利于番茄的生長發育。從氣候適宜度區劃上看，寧夏中北部地區番茄種植的氣候適宜度最好，氣候條件整體最有利于番茄生長。

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