懷化地區常見農作物適宜種植海拔范圍氣候分析

摘要 為分析懷化中部山區農業雨熱垂直特征，應用該地區2011—2022年9個海拔層次氣象資料進行分析，結果表明：隨海拔上升，年均氣溫降幅為0.47 ℃/100 m，各節點氣溫穩定始日、終日每100 m延后或提前2～4 d，≥0 ℃活動積溫平均100 m降溫幅度為179.9 ℃·d，≥10 ℃以上有效積溫平均100 m降溫幅度為128.3 ℃·d，平均極端低溫每100 m平均降幅約為0.50 ℃，各個海拔的年降雨量在1 350 mm以上。綜合來看，海拔400 m以下區域為熱量充足的區域，適合喜溫作物品種的生長；海拔400～700 m區域，熱量稍減，為喜溫作物的次適宜區；海拔>700～1 000 m區域冬季極端低溫降低明顯，喜溫作物越冬要做好防護；海拔1 000 m以上區域熱量偏少，建議種植喜涼和抗寒性較強的作物品種。

關鍵詞 垂直氣候；農作物；適宜海拔；懷化地區

中圖分類號 S162 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）14-0178-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.039

Climate Analysis of the Suitable Altitude Range for Growing Common Crops in Huaihua

YI Yong， HUANG An-feng， XIAO Jian

（Huaihua Meteorological Bureau， Huaihua， Hunan 418000）

Abstract To analyze vertical characteristics of agricultural precipitation and heat in the mountainous aera of Huaihua， the meteorological data of nine altitudes in Huaihua from 2011 to 2021 were analyzed. The results showed that as the altitude rises， the annual average temperature decrease is 0.47 ℃/100 m， the starting stable date and the ending stable date of every node air temperature are delayed or advanced by 2-4 days every 100 meters， the average decrease in active accumulated temperature of ≥0 ℃ is 179.9 ℃·d /100 m， the average decrease in effective accumulated temperature of ≥10 ℃ is 128.3 ℃·d /100 m， the average extreme low temperature reduction is about 0.50 ℃/100 m， the annual rainfall at various altitudes is above 1 350 mm. Generally， areas with an altitude below 400 m are areas with sufficient heat， which is suitable for the growth of warm crop varieties， the extreme low temperature in winter at an altitude of >700-1 000 m significantly decreases， protective measures should be taken for warm crops to overwinter. There is less heat at an altitude of more than 1 000 m， so it is recommended to plant crop varieties that love cooling and have strong cold resistance.

Key words Vertical climate;Crops;Suitable altitude;Huaihua

基金項目 湖南省氣象局重點科研項目（XQKJ20A003）;武陵片區生態農業智能控制技術湖南省重點實驗室資助項目（ZNKZN2020-6）。

作者簡介 易永（1982—），男，湖南隆回人，高級工程師，從事湖南西部山地特色農業氣象研究。

收稿日期 2023-08-14

懷化地區位于云貴高原向第三階梯過渡地帶，境內山脈縱橫，地形復雜，最低海拔為45 m，最高海拔1 934 m，山地垂直氣候特征明顯。在農業生產實踐中，常有不重視、不了解山區垂直氣候規律，任意布局生產基地，導致損失慘重的事件發生［1］。20世紀80年代懷化氣象部門曾組織雪峰山區氣候資源考察，開展多海拔人工觀測試驗，并開展山地氣候資源利用區劃，取得了較大的成果，但原有氣象資料來源比較單一，共6個海拔層次，多數海拔僅1個氣象站，受局地地理環境影響較大，而且如今氣候背景和生態背景都有了較大改變，懷化地區國家基本氣象臺站年平均氣溫從20世紀80年代16.7 ℃上升到21世紀10年代的17.5 ℃，懷化地區森林覆蓋率從1980年的47%上升到2022年的71%，以前相關結論和規律已與實際情況有較大差異。2014年湖南省組織開展全省氣候資源分析，以國家站地面資料為基礎、區域站資料為補充，但實際大部分區域站資料只有幾年時間，采取空間插值法插值，垂直氣候規律數據基礎存在局限性。此外在很多垂直氣候研究中，數據站點多著眼于海拔差異，沒有考慮選取站點的水平差異，選取范圍過大尤其南北差異過大，水平氣候差異對于垂直氣候差異研究存在一定程度的干擾。懷化地形南北狹長，橫跨北緯25°～29°，在垂直氣候研究上，也要考慮南北氣候差異的干擾。目前，懷化地區大部分區域自動氣象觀測站積累了10年以上的數據序列，為開展氣候變化背景下垂直農業氣候資源分析提供了堅實基礎［1-2］。因此，筆者擬在分析山地垂直氣候分布規律的基礎上，結合當地主要糧油及經濟作物的氣象生理指標，分析懷化地區主要農作物適宜種植海拔范圍，為產業科學布局提供參考。

1 數據來源與方法

1.1 數據來源

依據氣候相似原則及自動站分布地理特征，分海拔100～200 m（平均176 m）、>200～300 m（平均238 m）、>300～400 m（平均350 m）、>400～500 m（平均446 m）、>500～600 m（平均534 m）、>600～700 m（平均655 m）、800～900 m（平均863 m）、1 222 m、1 420 m 9個層次，選擇懷化中部北緯27°～28°典型代表站點共30個，各站點海拔見圖1，各站點基本在陽坡，受地物遮擋少。考慮到全球氣候變暖背景，及確保數據的可對比性和統一性，各站均以2011—2022年的逐日氣象資料為基礎數據序列。

1.2 分析方法

采取海拔層次法統計分析數據，首先分海拔層次求算出各個代表站點的氣象指標值，然后以各個代表站的平均值作為該海拔范圍的氣象指標值，統計分析平均氣溫、極端低溫、積溫、穩定通過界限氣溫始終日等指標隨海拔變化規律，部分統計結果推算到本地最高海拔1 934 m。其中積溫主要分析大于0、5、10 ℃的活動積溫及有效積溫。穩定通過界限氣溫始終日采用5日平均滑動法求算出5、7、10、12、15、20、23 ℃等界限氣溫穩定始終日。眾多研究表明，在水分和光照基本保障的前提下，作物的緯度分布和垂直分布主要取決于熱量條件［1-4］。因此，結合水稻、油菜、柑橘、獼猴桃、楊梅、桃、葡萄、茶葉等8種作物氣象生理指標，主要根據熱量指標隨海拔變化規律，分析出當地作物適宜種植海拔范圍。

2 結果與分析

2.1 平均氣溫隨海拔變化規律

由圖2可見，海拔100～1 420 m區域的月均氣溫呈拋物線變化趨勢。各海拔范圍以1月平均氣溫最低，為0.8～5.9 ℃；各海拔范圍均以7月平均氣溫最高，為21.3～28.8 ℃。統計表明：春、夏、秋、冬、全年的平均氣溫100 m降幅分別為0.42、0.55、0.51、0.41、0.47 ℃，但100 m降幅并不均勻，以海拔100～300、700～900 m區域降幅值最大，年均100 m降溫分別為0.76、0.73 ℃。

而海拔>;400～700 m區域100 m降溫變化非常小，春季和秋季常有恒溫甚至逆溫現象發生，且常有云霧現象發生。如圖3所示，其中海拔>400～600 m年均100 m降溫為0.13 ℃，41.7%的旬均100 m 降溫≤0.10 ℃，72.2%的旬均100 m 降溫≤0.20 ℃，5月中旬、5月下旬、10月上旬的100 m降溫<0 ℃；海拔>600～700 m年均100 m降溫為0.23 ℃，5.6%的旬均100 m降溫≤0.10 ℃，38.9%的旬均100 m降溫≤0.20 ℃。

如圖4所示，隨海拔上升，氣溫和海拔呈顯著的負相關關系，從176 m上升到1 420 m，年均氣溫從17.8 ℃下降到11.8 ℃，每100 m降溫幅度為0.47 ℃。模擬曲線推算可知：海拔大約100 m以下年均氣溫高于18 ℃，大約315 m以下年均氣溫高于17 ℃，大約530 m以下年均氣溫高于16 ℃，大約740 m以下年均氣溫高于15 ℃，大約950 m以下年均氣溫高于14 ℃，大約1 170 m以下年均氣溫高于13 ℃，大約1 400 m以下高于12 ℃，大約1 800 m以下高于10 ℃，海拔最高的蘇寶頂（1 934 m）年均氣溫為9.4 ℃。

2.2 穩定通過界限氣溫始終日隨海拔變化規律

如表1所示，各穩定通過界限氣溫始日隨海拔上升而推后，終日隨海拔升高而提前，80%安全保證率穩定始終日期較平均始終日平均推后或提前約5 d。

海拔100～1 420 m，5 ℃始日為2月8日—3月20日，5 ℃終日為12月12日—11月23日，平均間隔日期從307 d減少到248 d；7 ℃始日為2月20日—3月28日，7 ℃終日為12月6日—11月11日，平均間隔日期從289 d減少到228 d；10 ℃始日為3月16日—4月18日，10 ℃終日為11月25日—10月15日，平均間隔日期從254 d減少到180 d；12 ℃始日為3月28日—4月29日，12 ℃終日為11月17日—10月8日，平均間隔日期從234 d減少到162 d；15 ℃始日為4月8日—5月18日， 15 ℃終日為10月21日—9月22日，平均間隔日期從196 d減少到127 d；20 ℃始日為5月14日—7月3日， 20 ℃終日為9月29日—8月15日，平均間隔日期從138 d減少到43 d。海拔100～900 m，23 ℃始日為6月5—24日，23 ℃終日為9月17日—8月13日，平均間隔日期從104 d減少到50 d，海拔1 222 m和1 420 m沒有穩定的23 ℃始終日。

2.3 積溫隨海拔變化規律

由圖5可見，0 ℃以上活動積溫隨海拔升高呈極顯著的線性降低趨勢，活動積溫平均每100 m降溫幅度為179.8 ℃·d，但值得指出，其中海拔446～534 m區域活動積溫差距明顯偏低，僅70.4 ℃·d。根據模擬方程推算，海拔420 m以下區域年均活動積溫為6 000～6 750 ℃·d，海拔>420～700 m區域年均活動積溫為5 500～6 000 ℃·d，海拔>700～1 000 m區域年均活動積溫在5 000～5 500 ℃·d，海拔>1 000～1 250 m區域年均活動積溫為4 500～5 000 ℃·d，海拔>1 250～1 500 m區域年均活動積溫為4 000～4 500 ℃·d，從海拔1 500 m上升到海拔最高的蘇寶頂（1 934 m），年均活動積溫則從4 000 ℃·d減少到3 500 ℃·d。

由圖6可見，10 ℃以上活動積溫平均每100 m降溫幅度為179.9 ℃·d，其中海拔446～534 m區域活動積溫降幅同樣明顯偏少，為51.3 ℃·d。根據模擬方程推算，海拔380 m以下區域年均活動積溫在5 500～6 200 ℃·d，海拔380～660 m區域年均活動積溫為5 000～5 500 ℃·d，海拔>660～940 m區域年均活動積溫為4 500～5 000 ℃·d，海拔>940～1 200 m區域年均活動積溫為4 000～4 500 ℃·d，海拔>1 200～1 500 m區域年均活動積溫為3 500～4 000 ℃·d，從海拔1 500 m上升到海拔最高的蘇寶頂（1 934 m），年均活動積溫則從3 500 ℃·d減少到2 700 ℃·d。

由圖7可見，10 ℃以上有效積溫平均每100 m降溫幅度為128.3 ℃·d，海拔446～534 m區域有效積溫降幅同樣明顯偏小，為23.1 ℃·d。根據模擬方程推算，海拔270 m以下區域年均有效積溫在3 000～3 300 ℃·d，海拔>270～660 m區域年均有效積溫為2 500～3 000 ℃·d，海拔>660～1 050 m年均有效積溫為2 000～2 500 ℃·d，海拔>1 050～1 440 m區域年均有效積溫為1 500～2 000 ℃·d，從海拔1 440 m上升到海拔最高的蘇寶頂（1 934 m），年均有效積溫則從1 500 ℃·d減少到870 ℃·d。

2.4 極端低溫隨海拔變化規律

總體來看，極端低溫隨海拔升高呈現出降低趨勢，平均極端低溫每100 m平均降幅約

為0.50 ℃（表2）。海拔400 m以下的平均極端低溫高于

-4.0 ℃，海拔700 m以下高于-5.0 ℃，海拔800 m以下高于

-6.0 ℃，模擬計算海拔1 000 m以下高于-7.0 ℃，海拔

1 200～1 400 m約為-9.0 ℃，海拔1 934 m約為-11.5 ℃；極端最低溫每100 m平均降幅約為0.45 ℃，海拔300 m以下高于-7.0 ℃，海拔400 m以下高于-8.0 ℃，海拔500 m以下高于-9.0 ℃，海拔500～900 m略低于-10.0 ℃，模擬計算海拔1 150 m以下約高于-11.0 ℃，海拔1 200～1 400 m略低于-12.0 ℃，海拔1 934 m約為-14.0 ℃。

統計80%保證率可知，海拔100～200 m極端最低溫大部分年份在-4.3～-1.9 ℃，海拔>200～400 m大部分年份在-5.0～-2.0 ℃，海拔>400～700 m大部分年份在-6.0～-3.0 ℃，海拔800～900 m大部分年份在-8.0～-4.0 ℃，海拔1 200～1 420 m大部分年份在-10.0～-8.0 ℃。

2.5 降雨量隨海拔變化規律

從旬降雨量的平均狀況來看，各個海拔5月上旬（海拔800～1 222 m為5月中旬）—7月上旬為降雨量較多時段，旬均降雨量在60 mm以上；11月下旬—翌年2月中旬為降雨量較少時段，旬降雨量基本在20 mm以下；各個海拔的年降雨量在1 350 mm以上。圖8所示，年降雨量隨海拔升高表現出明顯的三段式特征（類似于倒“S”形狀）：海拔176～655 m，降雨量隨海拔升高呈增加趨勢，年降水量從1 420.9 mm增加到1 569.4 mm；海拔>655～863 m，降雨量隨海拔升高呈下降趨勢，年降水量從1 569.4 mm下降到1 351.5 mm；海拔>863～1 420 m，降雨量隨海拔升高又呈現出增加趨勢，年降水量從1 351.5 mm增加到1 663.1 mm。

2.6 主要作物適宜種植海拔范圍

2.6.1 水稻。

種植單季水稻要求≥10 ℃年活動積溫5e708b295e52cf2a1266751f16a73387在2 400 ℃·d以上，雙季水稻要求≥10 ℃年活動積溫在5 300 ℃·d以上，抽穗揚花期安全界限氣溫為20 ℃（常規稻或粳稻）或23 ℃（雜交秈稻）［1-4］。

僅從積溫考慮，該地區海拔100～1 934 m≥10 ℃年積溫為2 900～6 000 ℃·d，均適宜種植單季水稻，其中海拔500 m以上區域≥10 ℃年活動積溫低于5 300 ℃·d。因此，海拔500 m以下區域可以種植雙季稻，海拔500 m以上區域只適合種植單季稻。

但從氣溫適宜性考慮，海拔1 222 m以上區域沒有穩定23 ℃始終日；海拔1 222 m區域穩定20 ℃始終日平均間隔65 d以上，尚可種植耐寒的早熟品種；而海拔1 420 m區域穩定20 ℃始終日平均間隔為43 d，適宜氣溫區間季節太短，難以滿足水稻生長需求，因此水稻種植海拔上限為1 200～1 300 m。

種植雙季稻時，海拔200 m以下區域晚稻可選擇秈稻品種，但最好安排在9月中旬底以前完成抽穗揚花。海拔200～500 m區域23 ℃穩定終日為8月30—9月12日，考慮到晚稻基本要在9月中旬以后才能抽穗揚花，晚稻品種最好選擇抽穗揚花生理界限氣溫為20 ℃的常規稻或粳稻品種。種植單季稻時，從氣溫適宜性和抽穗揚花安全期考慮，海拔700 m以下區域可以種植晚熟秈稻，海拔700 m以上區域建議種植耐寒性較強和生長季較短的早中稻品種。

2.6.2 冬油菜。

油菜在5 ℃以下開始停止生長，0 ℃時就會有輕微凍害，氣溫為-5～-3 ℃時，葉片會出現受凍癥狀，氣溫為-10～-8 ℃，凍害率在20%～30%，減產嚴重［1-4，5］。因此從極端低溫考慮，懷化冬油菜推薦在海拔1 000 m以下區域種植，海拔400～700 m區域為次適宜區域，海拔400 m以下區域為最適宜種植區域。

2.6.3 柑橘。

柑橘產區要求≥10 ℃年活動積溫在4 500 ℃·d以上，年降雨量1 200 mm，最冷月平均氣溫4～5 ℃，年極端低溫-9～-5 ℃［1，3，4，6］。

懷化地區各海拔區域降雨量完全滿足柑橘生長需求。從≥10 ℃年活動積溫來看，海拔1 000 m以下區域適合種植柑橘；從最冷月平均氣溫來看，海拔700 m以下區域適合種植柑橘；從年極端低溫來看，海拔700 mm以下區域可種植柑橘，但以海拔400 m以下為最適宜種植柑橘區域。

因此綜合來看，懷化地區海拔1 000 m以上為柑橘不適宜種植區，海拔>700～1 000 m為柑橘種植次適宜區，海拔400～700 m為柑橘種植較適宜區，海拔400 m以下為柑橘種植最適宜區。

2.6.4 獼猴桃。

獼猴桃的大多數種類要求亞熱帶或暖溫帶濕潤和半濕潤氣候，種植區域要求年平均溫度10～18 ℃，極端最高溫度42.6 ℃，極端最低溫度-20.3 ℃，最冷月平均氣溫為4～10 ℃， 最熱月平均氣溫為25～29 ℃， ≥10 ℃積溫為3 500～6 000 ℃·d，最適宜的≥10 ℃活動積溫為4 500～5 200 ℃·d，年降水量至少為800 mm， 年日照時數在1 100 h以上［1-3，4，7］。

總體來看，懷化地區各海拔的氣象條件均可滿足大部分獼猴桃生長需求，但從≥10 ℃積溫指標來看，以海拔1 000 m以下區域最為適宜。但部分耐寒性較差的品種如紅心獼猴桃難以耐受-6 ℃以下低溫，因此建議最好在海拔400 m以下區域種植。

2.6.5 楊梅。

優質豐產楊梅產地的年平均溫度>16 ℃（下限14 ℃），>10 ℃的積溫大于5 000 ℃·d （下限4 500 ℃·d）；1月份平均氣溫2 ℃以上，極端最低氣溫不低于-9 ℃，最高月平均氣溫不超過28 ℃;年降雨量在1 000 mm以上，2—4月降雨量要求260 mm以上［1-3，4，8］。

從降水條件來看，各個海拔均可種植；從年均氣溫來看，可以種植在海拔1 000 m以下區域，最好種植在海拔700 m以下；從積溫要求來看，可以種植在海拔1 000 m以下區域，最好種植在海拔700 m以下區域；從極端氣溫和最冷月氣溫來看，可以種植在海拔1 000 m以下區域，最好種植在海拔600 m以下區域；從最高月平均氣溫來看，最好種植在海拔200 m以上區域。

綜合來看，懷化地區海拔1 000 m以上不推薦種植楊梅，海拔>600～1 000 m及海拔200 m以下為楊梅種植次適宜區，海拔200～600 m為楊梅種植最適宜4062998142123c6c2e35cb6f72dfdb64區。

2.6.6 桃。

南方品種群適栽地區要求年平均溫度為12～17 ℃，北方品種群為8～14 ℃。桃具一定耐寒力，一般品種可耐-25～-22 ℃的低溫，并要求日平均氣溫低于7.2 ℃的天數大于30 d［1，3，4］。

因此，從極端氣溫和日平均氣溫低于7.2 ℃的天數來看，南北方品種群均可在懷化地區種植。但從年平均氣溫考慮，南方品種群最好種植在海拔1 400 m以下區域，北方品種群可全海拔種植。

2.6.7 葡萄。

歐洲葡萄品種適于干燥夏季和冷涼冬季，美洲葡萄品種能抗夏季潮濕和冬季低溫，我國的山葡萄耐寒性強于美洲品種，枝蔓可耐受-40 ℃的低溫，因此美洲品種相對歐洲品種更適合在懷化地區種植；從熟性來看，早熟品種需要≥10 ℃的有效積溫2 100～ 2700 ℃·d，中熟品種需要2 900～3 300 ℃·d的有效積溫，晚熟品種需要3 300 ℃·d以上積溫［1，3，4，9］。因此，除晚熟品種只適宜在海拔1 600 m以下區域種植，其他早中熟品種適宜在各個海拔范圍種植。

2.6.8 茶葉。

茶葉主產于亞洲的季風氣候區，茶葉生長要求年均氣溫在12.5～13.0 ℃；年降水量1 000 mm以上，最好在1 400～1 500 mm。限制茶葉生長的主要因子是低溫，綠茶品種溫度在-15 ℃持續1 h以上時，會發生枯葉。印度種茶在-9～-8 ℃會發生凍害，阿薩姆品種在-4 ℃以下就會受凍害［3，10］。

總體來看，懷化各個海拔降水量均可滿足茶葉生長需求。從極端氣溫來看，綠茶品種可在各個海拔種植，但印度茶品種適宜在海拔700 m以下種植，阿薩姆品種不適宜在懷化地區種植。海拔400～700 m為多霧區域，散射光多，為當地高山云霧茶最適宜種植區。

3 結論與討論

（1）總體來看，熱量指標隨海拔上升呈下降趨勢，海拔176 m上升到1 934 m，年均氣溫從17.8 ℃下降到11.8 ℃，每100 m降溫幅度為0.47 ℃，明顯小于一般規律的0.60 ℃；5、7、12、15、20 ℃等節點氣溫穩定始日、終日每100 m推遲2～4 d，間隔天數縮短5～8 d；0 ℃以上活動積溫從約6 750 ℃·d降到3 500 ℃·d，平均100 m降溫幅度為179.8 ℃·d；10 ℃以上活動積溫從6 200 ℃·d左右降到2 700 ℃·d，平均每100 m降溫幅度為179.9 ℃·d；平均極端低溫從大約-4.0 ℃下降到約-14.0 ℃，平均每100 m降溫幅度約為0.50 ℃；各個海拔的年降雨量在1 350 mm以上。

（2）從各個熱量綜合指標來看，海拔400 m以下區域，年均氣溫16.5 ℃以上，10 ℃以上有效積溫約2 800 ℃·d以上，80%安全保證率極端低溫在-5.0 ℃以上，為熱量比較充足的區域，比較適合喜溫作物品種的生長；海拔400～700 m區域，年均氣溫15.0～16.5 ℃，10 ℃以上有效積溫2 500～2 800 ℃·d，80%安全保證率極端低溫在-6.2 ℃以上，熱量稍少且比較平穩，為喜溫作物品種的次生長區；海拔>700～1 000 m 區域，年均氣溫14.0～15.0 ℃，10 ℃以上有效積溫2 000～2 500 ℃·d，80%安全保證率極端低溫-9.0～-6.2 ℃，相對低海拔，極端低溫降低比較明顯，喜溫作物越冬要做好防護，建議種植喜涼作物品種為主；海拔1 000 m以上區域熱量偏少，建議種植喜涼和抗寒性較強的作物品種。海拔較高區域可利用升溫較遲的特點發展反季節作物。

（3）隨海拔上升，熱量條件變差，極端低溫增多，種植風險增大，從氣候資源考慮，就國土資源綜合利用而言，海拔700 m以上區域應以林業生態保護為主，海拔400～700 m區域為農林混合區，種植農業開發重點最好在海拔400 m以下區域。

（4）該研究只討論懷化地區中部平均海拔情況，南部氣溫相對較高可適當上調適宜種植海拔范圍，北部氣溫相對較低，應適當下調種植海拔范圍，逼仄山谷、風口等熱量條件較差的小氣候區應該適當下調適宜種植海拔范圍。在具體地點設置基地，建議采用當地或鄰近地區的氣象資料作進一步分析。

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