高山立体气候资源与高山蔬菜种植分布规律研究_邱正明.pdf

2014（12）：33-38forFlammulina velutipescultivation.TheaverageyieldandbiologicefficiencyofFlammulina velutipesfruitingbodyplantedwithChinesepricklyashbranchasthemainrawmaterialwasslightlylowerthanthatplantedwiththecottonseedhullsasthemainrawmaterialBut CaandFecontentsweresignificantlyhigherinthe fruitingbodygrownonChinesepricklyash branchthanthatgrownoncottonseedhullsThere werenosignificantdifferencesinthecontentsofMg，Cu，Zn， protein， fiber，ash andsugarcontentsofthefruitingbodygrownbetweenChinesepricklyash branchandcottonseedhullsFor thetotalaminoacidscontentsandessentialaminoacids，the fruitingbodyplantedwithChinesepricklyashbranchwerericherthanthatplantedwithcottonseedhullsChinese pricklyashbranchmaybeusedasrawmaterialforplantingFlammulina velutipes，which wasprovedtoreducetheproductioncostandimprovetheratioofinputandoutputKey words：Chinesepricklyash； Flammulina velutipes；Cultivation高山立体气候资源与高山蔬菜种植分布规律研究邱正明1刘可群2聂启军1肖玮钰2陈磊夫1（1湖北省蔬菜科学研究所，湖北武汉430070；2武汉区域气候中心，湖北武汉430074）摘 要：20092013 年在鄂西南山区 1741800m 不同海拔高度上进行了小气候观测及蔬菜田间试验，对不同界限温度（5、10、15 ）、降水量、蒸发量等气象要素时空变化特征以及喜温蔬菜辣椒、耐寒蔬菜莴苣等蔬菜产量、品质与气象条件之间的关系进行了分析。分析表明： 5 、 10 、 15 的持续天数随海拔高度每升高 100 m 分别递减 4.8、5.5、6.8 d，降水量及地表湿润指数均随海拔高度的升高而增加；辣椒单株坐果数、单位面积产量与开花结果期 15 的持续天数呈显著线性相关， 15持续每增加 1d 对单株坐果数、单产贡献率分别增加 0.32 个、73.47kg·（667m2）-1；海拔 8001200m高度 15 的持续时间为 100130 d，且无高温天气胁迫，是喜温蔬菜最佳种植带；海拔 1 600m 以上高度基本无夏季，是喜冷凉蔬菜的适宜种植区。关键词：鄂西南；气候；垂直变化；高山蔬菜了该产业的进一步可持续发展（王荣堂 等，1996；张玉发和白静仁，1997；朱进和柳文录，2009）。为了合理利用高山地区夏季冷凉气候资源，解决喜冷凉和喜温蔬菜越夏栽培错季上市的问题，近年来关于高山蔬菜山地气候资源利用方面的研究也日益增多。钟建明等（2010）调查了云南省玉溪市蔬菜市场的交易量、交易价格，建议将蔬菜的收获期安排在 59 月中旬。张志伟等（1998）分析了岳西县高山夏季不同海拔高度处温度随高度的变化特征，研究了不同海拔高度处 58 月的月平均邱 正 明， 研 究 员， 专 业 方 向： 高 山 蔬 菜，E-mail：13808640602163.com收稿日期：2014-07-09；接受日期：2014-08-19基金项目：国家现代农业大宗蔬菜产业技术体系项目（CARS-25），湖北省自然科学基金重点项目（2009CDA110）近几年我国高山蔬菜产业在市场机制作用下发展越来越快，在弥补城市蔬菜夏秋淡季市场、促进高山地区农民脱贫致富、推动山区新农村建设方面发挥了重大作用，取得了显著的经济效益和社会效益。与此同时，一些潜在的问题也逐渐显现，制约33新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES气温分别与喜温蔬菜和半耐寒性蔬菜所需的适宜温度间的相似度距离，提出了当地蔬菜的适宜种植高度范围。张中平和陈星（2006）通过对农业生态气候适宜度的研究，建立了高山反季节蔬菜光、热、水、湿隶属度函数，并对其全生育期进行动态模拟，提出了适宜播期的计算方法。但针对蔬菜的农业气候资源分析的研究很少，与高山蔬菜产业的发展不相适应，缺乏对高山蔬菜种植气候适应性的指导。鄂西南山区是我国重要的反季节蔬菜生产地区之一，经过 20 多年发展，规模日益壮大。本文利用 20092013 年实地山区小气候观测资料，揭示鄂西南山区气候的垂直变化特征；并利用山区不同高度蔬菜种植试验的资料，研究不同海拔高度蔬菜种植种类及其茬口的最佳时间，促进山区气候资源的合理利用及高山蔬菜种植种类的合理布局，保证高山蔬菜产业的可持续健康发展。1 材料与方法1.1 试验方法2009 年 5 月至 2013 年 12 月在鄂西南山区长阳县火烧坪（东经 110° 4119”110° 4342”，北纬 30° 2645”30° 3025”）对海拔 174、400、800、1 175、1 250、1 600、1 750m 等 7 个不同海拔高度进行山区小气候温度梯度观测，观测仪器为江苏省无线电科学研究所有限公司生产的ZQZ-II 型自动气象观测仪。降水量、蒸发量等气象资料为鄂西南地区 19 个常规气象观测站点地面观测资料，分别为：枝江、枝城、巴东、秭归、兴山、咸丰、宣恩、鹤峰、来风、利川、建始、恩施、绿葱坡、夷陵、五峰、当阳、宜昌、三峡、长阳，分布于海拔 721 820m 不同高度上，资料来自于湖北省气象资料档案馆。20092013年分别在鄂西南山区长阳县火烧坪 400、800、1 200、1 600、1 800m 等 5 个不同海拔高度开展辣椒、西瓜、甜瓜、莴苣、萝卜、豌豆等 14 种喜温及耐寒性蔬菜生长发育、产量和品质试验；5月10日播种，记载出苗、定植、开花、产品成熟期等生长发育时期，观测蔬菜生物学产量、商品产量以及商品品质。1.2 数据处理根据已有的研究结果，这些耐寒性蔬菜适宜生长下限温度为 5 （邱正明和肖长惜，2008；中国农业科学院蔬菜花卉研究所，2010）；喜温蔬菜适宜播种温度为 10 ，适宜的开花结果与果实发育温度为 15 ；本文将重点以 5、10、15 为界限温度进行讨论。小气候观测的日平均气温按地面气象观测规范（中国气象局，2003）计算；界限温度初、终日期的计算方法：先计算某地每年稳定通过界限温度的初、终日期，再用简单平均方法求取这一地区界限温度的初、终日期。式中：T0为界限温度；d0、d1分别为界限温度的初、终日；Ti为初终日间第 i 天日平均温度。界限温度初终日、活动积温随海拔高度的变化特征是由小气候温度梯度观测站点资料计算得到，其他要素由常规气象观测站资料计算得到。地表湿润指数（ W ） =R/L式中：R 为台站观测的降水量，L 为台站观测的蒸发量（申双和等，2009；赵媛媛等，2009）。2 结果与分析2.1 不同海拔温度变化特征2.1.1 温度变化特征 图 1 为 20092013 年鄂西南山区长阳县火烧坪不同海拔高度上日平均温度、月平均温度变化情况，由于海拔 174 m 与 400 m、 1175m 与 1 250m、1 600m 与 1 750m 的温度变化曲线相距太近，甚至无法分辨，因此选取海拔400、800、1250、1750m 作图。从图 1 可以看出，不同海拔高度上温度变化趋势无论是日平均温度，还是月平均温度均大致相同，7 月温度最高，其次是 8 月。海拔 400 m 高度上 7、8 月月平均温度分别为 25.9、25.4 ；海拔 800 m 的 7、8 月月平均温度分别为 23.4、22.9 ；其中以 7 月 1 日至 8月 20 日温度最高，这期间海拔 174 m 高度上温度为 26.027.9 ，海拔 400 m 为 25.026.8 。对20092013 年气象数据中日平均温度 30 或日最高气温 35 （以下简称高温天气）进一步统计分析发现：海拔 174 m 高度上高温天气的年平均天数为 30.8 d；400 m 为 26.0 d；从这些高温天气出现的时间上看，海拔 174 m 高度上在 7 月 1 日至8 月 20 日期间出现天数平均为 21 d，占总天数的活动积温（ST0）=d1i=d0 T1-T0T1T034新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES68%；6 月 30 日前出现 7.4 d，占总天数的 24%。400m高度7月1日至8月20日出现天数平均为18.2d，占总天数的 70%；6 月 30 日前出现 5.4 d，占总天数的 21%。由此可以看出，在 400 m 左右及其以下低海拔地区，高温有 2/3 以上的时间出现在7 月至 8 月中旬。800 m 高度高温天气年平均天数为 1.6d，其中 2009 年出现 3d，2012 年没有出现，2010、2011、2013 年各出现 1 d；1 100m 以上高度没有出现过高温天气。气候学中以日平均气温稳定在 22 以上为夏季的标准，海拔 1 600m 日平均温度 22 的天数年平均为 12.8 d， 23 的天数年平均只有 3.0 d，5 a 间只有 1 d 日平均温度达到了 24 ；而在海拔 1 750m 高度上 5 a 间只有 1 d 日平均温度达到了 22 。由此可见，海拔 800 m及其以上地区基本不出现高温天气，海拔 1 600m以上地区夏季时间极短，尤其是海拔 1 750m 处基本无夏季，非常适合耐寒性蔬菜生长。2.1.2 蔬菜种植界限温度空间变化 从图 2 可以看出：5、10、15 初始日随海拔高度每升高 100 m分别推迟 2.4、2.8、3.6 d；而终止日分别提早 2.3、2.7、3.2 d；其相关性均达到了极显著水平。海拔800m 的日均温达到 5、10、15 的初始日分别为3月23日、4月18日、5月17日；终止日分别为11月16日、10月22日、9月26日。从图2中进一步看出，界限温度值越高，初始日推迟速率和终止日提早的速率越大。图 1 2009 2013 年鄂西南不同海拔高度日平均气温、月平均气温变化趋势图 2 2009 2013 年鄂西南山区 5、 10、 15 初终日随海拔高度的变化趋势“£PÒN» 3ô 3ô 3ô yx Ryx Ryx R“£PÒN» I÷ I÷ I÷yx Ryx Ryx R4)4 s!#UN NN N KU4U s!#UNNN N由图 3 可以看出， 5 、 10 、 15 的持续天数随海拔高度每升高100m分别递减4.8、5.5、6.8 d；分析发现海拔 800 m 高度上 5 、 10 、 15 持续日数分别为 243、193、131d。 5 、 10 、 15 活动积温（以下简称积温）随海拔高度每升高 100 m 分别递减 153、163、176 ·d。 进一步分析得出春夏季不同海拔高度上温度上升速率有很大不同，以 5 初始日到15初始日的天数为例，海拔 800 m 为 54 d，海拔1250m 为 59 d，海拔 1 600m 为 69 d。由此说明同35新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES一种蔬菜在不同高度上种植，某一生育期所经历的时间将随着海拔的升高而有所延长。5初始日到 15 终止日的天数在海拔 800 m高度上为 186 d，海拔 1 250m 为 165 d，而海拔1750m 只有 134 d；它随海拔高度每升高 100 m递减 5.6 d，相关系数为 0.979 6，其相关性达到了99.9% 以上，为极显著相关。1015 持续天数在海拔 800 m 为 161 d，海拔 1 250m 为 135 d，海拔1750m 只有 104 d；随海拔高度每升高 100 m 递减6.0d，相关系数为 0.989 4。海拔 1 750m 高度上的日均温 22 的天数极少，有些年份甚至没有。由此可见，对于一些喜温茄果类蔬菜（如辣椒）随着海拔高度的升高生长季迅速缩短；而对于耐寒性蔬菜而言，当海拔接近 1750m 时生长季更长。2.2 不同海拔高度降水、湿度与蒸发量变化情况鄂西南山区水分资源相对丰富。根据观测获知，410 月降水量为 8001 350mm，蒸发量为6801 250mm；大气相对湿度为 70%86%；地表湿润指数在 0.701.95 之间。在海拔 500 m 以下的地区降水量一般在 900 mm 以下，蒸发量 850 1200mm，相对湿度 70%80%；海拔 5001 200m 降水量 9001 100mm，蒸发量 750950 mm，相对湿度 75%82%；海拔 1 750m 的绿葱坡降水量为 1 339.7mm，蒸发量只有 688.6 mm，相对湿度为 86%。表 1 为利用鄂西南山区 19 个气象站点观测资料计算得到的不同气象要素随海拔高度变化情况，降水量、湿度及地表湿润指数均随海拔高度的升高而增加，而蒸发量则随海拔高度的升高而下降，相关性达显著或极显著水平，其中地表湿润指数、降水量、蒸发量与海拔高度呈极显著相关。由此说明，随着高度的升高，蔬菜生长发育过程中发生水分胁迫的可能性越来越小；当海拔到达 1 750m 时地表湿润指数为 1.95，亦即降水量接近蒸发量的 2 倍，造成雨水过多，需防止湿度过大而发生严重的蔬菜病害，如萝卜黑腐病等。表 1 鄂西南山区降水、蒸发、湿度与地表湿润指数随海拔高度每升高 100 m 的变化率及相关性项目 降水量/mm 蒸发量/mm 大气相对湿度/% 地表湿润指数高度变化率 24.0630 -20.3560 0.5050 0.0570相关系数 0.8412*-0.6695*0.5941*0.8495*注：* 表示显著相关（=0.05），* 表示极显著相关（=0.01）。2.3 山体气候生态条件对蔬菜生产的影响蔬菜的播种期、生长速度、产量以及品质与气象环境条件密切相关。鄂西南山区特殊的地形地貌，形成了丰富多样的气候资源，最大限度地利用这些气候资源可提高蔬菜单位面积产量与经济 效益。2.3.1 对喜温蔬菜的影响 以辣椒为例，品种为楚椒佳美，各海拔高度上定植期均在 6 月 20 日或之后，晚于 2009 年 15 稳定通过的日期（2009 年海拔 1 750m 高度上稳定通过 15 的日期为 6 月 3日），也晚于 15 的 5 a 平均的初日；随着高度的增加定植期越接近 15 的初日；开花坐果期和商品果成熟期随着海拔高度的增加明显延迟（表 2）。表 2 2009 年鄂西南山区不同海拔高度上辣椒生长发育期海拔/m 播种期 出苗期 定植期 开花期 成熟始期400 5月10日 5月22日 6月20日 7月10日 7月28日800 5月10日 5月21日 6月20日 7月15日 8月15日1200 5月10日 5月25日 6月29日 7月20日 8月18日1600 5月10日 5月26日 6月28日 8月2日 8月30日1800 5月10日 5月21日 6月25日 8月5日 8月20日图 3 2009 2013 年鄂西南山区 5 、 10 、 15 持续天数与积温随海拔高度的变化趋势“£PÒN/#U eE yx Ryx Ryx RL /#UL /#UL /#U“£PÒUNU-4UE L -4UL -4UL -4Uyx Ryx Ryx R36新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES对辣椒单株坐果数、单位面积产量与 15、 10 的持续天数、积温、日均温等气象因子相关分析发现，辣椒单株坐果数、单位面积产量与开花后气温稳定 15 的持续天数呈现良好的线性相关关系（图 4）。在开花结果期 15 持续天数对单株坐果数、单产贡献率分别增加 0.32 个·d-1、73.47kg·（667m2）-1·d-1，相关系数分别 0.9753、0.9760，均达到极显著相关水平。试验结果还发现：在海拔400 m高度上开花坐果期为7月中旬至8月，这一时期正是这一高度上日平均温度 30 或日最高气温 35 盛夏高温天气出现的时间，大量的落花落果导致辣椒坐果率低、产量低、商品性差。海拔8001 200m的中高山地区，无日平均温度 30 或日最高气温 35 高温危害；15 以上的天气持续时间长，辣椒开花坐果期长，商品性好，产量为 3 6214 162kg·（667 m2）-1，其中海拔 800 m 高度上产量最高。海拔 1 600m 的地区 15 平均终日为 9 月 8 日，高山地区 9 月初以后降温过程较为频繁，有 4 d 以上日平均气温低于 15 ，15 终日出现的最早年份是 2013 年，为8月31日；其次是2011年，为9月6日；低温也难以满足果实正常的生长，海拔 1 600m 高度上种植辣椒虽然具有商品性，但产量低，不足海拔800m 地区的 1/4，经济效益差。因此 1 600m 以上高山地区热量条件有限，不适宜种植辣椒等喜温性 蔬菜。2.3.2 对耐寒性蔬菜的影响 以茎用莴苣为例，各高度层 5 月 10 日统一播种，海拔 800 m 高度上莴苣从出苗到团棵再到抽薹的时间为 69 d；1 200m为 71 d；1 800m 为 95 d；3 个海拔高度上莴苣团棵至抽薹的天数分别为 10、12、28 d，单株质量分别为 200、300、517 g。对比观测发现：温度越高莴苣生育期越短，团棵至抽薹即膨大期时间越短，产量越低。相关分析发现，膨大期日平均气温在25.528.0时，膨大期为 1012d；20左右时，膨大期为 1819 d；18 左右时，膨大期可达 30 d左右；莴苣的产量与团棵至抽薹持续时间相关性最大。从品质来说，海拔 8001200m 处，膨大期短，未熟先抽薹，莴苣偏细，商品性较差；海拔 1 600m处，莴苣粗长，有商品性，但产量不高；海拔 1800m处，膨大期时间长，莴苣粗长，商品性好，且产量高。由此表明，海拔1 600m以上高山地区的温度对莴苣生长有利，且品质及商品 性好。3 结论与讨论3.1 鄂西南山区 7、 8 月温度最高，高山地区（ 1 600 m）春秋相连，无夏季鄂西南山区一年中 7 月 1 日至 8 月 20 日温度最高；日平均温度30 或日最高气温35 的高温天气，海拔 174 m 高度为 30.8 d；400 m 为26.0天，且2/3以上出现在7月1日至8月20日这一时段。海拔800m以上基本上不出现高温天气，但 15 持续时间可达 4 个半月左右；海拔 1 600m 日平均温度 22的夏季天数年平均为 12.8 d，基本形成了春秋相连的气候， 10 持续时间为143150d。3.2 各界限温度初终日与积温随海拔高度变化明显，但高山地区（ 1 600 m）降水多、蒸发少、过湿润鄂西南山区 5、10、15 初日（终日）随海拔高度升高而推迟（提早）； 5、 10、 15的持续天数随高度每升高 100 m 递减 4.756.75d，积温递减率为 153175 ·d；降水、湿度与湿润指数随海拔高度升高而增加，而蒸发量随海拔高度的升高而降低，其中湿度、降水与地表湿润指数随高度变化的显著性最好，达到了极显著水平。由此说明，随着海拔高度的升高，蔬菜生长发育过程中发生水分胁迫的可能性越来越小；当海拔到达 1750m高度时湿润指数为1.95，在雨水正常或偏多的年份，需防止雨水过多而发生严重的蔬菜 图 4 辣椒单株坐果数、单产与 15 持续天数相关分析L -4UEÓFûLHeUNUV |ÈV DÏ>ÓV |È3ëSUDÏ>ÓU3ëSUV |ÈUyxRyxR37新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES病害。3.3 中高山地区（ 800 1 200 m）是喜温蔬菜最佳种植带，高山地区（ 1 600 m）是耐寒性蔬菜适宜种植区辣椒单株坐果数、单位面积产量与开花结果期气温 15 的持续天数呈良好的线性关系；鄂西南山区 8001 200m 高度上 15 的持续时间可达 100131 d，且无日平均温度 30 或日最高气温 35 的高温天气，为喜温蔬菜（辣椒）延长开花坐果期、提高产量创造了良好的温度环境，是喜温蔬菜（如辣椒）最佳种植带。温度对耐寒性蔬菜，如莴苣的膨大期影响最大，温度越高膨大期越短，产量越低，品质越差，随之商品性越差，鄂西南山区海拔 1 600m 夏季短，尤其是 1 750m 以上无夏季，7、8 月月平均气温在 18.019.5 之间，春秋相连， 10 持续时间长，有利于莴苣延长膨大期，蔬菜产量高、品质好；1 600m 以上高海拔地区是耐寒性蔬菜适宜种植区，一年可种植两茬，且秋茬膨大期温度对提高产量与品质更 有利。参考文献邱正明，肖长惜2008生态型高山蔬菜可持续生产技术北京：中国农业科学技术出版社申双和，张方敏，盛琼20091975-2004 年中国湿润指数时空变化特征农业工程学报，25（1）：11-15王荣堂，昊大椿，周守华1996鄂西南山区农业气候资源调查、分析与利用的研究中国农业气象，17（5）：12-16张玉发，白静仁1997湖北鄂西中山地区牧草 - 蔬菜复种试验中国农业气象，30（3）：79-83张志伟，朱世东，严春国1998岳西县高山蔬菜生产布局的研 究安徽农业大学学报，25（4）：400-403张中平，陈星2006山区反季节蔬菜生产气候适宜性研究安徽农业科学，34（8）：1535-1538赵媛媛，何春阳，姚辉，黄庆旭，杨洋2009干旱过程对耕地自然生产功能的影响农业工程学报，25（2）：278-284中国农业科学院蔬菜花卉研究所2010中国蔬菜栽培学2 版北京：中国农业出版社：2中国气象局2003地面气象观测规范北京：气象出版社：71-75钟建明，陈恩波，何晓颖2010云南省玉溪市发展高山蔬菜的市场、气候条件初步分析中国农学通报，26（18）：242-246朱进，柳文录2009恩施州高山蔬菜发展现状、问题及对策长江蔬菜，（10）：49-51Studies on High Mountain Three-dimenstional Climate Resources and Distribution Regulation of High Mountain Vegetable PlantationQIUZheng-ming1，LIUKe-qun2， NIEQi-jun1，XIAOWei-yu2，CHENLei-fu1（1HubeiVegetableResearchInstitute， Wuhan430070， Hubei， China；2WuhanRegionalClimateCenter， Wuhan430074， Hubei， China）Abstract：Micro-climate observationandvegetablefieldexperimentwerecarriedoutduring2009-2013inmountainsareasofSouthwestHubeiatdifferentaltitudes.Spatialandtemporalvariationcharacteristicsofmeteorologicalelementssuchastemperature， precipitation， evaporationwasanalyzed.Thecorrelationofyield， qualityofpepper， lettuce， andothervegetables， andmeteorologicalconditionswerealsoanalyzed.Theresultshowedthatinthesustaindurationwith 5、 10、 15 thedecreasingratewithheightincreasingper100mwere4.8days，5.5 days，6.8 days，respectively. Theprecipitationandhumidityindexincreasedwithheightincreasing.Thefruitsettingnumberofsinglepepperplant（thermophilic vegetable）and perunitareayieldbothhavesignificantrelationwiththedurationofdays 15 inthefloweringandfruitingstage.Thecontributionsofeachadditionaldaytosingleplantfruitsettingnumberandyieldperunitwere0.32and1.10t·hm-2， respectively.Themostsuitableplantingconditionsforwarmseasonvegetableswereheightbetween800-1200m， temperature 15 ， sustainingfor100-130days.Therewasnosummerabove1600mhight，where wasthesuitableplantingareaforhardyvegetables.Key words： SouthwestHubei； Climate；Verticalchange； Highmountainvegetable38新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES