高山立体气候资源与高山蔬菜种植分布规律研究

邱正明刘可群2聂启军肖玮钰2陈磊夫

（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）

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）

2009～2013年在鄂西南山区174～1 800 m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1 d对单株坐果数、单产贡献率分别增加0.32个、73.47 kg·（667 m2）-1；海拔800～1 200 m高度≥15 ℃的持续时间为100～130 d，且无高温天气胁迫，是喜温蔬菜最佳种植带；海拔1 600 m以上高度基本无夏季，是喜冷凉蔬菜的适宜种植区。

鄂西南；气候；垂直变化；高山蔬菜

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5～9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5～8月的月平均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2009～2013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°41’19”～110°43’42”，北纬30°26’45”～30°30’25”）对海拔174、400、800、1 175、1 250、1 600、1 750 m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72～1 820 m不同高度上，资料来自于湖北省气象资料档案馆。

2009～2013年分别在鄂西南山区长阳县火烧坪400、800、1 200、1 600、1 800 m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。

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2009～2013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、1 175 m与1 250 m、1 600 m与1 750 m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、1 250、1 750 m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26.0～27.9 ℃，海拔400 m为25.0～26.8 ℃。对2009～2013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68%；6月30日前出现7.4 d，占总天数的24%。400 m高度7月1日至8月20日出现天数平均为18.2 d，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1.6 d，其中2009年出现3 d，2012年没有出现，2010、2011、2013年各出现1 d；1 100 m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1 600 m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1 750 m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1 600 m以上地区夏季时间极短，尤其是海拔1 750 m处基本无夏季，非常适合耐寒性蔬菜生长。

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

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800 m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

由图3可以看出，≥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；分析发现海拔800 m高度上≥5 ℃、≥10 ℃、≥15 ℃持续日数分别为243、193、131 d。≥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1 250 m为59 d，海拔1 600 m为69 d。由此说明同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。

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

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1 250 m为165 d，而海拔1 750 m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。10～15 ℃持续天数在海拔800 m为161 d，海拔1 250 m为135 d，海拔1 750 m只有104 d；随海拔高度每升高100 m递减6.0 d，相关系数为0.989 4。海拔1 750 m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1 750 m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，4～10月降水量为800～1 350 mm，蒸发量为680～1 250 mm；大气相对湿度为70%～86%；地表湿润指数在0.70～1.95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850～1 200 mm，相对湿度70%～80%；海拔500～1 200 m降水量900～1 100 mm，蒸发量750～950 mm，相对湿度75%～82%；海拔1 750 m的绿葱坡降水量为1 339.7 mm，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1 750 m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

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1 750 m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

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、73.47 kg·（667 m2）-1·d-1，相关系数分别0.975 3、0.976 0，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800～1 200 m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3 621～4 162 kg·（667 m2）-1，其中海拔800 m高度上产量最高。海拔1 600 m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1 600 m高度上种植辣椒虽然具有商品性，但产量低，不足海拔800 m地区的1/4，经济效益差。因此1 600 m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。

图4 辣椒单株坐果数、单产与≥15℃持续天数相关分析

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；1 200 m为71 d；1 800 m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25.5～28.0 ℃时，膨大期为10～12 d；20℃左右时，膨大期为18～19 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800～1 200 m处，膨大期短，未熟先抽薹，莴苣偏细，商品性较差；海拔1 600 m处，莴苣粗长，有商品性，但产量不高；海拔1 800 m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1 600 m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800 m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1 600 m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143～150 d。

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4.75～6.75 d，积温递减率为153～175 ℃·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1 750 m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800～1 200 m高度上≥15 ℃的持续时间可达100～131 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1 600 m夏季短，尤其是1 750 m以上无夏季，7、8月月平均气温在18.0～19.5 ℃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；1 600 m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。

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Studies on High Mountain Three-dimenstional Climate Resources and Distribution Regulation of High Mountain Vegetable Plantation

QIU Zheng-ming1，LIU Ke-qun2， NIE Qi-jun1，XIAO Wei-yu2，CHEN Lei-fu1

（1Hubei Vegetable Research Institute，Wuhan 430070，Hubei，China；2Wuhan Regional Climate Center，Wuhan 430074，Hubei，China）

Micro-climate observation and vegetable field experiment were carried out during 2009-2013 in mountains areas of Southwest Hubei at different altitudes. Spatial and temporal variation characteristics of meteorological elements such as temperature， precipitation， evaporation was analyzed. The correlation of yield，quality of pepper， lettuce， and other vegetables， and meteorological conditions were also analyzed. The result showed that in the sustain duration with ≥5℃、≥10℃、≥15℃ the decreasing rate with height increasing per 100 m were 4.8 days，5.5 days，6.8 days，respectively. The precipitation and humidity index increased with height increasing. The fruit setting number of single pepper plant（thermophilic vegetable）and per unit area yield both have significant relation with the duration of days≥15℃ in the flowering and fruiting stage. The contributions of each additional day to single plant fruit setting number and yield per unit were 0.32 and 1.10 t·hm-2，respectively. The most suitable planting conditions for warm season vegetables were height between 800-1 200 m，temperature ≥15℃， sustaining for 100-130 days. There was no summer above 1 600 m hight，where was the suitable planting area for hardy vegetables.

Southwest Hubei； Climate；Vertical change； High mountain vegetable

邱正明，研究员，专业方向：高山蔬菜，E-mail：13808640602@ 163.com

2014-07-09；接受日期：2014-08-19

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）