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摘要 在全球气候变暖的背景下，莱芜市的光热资源发生了明显的变化，低温、寡照等灾害对设施农业发展的影响更加显著。利用莱芜市35年（1981—2015年）的观测资料，对冬季影响设施农业生产的光、温气候资源的变化特点进行了分析评估，同时利用近10年区域站资料，对同期气候资源以及气象灾害的空间分布特征进行了初步探讨。结果表明，莱芜市冬季气温在波动中上升，低温日数减少，对设施农业生产有利，但日照时数减少，低温、寡照等对茄果类设施蔬菜的影响更加剧，应做好极端低温和寡照灾害的应对措施。在空间分布上，莱芜市冬季气温呈现从西南部平原到东北部山区递减的趋势，低温灾害、风灾等灾害东北部山区多，影响程度重；西南部平原灾害少，影响程度低。设施农业生产的发展远景，西南部平原区优于东北部山区，东北部山区适宜发展叶菜类蔬菜，西南部平原适宜发展瓜果类蔬菜，新建温室大棚应选择保温性能好的土墙结构。
关键词 设施农业；冬季；气候资源；评估；山东莱芜
中图分类号 S162 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）24-0238-03
据报道，目前我国设施农业种植面积居世界首位，其中蔬菜种植年产值达2 025亿元左右，成为农村经济发展的支柱产业，并逐步走向标准化生产。莱芜市地处鲁中山区腹地，气候多样，光热资源丰富，为设施农业的发展提供了得天独厚的有利条件。近年来，莱芜市设施农业发展迅速，设施农业的规模和水平迅速提高，各种名优蔬菜、瓜果、花卉种植已成为农民增收的主要支柱产业。
随着全球气候变暖，莱芜市的气候资源也发生明显的变化。这种变化必定对设施农业的发展和布局产生一定影响，如冬季气温的升高、低温日数的减少在一定程度上提高了设施农业的生产能力；但近年来，冬季雾霾、阴雨寡照天气的增多给设施农业生产带来一定的负面影响，如2015年11月初至12月初持续近1个月的阴雨寡照天气给全市设施农业生产带来严重影响。据调查，全市茄果类设施蔬菜减产10%～20%，严重的减产40%～50%，有些大棚甚至出现绝产。因此，研究冬季气候资源的变化规律对提高设施农业应对气候变化的能力和降低气象灾害对设施农业生产的负面影响具有重要意义。
本文利用莱芜站35年的冬季观测资料以及近10年区域站同期的观测资料，研究了莱芜市气温、光照等气候资源的时空变化规律以及低温、寡照、大风等气象灾害的空间分布特点，为设施农业的防灾减灾提供参考依据。
1 数据与方法
1.1 数据来源
研究数据为莱芜站1981—2015年冬季（12月至次年2月）的逐日气象观测资料，2009—2015年区域站同期的观测资料，气象要素包括逐日平均气温、日最低气温、日照、日极大风速等。
1.2 设施農业气象灾害指标
根据近几年的气象观测数据，冬季影响设施农业生产的气象灾害主要有低温、寡照、大风等，各种灾害指标的分级标准见表1。
2 结果与分析
2.1 莱芜市设施农业气候资源的变化特点
农业气候资源为设施农业生产提供所必需的物质与能量，其光、热资源的分布与变化对设施农业生产的影响很大。在全球气候变暖的大背景下，莱芜市的光、热资源也发生了明显的变化。
2.1.1 温度。温度是影响设施农业发展的首要因子，冬季平均气温和日最低气温是制约一个地区设施农业发展的重要条件。赵淑兰等[1]研究指出，冬季平均气温对设施农业品种选择影响较大，其中冬季寒冷宜种植叶菜类蔬菜，冬季温暖则宜种植瓜果类蔬菜。分析莱芜市1981—2015年冬季气温变化情况，可以看出，35年来莱芜市冬季平均气温呈明显的升高趋势，平均每10年升高0.49 ℃，冬季平均最低气温也呈明显的升高趋势，平均每10年升高0.87 ℃。低温日数平均每10年减少3.9次。王琪珍等[2]研究指出，随着全球气候变暖，莱芜市极端最低气温呈明显上升趋势，≤-10.0 ℃的低温日数呈减少趋势，极端最低气温强度减弱，持续时间缩短。但气温变化的极端事件在增多，阶段性的强降温有增强的趋势。如2016年1月22—25日，受强冷空气的影响，莱芜市出现寒潮天气过程，连续3 d出现低温天气，市区48 h降温幅度达到13.2 ℃，24日最低气温市区为-17.8 ℃，为近30年同期第二极值，东北部山区最低气温达-22.5 ℃，使部分大棚出现低温冷害和冻害，给全市设施农业生产带来严重的影响。
2.1.2 光照。日照时数是指太阳中心从出现在一地的东方地平线到进入西方地平线，其直射光线在无地物、云、雾等任何遮蔽的条件下，照射到地面所经历的小时数[3]。冬季日照时数的长短对冬季设施农业的高效安全影响较大，通过研究发现，冬季莱芜市日照时数呈波动中减少的趋势，平均每10年减少3.8 h。尤其是近10年来，寡照灾害成为影响设施农业发展的“头号杀手”。寡照常常影响设施作物的生长发育进程和品质产量，如植株烂根、死苗、生长缓慢、成熟期推迟、出现畸形果等。冬季寡照容易造成棚内升温缓慢，造成低温冷害而影响作物生长。吴光辉证实低温弱光下黄瓜苗期延长，生长和光合速率降低。在缺氧条件下，植物只能进行无氧呼吸，暂时维持其生命活动，最终会影响植物正常生长。在长时间的低温寡照条件下，菜农为了保持棚内温度而减少通风时间，从而导致棚内氧气含量降低，光合作用减弱，造成蔬菜营养物质缺乏，抗病能力降低，容易出现烂棵、烂果、畸形果等。近10年来，莱芜市冬春共发生寡照灾害28次，轻度寡照灾害24次，中度灾害4次[4]。
由以上分析看出，莱芜市的光温资源确实发生了明显的变化，一方面冬季气温升高，低温次数的减少对冬季设施农业的防寒保暖较为有利，但气温变化的极端事件造成的低温灾害的风险也在增加；另一方面，日照时数的减少使寡照灾害的风险增大。这说明在全球气候变暖的背景下，莱芜市冬季光热资源的变化对设施农业生产的影响利弊并存，低温、寡照灾害风险增加，对喜温喜光的茄果类温室蔬菜的负面影响更为显著。有研究表明，冬季的光照条件及低温的强度频率是发展日光温室的主要限制因子[5]，如何充分利用有利的气候资源趋利避害是设施农业发展必须高度关注的重要因素，也是气象部门加强探索的重要课题。 2.2 莱芜市冬季设施农业资源评估
由于农业气候资源的多样性，科学分析一个地区的农业气候资源的时空分布特征，对于高效利用农业气候资源、合理布局农业生产结构、保障农业可持续发展具有十分重要的意义。
2.2.1 平均气温的分布。高密度的区域站建设为局地小气候的研究提供了便利，利用莱芜市近10年的区域站资料分析可见，莱芜市冬季平均气温的分布从西南部平原至东北部山区呈递减趋势，西南部山前平原区牛泉—高庄和西北部山前平原区冬季平均气温高，基本在0 ℃以上，东北部山区低，在-2 ℃以下，西部平原为-1 ℃左右，南部山区为 -1～0 ℃之间（图1）。进一步分析极端最低温度可以看出，莱芜市冬季极端气温的分布和平均气温的分布基本一致，西南部和西北部山区的山前平原区极端最低气温为-16 ℃左右，东北部山区极端最低气温为-20 ℃以下，南部山区为-17 ℃左右。总体上看，冬季西南平原区以及西北部山前平原区的热量条件优于山区和丘陵区，东北部山区热量条件最差，南部山区的热量条件优于西部平原。
2.2.2 极大风速的分布。从莱芜市极大风速的分布（图2）可以看出，风速的分布也和地形有关，西南部平原极大风速为13～15 m/s，东北部山区在19～21 m/s，中部丘陵地带为17～19 m/s，南部山区为15 m/s。
2.3 设施农业气象灾害
2.3.1 低温灾害。低温是影响北方设施农业生产的主要气象灾害之一。近年来，低温冷害的影响在冬季设施农业生产中表现得日益突出，通过分析近10年来莱芜低温的发生频次可见，西南部山前平原区高庄—牛泉一带低温发生次数最少，年平均为6次左右，西北部山平原区为10次左右，南部山区为10～14次，东北部山区在20次以上，和庄最多，达30次。在空间分布上，西南部平原多轻度的低温灾害，中度的低温灾害多发生在从平原向山区过渡的中部丘陵区，东北山区多重度低温灾害。重度低温灾害多发生在1月，12月、2月多为轻度到中度低温灾害[6-8]（图3）。
2.3.2 风灾。风对设施农业影响很大，大风也是影响冬季莱芜市设施农业生产最常见的气象灾害，大风常常刮坏棚膜，使温室蔬菜暴露，造成冻害或冷害，严重影响温室蔬菜的产量和品质。有研究指出，北方地区塑料大棚及日光温室轻度和中度风灾主要分布在沿海和高海拔地区。分析莱芜市风灾的发生规律可以看出，莱芜市风灾北部山区和南部山区多，西南部平原至东部山区少，以北部山区最多。西南部平原多为轻度风灾，山前丘陵区多为中度风灾，雪野湖、大冶水库、公庄水库附近是中度风灾的高发区，以雪野湖区最多。重度風灾多发生在东北部山区，雪野湖区最多。南部山区多轻到中度风灾。由此分析看出，北部山区风灾频次多，灾害程度重，西南部平原风灾频次少，南部山区风灾频次较多，但灾害程度低，中度和重度风灾多发生在北部山区和水库库区附近。从发生的时间看，轻度、中度风灾12月至翌年2月均有发生，重度风灾多发生在12月和1月，2月最少（图4）。
2.4 评估结果
通过对莱芜市冬季气候资源的评估得出，西南部平原和西北部山前平原区气温高，热量条件好，低温、风灾等灾害发生频次少，灾害程度低，应大力发展瓜果类蔬菜；南部山区总体适宜发展瓜果类蔬菜；东北部山区气温低，低温、风灾等灾害发生频次高，灾害程度重，适宜发展叶菜类蔬菜。为有效抵御冬季可能发生的持续低温、寡照和突发风灾，温室最好选择保温性能好的土墙结构温室，同时隆冬时节应做好防风、补光、加温措施（图5）。
3 结论
通过对莱芜市近35年冬季光、温资源的分析可得出，无论是冬季平均气温还是最低气温都呈升高趋势，气温条件总体对设施农业生产有利，但冬季日照时数呈减少趋势，对设施农业生产不利。在气候变暖的大背景下，气温将有利于设施农业的发展，日照条件将更为不利，极端低温灾害、寡照灾害对喜温喜光的茄果类温室蔬菜的负面影响更为突出。因此，设施农业未来的发展应在充分利用有利的气候资源的情况下，合理规划和调整种植结构，做好极端低温和寡照灾害的应对措施。
通过对莱芜冬季气候资源的评估得出未来设施农业的发展远景，西南部平原和西北部山前平原区应大力发展瓜果类蔬菜；东北部适宜发展叶菜类蔬菜。为有效应对极端天气造成的持续低温、强降温、突发风灾，新建温室大棚应选择保温效果好的土墙结构，同时应做好补光、加温、防风等应对措施。
4 参考文献
[1] 赵淑兰，李春，张绍祥，等.天津市北辰区设施农业温光气候资源变化分析[J].气象与环境科学，2013（1）：32-35.
[2] 王琪珍，卜庆雷，王承军.莱芜市气候变化特征及其对农业生产的影响[J].现代农业科技，2009（15）：295-297.
[3] 日照时数[EB/OL].[2016-10-10].http：//baike.baidu.com/view/272475.htm.
[4] 黎贞发，于红.持续低温及低温连阴天气下几种典型日光温室保温性能评价[J].中国农学通报，2013（23）：123-128.
[5] 张永红，葛徽衍，李秀琳，等.关中东部设施农业气候资源分布及变化特征[J].中国农业气象，2009（2）：153-157.
[6] 张山清，普宗朝，李新建，等.气候变化对天山北坡经济带设施农业气候适宜性的影响[J].中国农业气象，2016（5）：495-504.
[7] 李俊有，王志春，胡桂杰，等.赤峰市设施农业气候风险区划[J].内蒙古气象，2010（6）：47-49.
[8] 李春，郭晶，薛庆禹，等.天津近郊设施农业气候资源与气象灾害变化特征[J].北方园艺，2015（6）：190-193.
关键词 设施农业；冬季；气候资源；评估；山东莱芜
中图分类号 S162 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）24-0238-03
据报道，目前我国设施农业种植面积居世界首位，其中蔬菜种植年产值达2 025亿元左右，成为农村经济发展的支柱产业，并逐步走向标准化生产。莱芜市地处鲁中山区腹地，气候多样，光热资源丰富，为设施农业的发展提供了得天独厚的有利条件。近年来，莱芜市设施农业发展迅速，设施农业的规模和水平迅速提高，各种名优蔬菜、瓜果、花卉种植已成为农民增收的主要支柱产业。
随着全球气候变暖，莱芜市的气候资源也发生明显的变化。这种变化必定对设施农业的发展和布局产生一定影响，如冬季气温的升高、低温日数的减少在一定程度上提高了设施农业的生产能力；但近年来，冬季雾霾、阴雨寡照天气的增多给设施农业生产带来一定的负面影响，如2015年11月初至12月初持续近1个月的阴雨寡照天气给全市设施农业生产带来严重影响。据调查，全市茄果类设施蔬菜减产10%～20%，严重的减产40%～50%，有些大棚甚至出现绝产。因此，研究冬季气候资源的变化规律对提高设施农业应对气候变化的能力和降低气象灾害对设施农业生产的负面影响具有重要意义。
本文利用莱芜站35年的冬季观测资料以及近10年区域站同期的观测资料，研究了莱芜市气温、光照等气候资源的时空变化规律以及低温、寡照、大风等气象灾害的空间分布特点，为设施农业的防灾减灾提供参考依据。
1 数据与方法
1.1 数据来源
研究数据为莱芜站1981—2015年冬季（12月至次年2月）的逐日气象观测资料，2009—2015年区域站同期的观测资料，气象要素包括逐日平均气温、日最低气温、日照、日极大风速等。
1.2 设施農业气象灾害指标
根据近几年的气象观测数据，冬季影响设施农业生产的气象灾害主要有低温、寡照、大风等，各种灾害指标的分级标准见表1。
2 结果与分析
2.1 莱芜市设施农业气候资源的变化特点
农业气候资源为设施农业生产提供所必需的物质与能量，其光、热资源的分布与变化对设施农业生产的影响很大。在全球气候变暖的大背景下，莱芜市的光、热资源也发生了明显的变化。
2.1.1 温度。温度是影响设施农业发展的首要因子，冬季平均气温和日最低气温是制约一个地区设施农业发展的重要条件。赵淑兰等[1]研究指出，冬季平均气温对设施农业品种选择影响较大，其中冬季寒冷宜种植叶菜类蔬菜，冬季温暖则宜种植瓜果类蔬菜。分析莱芜市1981—2015年冬季气温变化情况，可以看出，35年来莱芜市冬季平均气温呈明显的升高趋势，平均每10年升高0.49 ℃，冬季平均最低气温也呈明显的升高趋势，平均每10年升高0.87 ℃。低温日数平均每10年减少3.9次。王琪珍等[2]研究指出，随着全球气候变暖，莱芜市极端最低气温呈明显上升趋势，≤-10.0 ℃的低温日数呈减少趋势，极端最低气温强度减弱，持续时间缩短。但气温变化的极端事件在增多，阶段性的强降温有增强的趋势。如2016年1月22—25日，受强冷空气的影响，莱芜市出现寒潮天气过程，连续3 d出现低温天气，市区48 h降温幅度达到13.2 ℃，24日最低气温市区为-17.8 ℃，为近30年同期第二极值，东北部山区最低气温达-22.5 ℃，使部分大棚出现低温冷害和冻害，给全市设施农业生产带来严重的影响。
2.1.2 光照。日照时数是指太阳中心从出现在一地的东方地平线到进入西方地平线，其直射光线在无地物、云、雾等任何遮蔽的条件下，照射到地面所经历的小时数[3]。冬季日照时数的长短对冬季设施农业的高效安全影响较大，通过研究发现，冬季莱芜市日照时数呈波动中减少的趋势，平均每10年减少3.8 h。尤其是近10年来，寡照灾害成为影响设施农业发展的“头号杀手”。寡照常常影响设施作物的生长发育进程和品质产量，如植株烂根、死苗、生长缓慢、成熟期推迟、出现畸形果等。冬季寡照容易造成棚内升温缓慢，造成低温冷害而影响作物生长。吴光辉证实低温弱光下黄瓜苗期延长，生长和光合速率降低。在缺氧条件下，植物只能进行无氧呼吸，暂时维持其生命活动，最终会影响植物正常生长。在长时间的低温寡照条件下，菜农为了保持棚内温度而减少通风时间，从而导致棚内氧气含量降低，光合作用减弱，造成蔬菜营养物质缺乏，抗病能力降低，容易出现烂棵、烂果、畸形果等。近10年来，莱芜市冬春共发生寡照灾害28次，轻度寡照灾害24次，中度灾害4次[4]。
由以上分析看出，莱芜市的光温资源确实发生了明显的变化，一方面冬季气温升高，低温次数的减少对冬季设施农业的防寒保暖较为有利，但气温变化的极端事件造成的低温灾害的风险也在增加；另一方面，日照时数的减少使寡照灾害的风险增大。这说明在全球气候变暖的背景下，莱芜市冬季光热资源的变化对设施农业生产的影响利弊并存，低温、寡照灾害风险增加，对喜温喜光的茄果类温室蔬菜的负面影响更为显著。有研究表明，冬季的光照条件及低温的强度频率是发展日光温室的主要限制因子[5]，如何充分利用有利的气候资源趋利避害是设施农业发展必须高度关注的重要因素，也是气象部门加强探索的重要课题。 2.2 莱芜市冬季设施农业资源评估
由于农业气候资源的多样性，科学分析一个地区的农业气候资源的时空分布特征，对于高效利用农业气候资源、合理布局农业生产结构、保障农业可持续发展具有十分重要的意义。
2.2.1 平均气温的分布。高密度的区域站建设为局地小气候的研究提供了便利，利用莱芜市近10年的区域站资料分析可见，莱芜市冬季平均气温的分布从西南部平原至东北部山区呈递减趋势，西南部山前平原区牛泉—高庄和西北部山前平原区冬季平均气温高，基本在0 ℃以上，东北部山区低，在-2 ℃以下，西部平原为-1 ℃左右，南部山区为 -1～0 ℃之间（图1）。进一步分析极端最低温度可以看出，莱芜市冬季极端气温的分布和平均气温的分布基本一致，西南部和西北部山区的山前平原区极端最低气温为-16 ℃左右，东北部山区极端最低气温为-20 ℃以下，南部山区为-17 ℃左右。总体上看，冬季西南平原区以及西北部山前平原区的热量条件优于山区和丘陵区，东北部山区热量条件最差，南部山区的热量条件优于西部平原。
2.2.2 极大风速的分布。从莱芜市极大风速的分布（图2）可以看出，风速的分布也和地形有关，西南部平原极大风速为13～15 m/s，东北部山区在19～21 m/s，中部丘陵地带为17～19 m/s，南部山区为15 m/s。
2.3 设施农业气象灾害
2.3.1 低温灾害。低温是影响北方设施农业生产的主要气象灾害之一。近年来，低温冷害的影响在冬季设施农业生产中表现得日益突出，通过分析近10年来莱芜低温的发生频次可见，西南部山前平原区高庄—牛泉一带低温发生次数最少，年平均为6次左右，西北部山平原区为10次左右，南部山区为10～14次，东北部山区在20次以上，和庄最多，达30次。在空间分布上，西南部平原多轻度的低温灾害，中度的低温灾害多发生在从平原向山区过渡的中部丘陵区，东北山区多重度低温灾害。重度低温灾害多发生在1月，12月、2月多为轻度到中度低温灾害[6-8]（图3）。
2.3.2 风灾。风对设施农业影响很大，大风也是影响冬季莱芜市设施农业生产最常见的气象灾害，大风常常刮坏棚膜，使温室蔬菜暴露，造成冻害或冷害，严重影响温室蔬菜的产量和品质。有研究指出，北方地区塑料大棚及日光温室轻度和中度风灾主要分布在沿海和高海拔地区。分析莱芜市风灾的发生规律可以看出，莱芜市风灾北部山区和南部山区多，西南部平原至东部山区少，以北部山区最多。西南部平原多为轻度风灾，山前丘陵区多为中度风灾，雪野湖、大冶水库、公庄水库附近是中度风灾的高发区，以雪野湖区最多。重度風灾多发生在东北部山区，雪野湖区最多。南部山区多轻到中度风灾。由此分析看出，北部山区风灾频次多，灾害程度重，西南部平原风灾频次少，南部山区风灾频次较多，但灾害程度低，中度和重度风灾多发生在北部山区和水库库区附近。从发生的时间看，轻度、中度风灾12月至翌年2月均有发生，重度风灾多发生在12月和1月，2月最少（图4）。
2.4 评估结果
通过对莱芜市冬季气候资源的评估得出，西南部平原和西北部山前平原区气温高，热量条件好，低温、风灾等灾害发生频次少，灾害程度低，应大力发展瓜果类蔬菜；南部山区总体适宜发展瓜果类蔬菜；东北部山区气温低，低温、风灾等灾害发生频次高，灾害程度重，适宜发展叶菜类蔬菜。为有效抵御冬季可能发生的持续低温、寡照和突发风灾，温室最好选择保温性能好的土墙结构温室，同时隆冬时节应做好防风、补光、加温措施（图5）。
3 结论
通过对莱芜市近35年冬季光、温资源的分析可得出，无论是冬季平均气温还是最低气温都呈升高趋势，气温条件总体对设施农业生产有利，但冬季日照时数呈减少趋势，对设施农业生产不利。在气候变暖的大背景下，气温将有利于设施农业的发展，日照条件将更为不利，极端低温灾害、寡照灾害对喜温喜光的茄果类温室蔬菜的负面影响更为突出。因此，设施农业未来的发展应在充分利用有利的气候资源的情况下，合理规划和调整种植结构，做好极端低温和寡照灾害的应对措施。
通过对莱芜冬季气候资源的评估得出未来设施农业的发展远景，西南部平原和西北部山前平原区应大力发展瓜果类蔬菜；东北部适宜发展叶菜类蔬菜。为有效应对极端天气造成的持续低温、强降温、突发风灾，新建温室大棚应选择保温效果好的土墙结构，同时应做好补光、加温、防风等应对措施。
4 参考文献
[1] 赵淑兰，李春，张绍祥，等.天津市北辰区设施农业温光气候资源变化分析[J].气象与环境科学，2013（1）：32-35.
[2] 王琪珍，卜庆雷，王承军.莱芜市气候变化特征及其对农业生产的影响[J].现代农业科技，2009（15）：295-297.
[3] 日照时数[EB/OL].[2016-10-10].http：//baike.baidu.com/view/272475.htm.
[4] 黎贞发，于红.持续低温及低温连阴天气下几种典型日光温室保温性能评价[J].中国农学通报，2013（23）：123-128.
[5] 张永红，葛徽衍，李秀琳，等.关中东部设施农业气候资源分布及变化特征[J].中国农业气象，2009（2）：153-157.
[6] 张山清，普宗朝，李新建，等.气候变化对天山北坡经济带设施农业气候适宜性的影响[J].中国农业气象，2016（5）：495-504.
[7] 李俊有，王志春，胡桂杰，等.赤峰市设施农业气候风险区划[J].内蒙古气象，2010（6）：47-49.
[8] 李春，郭晶，薛庆禹，等.天津近郊设施农业气候资源与气象灾害变化特征[J].北方园艺，2015（6）：190-193.