西北地区(甘宁青)农业生态气候资源量化与评价

    提　要　为了量化分析和分类评价农业生态气候资源，根据西北地区（甘宁青）165 个气象台站多年平均的气
候资料，采用农业生态气候适宜度的动态模型，首先计算了农业生态气候的资源指数、效能指数和利用系数；然后
通过对多年逐月平均效能指数的模糊动态聚类，划分出农业生态气候资源的 12 个类型并进行了相应评价，结果表
明农业生态气候的资源潜力、匹配状况和利用程度具有明显的地域分异特征，进而在此基础上提出了开发利用农业
生态气候资源的若干建议。

    关键词　农业生态气候资源；量化分析；分类评价；西北地区（甘宁青）
    中图分类号　S162.3
    文献标识码　A
    文章编号　1000－3037（2000）03－0218－07
    1 农业生态气候系统及其动态模型
    农业与气候有着密切的关系，以研究这种关系为目标的农业生态气候，处于气候和农业两大系统的界面上，兼
有自然因素和人文因素的复合影响，是一个具有复杂生物物理机制和生物化学变化的动态系统。传统的研究方法是
利用某特定时段或作物生长期内若干气候要素的特征值来进行分类和评价，这类指标与作物生长和干物质积累没有
直接的数量联系，因此既不能反映各要素的综合影响，更不能体现其动态特征。鉴于上述原因，艾南山、顾恒岳等
提出和建立了农业生态气候理论[1] ，该理论认为：①气候对作物（或牧草、森林）生长的适宜程度是一个具有模
糊概念的量化指标，可用于评价农业生态气候；②农业生态气候系统的动态，可用适宜度随时间的变化，概化为以
年为周期的过程——农业生态气候过程；③农业生态气候过程具有不确定性，它既有统计的随机性，又有概念结构
的模糊性。基于以上三点，可以把气候对作物生长的适宜度及其随时间的变化过程定义为农业生态气候过程。同理，
也可将气候对牧草或森林生长的适宜程度及其随时间的变化过程定义为草业生态气候过程或林业生态气候过程。本
文试图通过用适宜度来综合热、水、光等气候要素对农业生产的影响，建立农业生态气候系统的模糊动态模型，进
而为农业气候资源的深入评价和分类打下基础。
    根据田间作物的生态学实验[2～4]，可以得到各气候要素从使作物停止生长到最适宜生长的取值范围，称为该
要素的定义域。各气候要素对作物生长的适宜程度是定义在此气候要素定义域[a，b]区间上、取值在[0，1]范围内
的模糊子集，记作
    式中，S （r ）为气候要素的适宜度模糊子集；为模糊子集的隶属函数；为气候要素 r对 S的隶属度。
    由各气候要素的适宜度模糊子集，可以诱导出各气候要素随时间变化的适宜度过程，即气候适宜态。如果用、、
分别代表气温、相对湿度和日照适宜态，则农业生态气候的动态过程可用模糊向量
    表示，由此可以给出一组农业生态气候适宜度模型。可以是连续过程，也可以是离散过程[5].
    （1 ）资源模型
    资源模型代表热、水、光组合过程对作物生长可能提供的气候资源。
    （2 ）效能模型
    效能模型反映热、水、光的匹配程度及其对作物生长的适宜程度。
    （3 ）结构模型
    结构模型显示不同作物结构地区的农业生态气候过程。权重α1 、α2 、α3 的选择，在旱作和长日照作物为
主的地区，可适当加大α3 而减小α2 ；在喜温喜湿作物为主的地区，则可酌情加大α1 和α2 ；在喜凉作物为主
的地区，亦可适当减小α1.
    根据资源模型和效能模型，可用实测的多年平均气候资料推求农业生态气候资源指数 Cr 、效能指数 Ce 和利
用系数 K.
    （1 ）资源指数
    资源指数 Cr 表示潜在的气候资源，Cr愈大，气候潜力愈大。
    （2 ）效能指数
    效能指数 Ce 表示热、水、光的配合程度，Ce愈大，配合程度愈好。
    （3 ）利用系数
    K=Ce/Cr
    利用系数 K表示在天然条件下为大多数作物生长所能利用的实际效率，K 愈大，利用率愈高。
    2 农业生态气候资源的量化分析
    众所周知，西北地区（甘宁青）地处我国西北内陆，自北向南有中温带、暖温带、北亚热带以及青藏高原高原
温带、高原亚寒带的热量分异，从东到西有湿润、半湿润、半干旱、干旱的水分分异，因而兼受西北干旱气候、青
藏高寒气候和东部季风气候的复合交汇影响，从亚热带森林、暖温带森林草原、温带荒漠草原和温带荒漠都有清晰
的表现，加之不同尺度的山地、高原、盆地、谷地等地貌分异较为显著，使得农业生态气候资源类型极具多样化的
特征。选取研究区域 165个气象台站多年的逐月平均气温 T（℃）、相对湿度 R（% ）和日照时数 I（h/d ）数据
资料，按照上述农业生态气候模型的离散过程，分别计算各台站所代表地区的资源指数 Cr 、效能指数 Ce 和利用
系数 K，结果表明基本上自南向北、从东到西资源指数 Cr 、效能指数 Ce 和利用系数 K大致呈递减态势，其中资
源指数 Cr 的最高值出现在陇南山地东部的成县附近，Cr值为 6.519，最低值出现在巴颜喀拉山南麓的曲麻莱附近，
Cr值为 3.425；效能指数 Ce 的最高值出现在康县附近，Ce值为 4.296，最低值出现在柴达木盆地、北山山地、阿
拉善高原、河西走廊西北部等，Ce值为 0；利用系数 K的最高值也出现在康县附近，K 值为 0.669，最低值也出现
在柴达木盆地、北山山地、阿拉善高原、河西走廊西北部等，K 值为 0，这一变化基本反映了农业生态气候的地域
分异特征。
    从纬向上看，资源指数 Cr 从南部 3.5～6.5 的范围到北部 3.5～5.5 的范围上下振荡并渐趋下降，这是自南
向北水热资源减少和光照资源增多的复合影响所致；效能指数 Ce 从南部 1.5～4.3 的范围明显下降到北部 0～1.0
的范围，主要凸显自南向北水热资源减少的主导限制作用；因而利用系数 K也从南部 0.4～0.6 的范围逐步下降到
北部的 0左右（图 1A ）。
    图 1西北地区（甘宁青部分）农业生态气候资源态势Fig.1 The staus of agro-ecoclimatic resources in
Northwest China （Gansu ， Ningxia and Qinghai）
    从经向上看，资源指数 Cr 从东部 4.5～6.5 的范围到西部 3.5～5.0 的范围上下徘徊并渐趋下降，这是从东
到西降水资源减少和光照资源增多的复合影响所致；效能指数 Ce 从东部 1.5～4.0 的范围到西部 0～1.5 的范围
之间上下振荡并明显下降，主要凸现从东到西降水资源减少的主导限制作用；因而利用系数 K从东部 0.4～0.7 的
范围到西部 0.3～0 的范围上下波动并渐趋下降（图 1B ）。
    从海拔高度上看，资源指数 Cr 从海拔 930m 的 5.0～6.5 的范围到海拔 4050m的 3.5～4.5 的范围上下摆动
并趋于下降，这是随海拔高度增加而热量资源减少和云量增多导致光照资源减少的复合影响所致；效能指数 Ce 从
海拔 930m 的 2.0～4.0 的范围到海拔 4050 m 的 1.0～2.0 的范围上下振荡并趋于下降，充分凸显随海拔高度增
加而热量资源减少的主导限制作用；因而利用系数 K基本上从海拔 930m 的 0.5～0.7 的范围到海拔 4050m的 0～
0.4 的范围上下波动振荡并渐趋下降（图 1C ）。
    3 农业生态气候资源的分类评价
    一年中气温高低起伏、水分时间分配和日照长短变化等诸因子组合状况与匹配程度对任何一个地区的农业生态
气候产生实质影响，因此以实际表征农业生态气候适宜度的效能指数作为分类实体，通过对多年逐月平均效能指数
的模糊聚类来侧重全年动态过程，这与考虑平均值和总量的综合聚类具有明显差异，可以较多的体现系统的综合、
动态及与作物生长相联系的特点。根据聚类水平λ的大小，将样本依次归类形成聚类谱系图，在λ=0.71 ～0.93之
间，逐步将农业生态气候资源大致划分为 12 个类型（图 2）。
    图 2西北地区（甘宁青部分）农业生态气候资源分区Fig.2 The regionalization of agro-ecoclimatic resources
in Northwest China（Gansu ， Ningxia and Qinghai）
    Ⅰ柴达木盆地型　主要分布在柴达木盆地，包括除天峻以外的海西州等。Cr过程线适中，主要是 SI 、ST较大
而 SR 很小所致。Ce过程线极低，几乎全年为 0. 降水稀少是全年的主导限制因素，这种类型的热、水、光匹配程
度相对最差（图 3Ⅰ）。虽然天然条件下作物无法生长，但在绿洲灌溉农业区，通过盆地光热资源和盆周山地降水
资源的组合使光热潜力得以发挥，适宜发展优质春小麦、油菜、青稞、豌豆等，形成长日照耐凉型粮经农业生态类
型组合。
    图 3西北地区（甘宁青部分）农业生态气候资源类型Fig.2 The classification of agro-ecoclimatic resources
in Northwest China（Gansu ， Ningxia and Qinghai）
    Ⅱ河西走廊型　主要分布在河西走廊，包括酒泉、张掖、武威、嘉峪关、金昌 5个地（市），此外永登、景泰、
白银、皋兰亦属此类。Cr过程线较Ⅰ升高，主要是 ST 和 SI 较大所致。Ce过程线亦较Ⅰ升高，7 ～11月接近或超
过 0.1；12月至翌年 1月和 3～5 月大多为 0，降水缺乏仍然是全年的主导限制因子（图 3Ⅱ）。天然条件下作物
仍很难生长，但在绿洲灌溉农业区，通过走廊光热资源和山区降水资源的组合使光热潜力得以发挥，适宜发展优质
专用小麦、油菜、啤酒大麦、长绒棉、甜菜、啤酒花、反季节蔬菜、瓜类（哈密瓜、白兰瓜、籽瓜）、果类（苹果
梨、葡萄、红枣）等，形成长日照喜温型及耐凉型粮经林果农业生态类型组合。
    Ⅲ青南高原中西部—祁连山地西部型　主要分布在青南高原、青海湖环湖台地、共和台地—海南盆地和祁连山
地西部地区，包括海西州唐古拉山地区、玉树州大部（昂欠、玉树除外）以及海北州的祁连、门源、刚察等，此外
天峻亦属此类。Cr过程线相对最低，主要是 ST 和 SR 较小所致。Ce过程线短而低，仅在 6～9 月高出 0.15 以上，
牧草尚可勉强生长，峰值在 7月，达到 0.25.温度过低和水分缺乏是全年的主导限制因子（图 3Ⅲ）。天然条件下
基本没有种植业的生产活动，仅在局部地方适宜发展人工饲草（燕麦、苜蓿）等，形成抗寒型饲草农业生态类型组
合。
    Ⅳ青南高原东部—祁连山地东部型　主要分布在青南高原东南部及祁连山地东部地区，包括果洛州、黄南州以
及门源、海晏等，此外昂欠、玉树、称多亦属此类。Cr过程线较Ⅲ升高，起伏增大，主要是 SR 起伏较大所致，尤
其是 6～7 月 SR 从 0.3左右骤然上升到 0.9.Ce 过程线较Ⅲ增高，峰值在 6月，接近 0.35.除 2～6 月受到水分
的一定影响外，其它时间受到低温的严重制约（图 3Ⅳ）。由于夏秋降水集中，适宜发展生长期较短的青稞、芫根、
饲草（燕麦、苜蓿）等，形成抗寒型粮草农业生态类型组合。
    V 甘南高原—河湟丘陵型　主要分布在甘南高原和河湟浅山脑山地区，包括甘南州（舟曲、迭部、卓尼除外）
    以及海东地区的大通、湟中、湟源、互助、化隆等。Cr过程线较Ⅳ起伏更大，主要是 SR 起伏更大所致，尤其
是6 ～7 月 SR 从 0.3左右骤然上升接近 1.0.Ce 过程线较Ⅳ继续增高，峰值在 7月，超过 0.5. 除 2～6 月受到
降水的一定影响外，其它时间受到低温的较大限制（图 3Ⅴ）。由于夏秋降水较Ⅳ增加，除青稞、饲草（燕麦、苜
蓿）
    外，还适宜发展生长期较短的早熟油菜、蚕豆等，形成抗寒型粮经草农业生态类型组合。
    Ⅵ黄河谷地—河湟谷地型　主要分布在甘肃黄河谷地和青海河湟谷地，包括西宁、民和、乐都、循化、永靖、
兰州、靖远等。Cr过程线大致与Ⅴ相当，主要是 ST 较Ⅴ显著升高而 SR 又明显降低所致。Ce过程线开始变化，8
～11月多在 0.15 以上，峰值在 9月，超过 0.3.2～9 月受到水分的限制，10月至翌年 1月受到温度的限制（图3
Ⅵ）。在沿黄补水灌溉农业区，适宜发展优质春小麦、豌豆、谷子、特种玉米、百合、瓜果、蔬菜、花卉等，形成
长日照喜温型粮经果农业生态类型组合。
    Ⅶ宁夏平原型　主要分布在宁夏平原，包括银川市和银南地区（同心、盐池除外）等，此外平罗亦属此类。Cr
过程线较Ⅵ升高，主要是 ST 和 SI 较高所致。Ce过程线变化急促，7 ～10月接近或超过 0.2；与Ⅵ不同的是峰值
在 8月，超过 0.4.3～10月受到水分的限制，11月至翌年 2月受到温度的限制（图 3Ⅶ）。在引黄补水灌溉农业区，
由于水热资源较Ⅵ更为同期，适宜发展早熟优质水稻、特种玉米、枸杞等，形成长日照喜热型粮经农业生态类型组
合。
    Ⅷ宁东南覆沙黄土丘陵型　主要分布在宁东南黄土丘陵地区，宁北边缘部分亦归入此类，包括海原、同心、盐
池以及石嘴山市（平罗除外）等。Cr过程线较Ⅵ下降，主要是 ST 、SI、SR均比Ⅵ有所降低。Ce过程线亦较Ⅵ下降，
7 ～10月接近或超过 0.1；峰值在 9月，超过 0.25.降水较少成为全年的主导限制因子（图 3Ⅷ）。针对水分短缺
的制约，调整作物种植结构，适宜发展加工型马铃薯、糜谷、保健杂粮（荞麦、莜麦）、燕麦等，形成耐凉抗旱型
粮草农业生态类型组合。
    Ⅸ陇东、宁南、陇中黄土高原北部型　主要分布在陇东、宁南和陇中黄土高原北部地区，包括庆阳地区、平凉
地区（崇信除外）、固原地区（海原除外）、定西地区、临夏州（永靖除外）以及榆中、清水、张家川等。Cr过程
线较Ⅷ升高，且起伏较大，并呈双峰态，主要是 ST 、SR不同期造成的。Ce过程线也较Ⅷ升高，起伏亦大，6 ～10
月接近或超过 0.2左右；峰值在 8月，接近 0.6.3～8 月受到水分的限制，9 月至翌年 2月受到温度的制约（图3
Ⅸ）。针对水热资源的夏、秋双峰态势，适度压缩夏作、扩大秋作比例，辅以地膜覆盖、塑料大棚等，除春小麦、
春油菜外，重点发展加工型马铃薯、特种玉米、糜谷、保健杂粮（荞麦、莜麦）、杂豆（扁豆、豌豆、蚕豆）、胡
麻、黄花菜、烤烟、梨、杏等，形成喜温耐旱型粮经果农业生态类型组合。
    Ⅹ陇中黄土高原南部型　主要分布在陇中黄土高原南部地区，包括天水地区（清水、张家川除外）和崇信等，
迭部、卓尼、宕昌、岷县、西和与其它各类聚类关系较弱，亦归入此类。Cr过程线较Ⅸ升高，且起伏亦大，但呈单
峰态，ST、SR虽不同期，但差异比Ⅸ小。Ce过程线也较Ⅸ升高，起伏亦大，6 ～11月接近或超过 0.2左右；峰值在
8 月，接近 0.6.2～7 月受到水分的限制，8 ～9 月受到光照的影响，10月至翌年 1月受到温度的制约（图 3Ⅹ）。
    利用夏秋水热组合较好的特点，围绕发展冬小麦稳定两年三熟制度，除冬小麦外，重点发展特种玉米、糜谷、
豆类、中药材（当归、大黄）、苹果等，形成喜温耐旱型粮经药果农业生态类型组合。
    Ⅺ陇南山地西部型　主要分布在陇南山地西部，包括武都、文县、舟曲等。Cr过程线大致与Ⅹ相当，起伏和缓，
但 ST 比Ⅹ大而 SR 比Ⅹ小。Ce过程线波动较大，前低后高，11月至翌年 6月大多在 0.1左右；7 ～8 月相当，稳
定在 0.2左右；峰值在 9月，接近 0.5；最小值出现在 2月。降水偏少是全年的主导限制因子（图 3Ⅺ）。避开降
水偏少的制约，适宜发展花椒、中药材（纹党、当归、红芪、黄芪）等，形成喜温耐旱型经药农业生态类型组合。
    Ⅻ陇南山地东部型　主要分布在陇南山地东部，包括两当、徽县、成县、康县等。Cr过程线相对较高，起伏较
大。Ce过程线高而平缓，分布较均，4 ～10月 Ce 接近或超过 0.4左右；峰值在 6月，接近 0.6；与Ⅺ不同的是最
小值出现在 1月。10月至翌年 3月受到温度的限制，4 ～6 月受到水分的制约，7 ～9 月受到光照的影响，这种类
型的热、水、光匹配程度相对最好（图 3Ⅻ）。利用热、水、光匹配较好的特点，稳定一年两熟制度，适宜发展早
熟优质水稻、冬小麦、油橄榄、蚕桑、生漆、茶叶、柑橘等，形成喜温喜湿型粮经果农业生态类型组合。
    4 结论
    通过对西北地区（甘宁青）农业生态气候资源的系统分析，可以得出以下结论：①河西走廊、柴达木盆地、宁
夏平原、海东河湟谷地、陇中黄河谷地光热丰富而降水稀少，随着节水、补水灌溉开发光热资源的优质高效灌溉农
业优势凸现；②陇东、陇中和宁南黄土高原地区光热较丰而降水适中，通过北部调整夏秋作物比例和南部稳定两年
三熟制度的适生增效雨养农业潜力较大；③陇南山地东部水热匹配较好而西部降水偏少，因地制宜多种经营的名优
土新特色农业乃是发展的关键所在；④河湟丘陵山地、甘南高原、青南高原和祁连山地东部地区降水稍多但热量不
足，利用粮草轮作、农牧结合维持稳产增收；⑤青南高原和祁连山地西部地区高寒缺水，热量不足，通过自然保护、
强化管理保障生态后备。
    参考文献
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