许艳
, 濮励杰, 朱明
XU Yan, PU Li-jie, ZHU Ming
中图分类号: S127
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690(2015)05-0658-07
通讯作者:
收稿日期: 2014-01-16
修回日期: 2014-04-10
网络出版日期: 2015-05-20
版权声明: 2015 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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作者简介:
作者简介：许 艳（1986-）,女,江苏盐城人,博士研究生,主要从事土地利用与规划研究。E-mail：xuyanxiaozz@126.com
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摘要
江苏沿海地区是中国重要的耕地后备资源基地之一,气候生产潜力能够反映该地区粮食安全保障能力大小。考虑作物不同生长期光温水协调程度,对现有气候生产潜力模型基于作物生长期进一步改进,估算江苏沿海地区14个县市三大粮食作物气候生产潜力。结果表明：基于作物生长期的气候生产潜力模型具有可行性。江苏省沿海地区水稻和小麦作物气候生产潜力受太阳有效辐射、温度和降水因素共同影响;玉米气候生产潜力主要受太阳有效辐射和温度影响,不受降水因素限制。从地域分布特征看,江苏沿海地区水稻和玉米气候生产潜力南北方向呈现梯度递增规律;小麦气候生产潜力南北方向差异不大。
关键词：
Abstract
Climate potential productivity reflects regional capacity of food supplies. Light, temperature and precipitation are three key climate factors influencing crop productivity. In past researches, three climate factors have been calculated during the whole crop period in the crop productivity models. However, couple relationships of light, temperature, and precipitation in different growth periods influences crop productivity differently. Considering that crops need different climate resources at different growing periods, thisarticle improved the existing model to calculate the climate potential productivity of rice, wheat and corn. Jiangsu Coastal zone is one of the significant bases of cropland complementary resource, and it is of great significance to understand capacity of food supplies of this area. Therefore, we took fourteen counties at coastal zone of Jiangsu province as a case study to calculate light potential productivity, light and temperature potential productivity and climate potential productivity of rice, wheat and corn and analyze spatial variation of crop productivity of different counties in Jiangsu coastal zone. The results show that the method of mechanism based on crop growing period to calculate the climate potential productivity for fourteen counties at coastal zone of Jiangsu province is feasible. The light potential productivity of rice, wheat and corn in Jiangsu province are 21 215.1 kg/ha, 15 083.6 kg/ha, and 26 424.9 kg/ha, respectively. The light and temperature potential productivity of rice, wheat and corn in Jiangsu province are 19 942.8 kg/ha, 11 728.2 kg/ha, and 24 094.8 kg/ha, respectively. The climate potential productivity of rice, wheat and corn in Jiangsu province are 19 828.4 kg/ha, 11 158.6 kg/ha, and 24 094.8 kg/ha, respectively. The climate potential productivity of rice and wheat are affected by light, temperature and precipitation, while the climate potential of corn is influenced by light and temperature. The light potential productivity, light and temperature potential productivity and climate potential productivity of different crops in Jiangsu coastal zone have different geographical distributions. The light potential productivity,light and temperature potential productivity and climate potential productivity of rice and corn increase from south to north. The light potential productivity, light and temperature potential productivity of wheat increases from south to north. The climate potential productivity of wheat has no large differences from south to north.
Keywords：
耕地是中国当前转型发展的关键资源环境要素[1],中国一方面加强现有耕地节约集约利用,另一方面不断新增耕地后备资源,以保证中国粮食安全的保障能力。江苏沿海地区是中国重要的耕地后备资源基地之一[2,3],该地区的作物气候生产潜力研究是了解土地生产力和粮食安全保障能力的基础性工作。
气候生产潜力是指作物不受养分限制时,由光温水共同决定的生产力,是一个地区作物产量的上限[4]。气候生产潜力计算方法很多,其中实际测量法与生理生态学法比较适合于中小尺度区域特定作物较短时期内的精确研究,但时空尺度转换难度较大;遥感信息最早仅能追溯到20世纪80年代初期,不能满足过去更长时期的动态分析[5, 6];而数学模型应用较为广泛。典型的气候生产数学模型包括经验法、机制法和趋势外推法[7],机制法因基于过程测算得到广泛认可[8]。黄秉维[9]提出了光合生产潜力模型。邓根云以及联合国粮农组织在区分作物和水分等因素方面所有提升,将作物分为喜温作物与喜凉作物,考虑降水与蒸腾关系等,分别提出了光温生产潜力和光温水生产潜力[10, 11]。然而,宏观的数学模型对于作物不同生长期对气候资源需求不同考虑不足。本文在黄秉维等人的采用机制法构建的光温水生产潜力模型基础上,考虑作物在不同生长期对光、温和水的需求差异,提出基于作物生长期的气候生产潜力数学模型,并对江苏省沿海地区的气候生产潜力开展实证分析。
采用机制法首先求算出光合生产潜力,对光合生产潜力[12]进行温度订正,得到光温生产潜力,再进行水分订正,得出气候生产潜力[13],其模型为：
式中,Yw为气候生产潜力;Q为太阳总辐射;f（Q）为光合有效系数;YQ 为光合生产潜力;f（T）为温度有效系数;YT 为光温生产潜力;f（w）为水分有效系数。
按照作物生长期的气候生产潜力模型如下所示：
式中,i表示作物第i个生长阶段。
作物产量的形成与作物的生育期有关,联合国粮农组织将作物生育期划分为初始生长期、生长发育期、生长中期和生长末期。初始生长期是由播种至覆盖率接近10%,生长发育期是从覆盖率10%到完全覆盖,生长中期从完全覆盖到成熟期开始,生长末期从成熟到收获[14]。本文根据作物生长过程,将作物生长期划分为苗期、营养生长期、营养与生殖生长并进期、营养灌浆期以及灌浆成熟期。江苏省沿海地区三大粮食作物生长期具体时间参照文献[15],水稻生长期为5~9月;冬小麦生长期为10月至次年5月;夏玉米生长期为5~9月。
对于太阳总辐射计算,大多数学者采用H·L·彭门等利用日照百分率计算太阳总辐射的公式[16],如式2所示。太阳总辐射量可以按天、旬、月等不同时间统计。
式中,S0为天文辐射量;S为日照时数;S1为可照时数;a、b与大气透明度相关。
目前光合有效系数的计算模型如式3所示。光合作用有效辐射的观测仪器甚少,需要通过计算方法取值,主要有两种方法：
式中,Qg表示光合作用有效辐射;ε、ε1、ε2分别表示不同的系数;Q表示总辐射,Q1和Q2分别表示直接辐射和间接辐射。本文采用式3计算光合作用有效辐射。
光合作用在不同作物生长期对作物的作用效果不同。很多学者以及联合国粮农组织均在整个生长期采用统一的经济系数以及收获系数来反映干物质（籽粒、糖、油）所占总生物量的比例[17]。然而有学者提出水稻、小麦和玉米等作物拔节至抽穗,抽穗至成熟是干物质的积累的两个关键阶段,因此在计算光能生产潜力时,采用拔节至抽穗,抽穗至成熟两个阶段的光合量计算[18]。因此,本文提出基于作物生长期的经济系数来估算作物的光合生产潜力。光能利用率、物质转换系数等参数参考相关文献如表1所示。经济系数参数如表2所示。
表1 光合生产潜力计算公式参数意义及取值[19~
Table 1 Parameters meaning and value of photosynthetically potential productivity
| 参数 | 意义 | 水稻 | 小麦 | 玉米 |
|---|---|---|---|---|
| Ω | 作物光照强度利用效率(%) | 90 | 85 | 100 |
| ε | 光合有效辐射比率(%) | 49 | 49 | 49 |
| φ | 光量子转化效率(%) | 22 | 22 | 22 |
| α | 植物群体反射率(%) | 6 | 10 | 8 |
| β | 植物群体透射率(%) | 8 | 7 | 6 |
| ρ | 作物非光合器官截获辐射比率(%) | 10 | 10 | 10 |
| γ | 超过光饱和点的光的比率(%) | 5 | 5 | 1 |
| ω | 呼吸消耗占光合产物比重(%) | 33 | 33 | 30 |
| f(L) | 作物叶面积动态变化订正值 | 0.56 | 0.50 | 0.58 |
| η | 成熟作物的含水率(%) | 14 | 14 | 15 |
| δ | 作物灰分率(%) | 8 | 8 | 8 |
| q | 单位干物质的含热量（MJ/kg） | 16.9 | 17.58 | 17.20 |
表2 作物各生长阶段收获指数参数取值
Table 2 Parameters of harvest index at different growth stages of crops
| 苗期 | 营养生 长期 | 营养与生殖 生长并进期 | 营养灌 浆期 | 灌浆成 熟期 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 水稻 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 1 | 0.5 |
| 冬小麦 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 1 | 0.5 |
| 夏玉米 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 1 | 0.5 |
作物的生长需要一定的温度环境来保持作物体内各种酶的活性。很多学者分别对C3和C4作物[16,22],以及喜凉作物和喜温作物[17,23]采用不同的线性函数进行温度有效系数修正。也有学者采用非线性函数开展修正[24]。本文采用非线性温度修正方法[12, 21]如式6所示。
式中,T是某一段时间的平均气温,T0、T1、T2分别是该段时间作物产量形成的最适温度、生长发育的下限温度和上限温度。采用的作物不同时期三基点温度参照文献[12,21]（表3）。
表3 作物各生长阶段三基点温度(℃)
Table 3 Temperature of three key points at different growth stages of crops (℃)
| 生长阶段 | 水稻 | 小麦 | 玉米 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| T0 | T1 | T2 | T0 | T1 | T2 | T0 | T1 | T2 | |
| 苗期 | 21.0 | 9.0 | 28.0 | 18 | 5 | 27 | 20.0 | 8.0 | 27.0 |
| 营养生长期 | 25.0 | 12.5 | 32.0 | 24 | 7 | 30 | 24.5 | 11.5 | 30.0 |
| 营养生殖并进期 | 27.8 | 15.0 | 33.0 | 27 | 14 | 33 | 27.0 | 14.0 | 33.0 |
| 营养灌浆期 | 26.3 | 15.0 | 33.0 | 25 | 14 | 33 | 25.5 | 14.0 | 32.0 |
| 灌浆成熟期 | 19.3 | 10.5 | 30.0 | 18 | 10 | 30 | 19.0 | 10.0 | 30.0 |
注：水稻、玉米和小麦温度参数参考文献[25];村田吉男研究表明,小麦表观光合作用在0~40℃,最适温度为18℃[26]。
水分有效系数需要降水量、蒸散量以及作物生长期、作物种类、作物需水系数和作物缺水敏感系数等,计算公式如式8。蒸散量计算方法很多,如彭曼公式[22]等,本文采用温度、相对湿度以及风速与蒸散量的函数关系进行估算[23]。作物系数和作物缺水敏感系数与作物生育期有关[14]。各参数如表4所示[27]。
式中,P为作物生育期降水量（mm）。ETm为作物需水量（mm）。Ky为缺水敏感系数。作物需水量可根据参考作物蒸散量计算得到：
式中,ETm为作物需水量（mm）;Kc 为作物系数;ET0为参考作物蒸散量。ET0作物蒸散量计算公式[28]如下：
式中,T,f和μ分别为月平均气温、相对湿度和风速。
表4 作物各生长阶段需水系数和缺水敏感系数
Table 4 Parameters of water requirement and sensitivity to water scarcity at different growth stages of crops
| 生长阶段 | 作物需水 系数Kc | 作物缺水敏感 系数Ky | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 水稻 | 小麦 | 玉米 | 水稻 | 小麦 | 玉米 | |
| 苗期 | 1.1~1.15 | 0.3~0.4 | 0.3~0.5 | 0.22 | 0.2 | 0.4 |
| 营养生长期 | 1.1~1.5 | 0.7~0.8 | 0.7~0.85 | 0.32 | 0.6 | 1.5 |
| 营养生殖并进期 | 1.1~1.3 | 1.05~1.2 | 1.05~1.2 | 0.27 | 0.6 | 1.5 |
| 营养灌浆期 | 0.95~1.05 | 0.65~0.75 | 0.8~0.95 | 0.19 | 0.5 | 0.5 |
| 灌浆成熟期 | 0.95~1.05 | 0.2~0.25 | 0.55~0.8 | 0.15 | 0 | 0.2 |
江苏海岸线长954 km,经过14个县市,介于119°21′~121°55′E,31°33′~35°07′N之间,东临黄海。江苏海岸带面积占沿海地区总面积的23.64%,海岸带受季风气候控制,处于北亚热带向暖温带过渡地带,兼受海洋性和大陆性气候双重影响,苏北灌溉总渠以北,沿海全年太阳总辐射能量达493~527 kJ /cm2,年日照量2 400~2 650 h;苏北灌溉总渠以南,沿海全年太阳总辐射能量达460~493 kJ/cm2,年日照量2 100~2 400 h,年平均气候自北向南递增,总渠北13~14℃,总渠南14~15℃;年平均降水量总渠北900~1 000 mm,总渠南1 000~1 100 mm[30]（图1）。
数据来自于中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络（CERN）综合研究中心的气象要素空间化数据库（中国生态系统研究网络网址：http：//www.cern.ac.cn）,该数据库以全国1951~2000年全国各气象站点数据为数据源,利用GIS技术、计算机技术和空间数据库技术,在方法研究基础上生成全国尺度多种气象/气候要素的栅格数据库,主要包括辐射、温度、降水、湿度、风和气候指数等20多个要素的空间信息。本文通过中国生态系统研究网络空间插值数据获取了江苏沿海14个县市光合有效辐射、温度、降水、相对湿度、风速等要素的数据。江苏省14个县市水稻、小麦和玉米的现实生产潜力来自于2003年《江苏省农村统计年鉴》[31]。
由于作物生长拥有的气候资源的差异,江苏省沿海水稻和玉米生长期在5~9月之间,光照强度较高,因此光合生产潜力最大。冬小麦作物生长于10月至来年5月,虽冬季和春季光照强度较小,但小麦的生长周期较长,因此光合生产潜力也较高。通过公式（5）得到江苏省平均水稻光合生产潜力为21 215.1 kg/hm2;小麦的光合生产潜力为15 083.6 kg/hm2;玉米光合生产潜力为26 424.9 kg/hm2。江苏省光能生产潜力即为36 253.7~41 508.5 kg/hm2。
作物在不同的生长期需要的温度存在差异,根据公式（6）对作物光合生产潜力进行修正,得到江苏省平均水稻光温生产潜力为19 942.8 kg/hm2;小麦光温生产潜力为11 728.2 kg/hm2;玉米光温生产潜力为24 094.8 kg/hm2。江苏省光温生产潜力在31 671~35 823 kg/hm2。作物光温生产潜力比光合生产潜力降低,其水稻降低了1 272.3 kg/hm2,小麦降低了3 355.3 kg/hm2,玉米降低了2 330.1 kg/hm2。从作物种类来看,小麦产量受到温度影响较大,因为小麦生长需要经历春化过程,在11月份、12月份、1月和2月由于温度较低,光合作用较弱,而3月份温度仍未达到最适温度。水稻和玉米生长期主要处于夏季和秋季,受温度限制较小。
江苏省城市化与工业化水平较高,农村劳动力人口不断向经济发达的苏锡常地区转移,沿海地区农业劳动力人口年龄较高,根据调研,沿海地区望天田占比较大,因此需要考虑作物生长水分亏缺对作物产量的影响。根据公式（8）对作物光温生产潜力进行修正,得到江苏省平均水稻光温水生产潜力为19 828.4 kg/hm2;小麦光温水生产潜力为11 158.6 kg/hm2;玉米的光温水生产潜力为24 094.8 kg/hm2。江苏省光温水生产潜力为30 987~3 525 304 kg/hm2。作物光温水生产潜力相对光温生产潜力有所降低,水稻和小麦产量由于水分供应不足而进一步影响作物的产量,其中水稻降低了114.4 kg/hm2,小麦降低了569.6 kg/hm2。玉米在生长期内水分供应充足,产量未受到影响。
江苏省地区水稻气候生产潜力大小接近于华南地区[16, 22],小麦和玉米气候生产潜力远高于华北地区与西北地区[14, 19~21, 26, 27]。本文估算出江苏沿海地区气候生产潜力与之前龙斯玉[4]测算出江苏全省光能生产潜力（38 250~44 250 kg/hm2）、光温生产潜力（27 750~32 250 kg/hm2）、旱作物光温水生产潜力（19 875~27 000 kg/hm2）基本一致。与全国国土资源大调查全国农用地分等技术指导组提供的江苏省作物光温生产潜力,其中水稻平均光温生产潜力29 646 kg/hm2;小麦的平均光温生产潜力15 187.56 kg/hm2[15]相比,其数值相对保守。
比较江苏省农村统计年鉴获取江苏省三大粮食作物的现实生产力与三大粮食作物的气候生产潜力发现（图2）,作物生长受到土壤环境、农业生产管理等水平的限制程度较高,气候生产潜力的实现程度普遍较小,均低于50%。
图2 江苏省沿海14个县市气候生产潜力实现程度
Fig.2 Realization degree of climate potential productivity of fourteen counties at coastal zone of Jiangsu Province
江苏省沿海14个县市三大粮食作物光合生产潜力空间分布主要受到江苏省沿海光照空间分布差异和作物利用光照效率和时间的影响。从图3来看,水稻和玉米光合生产潜力在江苏沿海分布的规律为南北方向随着纬度逐渐递增,主要原因在于不同月份江苏省沿海的太阳有效辐射的空间差异性,江苏省5、6和9月光合有效辐射从南至北逐渐增加,7月份从南至北逐渐减小,8月份南北无差异。小麦光合生产潜力在南北方向上也随着纬度逐渐递增,主要因为在小麦的作物生长期内,10、3、4和5月份光合有效辐射均从南至北逐渐增加,11月份南北方向无差异。
图3 江苏省沿海14个县市光合生产潜力、光温生产潜力及气候生产潜力计算
Fig.3 Results of photo-synthetically potential productivity, light and temperature potential productivityand climate potential productivity of fourteen counties at the coastal zone of Jiangsu Province
江苏省沿海14个县市三大粮食作物光温生产潜力空间分布主要受到作物不同生长期光合生产潜力和温度的影响。从图3可以看出,水稻、小麦和玉米光温生产潜力在南北方向上逐渐递增规律,原因在于虽然江苏南部温度较高,但江苏北部温度也达到了作物生长的需求,因此订正系数南北差异较小。
江苏省沿海14个县市三大粮食作物气候生产潜力空间分布主要受到作物不同生长期光温生产潜力和降水的影响。玉米气候生产潜力基本不受水分的限制,因此呈现与光温生产潜力相同的地理分布。水稻和小麦气候生产潜力呈现南北方向逐渐递增趋势,但递增趋势与光温生产潜力不同,主要因为在7和8月,江苏省沿海地区南部区域降水小于北部区域,而作物正处于营养生长与生殖生长并进期和营养灌浆期,作物需求系数较高,缺水较为敏感,北部地区光温生产潜力受降水限制高于南部地区。
1） 本文结果与相关研究[3, 4]相比,基于作物生长期的气候生产潜力具有一定的可行性。太阳有效辐射、温度和水分是估算作物气候生产潜力的重要参数,而这些参数在不同的作物生长期对作物的影响不同。以往有学者分别对光照、温度和水分等单因素基于作物生长期计算出作物的光合生产潜力、光温生产潜力以及气候生产潜力[17, 27],本文在系统性的提出气候生产潜力需要基于作物生长期来计算,如收获指数、温度以及水分等因子。同时,基于作物生长期的气候生产潜力模型同时能够更有利于研究作物气候生产潜力对气候变化的响应研究。
2） 江苏省沿海地区水稻和小麦气候生产潜力受到温度和水分影响,应特别注意水稻和小麦播种时节和加强田间灌溉措施;玉米作物主要受到温度的影响,不受水分限制,因此注意玉米的播种时节。
3） 江苏省沿海地区水稻气候生产潜力接近于华南地区,小麦和玉米生产潜力远高于华北地区和西北地区,具备较强的粮食生产能力。从地域分布来看,江苏省沿海地区水稻和玉米光合生产潜力、光温生产潜力和光温水生产潜力南北方向呈现梯度递增规律;小麦光合生产潜力、光温生产潜力南北方向呈现梯度递增规律,光温水生产潜力南北方向差异不大。
The authors have declared that no competing interests exist.
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中国耕地资源开发强度及其演化阶段 [J].
地域资源禀赋差异及经济社会发展阶段性决定了耕地资源开发强度理应存在结构演化的阶段性。基于粮食生产角度提出了涵盖开发广度、开发深度、开发频度的耕地资源开发强度评价方法。据此,通过评价分析全国及区域开发强度演化特征,论证了耕地资源开发强度阶段性结构演化假设。结果表明：耕地资源开发强度评价能准确判断耕地资源开发状态;中国耕地资源开发已基本完成以提高开发广度为主要特点的外延式开发历程,当前正值以提高开发深度为主要特点,同时面临开发频度降低问题的内涵式开发阶段;2004年,中国耕地资源开发强度为25.064%,区域开发强度及其结构演化差异显著。最后,在明确耕地资源管理政策转型基本导向的基础上,探讨了区域差别化的开发强度管控政策。
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江苏沿海地区耕地景观生态安全格局变化与驱动机制 [J].
沿海地区是土地利用变化剧烈区,同时也是生态系统敏感脆弱区。以江苏省沿海为研究区,基于景观生态安全理论,结合遥感技术与空间分析技术,从景观生态安全角度测算沿海19个县耕地景观生态安全指数,在此基础上,重点讨论1995-2005年江苏沿海地区耕地景观生态安全格局变化特征与驱动机制。研究结果显示:江苏沿海地区15a来耕地景观安全格局变化显著,Ⅰ级区范围呈扩大趋势,Ⅱ级区格局变化较为分散,Ⅲ级区的范围逐渐缩小,呈现由南部地区向中部地区减少,由内陆向沿海推进的格局变化特征;回归模型显示,县级层次耕地景观生态安全主要驱动力为土地整理项目数量、国民经济总产值和人口密度,其回归系数分别为0.253、-0.224和-0.176。
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江苏沿海耕地资源量空间分布态势评价 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0253-9829.2006.06.023 URL [本文引用: 2] 摘要
首先采用农用地分等中自然质量分值的计算方法对江苏沿海耕地自然质量进行测算,然后在此基础上结合各乡镇耕地面积和人口数量计算人均耕地量,对江苏沿海地区耕地资源量的空间分布态势进行评价。结果表明:研究区北部、中西部和南部除少数地区外耕地质量总体较好,中东部耕地质量较差;耕地质量优良的地区人均耕地量水平较低,耕地质量较差的地区人均耕地量水平反而较高。根据评价结果,从提高土地整体利用效率、合理占用耕地、合理开发土地后备资源、污染排放源头控制与生产过程中治理相结合等几个方面提出了沿海地区耕地资源可持续利用的有效途径。
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江苏省农业气候资源生产潜力及区划的研究 [J].
正 气候、土壤和人的生产劳动是构成农业生产力的三大因素。其中土壤是相对稳定的因素,可以通过人的劳动逐步定向改变。气候则在时间和空间上的变化都很大,而 且难以人为改变,故其对产量的影响极大。作物种和品种的选择,播栽期的确定,耕作制度等,在很大程度上是适应和利用光、温、水条件。各地气候不同,光、 温、水资源的强度,数量及其季节分配不同,农业气候生产潜力亦不相同。农业气候生产潜力是评价农业气候资源的判据之一。研究它不仅为制定农业发展规划提供 农业气候依据。又能根据实际产量和潜在产量之间的差距,分析和设法改变限制产量提高的环境因素,努力使实际产量接近潜在产量,为向自然界索取更多的农产品 提供科学依据。
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1982~1999年我国植被净第一性生产力及其时空变化 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0479-8023.2001.04.019 URL [本文引用: 1] 摘要
基于地理信息系统和卫星遥感技术,利用植被、气候和土壤等地面空 间数据,应用CASA模型估算了1982-1999(除1994)年间我国植被年净第一性生产量及其时空变化.结果表明:18年间我国植被净第一性生产量 呈增加趋势,平均增加速率为0.024 PgC*a-1,其均值为1.8 PgC,其中高寒植被、常绿阔叶林和常绿针叶林的增加速度最快;降水是限制我国植被净第一性生产力的主要因子.
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中国陆地净初级生产力时空特征模拟 [J].https://doi.org/10.11821/xb200303006 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>应用生态系统机理性模型估算1981～1998年中国陆地生态系统净初级生产力 (NPP) 的时空变化，并分析了NPP对年际间气候变化的响应。结果表明，中国陆地生态系统1981～1998年NPP总量波动于2.86～3.37 Gt C/yr之间，平均约为3.09 Gt C /yr ，单位NPP平均约为342 g C m<sup>2</sup>/yr。在研究时段内，NPP有缓慢增长趋势，年增长率约为0.32%，NPP总量平均值从 1980年代 (1981～1989年) 的3.03 Gt C/yr上升到1990年代 (1990～1998年) 的3.14 Gt C/yr。在一些厄尔尼诺 (El Nino) 发生年，NPP有明显的下降，但由于地域差异和季风环流的影响，NPP同ENSO的关系还十分复杂。从全国来看，在厄尔尼诺现象发生的1982年、1986年、1991年和1997年，NPP都有一定程度的减少。但在1993年和1994年两个厄尔尼诺发生年，NPP并没有表现为明显的下降趋势，1994年NPP总量甚至比上一年增加了0.12Gt，这主要是由于温度和降水量在不同地区的分布差异以及不同地区对厄尔尼诺现象的响应差异造成的。</p>
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中国粮食生产力研究的若干问题与展望 [J].
中国的粮食生产和安全一方面关系着国家安全和社会稳定,另一方面对世界粮食安全具有重要影响。围绕中国粮食生产力问题学术界已经有许多研究成果。本文总结粮食生产力的计算指标、粮食生产力格局与驱动机制三个方面的研究进展,发现:目前提出的生产力计算方法和指标可以全面反映区域生产力水平和区域差异;区域差异作为中国生产力格局的最突出特征,其主要表现为各种地域层次和生产能力的差异,粮食生产力格局的变化主要是粮食生产重心和粮食主要生产区的变化以及某一时间点的潜在生产力变化;同时,影响粮食生产格局与变化的因素众多,各种自然环境的差异和人类的开发利用活动深刻地影响着粮食生产力。各种因素对粮食生产的影响程度不同,所起作用有别,并且在不同时段影响因素不同。各种因素对不同区域的影响也不同。特别是气候变化和土地利用/覆被变化(LUCC)过程对现实生产力和潜在生产力都有很大影响。今后关于粮食主产区粮食生产潜力及其变化趋势、粮食生产力的产量差及其变化趋势、土地利用面积变化以及影响潜在粮食生产力的地域差异因素的研究等方面应成为研究的重要内容。
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气候变暖下东北地区春玉米生产潜力变化分析 [J].
在气候变暖的背景下,依据中国 东北地区101个气象站点多年逐日气象数据,利用数理统计分析方法,研究了东北地区1971~2007年春玉米生长季气候变化趋势,包括春玉米生长季平均 气温、太阳辐射总量和降水量的变化趋势;利用GIS技术分析了东北地区春玉米光温生产潜力及气候生产潜力的时空变化。结果表明,东北地区春玉米生长季气温 呈波动上升趋势,其幅度超过全国平均值,太阳辐射呈减少趋势,降水量年际变化较大,有波动下降趋势。在气温不断升高的情形下,东北地区春玉米的光温生产潜 力有所增加,但由于各地区间降水的差异,东北地区春玉米的气候生产潜力在各地区变化差异较大,21世纪以来相对于20世纪70年代,南部地区气候生产潜力 减少,而中部地区增加。为此,就如何利用东北地区春玉米生产潜力的特点,以及提高春玉米的实际产量提出了一系列建议措施。
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我国光温资源与气候生产潜力 [J].
正 前言 光合作用是农作物产量形成的基础。影响光合作用过程有两方面的因素,一是植物本身的光能利用率,另一方面则是植物生活所必不可少的四个基本因子:光、温、 水、气(CO_2)。提高农业生产从本质上说就是改善植物对光能的利用效率和充分利用光、温、水、气等自然气候资源。近二十年来国内外对这两方面的问题都 予以高度重视和深入探讨。本文侧重从光能利用的角度探讨我国光温资源及其制约的生产潜力的地理分布。
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中国土地生产力变化的情景分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5906.2009.05.045 URL [本文引用: 1] 摘要
中国土地生产力变化态势是当前国内外学术界、决策界关注的焦点问题之一。介绍了土地生产力估算系统(ESLP)的原理与功能模块并利用该系统研究了中国土地生产力的变化态势。ESLP是在气温、降水、辐射水平、土壤质地等自然因素控制下,受土地利用方向与强度影响的,考虑土地系统不同的投入水平和管理措施的区域土地生产力估算系统。ESLP关注土地生产力变化的时空动态,能表达出不同投入管理水平下土地生产力的时空变化。文章应用ESLP研究了1988年和2000年中国土地生产力变化及其空间分异特征,将估算结果与1988年和2000年全国分县粮食产量数据的比较与验证表明,基于ESLP估算的各县土地生产力与各县粮食总产量具有很高的相关性,在一定程度上反映一个区域的粮食生产能力。在此基础上,应用ESLP预测了2010与2020年在气候变化情景下土地生产力的变化,预测结果显示,虽然局部地区土地生产力有小幅减少趋势,但从全国来看,土地生产力增长趋势明显。平均来看,2010年比2000年增长4.4%,而到2020年,土地生产力的增长幅度达到10.7%。不过在各个农业生态分区上,不同年份土地生产力变化差异较大,在2010年和2020年长江中下游区土地生产力均呈一定幅度的下降,而甘新区和西藏区只在2010年土地生产力有小幅下降。该研究结论对我国编制土地利用规划与粮食生产方面的决策具有重要的参考价值。
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哲里木盟4种主要农作物气候生产潜力变化及对比分析 [J].
分析了哲里木盟玉米、水稻、高梁、大豆４ 种主要作物近４５ 年光能、光温、气候生产潜力的变化，结果表明：生长季内（５ ～９ 月） 光能生产潜力在波动中有减小的趋势；温度升高，对４ 种作物光温生产潜力有不同程度的提高，其中对玉米、水稻、高粱的影响明显大于对大豆的影响；降水变化对生产潜力的影响远大于温度变化的影响，其中降水对玉米气候生产潜力的影响高于对高粱、大豆的影响。从生产潜力的大小及其变化来看，玉米和水稻是适应当地气候变化的优势作物，降水量不足是影响生产潜力发挥的主要限制因子
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近30年气候变化对黄土高原地区玉米生产潜力的影响 [J].
应用黄土高原地区７２站６０－８０年代的气象条件，分析了气候变化对玉米生产潜力的影响。结果表明，虽然整个黄土高原８０年代年平均气温有变暖趋热，但影响玉米生产期内的温度并没有增高，反面有所降低，以至８０年代玉米的光渐生产潜力均较６０、７０年代减少。由于降水变化的影响，除陕西省外，其它省区８０年代气候生产潜力均高于６０、７０年代。
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近50年来甘肃省河东地区春玉米干旱时空特征分析 [J].
根据甘肃省河东地区15个气象 站点50年的气象资料,利用FAOPenman-Monteith模型和所提供的作物系数计算出各站点春玉米不同生育阶段的作物需水量,在此基础上计算出 作物水分亏缺指数(CWDI),并划分河东地区的干旱等级,分析春玉米干旱发生的时空特征。结果表明:在春玉米生长季内,CWDI呈现先增大后减小的趋 势,其中最大值出现在6月中下旬,且每旬的CWDI值均大于10%,即在作物整个生长季,降水都无法满足春玉米需水的要求。不同等级干旱发生的频率:轻旱 8%～20%;中旱7%～23%;重旱0～17%;特旱0～47%。生长季内,河东地区春玉米干旱发生程度基本由南向北递增,不同生育阶段干旱的严重程 度:抽雄-开花期拔节期乳熟前期出苗-七叶期乳熟后期-成熟期。近50年来,出苗-七叶期和拔节期的干旱有逐渐缓解的趋势;抽雄-开花期和乳熟前期干旱变 化的趋势大致相同:20世纪60年代中后期及70年代初为干旱的严重时期,70年代中后期有所缓解,至今又有加重的趋势;乳熟后期-成熟期,近50年来干 旱有加重的趋势。
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广东水稻生产潜力及影响因素分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-962X.2004.04.022 URL [本文引用: 3] 摘要
利用广东省各稻作区的光、温、土壤等资料,推算出水稻光能利用率、土壤生产潜力影响系数、栽 培技术影响系数,逐级建立了水稻光温潜力、土壤生产潜力、栽培生产技术潜力等模型;广东各稻作区的光温潜力为20.07～23.77t/hm2、土壤生产 潜力为9.78～15.94 t/hm2;广东省水稻大田高产栽培实验结果只达到光温潜力的1/3～1/2.进一步讨论了数学建模方法、水稻栽培技术作用、水稻品种遗传改良等问题.
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基于AEZ 模型的我国农区小麦生产潜力分析 [J].
根据联合国粮农组织(FAO)和国际应用系统分析研究所(IIASA)基于中国1961～1997年的统计资料(经多方校正)共同开发的AEZ模型，运用GIS平台计算了中国41个农作制亚区的小麦生产潜力，并指出了单产最高潜力分布区域。研究结果表明，我国小麦的最高产量潜力约为目前产量的2～3倍。这对我国小麦高产育种及栽培具有重要意义。
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粮食作物气候——土壤生产潜力探讨 [J].https://doi.org/10.3969/2012jms.00** URL [本文引用: 1] 摘要
本文根据能量转换原理和作物关键生育期的光合有机物质对形成籽粒产量贡献比率,建立粮食作物光能、光温、气候、气候—土壤生产潜力四层统计模式,计算和分析了江苏省中稻、小麦、玉米不同生产潜力分布特征及利用现状,进而提出开发途径。
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山东省主要粮食作物气候生产潜力时空变化特征 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-6345.2012.06.027 URL [本文引用: 1] 摘要
根据山东省1961-2008年的气象资料，利用逐级订正法计算了山东省冬小麦和夏玉米等主要粮食作物的气候生产潜力，并进一步采用经验正交函数分解方法，探讨了其时空变化特征。结果表明：山东省冬小麦及夏玉米的气候生产潜力存在有明显的年际波动和空间差异，其中冬小麦优、劣年景气候生产潜力相差3～9倍，夏玉米相对较小，为2～3倍；全省冬小麦、夏玉米气候生产潜力的高值区位于水热条件匹配较好的鲁南地区，低值区在半岛东部沿海地区；冬小麦、夏玉米气候生产潜力与实际单产的年际变化基本一致，山东省粮食产量，特别是夏玉米产量的年际波动受作物生长期间气候条件影响较大；全省冬小麦、夏玉米气候生产潜力在空间上具有较好的一致性，区域互补性较差。
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黑龙江省作物气候生产潜力估算 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-9369.2010.03.016 URL [本文引用: 3] 摘要
文章计算了黑龙江省75个县市3种主要作物的光温生产潜力和气候生产潜力,讨论了黑龙江省作物气候生产潜力的稳定性.结果表明,黑龙江省光温及气候生产潜力差异较大,且从北到南呈增加趋势;气候生产潜力越大的地方,变率越小;气候生产潜力越小的地方,变率越大.
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GIS支持下的漳州市水稻气候生产潜力研究 [J].
本文在前人关于农业生产潜力研 究的基础上 ,进行了漳州市水稻气候生产潜力的研究。初步探讨了基于GIS的水稻气候生产潜力研究方法 ,运用光、温、水生产潜力计算模型 ,计算了漳州市各县水稻气候生产潜力 ,并与现实产量进行对比分析 ,确定了该市水稻气候生产潜力优势区 ,据此提出了发挥水稻气候生产潜力的途径和措施
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陕北、渭北及关中气候生产潜力的估算与分布特征分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-7601.1999.01.021 URL [本文引用: 1] 摘要
利用陕西各气象台站１９６１年 至１９９０年气象观测资料和１９９２年陕西省农业生产状况调查报表的资料，应用布达哥夫斯基连乘原理，引用了灌溉因子对陕西省陕北黄土高原沟壑区、渭北旱 塬区和关中平原区三个气候区的光合生产潜力、光温生产潜力、气候生产潜力和综合气候生产潜力进行了估算，并将综合生产潜力计算结果通过小网格方法绘制成小 网格分布图，分析了各气候区综合气候生产潜力的分布特征，以为上述地区的农业及多种经营的潜力开发提供气候依据。
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我国气候生产潜力及其分区 [J].
粮食是我国人民的主要食物,也是畜牧业、渔业、林业、农副产品加工业及工业得以顺利发展的重要物质基础。随着社会人口的增加及人们物质生活水平的提高,粮食的需要量将日趋增加,需求标准将越来越高。我国人口众多,耕地较少,自然灾害频繁,必须有一定数量的储备粮。粮食问题处理是否得当,关系整个国民经济的发展和人民生活水平的提高。
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山西省小麦气候生产潜力的评价 [J].
生产潜力的评价是农业生产区域化和因地制宜发展生产的基础,也是确定高效农业投资方向和商品粮基地建设的依据。山西省小麦光合生产潜力为800—1500公斤/亩,光能利用率3%左右;光温生产潜力为700—1100公斤/亩,光能利用率2.4%左右;气候生产潜力为400—600公斤/亩,光能利用率1.1—1.4%;现实生产水平不足200公斤/亩,光能利用率仅0.54%左右,小麦生产具有很大的潜力。目前应采取以培肥地力为中心中综合技术。把东西部丘陵山区作为重点,通过提高水分利用率,开发小麦气候生产潜力。
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北京市冬小麦气候生产潜力及干旱期间最佳灌水方案 [J].
本文目的是探讨在当前北京市水资源紧张前提下小麦生产栽培管理中的最佳灌溉方案。为达此目的,第一步首先估算出北京市冬小麦光温生产潜力,即满足其他条件情况下可能达到的最高产量,进而再论述不同生育时期水份供应条件对产量的影响。
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蒸发势的一种计算方法 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-7313.2001.01.011 URL [本文引用: 1] 摘要
讨论蒸发势的一种经验计算方法，考虑了平均气温、相对湿度、风速3种要素.其数值与彭曼蒸发势值，与用E601蒸发器、小型蒸发器观测的蒸发量(以下分别 简称E601蒸发量，小型蒸发量)作相关分析，相关系数都在极显著水平以上，而且很稳定.因此，初步认为这种计算法适合于本地.本计算方法通俗易懂，便于 掌握和使用，与有关指标(例如干热风指标)可以较好地衔接.利用本计算方法所得结果在评估水分盈亏时取得了明显的成效，在干旱和干热风分析中有重要的实际 意义.
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水稻水分生产函数模型试验研究 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1008-0112.2002.02.009 URL 摘要
根据试验观测成果 ,分析了水分胁迫对水稻腾发量及产量的影响 ,研究并提出了水稻缺水敏感指数及水分生产函数模型
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