1kg干物质都需要一定的水分,作物水 比UST=0 究中,采用上述三步骤,计算了全国 分亏缺量的大小对产量高低具有直接 ST≥0 土壤因子的权重系数及其分级评分体 影响。研究中采用水分亏缺率与产量 研究中根据上述假定条件,利用系。在此基础上,计算了冬小麦土地 反应系数来确定水分有效系数,具体各气象要素和农气要素栅格数据,定生产潜力。 算法如下: 量计算了冬小麦逐月农田水分盈、亏 量。在此基础上,将生育期内的亏水2研究结果 式中,f(p)为降水订正系数;Ky量进行累加,将之与作物生育期需水 根据确定的我国粮食作物生产潜 为产量反应经验系数;wd为水分亏缺量进行比较,求算了冬小麦生育期内力模型,研究中,以栅格为单元,计 率。对于水分亏缺率,本研究采用下的水分亏缺率(W),并进而计算了中算了冬小麦的光合、光温、光温水和 述农田水分平衡模型计算得到: 国冬小麦的光温水生产潜力 土地生产潜力 P1+ST1-Q-K。xET=ST+1.3土地生产潜力 下页图为我国冬小麦光合、光 (Q-Q t+ (6) 由于耕种土壤并不能满足作物生温、光温水和土地生产潜力分布图。 式中,P1为平衡时段(t)的降水量长所要求的最适条件,所以,有必要从图中可以看出,就光合生产潜力而 (mm);t对应于作物生育期的月份进一步考虑实际土壤的肥力状况与理言,全国最高值达114.98t/hm2,最 序数;Q为时段的产流量(mm),想土壤之差别,估算土壤对作物生长低值为26.86t/hm2,二者相差近428 由降水一径流关系得到;ET为时段发育及产量形成的有效性。土地生产倍,地区之间差异显著,全国平均值 的参考蒸散量(mm);K为t时段的潜力是指在其他条件保持最适宜状态为44.59t/hm2。青藏高原地区冬小麦 作物系数;ST-1为t-1时段的土壤下,由光、温度、水分和土壤因子光合生产潜力平均值达94.74t/hm2 水含量;ST,为t时段的土壤水含量;共同决定的产量,它是在水分生产为全国最高区。这一方面是由于青藏 Qm-Qa为时段内降水人渗量与毛管上潜力基础上经土壤有效系数衰减后高原大部分地区年日照时数在2800小 升水量之差(mm);n为时段的误形成的。研究中,采用下式对其进行时以上,年总辐射量在7000百万焦耳 差项(mm)。 计算: 以上,是我国太阳辐射和日照时数较 上式表明,平衡时段的降水量与 =y·f(s (7)多的区域;同时也是因为青藏高原冬 土壤前期含水量之和,减去作物需水 式中,Y为某种作物的土地生产麦区为全国冬小麦生长发育最长的区 量和地表产流量之后,其平衡项为同潜力(kg/hm2);Ym是某种作物的水域,生育期达240天以上。华南、江 期的土壤含水量、降水入渗补给地下资源生产潜力(kg/hm2);f(s)为土南以及四川盆地等地区,因年太阳辐 水量与毛管上升量之差以及误差项三壤有效系数 射量较小而且生育期较短,为冬小麦 者之和 由上式可以看出,土地生产潜力光合生产潜力的低值区,其值大多在 令BL,=S Q)t+n,土计算的关键是土壤有效系数的确定。45t/hm以下 壤最大有效持水量为STmx:农田的亏影响水分生产潜力衰减的土壤因子比 就冬小麦光温潜力来讲,各地区 水量为DEF,盈水量为 PLUST,则较复杂,本研究仅选用土壤质地、酸之间因温度条件的差异而导致对冬小 根据蓄满产流原理,区域农田水分的碱度、有机质、全氮、全磷、全钾以麦潜力的限制性也各有不同。华南区 盈、亏水量和土壤含水量有三种可能及土壤侵蚀度等7项主要指标评价来确为全国冬小麦生长发育期间温度限制 变化情况 定土壤有效系数,所有基础数据均来性最小的区域,平均温度有效系数为 ①当BL1>S7m时, 源于1100万中国土壤数据库,所采用0.23,青藏高原区温度有效系数仅为 的方法主要是层次分析法。 0.07,是温度衰减最为严重的区域。 PLUST=ST-ST 在获取各项土壤要素的栅格化数东北地区冬小麦因主要分布于辽东南 据基础上,本研究采用层次分析法,地区,温度条件也较好,平均温度有 ②当ST1<B,≤ST时, 构造判断矩阵,确定了七大土壤因子效系数达到0.20。总体来讲,全国 的权重。根据各因子的权重对农作物冬小麦光温生产潜力较光合潜力地区 PLUST=O 生长发育及产量形成的促进与制约作间差异有所减弱,高值区主要分布于 用,按其数值划分成一定数量的等中高纬度的西北、辽东南及黄准海地 ③当BL,≤ST-1时, 级,并分别赋予不同的分数,从而获区,平均值在9t/hm2以上;低值区 DEF=ST-BL 得了土壤有效因子分级评分体系。研则主要位于青藏高原及四川盆地,这 1994-2009chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:/www.cnki.net39 1kg干物质都需要一定的水分，作物水 分亏缺量的大小对产量高低具有直接 影响。研究中采用水分亏缺率与产量 反应系数来确定水分有效系数，具体 算法如下： f(p)＝1－K y ·W d （5） 式中，f(p)为降水订正系数；Ky 为产量反应经验系数；Wd为水分亏缺 率。对于水分亏缺率，本研究采用下 述农田水分平衡模型计算得到： P t ＋ST t-1－Q st－K c ×ET t ＝ST t ＋ (Q up－Q uc)t＋η （6） 式中，P t 为平衡时段(t)的降水量 （mm）；t对应于作物生育期的月份 序数；Q st为t时段的产流量（mm）， 由降水－径流关系得到；ET t 为t时段 的参考蒸散量（mm）；K c 为t时段的 作物系数；ST t -1为t -1时段的土壤 水含量；ST t 为t 时段的土壤水含量； Q up-Q uc为t时段内降水入渗量与毛管上 升水量之差（mm）；η为t时段的误 差项（mm）。 上式表明，平衡时段的降水量与 土壤前期含水量之和，减去作物需水 量和地表产流量之后，其平衡项为同 期的土壤含水量、降水入渗补给地下 水量与毛管上升量之差以及误差项三 者之和。 令BL t ＝ST t ＋(Q up－Q uc)t＋n，土 壤最大有效持水量为ST max；农田的亏 水量为DEF t ，盈水量为PLUST t ，则 根据蓄满产流原理，区域农田水分的 盈、亏水量和土壤含水量有三种可能 变化情况： ①当BL t ＞ST max时， DEF t ＝0 PLUST t ＝STt －ST max STt ＝ST max ②当STt -1＜BL t ≤ST max时， DEF t ＝0 PLUST t ＝0 STt ＞0 ③当BL t ≤STt -1时， DEF t ＝STt －BL t PLUST t ＝0 STt ≥0 研究中根据上述假定条件，利用 各气象要素和农气要素栅格数据，定 量计算了冬小麦逐月农田水分盈、亏 量。在此基础上，将生育期内的亏水 量进行累加，将之与作物生育期需水 量进行比较，求算了冬小麦生育期内 的水分亏缺率(W d )，并进而计算了中 国冬小麦的光温水生产潜力。 1.3 土地生产潜力 由于耕种土壤并不能满足作物生 长所要求的最适条件，所以，有必要 进一步考虑实际土壤的肥力状况与理 想土壤之差别，估算土壤对作物生长 发育及产量形成的有效性。土地生产 潜力是指在其他条件保持最适宜状态 下，由光、温度、水分和土壤因子 共同决定的产量，它是在水分生产 潜力基础上经土壤有效系数衰减后 形成的。研究中，采用下式对其进行 计算： Y s ＝Y w·f(s) （7） 式中，Y s 为某种作物的土地生产 潜力（kg/hm2 ）；Y w是某种作物的水 资源生产潜力（kg/hm2 ）；f(s)为土 壤有效系数。 由上式可以看出，土地生产潜力 计算的关键是土壤有效系数的确定。 影响水分生产潜力衰减的土壤因子比 较复杂，本研究仅选用土壤质地、酸 碱度、有机质、全氮、全磷、全钾以 及土壤侵蚀度等7项主要指标评价来确 定土壤有效系数，所有基础数据均来 源于1:100万中国土壤数据库，所采用 的方法主要是层次分析法。 在获取各项土壤要素的栅格化数 据基础上，本研究采用层次分析法， 构造判断矩阵，确定了七大土壤因子 的权重。根据各因子的权重对农作物 生长发育及产量形成的促进与制约作 用，按其数值划分成一定数量的等 级，并分别赋予不同的分数，从而获 得了土壤有效因子分级评分体系。研 究中，采用上述三步骤，计算了全国 土壤因子的权重系数及其分级评分体 系。在此基础上，计算了冬小麦土地 生产潜力。 2 研究结果 根据确定的我国粮食作物生产潜 力模型，研究中，以栅格为单元，计 算了冬小麦的光合、光温、光温水和 土地生产潜力。 下页图为我国冬小麦光合、光 温、光温水和土地生产潜力分布图。 从图中可以看出，就光合生产潜力而 言，全国最高值达114.98t/hm2，最 低值为26.86t/hm2 ，二者相差近4.28 倍，地区之间差异显著，全国平均值 为44.59t/hm2 。青藏高原地区冬小麦 光合生产潜力平均值达94.74t/hm2 ， 为全国最高区。这一方面是由于青藏 高原大部分地区年日照时数在2 800小 时以上，年总辐射量在7 000百万焦耳 以上，是我国太阳辐射和日照时数较 多的区域；同时也是因为青藏高原冬 麦区为全国冬小麦生长发育最长的区 域，生育期达240天以上。华南、江 南以及四川盆地等地区，因年太阳辐 射量较小而且生育期较短，为冬小麦 光合生产潜力的低值区，其值大多在 45t/hm2 以下。 就冬小麦光温潜力来讲，各地区 之间因温度条件的差异而导致对冬小 麦潜力的限制性也各有不同。华南区 为全国冬小麦生长发育期间温度限制 性最小的区域，平均温度有效系数为 0.23，青藏高原区温度有效系数仅为 0.07，是温度衰减最为严重的区域。 东北地区冬小麦因主要分布于辽东南 地区，温度条件也较好，平均温度有 效系数达到0.20。总体来讲，全国 冬小麦光温生产潜力较光合潜力地区 间差异有所减弱，高值区主要分布于 中高纬度的西北、辽东南及黄淮海地 区，平均值在9t/hm2以上；低值区 则主要位于青藏高原及四川盆地，这