前沿论坛 FORWARD FORUM 律、产量形成与环境条件的关系,而想作物群体在当地光照条件下单位面121光温生产潜力 且可以查明作物对气候、土壤等资源积上所形成的最高产量。光合生产潜 对于光温生产潜力的计算,研 的利用程度以及产量形成的限制因力被认为是粮食产量的理论上限,是究采用联合国粮农组织推荐的下 子,展示区域粮食生产发展的可能前粮食生产潜力的最高层次。研究中利式进行 景,进而为制定订区域农业资源合理用DeWi方法(1965)计算各个地区 当≥20kg/hm2/hour时 开发利用规划及调整人口、资源、环的光合生产潜力日值。这种方法是以 yr=cL·cN·cH·G·[F(0.8+ 境协调发展战略提供科学依据。自20标准条件下有效短波入射辐射的强度0.01n)y。+(1-P)(0.5+0.025ym) 世纪60年代以来,世界各国的有关学为基础的,其计算公式为 者从不同学科、不同角度对土地生产 Y=F·y+(1-PJy (1) 当<20kg/hm2/hour时, 潜力进行了大量深入细致的研究,取式中,y为某种标准作物的干物 CL·cN·cH·G·[F(0.5+ 得了丰硕的成果M 质总产量(kg/hm2/day);F为-0.025Jmy+(1-p)(0.025yn) 农业生态区(agro- ecological天中阴天所占部分,F=(Rx-0.5R2)/ zone,AEZ)模型是目前世界上0.8Ra,其中R为晴天最大有效辐射 式中,F为某种作物的光温生产 应用范围最广的一个农业生产潜力量(cal/cm2/日),R2为实际测量的潜力(kg/hm2);cL是作物生长和叶 评估模型,属机制法范畴。该模型短波入射辐射量(cacm2/日),可面校正系数;cN为干物质生产校正系 是由 Kassam等于20世纪70年代在以根据公式R=(0.25+0.50n/MR得数,凉气候条件下为0.6,暖气候条件 FAO及 IIASA等机构的支持下,在出,式中R是地外辐射量,用cal/小下为0.5;cH是作物收获指数校正数; Wageningen模型的基础上,为农业时表示,N是最大日照时数(小时),G是作物的全生育期天数(天);F为 生态区项目制定的计算作物生产潜力7是实际测量的日照持续时间(小白天中的阴天部分;Jm表示在一定气 的一种方法。这种方法思路严谨,不时);J是一定地区某种标准作物候下某种作物的叶片最大干物质总生 但同时涉及光、温、水、土等十余个在一全阴天里的干物质生产率(kg/产率(kg/hm2/day);y为在一定地 影响生物产量形成的因素及指标,还hm2/day);y是一定地区某种标准方某种标准作物在一全阴天中的干物 考虑到作物类型在不同生长条件下产作物在一全晴天(无云)里的干物质质总产量(kg/hm3/day);y是在 量形成的差异,同时该方法的基础资生产率(kg/hm2/day)。 定地方某种标准作物在一全晴天(无 料较易取得,便于计算,其结果也能对各项指标进行空间化后代入上云)中的干物质总生产率(kg/hm2/ 够较好地反映地区作物生产潜力的多式,利用GIS技术,研究计算了冬小麦day) 年平均状况。经过20多年的推广和的1kmx1km的光合生产潜力日值。122光温水(降水)生产潜力 应用,该模型在世界上得到了广泛应在此基础上,将作物生育期内的光合 光温水生产潜力是光温生产潜力 用。在我国,约有35%的农业潜力评估生产潜力日值进行累计,计算了中国受自然降水条件限制而衰减后的作物 项目采用了这一模型°。 小麦的光合生产潜力 生产潜力,也就是当土壤肥力和农业 基于此,本研究运用月均气象观1.2气候生产潜力 技术措施等参量处于最适宜的条件 测数据、农业气象观测数据、数字高 气候生产潜力是指在保持土壤肥下,由辐射、温度和降水等气候因素 程模型、农业详查及统计数据,采 力等相关要素最适宜的状态下,由 究中采用下式 AEZ模型,以1kmx1km栅格为基本候条件决定的潜在产量。影响作物生对光温水生产潜力进行计算: 计算单元,逐级计算了中国冬小麦长的气候条件主要包含温度和降水两 p=r·() (4) 的光合、气候、水资源和土地资源大因素,其中,由温度条件决定的潜 式中,Y是某种作物的光温水生 生产潜力。研究所用数据均来源于力通常称作光温生产潜力,被认为是产潜力(kg/hm2);Yr为某种作物的 国家气象局数据中心,经由IDW灌溉农业粮食产量的上限;在光温生光温生产潜力(kg/hm2);f(p)为降 及GIDW等方法插值后生成1km×产潜力的基础上,考虑自然降水对作水订正系数 lkm栅格数据 物产量的衰减作用而得到的潜力通常 由上述光温水生产潜力的计算公 1.1光合生产潜力 称作光温水生产潜力,被认为是旱地式不难发现,正确认识作物生产力与 光合生产潜力是指除太阳能以外农业粮食产量的上限。研究中光温生水分的关系,确定水分有效系数是估 的其他生态条件(温、水、土)和生产潜力与光温水生产潜力的计算分述算水分生产潜力的关键。大量研究表 产条件(肥、灌、技)均适宜时,理如下。 明,作物在产量形成过程中,每生成 38ecoLoGicAlEcoNoMynIcJournalElectronicPublishingHOuse.Allrightsreservedhttp:/wwww.cnkinet38 ECOLOGICAL ECONOMY 前沿论坛 FORWARD FORUM 律、产量形成与环境条件的关系，而 且可以查明作物对气候、土壤等资源 的利用程度以及产量形成的限制因 子，展示区域粮食生产发展的可能前 景，进而为制定订区域农业资源合理 开发利用规划及调整人口、资源、环 境协调发展战略提供科学依据。自20 世纪60年代以来，世界各国的有关学 者从不同学科、不同角度对土地生产 潜力进行了大量深入细致的研究，取 得了丰硕的成果[4，5]。 农业生态区（agro-ecological zone, AEZ）模型是目前世界上 应用范围最广的一个农业生产潜力 评估模型，属机制法范畴。该模型 是由Kassam等于20世纪70年代在 FAO及IIASA等机构的支持下，在 Wageningen模型的基础上，为农业 生态区项目制定的计算作物生产潜力 的一种方法。这种方法思路严谨，不 但同时涉及光、温、水、土等十余个 影响生物产量形成的因素及指标，还 考虑到作物类型在不同生长条件下产 量形成的差异，同时该方法的基础资 料较易取得，便于计算，其结果也能 够较好地反映地区作物生产潜力的多 年平均状况。经过20多年的推广和 应用，该模型在世界上得到了广泛应 用。在我国，约有35%的农业潜力评估 项目采用了这一模型[6]。 基于此，本研究运用月均气象观 测数据、农业气象观测数据、数字高 程模型、农业详查及统计数据，采用 AEZ模型，以1km×1km栅格为基本 计算单元，逐级计算了中国冬小麦 的光合、气候、水资源和土地资源 生产潜力。研究所用数据均来源于 国家气象局数据中心，经由IDW 及GIDW等方法插值后生成1km× 1km栅格数据[7]。 1.1 光合生产潜力 光合生产潜力是指除太阳能以外 的其他生态条件（温、水、土）和生 产条件（肥、灌、技）均适宜时，理 想作物群体在当地光照条件下单位面 积上所形成的最高产量。光合生产潜 力被认为是粮食产量的理论上限，是 粮食生产潜力的最高层次。研究中利 用De Wit方法（1965）计算各个地区 的光合生产潜力日值。这种方法是以 标准条件下有效短波入射辐射的强度 为基础的，其计算公式为： Y0 =F·yo +(1－F)yc （1） 式中，Y 0 为某种标准作物的干物 质总产量（kg/hm2/day）；F 为一 天中阴天所占部分，F=(R se－0.5R s )/ 0.8R se，其中Rse为晴天最大有效辐射 量（cal/cm2 /日），R s 为实际测量的 短波入射辐射量（cal /cm2 /日），可 以根据公式R s =(0.25+0.50n/N )R a 得 出，式中R a 是地外辐射量，用cal/小 时表示，N是最大日照时数（小时）， η 是实际测量的日照持续时间（小 时）；y o 是一定地区某种标准作物 在一全阴天里的干物质生产率（kg/ hm2 /day）；y c 是一定地区某种标准 作物在一全晴天（无云）里的干物质 生产率（kg/hm2 /day）。 对各项指标进行空间化后代入上 式，利用GIS技术，研究计算了冬小麦 的1km×1km的光合生产潜力日值。 在此基础上，将作物生育期内的光合 生产潜力日值进行累计，计算了中国 冬小麦的光合生产潜力。 1.2 气候生产潜力 气候生产潜力是指在保持土壤肥 力等相关要素最适宜的状态下，由气 候条件决定的潜在产量。影响作物生 长的气候条件主要包含温度和降水两 大因素，其中，由温度条件决定的潜 力通常称作光温生产潜力，被认为是 灌溉农业粮食产量的上限；在光温生 产潜力的基础上，考虑自然降水对作 物产量的衰减作用而得到的潜力通常 称作光温水生产潜力，被认为是旱地 农业粮食产量的上限。研究中光温生 产潜力与光温水生产潜力的计算分述 如下。 1.2.1 光温生产潜力 对于光温生产 潜 力的计算，研 究 采 用 联 合 国 粮 农 组 织 推 荐的下 式进行： 当y m≥20kg/hm2 /hour时， Y T＝cL·cN·cH·G·[F(0.8＋ 0.01y m)y o ＋(1－F )(0.5＋0.025y m)y c ] （2） 当y m＜20kg/hm2 /hour时， Y T＝cL·cN·cH·G·[F(0.5＋ 0.025y m)yo ＋(1－F)(0.025y m)y c ] （3） 式中，Y T为某种作物的光温生产 潜力（kg/hm2 ）；cL是作物生长和叶 面校正系数；cN为干物质生产校正系 数，凉气候条件下为0.6，暖气候条件 下为0.5；cH是作物收获指数校正数； G是作物的全生育期天数（天）；F为 白天中的阴天部分；y m表示在一定气 候下某种作物的叶片最大干物质总生 产率（kg/hm2 /day）；y o 为在一定地 方某种标准作物在一全阴天中的干物 质总产量（kg/hm2 /day）；y c 是在一 定地方某种标准作物在一全晴天（无 云）中的干物质总生产率（kg/hm2 / day）。 1.2.2 光温水（降水）生产潜力 光温水生产潜力是光温生产潜力 受自然降水条件限制而衰减后的作物 生产潜力，也就是当土壤肥力和农业 技术措施等参量处于最适宜的条件 下，由辐射、温度和降水等气候因素 所确定的作物产量。研究中采用下式 对光温水生产潜力进行计算： Y P ＝Y T·f(p) （4） 式中，Y P是某种作物的光温水生 产潜力（kg/hm2 ）；Y T为某种作物的 光温生产潜力（kg/hm2 ）；f(p )为降 水订正系数。 由上述光温水生产潜力的计算公 式不难发现，正确认识作物生产力与 水分的关系，确定水分有效系数是估 算水分生产潜力的关键。大量研究表 明，作物在产量形成过程中，每生成