国家尺度上基于地形因子的光温及气候生产潜力修正算法

【目的】光温/气候生产潜力作为农用地分等中的重要指标之一,直接影响分等结果的准确性。从理论上来说,不同地形地区的光温条件应各不相同,以目前这种一个县一种作物只具有一个生产潜力值的情况来看,当县内地形差异明显时,仅使用一个生产潜力值不能反应出光温条件在县内的异质性,从而使分等结果不能准确描述耕地质量的差异性。论文旨在解决这一问题。【方法】从地形对于光照、温度和降水等与生产潜力密切相关的因子具有严重关联性的角度入手,通过寻找地形因子与生产潜力的关系,利用地形因子对生产潜力进行修正。由于生产潜力是以国家级尺度的数据进行计算的,为了保证修正后生产潜力值的可比性,在国家级尺度上开展修正,以900 m×900 m的DEM数据为计算地形因子的数据来源,首先利用SPSS软件,分别对坡度、坡向、海拔与生产潜力做回归分析,筛选相关性最高的回归模型,确定不同地形因子与生产潜力的相关性;其次利用回归方程、县内平均地形因子值、平均生产潜力值和待修正区的地形因子值得出生产潜力修正公式;最后以不同地形因子与生产潜力的相关系数为权重,将单因子修正后的生产潜力值进行加权,得到最终的综合修正生产潜力值。【结果】以目前农用地分等中正在使用的生产潜力值和DEM数据生成的地形因子做回归分析,其中,参与修正光温生产潜力的样点共3 779个,参与修正气候生产潜力的样点共2 765个。回归分析结果表明,坡度和坡向与光温生产潜力的相关系数分别为0.0008和0.0002,说明在国家级尺度上,以900 m×900 m的DEM数据对坡度、坡向和生产潜力进行回归分析时,这两者与生产潜力的相关性过小,故暂不列为修正生产潜力的因子;海拔与光温生产潜力的相关系数达到0.835,与气候生产潜力的相关系数达到0.721,说明海拔与生产潜力具有高度相关性。根据海拔与生产潜力的回归方程得出,海拔对光温生产潜力的影响系数为1.479,对气候生产潜力的影响系数为1.095。论文以四川省长宁县为例进行了实例验证,结果表明,修正后的生产潜力值与海拔的趋势相同,体现出地势差异对光温条件的影响,并且海拔偏离县平均海拔越大的地区,生产潜力修正后偏离潜力的平均值越多。【结论】国家尺度范围内,海拔对于生产潜力具有重要的影响作用,并且海拔对于光温生产潜力的影响程度高于对气候生产潜力的影响程度,而坡度、坡向在该尺度内与生产潜力不具有明显的相关性。基于数据的限制,论文旨在侧重数学模型方法和修正思想的论述,与实际应用还有一定的距离,在未来研究中可探索利用国家级控制可比性、分区域利用更加精细的数据进行局部修正的方法进一步分析坡度、坡向对生产潜力的影响。

闽东葡萄气候生产潜力及利用率研究

【目的】探明区域气候变化对葡萄气候生产潜力的影响,为高效利用区域气候资源、优化葡萄产业布局提供依据。【方法】利用1971-2020年闽东9个国家基本气象站气象资料、2000-2019年闽东葡萄面积、产量资料,采用作物生长动态统计模型法、线性趋势分析法、Manner-Kendall检验法等分析闽东葡萄光合、光温、气候生产潜力及气候资源利用率的时空分布特征。【结果】近50年闽东葡萄光合、光温、气候生产潜力分别为59 313.2 kg/hm^(2)、 37 965.1 kg/hm^(2)、 36 868.0 kg/hm2,气候倾向率分别为-87.7 kg/(hm^(2)·10a)、869.1 kg/(hm^(2)·10a)、1 046.7 kg/(hm^(2)·10a)。气候潜力于1999年发生突变后呈加速上升趋势;在空间分布上,东部沿海气候潜力高,西北部山区低,高低值中心分别在福安市和周宁县。气温、降水对生产潜力的削减幅度分别为33%~40%、2%~4%,温度订正系数平均为0.6,降水订正系数平均为1.0,气候生产潜力与温度、降水、日照的相关系数分别为0.71、-0.31、0.70;闽东气候资源利用率平均为46%,与单产、气候生产潜力的相关系数分别为0.72、0.55。【结论】闽东葡萄气候生产潜力东部沿海优于西北部山区,气温是对闽东葡萄气候生产潜力影响最大的因子,降水增多带来负效应。葡萄种植结构格局与气候生产潜力空间分布匹配较好,通过提高葡萄单产水平、加强葡萄园区小气候调节等措施,闽东葡萄气候生产潜力的利用仍有较大提升空间。

我国光温资源与气候生产潜力

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（CO2）。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。

青藏高原高寒区青稞光温生产潜力和产量差时空分布特征及其对气候变化的响应

【目的】探讨有气象数据记录以来1977—2017年青藏高原青稞生长季内气候变化,以及对青稞光温生产潜力和产量差的影响。【方法】基于青藏高原农气资料,校正DSSAT-CERES-barley模型,模拟过去40年间青藏高原青稞生育期长度及光温生产潜力,并结合实际统计产量计算产量差,通过数理方法解析气候变化对其影响情况。【结果】(1)青藏高原多数站点过去40年间青稞生长季内温度、降水呈显著上升趋势,太阳辐射量呈下降趋势,且林芝站达到显著水平,与增湿相比增温趋势更加明显;(2)在播期和品种不变的情况下,过去40年青稞生育期长度显著缩短,引起不同站点下降的主要气候因子不同,高海拔站点主要由平均最高气温升高所致,低海拔站点主要由生育期内平均温度升高导致有效积温增加所致;(3)青藏高原青稞光温生产潜力受海拔影响,3500 m左右的高海拔站点光温生产潜力高且稳定,如山南站平均光温生产潜力最高可达12000 kg·hm^-2。3000 m左右的低海拔站点光温生产潜力低,平均在6000 kg·hm^-2,且易受气候变化影响,高海拔站点光温生产潜力对太阳辐射更敏感;(4)青藏高原在过去30年间由于实际产量增加,导致绝对和相对产量差都呈减小趋势,平均相对产量差由58.2%缩小至34.5%,但缩小幅度放缓,2007—2017年拉萨和日喀则站点平均相对产量差最低,小于25%。【结论】青藏高原不同站点光温生产潜力差异较大,高海拔站点青稞光温生产潜力显著高于低海拔站点,过去40年气候变化导致低海拔站点光温生产潜力波动大,而高海拔站点较为稳定。由于品种改良和栽培管理水平提高,过去30年青藏高原产量差逐渐缩小,但除拉萨和日喀则外,其他站点产量差仍较大,未来有较高的增产潜力。

青藏高原不同积温条件下春小麦光温生产潜力及其对气候变化的响应

【目的】准确评估青藏高原春小麦光温生产潜力及其对气候变化的响应,可以为合理开发地区农业资源和保障区域粮食安全提供参考。【方法】首先基于文献数据资料,在对WOFOST模型进行参数校验的基础上,利用青藏高原113个气象台站1958—2017年的逐日气候数据,逐年模拟了春小麦光温生产潜力并进行空间分析,然后利用Theil-Sen Median坡度、Pearson相关和逐步多元线性回归(SMLR)等方法,统计分析了不同积温条件下春小麦光温生产潜力变化对气候要素变化的响应。【结果】1958—2017年,青藏高原各个气象台站春小麦的多年平均光温生产潜力在3.20—8.68 t·hm^(-2)之间,其中5—9月多年平均活动积温在1600—3400℃·d区间的潜力相对较高,并且呈轻微上升态势,主要分布在西藏“一江两河”、青海“河湟谷地”、四川甘孜州北部等,而<1600℃·d和>3400℃·d区间的生产潜力相对较低,且分别呈显著上升和下降态势(P<0.01)。青藏高原作物生长季的日平均温度、最高温度和最低温度均呈显著上升趋势(P<0.01),并且最低温度的上升速率高于平均温度和最高温度;温度日较差和太阳辐射则均呈下降趋势(P<0.01),下降速率分别为0.08℃·(10a)^(-1)和8.96 MJ·m^(-2)·(10a)^(-1)。不同积温区间,气候要素的变化趋势存在明显差异,随着积温的增加,日最高温度、最低温度和平均温度的上升速率均呈下降态势,日较差的下降速率也呈减小态势,而太阳辐射的下降速率则为增加态势。青藏高原及各个积温区间春小麦光温生产潜力变化与太阳辐射变化均呈显著的正相关关系(P<0.01),而对温度变化的响应存在差异,积温区间从<1600℃·d到>3400℃·d,生产潜力对平均温度和最高温度的响应程度逐渐下降,且对最低温度的响应由正向变为负向,与日较差和太阳辐射的正相关性程度也呈先升高后下降的态势。在<1600℃·d积温区间,平均温度变化是影响光温生产潜力变化的关键因素,平均温度每升高1℃,光温生产潜力可增加885.71 kg·hm^(-2)(P<0.01)^(-1)而在1600—3400℃·d区间,太阳辐射变化对春小麦光温生产潜力变化起决定作用,太阳辐射每升高1 MJ·m^(-2),生产潜力可增加3.42 kg·hm^(-2)(P<0.01)^(-1)而在>3400℃·d区间,日最低温度和太阳辐射每升高1℃和1 MJ·m^(-2),春小麦光温生产潜力可分别下降和升高398.65和3.07 kg·hm^(-2)(P<0.01)。【结论】青藏高原不同积温区间的春小麦光温生产潜力及其对太阳辐射强度、温度变化的响应存在显著差异。研究结果有助于理解青藏高原不同积温条件下春小麦产量潜力水平及其对气候变化的响应,对区域春小麦布局和增产潜力开发提供支持。

气候变化对黄淮海地区冬小麦光温生产潜力的影响

[目的]研究气候变化对黄淮海地区冬小麦光温生产潜力的影响,为应对气候变化提供理论依据。[方法]基于黄淮海地区51个气象站点的1971～2006年的逐日气象数据,以WOFOST模拟冬小麦的光温生产潜力,借用ArcGIS软件,研究光温生产潜力的时空变化。[结果]研究时段内,黄淮海冬小麦光温生产潜力整体呈增加趋势,然而不同区域的趋势不一致。不考虑20世纪80年代冷湿气候的影响,河北西北部和南部、河南东南部及环渤海湾地带的光温生产潜力呈上升趋势;冀东、京津和鲁中地区的光温生产潜力呈下降趋势;河南西部和北部的光温生产潜力20世纪80、90年代连续下降,进入21世纪初后大幅上升。[结论]气候变化整体上有利于光温生产潜力的提高。

辽宁40年温度变化对玉米光温生产潜力的影响

利用辽宁 4 8个站 1 961～ 1 999年基本气象资料 ,计算了近 4 0a辽宁玉米生育期内平均气温和玉米光温生产潜力 。

松嫩平原作物光温生产潜力对气温变化的响应

根据松嫩平原1951～2005年36个气象站的历史资料,分析了44 a温度的年际变化特征,采用机制法,计算了松嫩平原农作物的光温生产潜力。在MAPGIS、SAS的支持下,探讨了农作物生产潜力的时空变化规律,分析了气温变化对作物光温生产潜力的影响,建立了气温因子与作物生产潜力之间的回归模型。

北京地区光温生产潜力与适宜种植制度关系问題的初步探讨

在规划一个地区农业发展前景的时候,通常采用太阳辐射、温度等因子,计算一个地区的气候生产潜力,或称光、温气候生产潜力,作为农业规划、区划发展远景的参考。但是,如果直接用它作为未来高产的目标,或直接用它作为选择或评价一个地区适宜种植方式的依据,我们认为这是欠妥的。根据我们的实践,提出如下四点看法供讨论参考。

天水日光温室光温生产潜力估算及区划研究

通过对植物光温生产潜力气候估算模型的修订,建立了天水节能日光温室光温生产潜力估算模型,估算并系统分析了天水不同生产区节能日光温室光温生产潜力及其地域分布特征.同时,以温室光温生产潜力为主要气候指标,结合温室生产季≥0℃累积日数、海拔,对天水日光温室的综合布局进行农业气候区划,为量化分析节能型日光温室的热量效应和天水日光温室的科学布局及高效发展提供了科学依据.

四川光合潜力与气候生产潜力

光合作用是作物产量形成的基础,影响光合作用过程有两个方面的重要因素,即光合作用率与必不可少的四个基本因子:光、温、水和气（CO2）。提高衣业生产水平就是改善对光能的利用效率和充分利用光、温、水、气等自然气候资源。作物在光合作用过程中利用太阳光谱0.4一0.

近期气候波动与LUCC过程对东北农田生产潜力的影响

利用1991～2000年逐日气象资料以及20世纪80年代末和90年代末土地利用数据，估算了东北地区气候波动和LUCC过程对农田生产潜力的影响。结果显示：90年代东北地区由于作物生长季内气候变暖和降水减少，生产潜力普遍降低6．45％，其中降水量变化的区域差异是导致生产潜力变化区域分异的主要原因。在LUCC过程的影响下，东北地区生产潜力总量净增加2402．79×10^4t。从气候波动和LUCC过程对生产潜力的影响程度看，气候波动要低于LUCC过程的作用，LUCC过程所导致的生产潜力的增长趋势抵消了气候波动所带来的降低趋势，10年间东北地区农田生产潜力总量净增加992．23×10^4t。

黄土高原的气候生态环境、气候变化与农业气候生产潜力

分析了黄土高原的气候生态环境特征,计算了近40a黄土高原的光温和气候生产潜力,并根据未来气候变化的可能情景,计算和分析了未来50a该地区光温和气候生产潜力的可能变化。结果表明,在未来50a,除东南部外,其它各区总的来说无论是小麦的光温生产潜力还是气候生产潜力均有所增加,而且光温生产潜力增加的幅度大于气候生产潜力的增加幅度。

我国气候生产潜力及其分区

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。

气候变化对黄淮海平原冬小麦与夏玉米生产潜力的影响

本文以黄淮海平原气象数据、土壤理化数据和作物数据为基础,应用WOFOST作物生长模型,估算了黄淮海平原冬小麦、夏玉米的光温生产潜力与气候生产潜力,分析了冬小麦、夏玉米生产潜力年变化率的时空变化规律。结果表明,黄淮海平原近44a冬小麦和夏玉米的光温生产潜力分别为6433.5～10592.67kg.hm-2、7786.17～11185.5kg.hm-2,均值分别为9022.18kg.hm-2、9321.46kg.hm-2,可作为补灌区平均最高产量的上限参考值;气候生产潜力分别为1559.17～6724kg.hm-2、6088.33～9053.17kg.hm-2,均值分别为4083.24kg.hm-2、7528.21kg.hm-2,分别占光温生产潜力的45.3%、80.8%,可作为雨养冬小麦与夏玉米平均最高产量的上限参考值。总的来说,冬小麦光温潜力、气候潜力呈现上升趋势,44a分别增加了541.64kg.hm-2、1061.15kg.hm-2;夏玉米光温潜力、气候潜力均呈现下降趋势,分别减少了840.22kg.hm-2、320.59kg.hm-2。本文揭示了黄淮海平原冬小麦与夏玉米的增产潜力及其空间差异,可为改善管理水平、提高作物产量提供数据支持。

气候变化敏感区温度因子对农用地等别的影响评价

东北地区是中国重要的粮食主产区,也是全球气候变化的敏感区,由气候变化引起的主要粮食作物生长期、分布状况及农用地产能变化趋势,已成为全球变化研究和国土资源管理的重要议题。该文以东北粮食主产区的21个气象站点1960～2005年日均温资料,并结合国家农用地分等规程中的指定作物光温生产潜力数据为基础,利用方差分析等统计学方法,构建光温生产潜力模型,探讨5～9月累积平均温度同玉米和大豆光温生产潜力之间的相关关系。结果表明:1)自20世纪60年代以来中国东北气候敏感区表现出明显的增温趋势;2)温度与玉米和大豆光温生产潜力之间均存在正相关关系,未来温度增幅在3.89℃的情景下,玉米光温生产潜力可增加217.6kg/hm2,大豆光温生产潜力可增加72.6kg/hm2,可使农用地等别提高10%左右;3)同时两种作物的适宜区均发生明显的北移东扩现象。

浙江省葡萄气候生产潜力及利用率分析

葡萄是浙江十大主导产业果品之一,其生长、结实与气候条件关系密切,研究葡萄气候生产潜力对于科学发展葡萄产业、提高气候资源利用率意义明显。基于1971—2017年浙江68个基本气象站气象资料、1985—2017年浙江省葡萄统计年鉴资料和2016年浙江省县(市、区)葡萄面积、产量资料,采用逐步订正、线性趋势分析等方法研究葡萄的光合生产潜力(Y_Q)、光温生产潜力(Y_T)和气候生产潜力(Y_W)及其时空变化特征和气候资源利用率。结果表明,浙江省葡萄Y_Q、Y_T和Y_W多年平均值分别为141.3、115.3、102.8 t/hm^2。空间分布表现为:Y_Q,浙北高浙南低;Y_T,浙中高于浙南和浙北;Y_W,浙南高浙北低。近47年,Y_Q、Y_T和Y_W气候倾向率分别为-2.6、-0.10、1.2 t/(hm^2·10年)。2016年浙江省葡萄生产气候资源利用率各地平均为20.5%,高值区主要分布在杭州建德、宁绍平原中部、嘉兴南部等地区;低值区在浙西西部、浙南山区等地区。

退耕还林草背景下宁夏气候生产潜力变化研究

对宁夏退耕还林、还草重点区域进行研究,采用"逐步订正法"计算该地区近50年的气候生产潜力和光温生产潜力。结果表明:宁夏灌区、中部干旱带、南部山区玉米的光温生产潜力呈线性增加趋势,但考虑光、温、水3因素的气候生产潜力,因降水稀少而数值很低,无灌溉便无农业;中部干旱带冬小麦的光温生产潜力、气候生产潜力无明显趋势,但气候生产潜力变幅很大,南部山区冬小麦光温生产潜力无明显变化趋势,气候生产潜力呈弱的下降趋势,说明冬小麦生产受到水分的极大制约。利用RegCM3-WOFOST/LINGRA耦合模式模拟的气象要素数据计算了未来宁夏中、南部冬小麦气候生产潜力,均呈弱的增长趋势,说明退耕还林后宁夏气候有利于冬小麦产量的提高。

中国橡胶的气候生产潜力

基于联合国粮农组织(FAO)开发的农业生态区划(AEZ)模型和专业气候插值软件ANUSPLIN插值的常年逐月太阳总辐射、温度及降水数据,计算了我国25°N以南的区域橡胶树的气候生产潜力,并通过天然橡胶的干物质分配率估算了天然橡胶的产胶潜力。结果表明,我国最适宜橡胶生长的区域在海南岛及云南的西双版纳地区。温度是制约我国橡胶生长的限制因素,云南高原、海南岛是我国橡胶光合生长潜力的2个高值区,但是云南高原区由于温度限制,橡胶生长潜力下降非常显著。在西双版纳和海南岛,降水因素仅是海南岛西部地区的限制因素。

湖南不同区域花生气候生产潜力评价

以大籽品种（湘花2008）和小籽品种（湘农小花生）为试材,分别在湖南4个花生主产区的邵阳、邵东、道县和麻阳开展调查、试验,利用当地花生生育期内总太阳辐射量、降水量、蒸发量、温度为依据,初步对湖南不同区域花生气候生产潜力进行估算。结果表明,大籽花生气候生产潜力显著高于小籽花生。影响湖南花生产量的限制生态因子在播种∽出苗期、苗期和荚果发育期主要是温度因子;花期水分因子是湘中南和湘西北花生产量的主要限制条件。各花生主产区气候生产潜力利用率较低,其中道县和麻阳的花生实际产量均低于气候生产潜力的30%。湖南花生产量具有很大的上升空间,这为高产品种繁育和高产高效栽培技术的推广提供了理论依据。