陇东旱塬区作物生产潜力估算研究——以镇原试区为例

江苏农业科学２０１０年第３期　马小黎，刘建华，牛俊义．陇东旱塬区作物生产潜力估算研究——以镇原试区为例［Ｊ］．江苏农业科学，２０１０（３）：１０３—１０５　陇东旱塬区作物生产潜力估算研究　——以镇原试区为例　马小黎　，刘建华　，牛俊义　（１．甘肃省农业科学院，甘肃兰州７３００７０；２．甘肃农业大学农学院，甘肃兰州７３００７０）　摘要：以镇原试区主栽作物冬小麦、春玉米为例，选用国内应用较为广泛的模拟公式，计算陇东旱塬区主栽作物　的光合生产潜势、光温生产潜势、气候生产潜势。结果表明，水分是该地区实现生产潜力的最低限制因子；作物可增产　潜力均较大，光合、光温、气候生产潜力分别是冬小麦：２４　３９４、１６　９７８、５　３２３　ｋｇ／ｈｍ　，春玉米：１３８　４００、１１０　９７９、１６　８６８　ｋｇ／ｈｍ　。生产中应通过优化种植结构，建立与水资源状况相适应的抗逆应变型种植制度，从而最大限度发挥农业资源　潜力。　关键词：陇东旱塬区；生产潜力；资源利用率；种植制度　中图分类号：Ｆ３０３．４　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—１３０２（２０１０）０３—０１０３—０３　生产潜力是评价一个地区粮食生产能力、发展前景和提　Ｆ×Ｅ×（＝Ｉ×Ｋ×Ｍ×Ａ×Ａ　／Ｈ＝２　７４２．９２８×Ｑ×Ａ／Ｈ　高生产能力的重要指标，对粮食生产及制定经济发展战略有　式中：ａ为作物群体对光合有效辐射的反射率，。＝０．０６；ｂ为　重要作用。但限于多方面原因，现阶段的农田现实生产力与　植株非光合器官的受光率，ｂ＝０．０１；Ｃ为呼吸消耗率，Ｃ＝　生产潜力之间存在相当的距离　。目前，不少学者对不同　０．３０；ｄ为茎叶死亡脱落率，ｄ＝０．１０；ｅ为植株灰分含量，ｅ＝　地区和作物进行了生产潜力研究，但由于所用估算公式及针　０．０５；Ｗ为风干植株含水率，Ｗ＝０．１４５；Ｆ为光量子转换效率，　对作物不同，结果差异较大　。本试验在前人的研究基础　Ｆ＝０．２２４；Ｅ为作物的光能利用率，Ｅ＝０．０６；　为光合有效辐　上，以甘肃省镇原县上肖乡试区冬小麦、春玉米为研究对象，　射系数，Ｋ：０．４９；　为单位换算系数，Ｍ＝ｌ　０００　０００；ＡＬ为作　对该区作物生产潜力进行分析，探讨自然气候条件下能够实　物群体辐射吸收系数，ＡＬ＝０．６５；Ｑ为作物生育期内的太阳总　现的生产能力，以便为制定农业发展规划、揭示障碍因素、提　辐射；　为作物的收获系数；Ｈ为作物能量转换系数。　高陇东旱塬区作物产量提供理论依据。　１．２．１．２光温生产潜力对光合生产潜力进行温度订正，得　１材料与方法　到光温生产潜力（　）。　＝ｙｍ・－厂（Ｔ）　（２）　１．１试验地概况　式中　厂（　）为温度对光合生产潜力影响的线性函数订正式。　试验于２００７－－２００８年在农业部甘肃省镇原县黄土旱塬　１．２．１．３光温水（气候）生产潜力对光温生产潜力进行水　生态环境重点野外科学观测站（３５。３０　Ｎ，１０７。２９　Ｅ）进行。　分订正，得到气候生产潜力（ｙｗ）。　供试土壤为黑垆土，土壤基础肥力为：有机质１１．０　ｇ／ｋｇ，全氮　】，ｗ＝ｙｔ・＿厂（　）　（３）　０．９８　ｇ／ｋｇ，碱解氮６２．０　ｍｇ／ｋｇ，速效磷８．４　ｍｅ，／ｋｇ，速效钾　式中　厂（　）为水分对光温生产潜力影响的线性函数订正式。　２４８　ｍｇ／ｋｇ，ｐＨ值８．４。该区主要粮食作物为冬小麦、春玉米　１．２．１．４土地生产潜力　对气候生产潜力进行订正得到土　和马铃薯。　地生产潜力（１ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ＬＰＰ），它是在一定管　１．２试验方法　理条件下丰产年实际可能实现的产量水平，接近于现实生产　１．２．１估算模型作物生产潜力计算公式有多种，其中多为　力。不同土地类型生产潜力不同，估算模型也不同。陇东旱　国外学者提出，参数源自国外。虽有一些已有的参数可供查　塬区土地利用率低、中低产田面积大、改造难度较大，耕地面　用，但还没有经过我国通用系统试验取得的数据，而且有些参　积只占总土地面积的１６．４％，川塬地占耕地面积的比例不足　数所需数据难以得到…。因此本研究选用我国学者提出的　１０％，山旱地约占９０％，另有少量的水地　。因此在估算该　作物生产潜力模型，此模型属于阶乘模型　，是采用光、温、　区土地生产潜力时以川台梯田地和坡耕地为主。川台梯田生　水逐段订正而成的，主要估算过程如下。　产潜力是指在既无水土流失又无补充灌溉条件下的生产潜　１．２．１．１光合生产潜力（　）　０＿　力，与作物水分生产潜力ｙｗ相同。坡耕地生产潜力：　ｙｍ＝＿厂（Ｑ）　（１）　＝　一（　＋ｙＴ）　（４）　，（Ｑ）＝（１一ａ）（１—６）（１一Ｃ）（１一ｄ）（１＋ｅ）（１＋Ｗ）×　式中：　为作物生育期养分流失引起的减产量；　为径流引　起的减产量。　收稿日期：２００９—１０—０９　１．２．１．５资源生产力指数温度生产力指数　可以用光温　基金项目：国家“十一五”科技支撑计划（编号：２００６ＢＡＤ２９Ｂ０７）。　生产潜力与光合生产潜力之比来表示：Ｔｃ　＝Ｌ／Ｙｍ；在自然降　作者简介：马小黎（１９８１一），女，甘肃镇原人，研究实习员，研究方向　水条件下，水分生产力指数可以用气候生产潜力与光温生产　为农村区域发展。Ｅ—ｍａｉｌ：ｖｉｎｉｂｅｅｒ２５２＠１２６．ｅｏｍ。　潜力之比来表示：Ｗｃ　＝　／Ｌ；土壤生产力指数可以用土地生　江苏农业科学２０１０年第３期　１．２．２．２水分订正水分订正取ＦＡＯ推荐的通用公式：　（７）　产潜力与气候生产潜力之比来表示：Ｓｃ　：　／　。　１．２．２模型的订正　１．２．２．１　温度订正研究表明，不同类型作物的光合作用对　温度的反应不同，据已有的研究结果，考虑该区粮食作物生长　＿厂（Ｗ）＝１一　（１一ＥＴａ／ＥＴｍ）　作物耗水量；ＥＴｍ为作物需水量。　１．２．２．３　坡耕地生产潜力模型的参数确定式中　厂（Ｗ）为水分订正系数，　为作物产量反应系数；Ｅ　为　关于陇东及西　发育与月、旬平均气温的关系，最适温度的界限，喜凉作物　（如小麦）为３—２０℃，喜温作物（如玉米）为１０—２５℃。作　物在上述温度范围内，光合速率随温度的上升而线性增　北旱农地区作物生产潜力的研究，前人已经做了大量的工作，　但对不同土地类型粮食生产潜力的研究，目前尚没有较为系　统的资料。本研究在确定模型参数时，参考了陇东地区及其　同类地区作物生产潜力研究的主要方法和结果　。坡地　养分流失减产量　和坡地径流减产量　推算的结果见表１。　２结果与分析　２．１作物生产潜力及资源生产力指数　加　。由此可确定光合生产潜力的温度订正系数＿厂（　）为：　・Ｏ　≤３℃　喜凉作物　）＝｛（Ｔ一３）／１７　３　ｏＣ＜Ｔ＜２０℃　（５）　【１　Ｔ≥２０　，Ｏ　≤１０　ｑｃ　喜温作物　）＝｛（Ｔ一１０）／１５　１０℃＜Ｔ＜２５℃　（６）　【１　式中：　为月或旬平均气温。　Ｔ≥２５℃　根据上述模型和相应的参数（表２），不同层次的作物生　产潜力计算结果见表３。　表１　坡耕地水土流失对作物产量的影响　怖　’　生育期太阳总　辐射（ｋＪ／ｃｍ　）　收获　指数　作物能量转换系数　生育期平均气温　（ｋＪ／ｇ）　（℃）　作物耗水量　（ｈｉｍ）　作物需水量　（ｍｍ）　产量反　应系数　从表３可以看出，试区内不同土地类型的粮食生产潜力　存在明显差异，就潜力趋势而言，川台梯田＞坡耕地（平均高　２８％）。这是因为坡地上水土流失引发的水分亏缺和养分下　降导致这一部分土壤的有效系数下降，从而使综合土壤有效　大，所以以镇原县试点的现实生产力水平为代表与估算出的　生产潜力进行比较，在一定程度上也能反映出该区生产力现　状。为了便于对生产力水平进行比较，运用生产潜力利用率　（１１）来分析生产潜力的发挥程度，　＝现实生产力／理论生产　力　。以１９９８－－２００１、２００８年的试区平均单产为现实生产　力　，模拟计算出的生产潜力为理论生产力。计算结果，目　系数下降，进一步影响土壤生产潜力。不同作物光合生产潜　力顺序为：春玉米＞冬小麦（平均高４６７％）。由此可以得出　在光照、温度和降水这３个难以调控的环境因子中，水分不足　是限制潜力的“瓶颈”，不同土地类型的潜力差异较大，基本　农田是开发作物潜力最适宜的土地类型。　该区光能充足光能，光能不是造成作物产量低而不稳的　原因。而温度、降水等相对缺乏严重，成为影响作物生产潜力　实现的重要因素，通过对温度生产力指数　数　、水分生产力指　分析来进一步揭示该区自然资源对生产潜力的影响程　前该区粮食生产仅实现了光合生产潜力的１０％一３２％，热量　生产潜力的２１％一６６％，降水生产潜力的２９％一６６％，多为　３０％～３５％，近２／３的生产潜力未挖掘出来。近些年，农业科　技人员在该区试验推广了麦玉套作栽培技术，虽然提高了粮　食生产潜力利用率，但与粮食潜势估算值仍存在很大差　距　。可见，作物的可能增产潜力空间是比较大的，提高自　然资源利用率，挖掘作物生产潜力很有前景。　３开发生产潜力的途径　３．１优化种植结构，建立与水资源状况相适应的抗逆应变型　种植制度　度。研究结果表明，陇东旱塬区冬小麦和春玉米的温度生产力　指数　、水分生产力指数耽　分别为０．６９、０．３１和０．８０、　０．１５，进一步表明水分是生产潜力实现的最小限制因子。单就　数字看，温度生产力指数、水分生产力指数均较小，因此，若能　进一步提高自然资源利用率，该区主要作物产量还会增加。　２．２生产潜力利用率　陇东旱塬区年降水量少，而且降水年内分配不均匀，主要　集中于下半年尤其是７＿－９月，分别占年降水量的６７％一　陇东旱塬区各县（区）光照、温度和降水条件相差不是太　７０％和５５％～５８％，因此，应以水的现实承载力为依据，建立　马小黎等：陇东旱塬区作物生产潜力估算研究——以镇原试区为例　能适应各种干旱气候类型的、稳定的、立足于抗旱减灾、趋利　避害，发挥地区资源优势的稳定性种植制度，建立与区域水资　［Ｊ］．自然资源学报，１９９１，６（４）：３１８—３２５．　一１０５一　［２］邵晓梅，刘春玲．鲁西北地区农业土地资源生产潜力估算［Ｊ］．　中国农业气象，２００４，２５（４）：５—１Ｏ．　源状况相吻合的作物布局，是提高粮食生产能力的一个关键　环节。　～　３．２采用集水、节水技术，提高土壤水分的利用效率　一［３］张俊华，孟庆香，马向峰，等．陕北农牧交错带土地生产潜力研究　［Ｊ］．西北农林科技大学学报：社会科学版，２００３，３（４）：１２１—　１２６．　是发展以集蓄降水集中季节的雨水，在作物需水关键　期进行灌溉的有限补充灌溉技术；二是实施抗旱耕作措施；三　［４］盂庆香，刘国彬，常庆瑞，等．陕北黄土高原农牧交错带土地生产　潜力及人口承载力［Ｊ］．西北农林科技大学学报：自然科学版，　２００６，３４（１２）：１３５—１４１．　是提高作物对水分的利用效率，提高水分利用效率是旱地水　分管理的核心；四是广泛推行节水灌溉技术，提高灌水利　用率。　３．３搞好“种子工程”，挖掘良种潜力　加强良体繁育，有计划有步骤地建立稳固的良种繁育基　地，建立健全服务体系。选育适宜陇东旱塬区生理条件的抗　旱、抗灾性优良作物品种，并在加强良种繁育的同时注意推　广，提高良种覆盖率，发挥大面积良种的增产潜力。　３．４培育提高土壤肥力，改造中低产田，改善良田生态环境　该区中低产田占总耕地面积９６％以上，进行中低产田改　造，主攻单产，是开发自然资源潜力的另一途径。　４小结与讨论　本研究以当地实际情况为基础，根据“机制法”原理，选　用国内具有代表性的模型，计算陇东旱塬作物冬小麦、春玉米　的生产潜力。研究结果表明，冬小麦的生产潜力为４　４３３　ｋｇ／ｈｍ　；春玉米的生产潜力为８　５６７　ｋｇ／ｈｍ　。这一结果与当　地实际产量进行验证属合理范围内，并与张希彪　应用布达　哥夫斯基连乘原理对陇东黄土高原沟壑区潜力估算值相差不　大，具有一定的可比性和可靠性。此外，研究表明，不同的作　物对自然资源的利用率不同，玉米对热量资源利用率高，而冬　小麦对有限的水资源利用率要高于玉米，合理的种植结构有　利于生产潜力的发挥。　该地区光能充足，不是造成该地区作物产量低而且不稳　定的原因，而温度、降水等相对缺乏，成为影响作物生产潜力　实现的重要因素。从温度、水分、土壤的生产力指数可以看　出，热量、水分是限制陇东地区生产潜力的主要因素，尤其是　水分因素。因此，水分是限制当地生产潜力的最小因子，生产　中应以节水　保水为主要措施。　参考支献：　［１］刘金铜，由懋正．河北沧州黑龙港地区粮食作物生产潜力估算　［５］周治国，曹卫星，王绍华，等．基于ＧＩＳ的区域作物生产系统潜力　分析［Ｊ］．农业工程学报，２００３，１９（１）：１２４—１２８．　［６］许彦平，姚晓红，朱德强．２Ｏ世纪天水干旱气候演变对农业影响　及对策分析［Ｊ］．干旱地区农业研究，２００２，２０（１）：１２０—１２４．　［７］山仑，陈培元．旱地农业生理生态基础［Ｍ］．北京：科学出版　社，１９９８：１９４—２１１．　［８］田均良，梁一民，刘普灵．黄土高原丘陵区中尺度生态农业建设　探索［Ｍ］．郑州：黄河水利出版社，２００３：１９２—２０８．　［９］李开元，李玉山．黄土高原南部旱作水分产量潜势计算模型及其　参数修正［Ｊ］．应用生态学报，１９９７，８（１）：４３—４８．　［１Ｏ］信乃诠，王立祥．中国北方旱区农业［Ｍ］．南京：江苏科学技术　出版社，１９９８：１５０—１９６．　［１　１］王吉庆，宋尚有，秦富华．陇东高原半湿润偏旱区农业综合发展　研究［Ｍ］．兰州：甘肃科学技术出版社，１９９５．　［１２］黄志英，梁彦庆，葛京风，等．河北省作物生产潜力及人口承载　力研究［Ｊ］．农业现代化研究，２００５，２６（２）：９３—９６．　［１３］张希彪．陇东地区主要作物生产潜力及开发途径研究［Ｊ］．甘　肃高师学报，２００３，８（５）：８６—８９．　［１４］张兴昌，卢宗凡．坡地土壤水分动态及耗水规律研究［Ｊ］．水土　保持研究，１９９６，３（２）：４６—５６．　［１５］郑剑英，吴瑞俊，翟连宁．坡耕地长期施肥对作物产量及吸Ｎ、Ｐ　量的影响［Ｊ］．水土保持研究．１９９６，３（２）：１３—１７．　［１６］山仑，陈国良．黄土高原旱地农业的理论与实践［Ｍ］．北京：　科学出版社，１９９３：１９０—２１４．　［１７］甘肃统计年鉴编委会．甘肃统计年鉴［Ｍ］．北京：中国统计出　版社，１９９８．　［１８］甘肃统计年鉴编委会　甘肃统计年鉴［Ｍ］．北京：中国统计出　版社，１９９９．　［１９］甘肃统计年鉴编委会　甘肃统计年鉴［Ｍ］．ｊＥ京：中国统计出　版社，２０００．　［２Ｏ］张希彪．陇东黄土高原沟壑区农业资源生产潜力及其开发［Ｊ］　水土保持研究，２００４，１１（３）：９５—９７．