宁夏惠农区农业气候资源生产潜力调研

第六章　惠农区农业气候资源生产潜力的分析讨论

人类基本的农业生产是在大气环境中进行的，受天气、气候的影响和制约，气候的每一异常变化都给农业生产留下了痕迹。气候的不稳定性和农业气候资源没有得到充分合理地开发利用一直困扰和影响着农业发展。尤其是从20世纪以来，受全球气候变暖的影响，我区农业将面临着更加严峻的形势。面对这种挑战，除了加快农业现代化步伐和基因工程技术的应用外，科学分析农业气候资源现状、历史演变规律及发展趋势，合理开发利用农业气候资源，按照气候资源的特点、规律和趋势合理规划农业布局，提高气候生产潜力，形成区域优势，提高农作物产量和品质，改善农业生态环境是当前我区农业产业结构调整中的重要任务。

在农业气候资源调查分析中，一般包括光合生产潜力、光温生产潜力和气候生产力。就具体作物来说，农作物的生产力以及如何充分发挥其生产潜力，是农业气候资源分析的一个核心问题。从气候资源观点看，农业气候资源的生产力，是农作物最大限度地利用气候条件的生产效能，和对不利气候因素的“抗性”两方面的综合生产力。随着现代农业技术的发展和农业生态环境的改善，土、肥、水和其他不利因素可以调节和控制，因此农作物的生产力主要取决于气候生产力；若气候条件适宜，则农作物的生产力主要取决于光合生产力，光合生产就是农作物生产的实质。

下面将通过计算惠农区的光合、光温和气候生产力，讨论农业气候资源生产潜力，分析研究提高农业气候资源生产力的途径和措施，为今后本地区农业的发展和结构调整提供理论和实际依据。

第一节　农作物光合生产潜力分析

农作物的光合生产潜力是假设其他环境因素和作物因素都处于最佳状态，在热量允许的范围内，根据光能资源的多少及群体转换太阳能的效率进行估算。通常是先计算光能利用率，再分析光合生产潜力。所谓光能利用率（E）是指单位土地面积上作物累积的化学潜能与同期同面积上光合有效辐射之比。其计算式为：

E=Y · C· （666.7∑Q）· 100%

式中Y为作物经济产量（千克/亩），C为每千克作物干物质燃烧所产生的热量，一般为17.794兆焦耳/千克，∑Q是作物生长期光合有效辐射（兆焦耳/米2），作物不同其值不同。用上式计算本地主要作物小麦、玉米、油葵、小麦套种玉米4种主要作物栽培模式的光能利用率（表6-1）。

2005年惠农区4种主要作物的平均单产分别为小麦316千克、单种玉米718千克、麦套玉米776千克、油葵239.3千克，用上式计算这几种作物的光能利用率分别为小麦0.79%、单种玉米1.37%、麦套玉米1.17%、油葵0.47%。

近年来受气候变暖的影响，我区小麦单产有所下降，据统计1996年～2006年，我区主栽品种永良4号小麦年平均单产比1985年～1995年平均单产下降50千克以上，光能利用率下降近0.11个百分点。受气候影响和依靠品种更新，我区玉米产量由过去的400多千克提高到现在的700多千克，光能利用率提高近0.6个百分点。从近20年小麦和玉米的单产分析来看，小麦单产呈持平下降趋势，单种玉米单产呈上升趋势，麦套玉米单产也呈上升趋势，主要是其中的玉米单产上升了，从目前主推玉米品种“登海三号”等品种的最高单产可达到1200千克左右，其光能利用率挖掘空间较大。由此可见，要想挖掘本地作物的光合生产潜力，较大限度地提高光能利用率，最直接有效的手段就是压缩小麦面积，扩大以单种玉米及以玉米套作为主的高效作物。

第二节　农作物光温生产潜力分析

在生产潜力的估算中，热量资源的作用不可忽视。由于界限温度之间的光合生产速度并非恒量，因此要加上温度订正项。目前在生产中，计算光温潜力多采用沪宁同志提出的各种作物和各种植模式的光温生产潜力计算方法，计算公式如下：

Yt=Y （4.3×10-2t-5.8×10-4t2）

式中Yt为作物的光温生产潜力（千克/亩），Y为作物的经济产量光合生产潜力（千克/亩），t为光合作用温度。由上式可以看出，作物的光温生产潜力取决于光合生产潜力和光合作用能力。在光合生产潜力Y一定时，光合生产潜力Yt主要随光合温度之高低而变化。光温生产潜力Yt与光合生产潜力Y成正比，Y越大，Yt就越大，反之就小。

在此，我们取气温在10℃～25℃范围内，每隔2.5℃，用上式计算出本地作物经济产量光合生产潜力下的光温生产潜力，以此来分析惠农区作物的光温生产潜力（表6-2）。

由表6-2可以看出，作物光温生产潜力随温度的升高而增加，当经济产量光合生产潜力为500千克/亩时，温度每升高2.5℃，光温生产潜力Yt提高19～39千克/亩。当温度为20℃时，光温生产潜力Yt随光合生产潜力Y的增加而增加，Y为200千克/亩时，Yt为126千克/亩；Y为400千克/亩时，Yt为251千克/亩，两者均相应增加2倍。

取经济产量光合生产潜力为500千克/亩，以玉米为例，若玉米生长期间光合温度为20℃，Yt为314千克/亩，温度为22.5℃，Yt为340千克/亩，光温生产潜力增加26千克/亩。20世纪90年代以前惠农区玉米生长期间白天气温一般在22.5℃左右，Yt一般为340千克/亩，自20世纪90年代中期以来，本地气温平均比过去升高了1.3℃，使玉米生长期间白天气温升高至24℃左右，Yt则达到了349千克/亩，可见要提高光温生产潜力，除了要提高光能利用率外，就要提高作物特别是玉米、蔬菜等喜温作物生长期间的温度。目前受全球气候变暖的影响，本地气温明显提高，只要我们积极采取措施，扩大喜温作物种植面积，采用玉米套种蔬菜、菜套菜等栽培种植模式，提高作物光温生产潜力还是能办到的。

第三节　农作物气候生产潜力分析

邓根云曾提出我国气候生产力的计算公式：

Yc=Yp·f（t）

式中：Yc是气候生产力（千克/亩），Yp是光合生产潜力，f （t）是气温影响函数。当t≤0℃时f （t）=0；t≥30℃时，f （t）=1，设温度在0℃～30℃时，f （t）呈线性增加，Yc的大小由Yp的大小决定。我们给出Yp的计算式：

Yp的计算式中F=0.4为经济系数，E1为光能利用率，取其上限值4%，C为每千克物质燃烧产生的热量，其值为17.794兆焦耳/千克，则Yp =0.5996∑Q，最后可得出

取作物生长季节生理辐射值，通过上式计算本地的气候生产力（表6-3）。

表6-3　惠农区气候生产潜力计算结果

由表6-3可见，当光能利用率达到上限值时，作物生长季节气温每提高1℃，作物的气候生产力可提高30～33千克/亩。气候生产潜力与气温成正比关系，所以，要想提高气候生产力，就得提高作物生长季节的气温。

第四节　农业气候资源利用现状

综合上述计算和分析可以得出惠农区农业气候资源的利用现状。

一、光能利用率总体较低(www.chuimin.cn)

从现有农作物的产量分析，惠农区主要农作物的光能利用率分别是小麦0.79%、单种玉米1.37%、小麦套种玉米1.17%、油葵0.47%，与曾经出现过或报道过的最高单产的光能利用率和可能达到的光能利用率相差很大，可挖掘的潜力空间很大。

二、光温利用低

在作物生长季节里，白天温度取20℃时，各作物的光合生产潜力不尽相同，但总体水平仍处于较低水平，与各作物相应主栽品种曾经达到或报道达到的最高单产和可能达到的光温生产潜力相差很大，可挖掘空间大。

三、气候利用水平低

作物生长季节平均气温以19℃分析，本地气候生产潜力平均可达568千克/亩，现在粮食除单种玉米可超过这一水平，单种小麦、油葵均低于这一水平，可见气候生产力也有潜力可挖。

第五节　提高农业气候资源生产潜力的途径和措施

通过以上光合、光温和气候生产潜力分析得知，农业气候资源生产潜力主要取决于光合生产潜力和作物生长期间的温度条件。由于作物生长期间的温度一般变化不大，所以提高农业气候资源生产潜力的途径主要要从提高光合生产潜力方面入手求突破，而光合生产潜力主要取决于作物和光能利用率。当前本地农作物光能利用率不高的原因主要有以下自然因素：（1）作物生产初期耕地地面覆盖程度较低；（2）作物光能转化率低；（3）作物群体内光能源分布不尽合理，高秆作物下部叶片光照不足；（4）作物受春、秋季节低温的限制明显；（5）自然灾害中如气象灾害和病虫草害的影响明显；（6）随着工业的发展，环境污染有一定影响，尤其是环境大气污染影响作物的光合和呼吸作用。要提高作物光合生产潜力，增加产量，就得解决上述矛盾，而解决这些矛盾的关键就是提高光能利用率。

在现有的农业气候资源条件下，如何提高农业气候资源率，使其在生产中发挥更大的作用，收到最佳的经济效益和社会效益，这是分析农业气候资源的主要目的。针对惠农区的农业生产现状和农业气候资源情况，以下将讨论有关提高气候资源利用度的几个问题。

一、调整作物布局，扩大生育期长、光能利用率高的作物，压缩生育期短的作物

目前适合本地生产条件的高效喜温作物主要有玉米、枸杞、饲草和脱水蔬菜中的甜椒、番茄、芹菜、韭葱、甘蓝等。这几类作物生育期长，喜高温，其中枸杞不但生育期长，而且田间覆盖度较高；玉米和部分饲草不但生育期长而且光合效能高，呼吸消耗低，是本地目前增产幅度和增产潜力较大的作物，在布局上应扩大其种植面积。另外在热量条件允许的前提下，尽可能地选用生育期较长的品种种植，充分利用光、热资源。

二、合理密植

合理密植一方面能加大叶面积，获得更多的光能；另一方面可提高作物群体光能利用率，在不倒伏和空气流通的前提下，通过合理密植，扩大田间作物群体的叶面积系数，并维持较长的功能期，使之有利于作物光合产量的积累，增加产量。

三、采用适宜的耕作制度

从提高农作物产量的角度来考虑，首先要在温度热量许可的前提下，使耕地在一年中尽可能有更多的时间生长作物。目前我们的耕作模式仍是大部分农田种植一季作物。本地热量适中，种植作物一季有余，二季稍有不足。但光能资源又相当丰富，从5月到7月光照最强，温度较高。5月份大部分作物尚处于幼小阶段，田间覆盖度低，仅以小麦、枸杞、饲草田间覆盖度较大。7月份小麦收获后，大部分田块闲置，秋复种作物又处于幼小阶段，造成光、热资源浪费，得不到充分利用。为此，我们可考虑压缩部分单种小麦面积，压缩粮套粮种植面积，推行粮套菜、菜套菜模式，扩大枸杞、油葵、饲草等作物面积，这样不但可以充分利用生长季节的光能和热量资源，也可充分发挥边际效应，以达到充分利用土地资源的目的。

四、推广间、复、套种作物种植技术

间、复、套种作物即多熟种植作物，是指在一年中，在同一块地上种植两种以上的作物，它是作物种植在时间、空间上的集约化，是充分利用农业气候资源，趋利避害，提高土地利用率，取得单位面积稳产、高产的重要措施之一。

本区除回归水、地下水、扬黄灌溉水利用外，主要还享受引黄灌溉之便。丰富的水利资源，不仅能满足现有的耕地用水，也为多熟作物种植提供了优越的条件，光资源又为宁夏回族自治区最丰富的地区之一，完全可满足作物的需要，故多熟种植应重点考虑热量条件。

表6-4　主要作物生育期所需积温

注：小麦为出苗—成熟≥10℃积温；胡麻、油菜为播种—成熟≥10℃积温；水稻、玉米、番茄、茄子为播种—成熟≥10℃积温；枸杞为全生育期≥10℃积温。

表6-4给出了本区主要农作物所需积温情况，由此可见，种植小麦、胡麻、油菜等作物需≥10℃积温为1330℃～2600℃；玉米、水稻、枸杞、番茄、茄子等作物需≥10℃积温为2450℃～3700℃之间。而惠农区≥0℃积温在3760℃～4000℃之间，≥10℃积温在3260℃～3520℃之间，种植一季作物显然有余，所剩热量如何合理利用，这就是间、复、套种要考虑的主要问题。以惠农区小麦套玉米为例，小麦全生育期需要≥0℃的积温1930℃，从出苗到成熟需≥0℃积温1520℃～1720℃，该区≥0℃积温90%的保证率为3620℃，小麦完成全生育期后尚余≥0℃积温1700℃左右，若复种糜谷、香菜、大白菜、移栽韭葱等作物完全可以满足其生长、成熟之热量要求，如果加上共生期30～70天，间作或套种玉米、黄豆、苏子、油葵等作物也是可行的。由此可见，惠农区间、复、套种的气候条件是具备的，只要作物种类、品种搭配得当，措施有利，是完全可以取得成功的。

多年来，惠农区农民在作物种植上成功实现了粮粮套种、粮菜套种、粮经套种、菜菜套种等种植模式，并在生产实践中积累了较为丰富的经验，取得了较好的产量和效益，小麦套种玉米、小麦套种油葵、小麦套种甘蓝获得了成功，一年三种三收（小麦套种玉米间作大豆，糯玉米套种豌豆移栽甘蓝）也取得了成功经验，因此在肥力、地力等条件许可的情况下，推广间、复、套种种植方式，是惠农区充分利用农业气候资源，提高作物产量和效益的主要途径之一。

五、积极发展保护地种植技术

作物保护地种植不仅是农业生产的一项新技术，也是充分利用和提高农业气候资源的有力措施，它对改变作物环境条件和农田小气候有显著的作用，其类型有地膜覆盖、小拱棚、塑料大棚和节能日光温室等。作物保护地种植技术的特点是：一是增加光照；二是增加热量，特别是提高地温比较显著；三是保持土壤水分；四是防御霜冻对作物的危害；五是可减轻或抑制农田草害。

惠农区应用塑料大棚或温室技术起步于20世纪70年代中期，地膜覆盖起步于80年代初期，两项栽培技术均大发展于90年代，主要应用于蔬菜种植。它是冬春季充分利用太阳能资源，提高和利用热量资源，改变小气候的主要方法。靠这种方法可以延长蔬菜生产期，补充冬春季新鲜蔬菜供应，既提高了生产质量，又增加了菜农的经济收入，具有很好的应用前景和推广价值。

另外，地膜覆盖栽培技术除了提高农业气候资源利用率外，还具有促进作物出苗、幼苗早发、生长健壮、早熟增产、提高产品质量等优势。就地膜覆盖技术而言，作物播种日期一般可提前10～20天。

据惠农区农技部门试验测定，小麦套种玉米一膜两用增产效果十分显著，小麦增产26.6%，玉米增产54.6%。应用地膜栽培技术种植瓜菜，可提前上市15～20天。这一事实足以说明，地膜种植技术应用对提高热量具有显著效果，它对于种植热量条件要求高的作物很有实用性。

六、加强农田林网和基础设施建设

惠农区自然灾害较为频繁，大力植树造林，建设农田防护林网，改善和调节自然气候和农田小气候，减少自然灾害对作物的危害和影响，尤其是干热风对小麦的影响，是提高农业气候资源利用率不可忽视的措施。另外合理施肥、灌溉，及时防治病虫草害，给作物创造适宜的生长环境和条件，能提高作物光合生产力，并能使光合产物更多地得到贮存，提高作物的品质和产量。

七、开发利用太阳能和风能资源

惠农区太阳能和风能资源相当丰富，它是取之不尽，用之不竭的廉价可再生能源，开发和利用这两种新型能源，对促进惠农经济发展有着深远的意义。目前，太阳能热水器、太阳灶已在惠农区逐步得到应用和发展，大型风力发电厂正在开工建设中。随着惠农经济建设的迅速发展，太阳能、风能资源一定会被广泛开发利用。