第４１卷第３期 东北农业大学学报 ４１ｆ３１：７５￣７８ ２０１０年３月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ ＡＳｄｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍａｒ．２０１０ 黑龙江省作物气候生产潜力估算 杨重一 ，庞士力 ，孙彦坤 （１．辽宁省桓仁县林业局，辽宁桓仁１１７２００；２．辽宁省桓仁县环保局，辽宁桓仁１１７２００； ３．东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 １５００３０） 摘要：文章计算了黑龙江省７５个县市３种主要作物的光温生产潜力和气候生产潜力，讨论了黑龙江省作 物气候生产潜力的稳定性。结果表明，黑龙江省光温及气候生产潜力差异较大，且从北到南呈增加趋势；气候生 产潜力越大的地方，变率越小；气候生产潜力越小的地方，变率越大。 关键词：作物光温生产潜力；作物气候生产潜力；稳定性 中图分类号：Ｓ１６２．５；Ｐ２０８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５—９３６９（２０１０）０３—００７５－０４ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｏｐ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏ—— ｖｉｎｃｅ／ＹＡＮＧ Ｚｈｏｎｇｙｉ’，ＰＡＮＧ Ｓｈｉｌｉ ，ＳＵＮ Ｙａｎｋｕｎ。（１．Ｈｕａｎｒｅｎ Ｃｏｕｎｔｙ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｈｕａｎｒｅｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １７２００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｕａｎｒｅｎ Ｃｏｕｎｔｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ，Ｈｕａｎｒｅｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １ ７２００。Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５００３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｍａｉｎ ｃｒｏｐｓ（ｒｉｃｅ，ｍａｉｚｅ ａｎｄ ｓｏｙｂｅａｎ）ｆｏｒ ａｌｌ ｔｈｅ ｃｏｕｎｔｉｅｓ ｉｎ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｃｒｏｐ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ａｌｌ ｃｏｕｎｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｌａｔｉｔｕｄｅ ｓｐａｎ ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｐｈ０ｔ０ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ ｔｏ ｔｈｅ Ｓｏｕｔｈ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｔｈｅ ｌａｒｇｅｒ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ｔｈｅ ｌａｒｇｅｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｐ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；ｃｒｏｐ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ 近年来，随着人口剧增、耕地锐减和环境退 富，具有发展农业生产的良好自然条件，世界仅 化，粮食生产显得１３益迫切，成为农业可持续发展 存三大黑土带之一位于其中，土质肥沃，水源充 的重要因素。在诸多影响作物产量的因子中，气候 足，耕地连片，地势平坦，适合机械化作业，并 对农业产生巨大的影响，气候变化如极端气候事件 且是全国耕地最多的省份，是我国重要的商品粮 频率的变化，使农业面临严峻的挑战。因此建立农 基地。 作物和气候因子相联系的模型和方法估算农作物产 黑龙江省目前种植面积最多的有玉米、大豆和 量对于探讨气候变化对农业的影响，尤其是对主要 水稻。但由于全省南北跨越１０个纬度，热量条件 农作物产量的影响显得尤为重要 。 差别很大，各类型的品种存在明显的北界和垂直分 黑龙江省处于我国最北部。其土地资源丰 布界限。 收稿日期：２００９—０６—０３ 基金项目：东北农业大学创新团队项目（ＣＸＴＯ０３—３—２） 作者简介：杨重一（１９８１一），女，工程师，硕士研究生，研究方向为气象生态。 通讯作者：孙彦坤，教授，博士生导师，研究方向为气象生态学。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｋ—ｓｕｎ＠１６３．ｃｏｎ 东北农业大学学报 第４１卷 １ 材料与方法 众多学者已从不同层次，不同角度对农业气候 ｌ，Ｑ一光合生产潜力（ｋｇ・ｈｍ ）； Ｔ）一温度有效系数； ｙｒ一光温生产潜力（ｋｇ・ｈｍ ）；ｆ（Ｗ）一水分有效系 数。 生产潜力进行了研究，总结出大量有价值的估算方 法，其中机制法（潜力递减法）由于其物理意义清 晰，因果关系明确，目前应用最为广泛嘲。 Ｙｗ＝Ｑ Ｑ） Ｔ） Ｗ） ＝１．１光合生产潜力 Ｙｅ＝Ｑ．ｌＱ）ｆ ＝ｃ Ｓ。 ‘ ・（１一 ）（１－１ｆ）（１－ｐ）（１一 ）（１一∞２厂 （２） （Ｌ）ＥＥＱ加（１一叼）（１ ） （１） 】， Ｔ） ｗ） 】， ｗ） 式中，ｃ一单位换算系数；ＹＱ－单位面积光合生 产潜力（ｋｇ・ｈｍ ），∑ 一生长季各月总辐射量 ＝式中，ｌ， 一气候生产潜力（ｋｇ・ｈｍ之）； 一５～９ （ＭＪ・Ｉｎ之），其他参数的意义和取值参照马树庆等问。 月太阳总辐射（ＭＪ・ｉｎ之）；厂（Ｑ）一光合有效系数； 结果见表１。 表１计算光合生产潜力各参数的意义及取值 Ｔａｂｌｅ １ Ｍｅａｎｉｎｇ ａｎｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ １．２光温生产潜力 （ｍｍ）； 一经验参数，当△Ｗ，≥２ ｍｍ时，农田水分 Ｙｒ＝Ｙ０．ｌｆＴ） （３） 过多， ＝ｗ ，；△ＷＪ＜２ ｍｍ时，降水适中或偏少， Ｆ（Ｔ）＝【（ 一７１ ）×（ 一 ）】 ／［（Ｔｏ—Ｔ ）×（ 一 ＝１；Ｅ广蒸发势月合计值（ｍｍ），计算公式采用国 Ｔｏ）１ （４） 内学者进行风速修正后的简便算法 。 式中，Ｂ＝（ 一Ｔｏ）／（Ｔｏ—Ｔ１），Ｔ一５～９月各月的平 Ｅ＝０．０００３（２５＋Ｔ） （１００－ｆ）（３＋ ） （７） 均气温，作物生育期三基点温度：Ｔ 一下限温度 Ｔ一平均气温（ｃＩ二）；ｆ－相对湿度（％）； 一风速 （℃），Ｔｒ上限温度（℃），ｒｒ『最适温度（ｃｃ）。 （ｍ ）； 一作物不同时期的作物系数。 １．３气候生产潜力 因水田以水利灌溉为前提，故这项分析只考虑 ｌ， ｙ 厂（Ｗ） （５） 旱田作物玉米和大豆，但灌溉用水也受到降水的影 ），＝１一ｌ△Ｗ ｋ／ｗ，． （６） 响，水田供水也很难达到１００％满足水稻要求。一 式中，△Ｗ，： 一 ， ＝ ・ ，Ｒ７５￣９月各月平 般认为，在目前的生产条件下，水田供水满足程度 均降水量（ｒａｍ）； 一某时期、某作物的需水量 约为９２％Ｌ８１。 第３期 杨重一等：黑龙江省作物气候生产潜力估算 ‘７７‘ １．４气候生产潜力相对变率指标 春和嫩江。杜蒙、龙江、齐齐哈尔虽然是光温生产 相对接率： ∑Ｉ ， ｉ＝１ Ａ （８） 潜力较高的地区，但由于作物生长季降水量较少， 水分有效系数较小，导致气候生产潜力下降较多， 式中， 一 年平均气候生产潜力；ｄ 一年距平 （ ）； 一统计年数。 １．５气候生产潜力变异系数指标 厂ｉ——————————一 成为气候生产潜力较低的地区，这说明了水分是限 制黑龙江省作物生产潜力发挥的重要因素。 １／∑（ ）２／（ ） 、 ＝ Ｌ ———。———一 （９） 式中， 一平均气候生产潜力； 一当年气候生产 潜力； 一统计年数。 资料为黑龙江省所属７５个县市气象站点自建 站至２００６年５－９月月平均辐射量、月平均温度、 月平均降水、月平均相对湿度和风速。 ２结果与分析 由于太阳辐射的逐年变化并不明显，故本文分 析只考虑温度和降水对气候生产潜力的影响。 ２．１光温生产潜力空间分布 根据公式（１）～（４），计算得到三种作物（玉米、 水稻、大豆）的光温生产潜力，图１为在ＧＩＳ支持 下作出的玉米光温生产潜力分布图。从温度订正系 数及图中光温生产潜力分布可以看出黑龙江省的光 温生产潜力主要与温度的空间分布有关，自南向北 逐渐降低并呈带状分布。泰来、杜蒙、肇源、齐齐 哈尔、肇州是光温生产潜力较高的地区，漠河、塔 河、伊春、黑河、孙吴、呼玛是光温生产潜力较低 的地区，与平均温度的高值区和低值区的分布大致 相同。玉米、水稻和大豆的光温生产潜力最高值分 别为２５ ９７３、２２ １５５和７ ３５７ ｋｇ・ｈｍ之，最低值分 别为３ ７８０、３０６和１ ２９８ ｋｇ・ｈｍ之。 ２．２气候生产潜力空间分布 由于本文将水稻的水分有效系数定为０．９２，因 此水稻的气候生产潜力分布与光温潜力分布空间形 式一致，只是数量有所衰减。根据公式（５）～（７）， 得出玉米和大豆的气候生产潜力值，并在ＧＩＳ支持 下作图２。如图所示，玉米气候生产潜力较高的地 区为泰来、呼兰、宾县、肇源、阿城、和肇洲等。 较低的地区为漠河、塔河、孙吴、五大连池、伊 春、和绥芬河等。大豆气候生产潜力较高的地区也 为泰来、呼兰、五常、双城、阿城、宾县等。较低 的地区为漠河、塔河、杜蒙、五大连池、孙吴、伊 撵黪磐 —一 一 —一 图１玉米光温生产潜力分布 Ｆｉｇ．１ Ｓｐａｃｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ— ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｉｅｓ 黪 ＿ 一 Ｉ＞１５０００ 图２玉米气候生产潜力分布 Ｆｉｇ．２ Ｓｐａｃｅ ｄｉｓｔ￣ｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｉｅｓ 由于黑龙江省地域广大，各地温度条件差异很 大，生育期温度对作物气候生产潜力的影响有较大 差异，因此，光温潜力在各地的差异很大。玉米、 水稻，大豆光温潜力的标准差分别为３ ５６５、３ ５１４ 和９６９ ｋｇ・ｈｍ ，甚至水稻最高值是最低值的７２．４３ 倍。由于降水条件的影响，黑龙江省作物气候生产 潜力的地域差异也很大。三种作物中大豆的地域差 异是最小的，其次为玉米，水稻的光温生产潜力地 域差异最大，对温度反映最为敏感，但由于将水分 有效系数定为０．９２，所以气候生产潜力的地域变化 与光温生产潜力保持一致。 ７８‘ 东北农业大学学报 第４１卷 ２．３气候生产潜力动态变化指标 ２．３．１ 气候生产潜力变率 根据公式（８）得出三种作物的气候生产潜力变率， 其分布的大致特点是气候生产潜力越大的地方，变率 越小；气候生产潜力越小的地方，变率越大。玉米气 候生产潜力变率的低值区为海林（１１．７６％）、呼兰 （１２．２２％）、林口（１２．７９％）、双城（１２．８６％），穆棱 （１２．９５％）；水稻气候生产潜力变率的低值区为杜蒙 （４．９０＇９／ｏ）、泰来（４．９５％）、肇州（５．３１％）、安达（５．７０％） 和肇东；大豆的低值区为海林（１０．９３％）、林口 （１１．５８％）、宁安（１２．１７％）、呼兰（１２．２２％）和穆棱 （１２．４８％）。这些地区作物气候生产潜力年季变化小， 出现高产年或低产年的可能性小。三种作物气候生产 潜力变率高值区分别为玉米：克山（２０．３３％）、呼吗 （２０．９７％）、孙吴（２１．１２％）；水稻：孙吴（２５．１６％）、绥 滨（３３．６２％）、肇源（６０．０５％）；大豆：孙吴（２０．２３％）、 克山（２Ｑ４５％）、杜蒙（２Ｑ７０％）。这些地区作物气候生 产潜力年季变化大，出现高产年或低产年的可能性 大。 ２．３．２气候生产潜力变异系数 根据公式（９）得出三种作物的气候生产潜力变 异系数。温度和降水量的不稳定是引起气候生产 潜力不稳定的重要因素，在黑龙江省包括哈尔滨 所属各县市，绥化中部和东南部地区热量资源丰 富，又为半湿润地区，水热条件配合较好，为稳 定区；西南部地区热量资源很好，水分却严重不 足，所以虽然产量低但稳定性也很高；包括牡丹 江及绥化西部和南部地区由于降水，其稳定性稍 低；而包括整个大，小兴安岭的北部地区虽然水 分条件好，但热量资源的不丰富使得此地气候生 产潜力稳定性很差。 低值区为玉米：海林（０．１５）、鸡西（０．１６）、桦 川（０．１６）、呼兰（０．１６）、穆棱（０．１６）；水稻：泰来 （０．０６）、杜蒙（０．０６）、肇州（Ｏ．０７）、安达（０．０８）、东 宁（０．０８）；大豆：海林（０．１４）、林口（０．１５）、穆棱 （０．１５）、呼兰（Ｏ．１６）、桦川（０．１６）。这些地区作物气 候生产潜力稳定性好。高值区为玉米：绥芬河 （０．２６）、孙吴（０．２７）、克山（０．２８）；水稻：孙吴 （０．３３）、绥滨（０．３７）、肇源（０．６２）；大豆：孙吴 （０．２６）、杜蒙（０．２６）、克山（０．２９）。这些地区的作物 气候生产潜力的稳定性差。 ３讨论与结论 ａ．由于黑龙江省由于南北跨度大，各地光温潜力 差异较大，且从北到南呈增加趋势。玉米、水稻和大 豆的光温生产潜力最高值分别为２５ ９７３、２２ １５５和 ７ ３５７ ｋｇ－ｈｍ之，最低值分别为３ ７８０、３０６和１ ２９８ ｋｇ・ｈｒｎ－２；光温潜力的地区差异大豆＜玉米＜水稻。 ｂ．对于玉米和大豆而言，由于各地作物生育期 内降水的地带ｌ生分布，使得各地气候生产潜力也具 有较大差异，玉米和大豆的气候生产潜力最高值分 别为１４ ８９３和４ １１５ ｋｇ・ｈｍ之，最低值分别为２ ２６７ 和７７９ ｋｇ・ｈｍ之；水稻由于灌溉，气候生产潜力分 布一般与光温生产潜力分布一致。 ｃ．气候生产潜力越大的地方，变率越小；气候 生产潜力越小的地方，变率越大。温度和降水量的 不稳定是引起气候生产潜力不稳定的重要因素，哈 尔滨所属各县市，绥化中部和东南部地区水热条件 配合较好，为稳定区；西南部地区热量资源很好， 水分却严重不足，所以虽然潜力较低但稳定性也很 高；牡丹江及绥化西部和南部地区由于降水变率 大，其稳定性稍低；而整个大、小兴安岭的北部地 区虽然水分条件好，但热量资源的不丰富使得气候 生产潜力稳定性很差。 ［参考文献］ ［１】党安荣，阎守邕，吴宏歧，等．基于ＧＩＳ的中国土地生产潜力研 究『Ｊ］．生态学报，２０００，２０（６）：９１０—９１５． 【２】黄秉维．自然条件与作物生产一光合潜力［Ｍ】．北京：中国农业科 学院情报所，１９７８． ［３】雷国平，韩伟．黑龙江区域农用地自然生产潜力趋势面分析ｌＪ】． 东北农业大学学报，２００１，３２（３）：２９５—２９８． ［４］杨重一，庞士力，孙彦坤．作物生产潜力研究现状与趋势［』］＿东 北农业大学学报，２００８，３９（７）：１４０—１４４． ［５】李三爱，居辉，池宝亮．作物生产潜力研究进展【ＪＪ．中国农业气 象，２００５，２６（２）：１０６—１１１． ［６】马树庆．吉林省农业气候研究［Ｍ］．北京：北京气象出版社，１９９６． ｆ ７】李春云，姜秀萍．蒸发势的一种计算方法ｆＪ】．内蒙古气象，２０００ （１）：２７—２９． ［８］王宗明，张柏，张树清，等．松嫩平原农业气候生产潜力及自然 资源利用率研究［ＪＪ．中国农业气象，２００５，２６（１）：１－６
