海城市高粱光能生產(chǎn)潛勢特征分析

徐長哲　曹蕊

摘要 采用數(shù)學(xué)模擬方法，利用1960～2009年海城高粱產(chǎn)量資料，分析海城市高粱光能生產(chǎn)潛勢的變化。在今后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)充分利用有利的氣象條件，發(fā)揮最大的生產(chǎn)潛勢，提高高粱產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞 海城市；高粱；光能生產(chǎn)潛勢；年代際變化

中圖分類號(hào) S154 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）20-06534-02

Analysis on Characteristics of Sorghum Light Energy Production Potential in Haicheng City

XU Changzhe et al （Haicheng Meteorological Bureau， Haicheng， Liaoning 114200）

Abstract By using sorghum yield data in Haicheng City during 1960-2009， the variation of sorghum light energy production potential was analyzed with the numerical simulation method. In the future agriculture production， we should make full use of favorable weather conditions， so as to develop the maximum production potential and increase the yield of sorghum.

Key words Haicheng City； Sorghum； Light energy production potential； Interdecadal variation

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深入，經(jīng)濟(jì)作物種類和種植面積逐年增加。作物光能生產(chǎn)潛勢的分析非常重要。農(nóng)作物光能生產(chǎn)潛勢分析是氣候資源利用分析的一個(gè)方面，也是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的一部分。探索農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，對可持續(xù)優(yōu)化模式具有重要的意義。海城市是遼寧省產(chǎn)糧大市，在保障糧食增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)上責(zé)任重大。高粱是海城市傳統(tǒng)糧食作物之一。要提高高粱產(chǎn)量，首先要了解高粱的光能生產(chǎn)潛勢特征。

光能生產(chǎn)潛勢是指在其他條件充分滿足時(shí)，農(nóng)作物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)潛能貯存于植物體中，形成農(nóng)業(yè)產(chǎn)量[1]。其實(shí)質(zhì)是綠色植物在適宜的水熱條件下，在其他農(nóng)業(yè)技術(shù)條件處于良性循環(huán)中，通過光合作用將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物，同時(shí)釋放出氧氣，故光能生產(chǎn)潛勢也稱光合生產(chǎn)潛勢，其光合作用的能量轉(zhuǎn)換可以表示為：

CO2+H2O+20.93×105 J葉綠素與10個(gè)光量子CH2O+O2-4.69×105J

可見，光能生產(chǎn)潛勢的高低主要取決于農(nóng)作物的生物特性、當(dāng)?shù)氐奶栞椛浜蛯μ柲苻D(zhuǎn)換率的高低。有不少學(xué)者研究了太陽輻射的年代際變化特征，也就是分析了它對氣象的影響[2-4]。在此基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步分析當(dāng)?shù)氐奶栞椛渑c高粱生產(chǎn)潛勢的聯(lián)系。

1 材料與方法

1.1 資料來源

海城高粱產(chǎn)量資料包括1960～2008年，來源于海城市統(tǒng)計(jì)局。

1.2 高粱光能生產(chǎn)潛勢數(shù)學(xué)模擬 為了定量表達(dá)農(nóng)作物的光能生產(chǎn)潛勢，可采用數(shù)學(xué)模擬方法，其通用表達(dá)式為：

M=δσKRg

式中，M為農(nóng)作物光能生產(chǎn)潛勢；δ為與農(nóng)作物燃燒熱相關(guān)的量綱換算系數(shù)，作物不同，其值不同；σ為光能利用率；K為農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)；Rg為生長季太陽總輻射。式中的有關(guān)參數(shù)經(jīng)變換后，結(jié)合海城市相關(guān)農(nóng)作物的實(shí)際情況，演變高粱為作物光能生產(chǎn)潛勢具體估算模擬。

高粱光能生產(chǎn)潛勢式為：

M1=5.961 1Rg

1.3 生長季太陽總輻射

太陽總輻射值計(jì)算方法為：

Q=Q0（a+bS）

式中，Q為月總輻射；S為月日照百分率；a，b為系數(shù)；Q0為當(dāng)?shù)卦绿煳目傒椛洌捎上率角蟪觥?/p>

Q0=mn=1Qn

式中，Q為日天文太陽總輻射量，單位為MJ/（m2·d）； m為計(jì)算月的天數(shù)。

Qn=TI0πρ2（ω0+sinφsinδ+cosφcosδsinω0）

式中，T為一天的長度 （24 h ）；I0為太陽常數(shù)；ρ為日地相對距離；φ為地理緯度；σ為太陽赤緯。

2 結(jié)果與分析

2.1 海城地區(qū)1960～2009年太陽總輻射 由圖1可知，從整體上看，該區(qū)太陽總輻射呈遞減趨勢。大體上，總輻射存在準(zhǔn)10年周期振蕩，1966～1975、1976～1985、1986～1995、1996～2005年總輻射有先增加后減少的趨勢。

圖1 1960～2009年海城地區(qū)太陽總輻射

2.2 光能生產(chǎn)潛勢分布特征

由圖2可知，高粱光能生產(chǎn)潛勢整體呈下降趨勢， 50年中平均值線以上的共有30年，平均值以下的有20年。高粱光能生產(chǎn)潛勢50年年際間變化規(guī)律是：前10年為大起大落時(shí)期，中間10年為波動(dòng)上升時(shí)期，后30年為大幅度波動(dòng)下降趨勢。

圖2 海城市高粱光能生產(chǎn)潛勢曲線

2.3 光能生產(chǎn)潛勢年代際分布特征

由圖2可知，海城市高粱20世紀(jì)60年代光能生產(chǎn)潛勢的平均值為438 kg，比海城高粱50年的平均值高8 kg，為5個(gè)年代際平均值中的第2位；70年代光能生產(chǎn)潛勢的平均值為444 kg，比海城高粱50年平均值高14 kg，為5個(gè)年代際平均值中第1位；80年代光能生產(chǎn)潛勢的平均值為435 kg，比海城高粱50年平均值高5 kg，為5個(gè)年代際平均值的第3位；90年代光能生產(chǎn)潛勢平均值為421 kg，比海城高粱50年平均值低9 kg，為5個(gè)年代際平均值中的倒數(shù)第2位；21世紀(jì)10年代光能生產(chǎn)潛勢平均值為411 kg，是5個(gè)年代中最小的一個(gè)，比海城高粱50年平均值低19 kg。

2.4 光能生產(chǎn)潛勢極值分布特征

由圖2可知，海城市高粱50年光能生產(chǎn)潛勢最高值為1963年的476 kg，為50年平均值的1.11倍，高46 kg；最低值為2005年的383 kg，為50年平均值的0.89倍，低47 kg。

如按2個(gè)量級(jí)為豐欠標(biāo)準(zhǔn)的話，即平均值以上大于2

個(gè)量級(jí)的潛勢為豐年標(biāo)準(zhǔn)，平均值以下小于

2個(gè)量級(jí)的潛勢為欠年標(biāo)準(zhǔn)，其余為平年標(biāo)準(zhǔn)，則豐年9年，分別為1963、1965、1972、1974、1977、1978、1980年；欠年10年，分別為1960、1985、1990、1995、1996、2003、2004、2005、2006、2008；其余27年為平年。

3 結(jié)論與討論

（1）1960～2009年海城地區(qū)太陽總輻射呈遞減趨勢。

（2）20世紀(jì)60年代和21世紀(jì)10年代2個(gè)年代極值差別最大，20世紀(jì)60年代最高值與最低值之差為81 kg；21世紀(jì)10年代最高值與最低值之差為66 kg。

（3）在潛勢產(chǎn)量高值的1963、1965、1972、1974、1977、1978、1980年，光、溫、水條件對高粱生長發(fā)育十分有利，災(zāi)情較少，氣候資源得到發(fā)揮；而潛勢產(chǎn)量低值的1960、1985、1990、1995、1996、2003、2004、2005、2006、2008年災(zāi)情較多，抑制了氣候資源的利用和高粱生長、產(chǎn)量形成。

（4）海城市高粱光能生產(chǎn)潛勢較大，50年高粱光能生產(chǎn)潛勢變化幅度為5 745～7 140 kg/hm2。從海城市氣候資源利用上看，提高高粱產(chǎn)量還有一定的空間。因不利氣候條件的影響，出現(xiàn)潛勢產(chǎn)量較低的年景，若能充分利用有利氣象條件，發(fā)揮氣候資源優(yōu)勢，則高粱產(chǎn)量還將大幅度提高。

（5） 海城地區(qū)高粱光能生產(chǎn)潛勢動(dòng)態(tài)變化趨勢與該地區(qū)生長季太陽輻射年際間動(dòng)態(tài)變化趨勢完全同步。

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