婁底市冬半年光能利用潛力研究

王艷青，彭 磊，蘇仲銘，吳欣昱，唐曼琳

（1. 婁底市氣象局，湖南 婁底417000；2. 冷水江市氣象局，湖南 冷水江417500；3. 婁底職業技術學院，湖南 婁底417000）

農作物的葉綠素通過光合作用吸收空氣中的CO2和土壤中的水分合成碳水化合物，因而太陽能是自然界植物生產有機物質的唯一能源。農業生產過程就是將太陽能轉變成化學能，即綠色植物的葉綠體吸收太陽能的過程[1]。農業技術措施和耕作制度的改革以及新品種的選育等，都是為了提高綠色植物對太陽光能的利用率，從而提高農作物的產量，改善農作物的品質。

婁底市位于東經112°，北緯27°43′，屬中亞熱帶大陸性季風濕潤氣候區。熱量豐富，溫度適宜，四季分明：冬季少嚴寒，夏季多酷熱，秋季晴朗溫暖，春末夏初多雨成澇，盛夏初秋少雨多旱。全年平均氣溫16～17.3℃，年平均日照時間1 538 h，無霜期268 d。尤其是冬半年（在北半球，一般指秋季10月經冬季到春季3月的這段時間）光能資源豐富、熱水資源尚好，有利于農業生產的發展，現從氣象角度對婁底市冬半年的光能潛力作粗淺探討。

1 材料與方法

以婁底市氣象局歷年（1981～2010年）氣象觀測資料和農作物生育期觀測試驗研究資料為基礎數據，運用數理統計方法進行光合輻射和光合潛力計算，求出冬季主要作物的光生產潛力。

2 結果與分析

2.1 婁底市冬半年光、熱水資源狀況

從表1 中可以看出，婁底市冬半年日照時數為602.8 h，占全年總日照的38.5%；日照百分率在22%～40%之間；平均氣溫在5.0～18.0℃，0℃以上的活動積溫為1 803℃，占全年總活動積溫的29.4%；降水量為445.3 mm，占年總降水量的31.5%；冬半年太陽總輻射為38.546 0 kCal/cm2，占年總輻射值得37.6%。

2.2 太陽總輻射值與光合有效輻射及光合潛力估算

2.2.1 太陽總輻射值的計算 太陽總輻射值，（Q+q）式中（Q+q）為太陽總輻射值（kCal/cm2），（Q+q）0為 晴 天 條 件 下 的 太 陽 總 輻 射（kCal/cm2），a、b 為經驗系數，a＝0.248，b＝0.752，為日照百分率（%）。從表2 中可以看出，婁底市冬半年的太陽總輻射值為38.546 0 kCal/cm2。

表1 婁底市1981～2010年冬半年平均光熱水資源狀況

表2 婁底市太陽總輻射值計算

2.2.2 光合有效輻射 植物能直接利用的生理輻射為可見光，波長在0.38～0.71 m 之間，約占太陽能總輻射的50%左右。婁底市太陽總輻射值冬半年平均為38.546 0 kCal/cm2，占全年總輻射值的37.6%，生理輻射能值為19.469 5 kCal/cm2。

2.2.3 光能潛力估算 將日平均氣溫穩定通過5.0℃時期內的光能潛力稱為生產力[2]，采用左太康的光合潛力估算經驗公式：

式中，YT為光合生產潛力（kg/hm2），T 為溫度系數，f 為光能利用率（%），Q 為太陽總輻射值（kCal/cm2），t 為月平均氣溫（℃）。按上式計算婁底市冬半年光能的生產潛力，婁底市冬半年（10～翌年3月）各月份的光合生產潛力分別為7 867.5、6 090.0、51 07.5、4 350.0、4 867.5、5 880.0 kg/hm2，合計整個冬半年的光合生產潛力可達34 162.5 kg/hm2。以經濟系數0.4 計算，則單位面積產量可達13 665.0 kg/hm2。這說明冬季農業生產的光能潛力是非常巨大的。

3 婁底市冬半年光熱資源利用的建議

3.1 大力發展稻田油菜

通常，油菜在9月下旬播種至次年5月中旬成熟收割，露地田間栽培大田生育期在220 d 左右，經歷秋、冬、春三季的氣候變化，其生長發育與天氣氣候關系密切，油菜高產優質栽培各生育期的農業氣象指標如下。（1）油菜播種出苗期喜晴暖濕潤的氣候環境，以日平均氣溫12～20℃為宜，播種至出苗的時間隨溫度變化而變化，在16～20℃的環境下出苗速度最快，僅需3 d；而在13～16℃的環境下則需6 d。播種時10～20 cm 土壤濕度以20%左右為宜，長期干旱，土壤濕度小于15%將導致種子缺水不萌動或萌動后干死；若遇長期陰雨低溫，土壤濕度達50%以上，則會因土壤中缺氧而造成爛種或出苗后發生黑根死苗現象。苗期，在10～16℃的環境下需4～5 d 才能長出一片葉，而在6～9℃環境下則需7～8 d。（2）油菜移栽期的適宜溫度為14～17℃[2]，溫度過低不利于根系生長。油菜抽苔期的適宜溫度為15～18℃，日平均氣溫在10℃以上時，隨溫度的升高抽苔速度加快；若溫度降低到10℃以下，抽苔速度明顯變緩。若遇長時間的低溫陰雨寡照天氣，光合作用較弱，制造的碳水化合物少，導致生長勢弱、分枝少，且易感染菌核病等病害，油菜的產量和品質將大幅度下降。（3）油菜開花結莢的適宜溫度為15～24℃，相對濕度在70%～80%之間。當日平均氣溫降低到10℃以下時，開花數明顯減少。開花結莢時，若遇到低溫陰雨寡照天氣，易造成結莢不良；若遇高溫（25℃以上）高濕（相對濕度90%以上）環境，則容易滋生菌核病等病害；若遇持續高溫干旱少雨天氣，則蚜蟲危害的幾率大增。（4）油菜結莢期和籽粒成熟期要求天氣晴朗，適宜溫度在15～20℃之間。若遇大風冰雹易造成倒伏；若遇連續低溫陰雨寡照天氣，易造成籽粒不實、千粒重下降；若遇高溫（日平均氣溫25℃以上）干旱易引起幼莢脫落和高溫逼熟，產量降低。

根據油菜生物學特性和婁底市的氣候特點，筆者認為發展油菜生產是充分利用冬半年光熱資源，提高光能利用率的有效途徑之一，該市的氣候有利于油菜的高產豐收。由表3 可知，若光能利用率為1%，則油菜籽產量可達2 257.5 kg/hm2；若光熱利用率為2%，則油菜籽產量可達4 519.5 kg/hm2。

表3 婁底市冬半年各月份油菜光合生產潛力估算 （kg/hm2）

3.2 適當發展喜涼蔬菜

蘿卜屬半耐寒性蔬菜，喜溫，在溫差較大的環境下生長良好；其莖葉生長的最適宜溫度為15～20℃，肉質根生長的最適宜地溫為13～18℃，幼苗期能忍耐-2～-3℃的低溫，但在生長后期溫度低于-1～-2℃時，肉質根易受凍害。除了溫度以外，蘿卜屬長日照植物，要求充足的光照，日照不足、蔭蔽時，葉片小、產量低。蘿卜葉片較大，根系分布淺，耐旱力較弱，干旱時肉質根瘦小，但土壤水分過多，容易引起根部腐爛。生長中后期對水分的要求較前期高，土壤水分要求充足和穩定，若土壤干旱缺水，易引起肉質根開裂。

婁底市10月份平均氣溫在18.0℃左右，日平均氣溫穩定通過15.0℃的平均終日為10月25日，旬平均地溫穩定低于13.0℃的終日在1月上中旬[3]。

通常，蘿卜在9月底至10月初播種，10月上中旬出苗，平均氣溫在15～20℃時，適宜出苗和葉片生長，10月下旬末至11 中旬的平均氣溫穩定降低到15℃以下，地溫降低到20～15℃左右，有利于肉質根生長。

冬季的光熱資源適宜蘿卜、白菜等喜涼蔬菜和馬鈴薯的生育，產量可達30 t/hm2以上，既可增加蔬菜來源、滿足市場需求，繁榮市場，又可增加農民收入，若以蔬菜產量30 t/hm2計算，人均種0.07 hm2蔬菜，則每人可增加收入3 000 元，非常有利于農民增收，是農民脫貧致富的有效途徑之一。

3.3種植綠肥

據研究，稻田種植紅花草子、蘭花草子、蠶豆等綠肥作物，產量可達30～45 t/hm2，既可增加稻田土壤的有機質含量，改善土壤肥力，又可為牲畜提供飼料，還可提高土地利用率，一舉多得。

4 結論與討論

婁底市冬半年光熱資源豐富，日平均氣溫穩定通過10℃的平均終止日期為11月21日，初日為3月24日，終日至初日持續日數23 d；日平均氣溫穩定通過5.0℃的平均終日為12月24日，平均初日為2月27日，終日至初之間持續月數為65 d；日平均氣溫穩定通過0℃的日平均出現在1月7日，平均初日為1月1日，終日至初日持續日數僅6 d

0℃是地面凝結、霜凍的溫度指標，0℃以下大地封凍，不宜田間耕作，稱農閑期，故以一年中日平均氣溫穩定通過0℃初終間持續期為適宜農耕期。0℃也是越冬作物安全越冬的溫度指標。婁底市日平均氣溫0℃的初終間日數平均僅6 d，即越冬作物停止生長期僅為6 d[4]，說明該市的氣候有利于農作物安全越冬。

5.0℃是絕大多數越冬作物開始萌芽和緩慢生長的臨界溫度，婁底市日平均氣溫穩定通過5℃的平均終日為12日24日，平均初日為2月27日。日平均氣溫5.0℃，終日至初日間的持續日數為65 d。

因此，婁底市冬半年的光熱資源較豐富，有利于油菜、蘿卜、白菜等喜涼蔬菜和綠肥的生長發育和高產。但需要注意的是：（1）油菜要適時播種，既要防止冬季過早播種造成冬前抽苔，又要防止過遲播種造成的長勢不良、產量下降；（2）冬半年雨水天氣較多，要做好防雨、開溝、排水工作，作到雨停田干，使土壤透氣，有利于油菜根系生長；（3）1～2月隆冬季節常有冰凍天氣出現，極端最低氣溫在-5.0℃以下，對油菜生長不利，故作好冬季油菜培蔸防寒防凍，亦是油菜高產豐收的一項不可忽視的工作。

[1]韓湘玲.中國農業氣候學[M].太原：山西科學技術出版社，1999.

[2]李全勝，楊忠恩.作物光能和光溫生產潛力計算模式及其應用——以杭州市早稻和晚稻生產為例[J].生物數學學報，2000，15（2）：139-144.

[3]伍智文，蔡海朝.婁底市農業氣候資源與油菜產量的特征研究[J].湖南農業科學，2012，（8）：86-88.

[4]鄧見英，曾海鵬，胡國強，等.婁底市氣象為農服務的現狀與對策建議[J].安徽農業科學，2014，42（23）：7924-7926.