2021-4-9 | 农业
作物生产潜力是指该地区理论上最大可能实现的产量。联合国粮农组织（FAO）推荐采用逆向限制因子修正法计算作物生产潜力，该方法具有严密的理论基础和公式推导，在计算作物生产潜力的诸多方法和公式中应用最为广泛，其原理在于根据光照、温度、水分、肥料和社会因素等因子逐段订正模型来估算作物生产潜力。其中光照和温度因子通常认为是不可控的，而水分、肥料和社会因素可通过人为灌溉、施肥和耕作等措施进行改善，以适应和挖掘光温潜力的发挥。
河西走廊绿洲灌区是甘肃省重要的商品粮基地，该区耕地面积占全省耕地面积的18.4%，粮食总产量却占全省的31.9%，贡献着全省70%的商品粮，对实现甘肃省粮食基本自给发挥了重要作用，进一步挖掘该区粮食生产潜力，实现高产高效可持续发展，是解决“三农”问题和实现新农村建设的首先需要突破的问题。我们根据逆向限制因子修正法原理，通过讨论不可控的光温潜力计算，以期为该地区粮食高产高效可持续发展提供参考。
1估算模型
1.1作物光合生产潜力估算模型
光合生产潜力（YQ）选用下式计算：YQ=［Q×ε×α×（1-β）×（1-γ）×（1-ω）×Φ］［/（1-X）×H］式中，ε为生理辐射系数（取0.49）；α为辐射吸收率（取0.10）；β为辐射漏射率（取0.07）；γ为光饱和限制率（取0）；ω为呼吸消耗率（取0.3）；Φ为量子转化效率（取0.224）；X为植株含水率（取0.14）；H为质能转化系数（取1.78×107J/kg）；Q为到达地面的太阳总辐射强度（J/cm2）。Q值可以直接测定，也可用日照时数来估算。应用日照时数估算采用下式：Q=（0.25+0.45×n/N）×Ra式中，Ra为大气上界辐射量（取1395W/m2）；n为实际日照时数（h）；N为可能日照时数（h）。经计算，上述公式可转化为：Q=348.75+627.75×n/N其中N可用Goudriaan和VanLaar提出的公式计算，即：N=12×［1+（2/π）×a×sin（a/b）］；a=sinλ×sinδ；b=cosλ×cosδ；sinδ=-sin（π×23.45/180）×cos［2π×（td+10）/365］。式中，td为日序（d）；λ为纬度；δ为太阳相对于赤道的倾角。
1.2间套作光截获潜力因子修订
间套作种植由于作物间相互遮光，导致高秆作物能获得更多的光照资源，而矮秆作物则获得相对较少的光资源，因此其整体光资源的获得与种植方式和两作物的相对株高动态有关。我们采用张立桢的方法对1.5m带幅小麦间作玉米田光截获系数进行修订。Int代表间套作，i是间套作体系中的构成作物，即小麦或玉米。fint，i是指在整个间套作体系中光交错条件下构成作物光截获的部分，fi是作物i在单作条件下的光收获值，fcomp，i是指间套作体系中被构成作物截获的整个体系中单位面积上的光交错部分。Li是第i物种的叶面积指数，Lcomp，i代表的是间套作体系中作物i在带幅里的单位面积叶面积指数，Sp，i，Ss，i和ki是回归系数。
1.3光温生产潜力
光温生产潜力（YT）是在YQ的基础上，经温度有效系数［（fT）］校正后得到，与YQ计算公式相对应的［f（T）］计算分为喜凉作物和喜温作物。在甘肃河西地区，光合作用最高温度界限（一般认为45℃）不会出现，可不考虑光合作用热限。玉米生长的适宜温度为10℃以上，最适温度为25℃，故采用分段函数估算温度因子修订系数。豌豆生长的适宜温度基本与小麦相同，故豌豆温度因子修订系数也采用上式（春小麦温度因子修订系数）。
2结果与分析
2.1河西走廊光温潜力季节分布规律
依据上述计算方法，计算得出河西走廊主要粮食产区张掖和武威两地不同月份的光温潜力（表1）。从表1看出，该生态区的光温潜力主要分布在4—10月份，1、2、3、11、12月份处在冬季，气温偏低，小麦和玉米难以生长，光温潜力为0。夏季光合有效辐射量大，月平均气温高，光温潜力大，以6、7、8月份较高，因此充分利用这3个月的光热资源是创建高产田的关键所在。
2.2张掖市单作春小麦、单作玉米及小麦间作玉米的产量潜力分析
表2列出了张掖市单作小麦、单作玉米和小麦间作玉米的光温产量潜力和实际高产田产量。从表2可知，单作春小麦的产量潜力为12840kg/hm2，占光温潜力的41.1%；单作玉米的光温潜力为21435kg/hm2，占光温潜力的68.6%；小麦间作玉米的光温潜力最高，达26145kg/hm2，能利用光温潜力的83.7%。在张掖市，从增产潜力上讲，小麦间作玉米是单作春小麦光温潜力的2.03倍，是单作玉米的1.22倍。因此，小麦间作玉米是该地区创建高产田的首选种植方式。从调查得到的当地实际高产水平看，也是小麦间作玉米的产量水平最高；其次是单作玉米；单作春小麦实际高产水平最低。从实际高产水平和理论光温潜力的角度比较而言，无论单作春小麦、单作玉米还是小麦间作玉米，均可实现理论光温潜力的58%～59%，可以挖掘的产量潜力仅仅有40%左右。但从增产绝对值来看，显然小麦间作玉米最具有增产潜力；其次是单作玉米；单作春小麦产量再增长的难度较大。
2.3武威市单作豌豆、单作玉米和豌豆间作玉米光温潜力分析
豌豆间作玉米是武威市近年来发展较为迅速的种植模式，主要是因为它具有显著的节水功能，特别适合在水资源缺乏的地区推广应用。从表3可知，在武威市，豌豆间作玉米的产量潜力大于单作玉米，且远远大于单作豌豆的光温潜力；单作豌豆的产量潜力很低，仅仅占当地光温潜力的24.0%。这一结果也揭示了单作豌豆在当地发展前途有限，最好作为填闲作物补充主产作物对光热资源的冗余。这也和当地的生产实践相符，豌豆主要作为套作品种或麦后复种做绿肥的形式出现。相对于小麦间作玉米，豌豆间作玉米还有45%的潜力挖掘，辅之以适当的栽培技术，应当具有广泛的发展空间。