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摘要 采用数学模拟方法，利用1960～2009年海城高粱产量资料，分析海城市高粱光能生产潜势的变化。在今后的农业生产中，应充分利用有利的气象条件，发挥最大的生产潜势，提高高粱产量。
关键词 海城市；高粱；光能生产潜势；年代际变化
中图分类号 S154 文献标识码
A 文章编号 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
随着农业产业结构调整的不断深入，经济作物种类和种植面积逐年增加。作物光能生产潜势的分析非常重要。农作物光能生产潜势分析是气候资源利用分析的一个方面，也是农业生态系统的一部分。探索农业生态系统，对可持续优化模式具有重要的意义。海城市是辽宁省产粮大市，在保障粮食增产、稳产上责任重大。高粱是海城市传统粮食作物之一。要提高高粱产量，首先要了解高粱的光能生产潜势特征。
光能生产潜势是指在其他条件充分满足时，农作物通过光合作用将太阳能转化为生物化学潜能贮存于植物体中，形成农业产量[1]。其实质是绿色植物在适宜的水热条件下，在其他农业技术条件处于良性循环中，通过光合作用将水和二氧化碳转化为碳水化合物，同时释放出氧气，故光能生产潜势也称光合生产潜势，其光合作用的能量转换可以表示为：
CO2+H2O+20.93×105 J叶绿素与10个光量子CH2O+O2-4.69×105J
可见，光能生产潜势的高低主要取决于农作物的生物特性、当地的太阳辐射和对太阳能转换率的高低。有不少学者研究了太阳辐射的年代际变化特征，也就是分析了它对气象的影响[2-4]。在此基础上，笔者进一步分析当地的太阳辐射与高粱生产潜势的联系。
1 材料与方法
1.1 资料来源
海城高粱产量资料包括1960～2008年，来源于海城市统计局。
1.2 高粱光能生产潜势数学模拟 为了定量表达农作物的光能生产潜势，可采用数学模拟方法，其通用表达式为：
M=δσKRg
式中，M为农作物光能生产潜势；δ为与农作物燃烧热相关的量纲换算系数，作物不同，其值不同；σ为光能利用率；K为农作物的经济系数；Rg为生长季太阳总辐射。式中的有关参数经变换后，结合海城市相关农作物的实际情况，演变高粱为作物光能生产潜势具体估算模拟。
高粱光能生产潜势式为：
M1=5.961 1Rg
1.3 生长季太阳总辐射
太阳总辐射值计算方法为：
Q=Q0（a+bS）
式中，Q为月总辐射；S为月日照百分率；a，b为系数；Q0为当地月天文总辐射，可由下式求出。
Q0=mn=1Qn
式中，Q為日天文太阳总辐射量，单位为MJ/（m2·d）； m为计算月的天数。
Qn=TI0πρ2（ω0+sinφsinδ+cosφcosδsinω0）
式中，T为一天的长度 （24 h ）；I0为太阳常数；ρ为日地相对距离；φ为地理纬度；σ为太阳赤纬。
2 结果与分析
2.1 海城地区1960～2009年太阳总辐射 由图1可知，从整体上看，该区太阳总辐射呈递减趋势。大体上，总辐射存在准10年周期振荡，1966～1975、1976～1985、1986～1995、1996～2005年总辐射有先增加后减少的趋势。
图1 1960～2009年海城地区太阳总辐射
2.2 光能生产潜势分布特征
由图2可知，高粱光能生产潜势整体呈下降趋势， 50年中平均值线以上的共有30年，平均值以下的有20年。高粱光能生产潜势50年年际间变化规律是：前10年为大起大落时期，中间10年为波动上升时期，后30年为大幅度波动下降趋势。
图2 海城市高粱光能生产潜势曲线
2.3 光能生产潜势年代际分布特征
由图2可知，海城市高粱20世纪60年代光能生产潜势的平均值为438 kg，比海城高粱50年的平均值高8 kg，为5个年代际平均值中的第2位；70年代光能生产潜势的平均值为444 kg，比海城高粱50年平均值高14 kg，为5个年代际平均值中第1位；80年代光能生产潜势的平均值为435 kg，比海城高粱50年平均值高5 kg，为5个年代际平均值的第3位；90年代光能生产潜势平均值为421 kg，比海城高粱50年平均值低9 kg，为5个年代际平均值中的倒数第2位；21世纪10年代光能生产潜势平均值为411 kg，是5个年代中最小的一个，比海城高粱50年平均值低19 kg。 2.4 光能生产潜势极值分布特征
由图2可知，海城市高粱50年光能生产潜势最高值為1963年的476 kg，为50年平均值的1.11倍，高46 kg；最低值为2005年的383 kg，为50年平均值的0.89倍，低47 kg。
如按2个量级为丰欠标准的话，即平均值以上大于2
个量级的潜势为丰年标准，平均值以下小于
2个量级的潜势为欠年标准，其余为平年标准，则丰年9年，分别为1963、1965、1972、1974、1977、1978、1980年；欠年10年，分别为1960、1985、1990、1995、1996、2003、2004、2005、2006、2008；其余27年为平年。
3 结论与讨论
（1）1960～2009年海城地区太阳总辐射呈递减趋势。
（2）20世纪60年代和21世纪10年代2个年代极值差别最大，20世纪60年代最高值与最低值之差为81 kg；21世纪10年代最高值与最低值之差为66 kg。
（3）在潜势产量高值的1963、1965、1972、1974、1977、1978、1980年，光、温、水条件对高粱生长发育十分有利，灾情较少，气候资源得到发挥；而潜势产量低值的1960、1985、1990、1995、1996、2003、2004、2005、2006、2008年灾情较多，抑制了气候资源的利用和高粱生长、产量形成。
（4）海城市高粱光能生产潜势较大，50年高粱光能生产潜势变化幅度为5 745～7 140 kg/hm2。从海城市气候资源利用上看，提高高粱产量还有一定的空间。因不利气候条件的影响，出现潜势产量较低的年景，若能充分利用有利气象条件，发挥气候资源优势，则高粱产量还将大幅度提高。
（5） 海城地区高粱光能生产潜势动态变化趋势与该地区生长季太阳辐射年际间动态变化趋势完全同步。
参考文献
[1] 姚玉凤，房剑.灯塔气候与农业减灾[M].沈阳：沈阳市第二市政公司印刷厂，2004.
[2] 李晓文，李维亮，周秀骥.中国近30年太阳辐射状况研究[J].应用气象学报，1998，9（1）：24-31.
[3] 冯瑞萍，张智，姜娜娜，等.银川市太阳辐射气候变化特征分析[J].江西农业学报，2013，25（9）：111-114.
[4] 查良松.我国地面太阳辐射量的时空变化研究[J].地理科学，1996，16（3）：232 -237.
关键词 海城市；高粱；光能生产潜势；年代际变化
中图分类号 S154 文献标识码
A 文章编号 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
随着农业产业结构调整的不断深入，经济作物种类和种植面积逐年增加。作物光能生产潜势的分析非常重要。农作物光能生产潜势分析是气候资源利用分析的一个方面，也是农业生态系统的一部分。探索农业生态系统，对可持续优化模式具有重要的意义。海城市是辽宁省产粮大市，在保障粮食增产、稳产上责任重大。高粱是海城市传统粮食作物之一。要提高高粱产量，首先要了解高粱的光能生产潜势特征。
光能生产潜势是指在其他条件充分满足时，农作物通过光合作用将太阳能转化为生物化学潜能贮存于植物体中，形成农业产量[1]。其实质是绿色植物在适宜的水热条件下，在其他农业技术条件处于良性循环中，通过光合作用将水和二氧化碳转化为碳水化合物，同时释放出氧气，故光能生产潜势也称光合生产潜势，其光合作用的能量转换可以表示为：
CO2+H2O+20.93×105 J叶绿素与10个光量子CH2O+O2-4.69×105J
可见，光能生产潜势的高低主要取决于农作物的生物特性、当地的太阳辐射和对太阳能转换率的高低。有不少学者研究了太阳辐射的年代际变化特征，也就是分析了它对气象的影响[2-4]。在此基础上，笔者进一步分析当地的太阳辐射与高粱生产潜势的联系。
1 材料与方法
1.1 资料来源
海城高粱产量资料包括1960～2008年，来源于海城市统计局。
1.2 高粱光能生产潜势数学模拟 为了定量表达农作物的光能生产潜势，可采用数学模拟方法，其通用表达式为：
M=δσKRg
式中，M为农作物光能生产潜势；δ为与农作物燃烧热相关的量纲换算系数，作物不同，其值不同；σ为光能利用率；K为农作物的经济系数；Rg为生长季太阳总辐射。式中的有关参数经变换后，结合海城市相关农作物的实际情况，演变高粱为作物光能生产潜势具体估算模拟。
高粱光能生产潜势式为：
M1=5.961 1Rg
1.3 生长季太阳总辐射
太阳总辐射值计算方法为：
Q=Q0（a+bS）
式中，Q为月总辐射；S为月日照百分率；a，b为系数；Q0为当地月天文总辐射，可由下式求出。
Q0=mn=1Qn
式中，Q為日天文太阳总辐射量，单位为MJ/（m2·d）； m为计算月的天数。
Qn=TI0πρ2（ω0+sinφsinδ+cosφcosδsinω0）
式中，T为一天的长度 （24 h ）；I0为太阳常数；ρ为日地相对距离；φ为地理纬度；σ为太阳赤纬。
2 结果与分析
2.1 海城地区1960～2009年太阳总辐射 由图1可知，从整体上看，该区太阳总辐射呈递减趋势。大体上，总辐射存在准10年周期振荡，1966～1975、1976～1985、1986～1995、1996～2005年总辐射有先增加后减少的趋势。
图1 1960～2009年海城地区太阳总辐射
2.2 光能生产潜势分布特征
由图2可知，高粱光能生产潜势整体呈下降趋势， 50年中平均值线以上的共有30年，平均值以下的有20年。高粱光能生产潜势50年年际间变化规律是：前10年为大起大落时期，中间10年为波动上升时期，后30年为大幅度波动下降趋势。
图2 海城市高粱光能生产潜势曲线
2.3 光能生产潜势年代际分布特征
由图2可知，海城市高粱20世纪60年代光能生产潜势的平均值为438 kg，比海城高粱50年的平均值高8 kg，为5个年代际平均值中的第2位；70年代光能生产潜势的平均值为444 kg，比海城高粱50年平均值高14 kg，为5个年代际平均值中第1位；80年代光能生产潜势的平均值为435 kg，比海城高粱50年平均值高5 kg，为5个年代际平均值的第3位；90年代光能生产潜势平均值为421 kg，比海城高粱50年平均值低9 kg，为5个年代际平均值中的倒数第2位；21世纪10年代光能生产潜势平均值为411 kg，是5个年代中最小的一个，比海城高粱50年平均值低19 kg。 2.4 光能生产潜势极值分布特征
由图2可知，海城市高粱50年光能生产潜势最高值為1963年的476 kg，为50年平均值的1.11倍，高46 kg；最低值为2005年的383 kg，为50年平均值的0.89倍，低47 kg。
如按2个量级为丰欠标准的话，即平均值以上大于2
个量级的潜势为丰年标准，平均值以下小于
2个量级的潜势为欠年标准，其余为平年标准，则丰年9年，分别为1963、1965、1972、1974、1977、1978、1980年；欠年10年，分别为1960、1985、1990、1995、1996、2003、2004、2005、2006、2008；其余27年为平年。
3 结论与讨论
（1）1960～2009年海城地区太阳总辐射呈递减趋势。
（2）20世纪60年代和21世纪10年代2个年代极值差别最大，20世纪60年代最高值与最低值之差为81 kg；21世纪10年代最高值与最低值之差为66 kg。
（3）在潜势产量高值的1963、1965、1972、1974、1977、1978、1980年，光、温、水条件对高粱生长发育十分有利，灾情较少，气候资源得到发挥；而潜势产量低值的1960、1985、1990、1995、1996、2003、2004、2005、2006、2008年灾情较多，抑制了气候资源的利用和高粱生长、产量形成。
（4）海城市高粱光能生产潜势较大，50年高粱光能生产潜势变化幅度为5 745～7 140 kg/hm2。从海城市气候资源利用上看，提高高粱产量还有一定的空间。因不利气候条件的影响，出现潜势产量较低的年景，若能充分利用有利气象条件，发挥气候资源优势，则高粱产量还将大幅度提高。
（5） 海城地区高粱光能生产潜势动态变化趋势与该地区生长季太阳辐射年际间动态变化趋势完全同步。
参考文献
[1] 姚玉凤，房剑.灯塔气候与农业减灾[M].沈阳：沈阳市第二市政公司印刷厂，2004.
[2] 李晓文，李维亮，周秀骥.中国近30年太阳辐射状况研究[J].应用气象学报，1998，9（1）：24-31.
[3] 冯瑞萍，张智，姜娜娜，等.银川市太阳辐射气候变化特征分析[J].江西农业学报，2013，25（9）：111-114.
[4] 查良松.我国地面太阳辐射量的时空变化研究[J].地理科学，1996，16（3）：232 -237.