基于DSSAT模型的河南省小麥生產(chǎn)潛力定量模擬與分析

李國強(qiáng)，陳丹丹，張建濤，馮 曉，任德超，鄭國清

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南鄭州 450002； 2.商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南商丘 476000)

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基于DSSAT模型的河南省小麥生產(chǎn)潛力定量模擬與分析

李國強(qiáng)1，陳丹丹1，張建濤1，馮 曉1，任德超2，鄭國清1

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南鄭州 450002； 2.商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南商丘 476000)

摘要：為定量評估氣候變化背景下河南省小麥生產(chǎn)潛力和增產(chǎn)空間的變化特征，應(yīng)用DSSAT模型估算了河南省15個(gè)生態(tài)點(diǎn)連續(xù)50年(1963-2012年)的冬小麥光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力，并分析了生產(chǎn)潛力的分布規(guī)律。結(jié)果表明，河南省小麥光溫生產(chǎn)潛力為8 350～9 996 kg·hm-2，總體呈現(xiàn)北高南低、東高西低的趨勢，而氣候生產(chǎn)潛力為2 590～7 943 kg·hm-2，總體呈現(xiàn)南高北低的趨勢。河南大部分麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍為9 173～9 446 kg·hm-2，約占全省小麥總面積的43.5%。光溫生產(chǎn)潛力高于9 447 kg·hm-2的地區(qū)主要分布在豫北麥區(qū)(安陽、新鄉(xiāng)西北部)及豫中麥區(qū)(許昌、西華)，約占全省小麥總面積的33.6%。河南省大部分麥區(qū)氣候生產(chǎn)潛力變化范圍為4 375～7 050 kg·hm-2，約占全省小麥總面積的59.5%。河南省15個(gè)地點(diǎn)的水分滿足率為28%～91%，大部分地區(qū)水分滿足率不到60%；河南小麥灌溉增產(chǎn)潛力變化范圍為723～6 573 kg·hm-2，其中三門峽、鄭州、開封、商丘等地以北地區(qū)的灌溉增產(chǎn)潛力在4 623 kg·hm-2以上，約占全省小麥總面積的49.4%，而駐馬店以南及信陽地區(qū)的灌溉增產(chǎn)潛力低于2 673 kg·hm-2，約占全省小麥總面積的17.5%。

關(guān)鍵詞：小麥；DSSAT；生產(chǎn)潛力；時(shí)空分布

河南省是我國小麥主產(chǎn)區(qū)，常年播種面積在530萬hm2以上，約占全國小麥面積的1/6，總產(chǎn)量突破3 000萬t。河南也是我國小麥商品糧生產(chǎn)基地，每年輸出原糧和制成品150億kg[1]。因此，研究河南省小麥生產(chǎn)潛力、高產(chǎn)區(qū)域分布及增產(chǎn)潛力，對優(yōu)化河南省小麥種植布局、促進(jìn)河南小麥的可持續(xù)發(fā)展、提高河南省小麥生產(chǎn)水平、確保國家糧食安全、增加農(nóng)民收入具有重要的戰(zhàn)略意義。長期以來，許多學(xué)者從全國或者局部區(qū)域尺度，對區(qū)域整體或者個(gè)別作物類型的生產(chǎn)潛力進(jìn)行了分析。涉及到的分析方法主要有逐級遞減機(jī)制法、農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃法和作物模型法。其中，逐級遞減機(jī)制法模型又叫潛力衰減法、環(huán)境因子逐段訂正模型，即通過對光合生產(chǎn)潛力→光溫生產(chǎn)潛力→氣候生產(chǎn)潛力→土地生產(chǎn)潛力幾個(gè)階段的逐步訂正來計(jì)算。該模型簡單易行，適合大范圍區(qū)域，計(jì)算結(jié)果更接近于實(shí)際。馬新明等[2]、余強(qiáng)毅等[3]和韓偉鋒等[4]采用機(jī)制法研究了河南省小麥光合、光溫、氣候、土地等自然生產(chǎn)潛力。在逐級遞減的計(jì)算過程中，不同學(xué)者對各階段的修正不盡相同。農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃法(agro-ecological zoning，AEZ)模型是目前世界上應(yīng)用范圍最廣的一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力評估模型，屬機(jī)制法范疇。AEZ是在傳統(tǒng)機(jī)制法的基礎(chǔ)上，通過逐級對影響作物產(chǎn)量形成的光、溫、水、土等因素進(jìn)行修正[5]，估算作物生產(chǎn)潛力的方法。該方法由于對標(biāo)準(zhǔn)化作物生長模型進(jìn)行了環(huán)境要素的修正和匹配，因此適合于進(jìn)行區(qū)域、國家和全球尺度上的作物生產(chǎn)力評估[6]；該方法思路嚴(yán)謹(jǐn)，其結(jié)果能夠較好地反映地區(qū)作物生產(chǎn)潛力的多年平均狀況。王學(xué)強(qiáng)等[7]采用AEZ模型對河南省小麥的光溫生產(chǎn)潛力、氣候生產(chǎn)潛力進(jìn)行了估算。作物模型法是應(yīng)用作物生長模型估算作物的光溫和氣候生產(chǎn)潛力。作物模型以作物生理生態(tài)原理為基礎(chǔ)[8-9]，定量描述“作物-土壤-氣候”系統(tǒng)中光、溫、水存在狀況(包括極端狀態(tài))對作物生長發(fā)育的影響[10]。利用多年逐日氣象資料，作物模型可覆蓋各種類型的氣候年型，取得不同氣候年型下的作物產(chǎn)量潛力。李 軍等[11]、居 煇等[12]和姜志偉等[13]利用DSSAT模型分別模擬了黃土高原地區(qū)、北方旱區(qū)和洛陽市小麥的光溫和氣候生產(chǎn)潛力。在機(jī)制法應(yīng)用過程中，基于研究角度、公式參數(shù)取值的不同，光合生產(chǎn)潛力、作物光溫生產(chǎn)潛力、作物溫水生產(chǎn)潛力等作物生產(chǎn)潛力估算公式間的估值差異過大[14]。此外，公式概算法通常多考慮光、溫、水等環(huán)境因素，較少涉及作物生長發(fā)育機(jī)理，忽略了產(chǎn)量潛力形成的主體作物本身[11]。為此，本研究首先驗(yàn)證DSSAT模型在河南省的適用性，然后模擬河南省15個(gè)生態(tài)點(diǎn)連續(xù)50年(1963-2012)的光溫和氣候生產(chǎn)潛力，分析不同地區(qū)冬小麥增產(chǎn)潛力及限制因素，以期為河南省合理利用自然資源、充分挖掘冬小麥生產(chǎn)能力、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1材料與方法

1.1研究站點(diǎn)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1.1氣象數(shù)據(jù)

本研究氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://cdc.nmic.cn/home.do)提供的河南省1963-2012年連續(xù)50年間逐日氣象數(shù)據(jù)，包括逐日降雨量、日最高氣溫和日最低氣溫、日照時(shí)數(shù)、太陽輻射量等。模型運(yùn)行所需的最小數(shù)據(jù)集包括SRAD(逐日太陽輻射量)、TMAX(逐日最高氣溫)、TMIN(逐日最低氣溫)以及RAIN(逐日降水量)。后三者可經(jīng)過簡單處理直接使用，逐日太陽輻射量根據(jù)國際上公認(rèn)的Angstron(埃斯屈朗)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中，Q為太陽總輻射(MJ·m-2)；Q0為天文輻射，即晴天太陽輻射量(MJ·m-2)；a、b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與大氣質(zhì)量狀況有關(guān)，河南省屬溫帶地區(qū)，根據(jù)FAO推薦，取a=0.25，b=0.50；n為逐日太陽日照時(shí)數(shù)(h)；N為逐日可照時(shí)數(shù)，即最大時(shí)長(h)。I0為太陽常數(shù)，I0=1.367W·m-2； ω為地球自轉(zhuǎn)速率，7.292×10-5弧度·s-1； ωs=ω t0為日出時(shí)角，其中t0為日出至正午或正午至日沒的時(shí)間； δ為太陽赤緯； φ為地理緯度；p為日地平均距離。

1.1.2土壤數(shù)據(jù)

CERES-Wheat模型所需輸入的土壤信息包括土壤類型和土壤剖面特征，即土壤名稱、顏色、農(nóng)田坡度、礦化度，各層土壤質(zhì)地(黏粒、粉粒、砂粒百分比)、土壤容重、田間持水量、凋萎系數(shù)、飽和含水量、有機(jī)碳含量、全氮含量、pH值等。部分物理特性參數(shù)(土壤容重、全氮含量、pH值)參考中國土壤數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站中國土種數(shù)據(jù)庫(新)，其他參數(shù)取自1∶100萬中國土壤屬性數(shù)據(jù)庫及《中國土種志》[15]，其中有機(jī)碳通過有機(jī)質(zhì)乘以0.58換算系數(shù)得到[16]。

1.1.3田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

以豫麥34為研究對象，收集整理鄭州、商丘、駐馬店、中牟4個(gè)地點(diǎn)的6個(gè)田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)(表1)。

表1　田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源

1.2冬小麥品種參數(shù)調(diào)試與模型檢驗(yàn)

利用DSSAT中的GLUE參數(shù)估計(jì)模塊，并結(jié)合“試錯(cuò)法”，對豫麥34小麥遺傳參數(shù)進(jìn)行率定，以試驗(yàn)1的數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行參數(shù)調(diào)試。

以試驗(yàn)2、試驗(yàn)3、試驗(yàn)4、試驗(yàn)5和試驗(yàn)6數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。首先通過模型模擬結(jié)果和實(shí)測值的圖形直觀比較，對模型進(jìn)行定性的總體評價(jià)。其后采用均方根誤差(RMSE)和歸一化均方根差(normalized root mean square error，NRMSE)來度量模擬值與實(shí)測值的相對差異程度。

1.3不同生態(tài)點(diǎn)冬小麥生產(chǎn)潛力模擬

根據(jù)河南省地理位置及生態(tài)氣候類型的不同，在全省N31°23′至N36°22′之間選擇15個(gè)代表性的縣(市)作為試驗(yàn)點(diǎn)。不同地點(diǎn)播期數(shù)據(jù)(表2)來源于河南省氣候中心1981-2010年冬小麥播種期的平均值[23]。應(yīng)用DSSAT模型估算河南省15個(gè)地點(diǎn)的冬小麥光溫生產(chǎn)潛力和光溫水生產(chǎn)潛力，然后計(jì)算水分滿足率和灌溉增產(chǎn)潛力。水分滿足率表示雨養(yǎng)條件下降水滿足作物需水的程度，即氣候生產(chǎn)潛力CPP與光溫生產(chǎn)潛力LTPP的比值。灌溉增產(chǎn)潛力表示通過灌溉措施可獲得的增產(chǎn)潛力，即光溫生產(chǎn)潛力與氣候生產(chǎn)潛力的差值。

表2　河南省不同生態(tài)站點(diǎn)冬小麥播種日期

2結(jié)果與分析

2.1模型參數(shù)調(diào)試及模型驗(yàn)證

調(diào)試后品種參數(shù)見表3。豫麥34驗(yàn)證試驗(yàn)的產(chǎn)量、每平方米粒數(shù)和千粒重的RMSE分別為595.8 kg·hm-2、2 162粒和2.8 g，NRMSE分別為7.5%、11.8%和6.3%，表明產(chǎn)量模擬結(jié)果和實(shí)測值的一致性較好，品種參數(shù)能夠較準(zhǔn)確地反映作物品種的主要遺傳特征，可用于作物生產(chǎn)潛力模擬研究。

表3　小麥品種豫麥34調(diào)試后的遺傳參數(shù)值

P1V：春化敏感系數(shù) Vernalization sensitivity coefficient；P1D：光周期敏感系數(shù) Photoperiod sensitivity coefficient；P5：灌漿期特性系數(shù) Thermal time from the onset of linear fill to maturity；G1：籽粒數(shù)特性系數(shù)Kernel number per unit canopy weight at anthesis；G2：標(biāo)準(zhǔn)籽粒重系數(shù) Standard kernel weight under optimum conditions；G3：成熟期單株莖穗重系數(shù)Standard,non-stressed dry weight (total，including grain) of a single tiller at maturity；PHINT：出葉間隔特性參數(shù)Thermal time between the appearance of leaf tips

圖1　豫麥34驗(yàn)證試驗(yàn)產(chǎn)量模擬結(jié)果

2.2河南省冬小麥生產(chǎn)潛力時(shí)間變化特征

河南省的光溫生產(chǎn)潛力相對穩(wěn)定(圖2)，為7 561～11 011 kg·hm-2，均值為9 285.5 kg·hm-2，標(biāo)準(zhǔn)偏差為759.8 kg·hm-2，變異系數(shù)為0.082。由5年滑動(dòng)平均分析可知，在1969年、1983年和2002年有較明顯波谷，于1979年、1996年和2008年有較明顯的波峰。

圖中數(shù)據(jù)為15個(gè)站點(diǎn)光溫生產(chǎn)潛力的平均值

Data in figure were mean of light-temperature potential from 15 sites

圖2河南省冬小麥1963-2012年光溫生產(chǎn)潛力的變化

Fig.2Variation of light-temperature potential (LTPP) of

winter wheat in Henan province from 1963 to 2012

河南省的氣候生產(chǎn)潛力波動(dòng)較大(圖3)，為3 262～7 832 kg·hm-2，均值為5 268.7 kg·hm-2，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1 074.1 kg·hm-2，變異系數(shù)為0.204。從5年滑動(dòng)平均曲線來看，在1975年和1983年有較明顯的波谷，而于1988年有較明顯的波峰。

2.3河南省冬小麥生產(chǎn)潛力分析及空間分布

2.3.1光溫生產(chǎn)潛力

由表4可知，15個(gè)地點(diǎn)在1963-2012年間光溫生產(chǎn)潛力最小值變化范圍為6 283～7 980 kg·hm-2，而最大值變化范圍為9 824～12 218 kg·hm-2，50年平均值為8 350～9 996 kg·hm-2。光溫生產(chǎn)潛力平均值較高的5個(gè)地點(diǎn)：許昌(9 996 kg·hm-2)>西華(9 790 kg·hm-2)>新鄉(xiāng)(9 748 kg·hm-2)>駐馬店(9 688 kg·hm-2)>安陽(9 639 kg·hm-2)；而平均值較低的5個(gè)地點(diǎn)：開封(8 989 kg·hm-2)>南陽(8 974 kg·hm-2)>信陽(8 737 kg·hm-2)>盧氏(8 433 kg·hm-2)>固始(8 350 kg·hm-2)。其標(biāo)準(zhǔn)差變化范圍為738～1 067.1 kg·hm-2，其中標(biāo)準(zhǔn)差較高的5個(gè)地點(diǎn)：安陽(1 067.1 kg·hm-2)>商丘(999.6 kg·hm-2)>新鄉(xiāng)(926.3 kg·hm-2)>西華(928.5 kg·hm-2)>許昌(915.3 kg·hm-2)；而標(biāo)準(zhǔn)差較低的5個(gè)地點(diǎn)為：南陽(853.0 kg·hm-2)>開封(847.6 kg·hm-2)>盧氏(845.0 kg·hm-2)>固始(834.6 kg·hm-2)>西峽(738 kg·hm-2)。

圖中數(shù)據(jù)為15個(gè)站點(diǎn)氣候生產(chǎn)潛力的均值

Data in figure were mean of climate potential productivity (CPP) from 15 sites

圖3河南省冬小麥1963-2012年氣候生產(chǎn)潛力變化

Fig.3Variation of climatic potential productivity(CPP) of

winter wheat in Henan province from 1963 to 2012

河南省光溫生產(chǎn)潛力總體呈現(xiàn)北高南低、東高西低的趨勢(圖4)。高于9 447 kg·hm-2的地區(qū)主要分布在安陽、新鄉(xiāng)西北部以及許昌、西華一帶，其面積約占全省小麥總面積的33.6%；低于9 172 kg·hm-2的地區(qū)主要分布在河南省南部和西部，其面積約占全省小麥總面積的22.9%。河南省光溫生產(chǎn)潛力主要位于9 173～9 446 kg·hm-2，該范圍的地區(qū)面積占全省小麥總面積的43.5%。

表4　河南省15個(gè)地點(diǎn)冬小麥光溫生產(chǎn)潛力(LTPP)與氣候生產(chǎn)潛力(CPP)的模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖4　河南省冬小麥光溫生產(chǎn)潛力分布

圖5　河南省冬小麥氣候生產(chǎn)潛力分布

圖6　河南省冬小麥灌溉增產(chǎn)潛力分布圖

2.3.2氣候生產(chǎn)潛力

15個(gè)地點(diǎn)在1963-2012年間氣候生產(chǎn)潛力最小值變化范圍為1 149～5 171 kg·hm-2，而最大值變化范圍為6 261～11 160 kg·hm-2，50年平均值為2 590～7 943 kg·hm-2。氣候生產(chǎn)潛力平均值較高的5個(gè)地點(diǎn)：信陽(7 943 kg·hm-2)>固始(7 627 kg·hm-2)>駐馬店(7 492 kg·hm-2)>西峽(6 773 kg·hm-2)>西華(6 565 kg·hm-2)；而平均值較低的5個(gè)地點(diǎn)：新鄉(xiāng)(4 155 kg·hm-2)>三門峽(3 873 kg·hm-2)>安陽(3 445 kg·hm-2)>開封(3 326 kg·hm-2)>商丘(2 910 kg·hm-2)。標(biāo)準(zhǔn)差的變化范圍為213～1 806 kg·hm-2，其中標(biāo)準(zhǔn)差較高的5個(gè)地點(diǎn)：駐馬店(1 806 kg·hm-2)>許昌(1 758 kg·hm-2)>西峽(1 755 kg·hm-2)>西華(1 607 kg·hm-2)>商丘(1 541 kg·hm-2)；而標(biāo)準(zhǔn)差較低的5個(gè)地點(diǎn)為盧氏(1 212 kg·hm-2)>新鄉(xiāng)(1 146 kg·hm-2)>信陽(1 144 kg·hm-2)>三門峽(1 000 kg·hm-2)>固始(213 kg·hm-2)。

由圖5可知，河南省氣候生產(chǎn)潛力的空間分布南北差異較明顯，總體呈現(xiàn)南高北低的分布規(guī)律。高于7 051 kg·hm-2的主要分布在信陽、固始、駐馬店一帶，其面積約占全省小麥總面積的12.1%；低于4 374 kg·hm-2的主要分布在安陽及其東北部，約占全省小麥總面積的28.4%；4 375～5 266 kg·hm-2的地區(qū)面積占全省小麥總面積的17.9%；5 267～6 158 kg·hm-2的地區(qū)面積占全省小麥總面積的25.8%，6 159～7 050 kg·hm-2的地區(qū)面積占全省小麥總面積的15.8%。

2.4河南省冬小麥灌溉增產(chǎn)潛力分析

由表5可知，15個(gè)地點(diǎn)的水分滿足率在28%～91%之間，其中低于50%的有6個(gè)地點(diǎn)，分別為安陽、新鄉(xiāng)、鄭州、開封、商丘和三門峽；而水分滿足率高于90%的有2個(gè)地點(diǎn)，為信陽和固始。由圖6可見，灌溉增產(chǎn)潛力較低的地區(qū)位于為河南省南部地區(qū)，約占全省小麥總面積的17.5%，由于該地區(qū)常年雨量充沛，基本能滿足小麥的生長對水分的需求；三門峽、鄭州、開封、商丘等地以北地區(qū)的灌溉增產(chǎn)潛力在4 623 kg·hm-2以上，其面積約占全省小麥總面積的49.4%。在盧氏、欒川、許昌和西華等地的灌溉增產(chǎn)潛力在2 674～3 648 kg·hm-2，其面積占全省小麥總面積的11.8%，而南陽盆地、駐馬店大部分地市的灌溉增產(chǎn)潛力在3 649～4 622 kg·hm-2，其面積占全省小麥總面積的21.3%。

3討 論

對作物生產(chǎn)潛力進(jìn)行分析和評價(jià)是確定作物區(qū)域優(yōu)勢的基礎(chǔ)，需要明確的評價(jià)指標(biāo)體系、正確的模型方法和適度的宏觀性[24]。利用不同估算方法計(jì)算出的光溫和氣候生產(chǎn)潛力有較大差異。利用農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃法[7]估算的河南省冬小麥光溫和氣候生產(chǎn)潛力分別為14 135.1～15 519.4 kg·hm-2和7 655.8～14 792.5 kg·hm-2，而利用逐級遞減的機(jī)制法模型估算的河南省冬小麥光溫和氣候生產(chǎn)潛力分別為11 501～15 774 kg·hm-2和8 262～15 349 kg·hm-2。利用作物生長模型WOFOST估算[25]的華北地區(qū)冬小麥光溫和氣候生產(chǎn)潛力分別為6 160～13 730 kg·hm-2和1 890～6 680 kg·hm-2。利用DSSAT模型[11]估算的黃土高原光溫和氣候生產(chǎn)潛力分別為7 970～8 647 kg·hm-2和2 219～7 545 kg·hm-2。姜志偉等[13]利用DSSAT估算的洛陽冬小麥光溫和氣候生產(chǎn)潛力分別為7 571～10 965 kg·hm-2和3 957～7 450 kg·hm-2。本研究估算范圍與李 軍等[11]和姜志偉等[13]的研究結(jié)果基本一致。在本研究中，利用作物生長模型CERES-Wheat估算的河南省冬小麥光溫和氣候生產(chǎn)潛力分別為8 350～9 996 kg·hm-2和2 590～7 940 kg·hm-2?？芍?，作物生長模型CERES-Wheat估算的光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力比農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃法和機(jī)制法估算的數(shù)值低，與WOFOST模型估算值接近。其原因是由于機(jī)制法未考慮作物本身的生長發(fā)育機(jī)理，只是一種光、熱、水資源的生產(chǎn)承載力[11]。

田燕等[26]研究發(fā)現(xiàn)，河南省小麥光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力的空間分布具有明顯的南北緯度地帶漸變性規(guī)律，總體來說，北部光溫生產(chǎn)潛力高于南部，新鄉(xiāng)、濮陽、鄭州、商丘、許昌等市的小麥光溫生產(chǎn)潛力較高，淮南地區(qū)較低，而氣候生產(chǎn)潛力值南部高于北部，淮南地區(qū)最高。馬新明等[27]研究表明，河南省冬小麥光溫生產(chǎn)潛力在東北部、中部以及南部較大，西部山區(qū)潛力值最小，而氣候生產(chǎn)潛力是南部較高，東部、中部的部分縣市以及西部較低；本研究中，河南省光溫生產(chǎn)潛力總體呈現(xiàn)北高南低、東高西低的趨勢，而氣候生產(chǎn)潛力總體呈現(xiàn)南高北低的趨勢，與田燕等[26]和馬新明等[27]的研究結(jié)果基本一致。南部光溫生產(chǎn)潛力偏低的原因是由于此地帶陰雨天氣偏多，光照以及溫度都不能充分滿足小麥生長需求，西部地區(qū)生產(chǎn)潛力值偏低的原因是由于該地區(qū)多山地，海拔較高，積溫條件不能滿足所致。

在本研究中，光溫生產(chǎn)潛力高于9 447 kg·hm-2地區(qū)的主要分布在豫北麥區(qū)(安陽、新鄉(xiāng)西北部)以及豫中麥區(qū)(許昌、西華一帶)，約占全省小麥種植面積的33.6%，其中許昌、西華、新鄉(xiāng)、駐馬店和安陽位于河南前5位。低于9 172 kg·hm-2的地區(qū)主要分布在河南省南部(信陽和固始)和西部(盧氏)，約占全省小麥種植面積的22.9%，其中開封、南陽、信陽、盧氏和固始位于河南后5位。河南大部分麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力位于9 173～9 446 kg·hm-2范圍，其面積約占全省小麥種植面積的43.5%；氣候生產(chǎn)潛力高于7 051 kg·hm-2的地區(qū)主要分布在信陽、固始、駐馬店一帶，約占總面積的12.1%，其中信陽、固始、駐馬店、西峽和西華位于河南前5位。低于4 374 kg·hm-2的地區(qū)主要分布在豫北麥區(qū)(安陽及其東北部)，約占全省小麥種植面積的28.4%，其中新鄉(xiāng)、三門峽、安陽、開封、商丘位于河南后5位。河南省大部分麥區(qū)氣候生產(chǎn)潛力位于4 375～7 050 kg·hm-2范圍，其面積約占全省小麥種植面積的59.5%。

水分滿足率為生育期耗水量與需水量之比，用于定量評價(jià)作物水分滿足狀況。河南省15個(gè)地點(diǎn)的水分滿足率變化范圍為28%～91%，其中水分滿足率高于90%的僅有信陽和固始，河南大部分地點(diǎn)水分滿足率不到60%。從灌溉增產(chǎn)潛力來看，增產(chǎn)潛力較大的地區(qū)位于安陽、商丘及其東北部地區(qū)以及鄭州及其西部等地，灌溉增產(chǎn)潛力在4 623 kg·hm-2以上，其面積約占全省小麥種植面積的49.4%，而增產(chǎn)潛力較低的地區(qū)位于為河南南部地區(qū)，灌溉增產(chǎn)潛力低于2 673 kg·hm-2，其面積約占全省小麥種植面積的17.5%。馬志紅等[28]研究發(fā)現(xiàn)，河南省冬小麥灌溉需水量等值線基本上呈緯向分布，自南向北逐漸增大。本研究的灌溉增產(chǎn)潛力分布趨勢與馬志紅等的研究結(jié)果基本一致。綜上所述，生育期水分虧缺是影響河南大部分地點(diǎn)冬小麥生產(chǎn)發(fā)展的主要障礙，建立今后以消除或減緩水分限制作用為主攻方向，通過調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和應(yīng)用高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，提高水資源利用效率。

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Quantitative Simulation and Analysis of Winter Wheat Production Potential in Henan Province

LI Guoqiang1,CHEN Dandan1,ZHANG Jiantao1,FENG Xiao1,REN Dechao2,ZHENG Guoqing1

(1.Agricultural Economy & Information Research Institute,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou,Henan 450002,China; 2.Shangqiu Research Institute of Agricultural Science,Shangqiu,Henan 476000,China)

Abstract:Henan province is a major production area of winter wheat. To quantitatively evaluate the variation characteristics of wheat production potential and yield-increasing potential in Henan province under climate change,DSSAT model was employed to estimate light-temperature potential productivity (LTPP) and climatic potential productivity (CPP) of wheat based on meteorological data and wheat growth data at 15 sites of Henen province during 1963-2012. The distribution of LTPP and CPP then was analyzed. The result showed that LTPP of wheat was between 8 350 and 9 996 kg·hm-2,the distribution of which was lower in the southern and western regions but higher in the northern and eastern regions. CPP of wheat was between 2 590 and 7 943 kg·hm-2,the distribution of which was lower in the northern regions but higher in the southern regions. LTPP in most regions were 9 173 kg·hm-2to 9 446 kg·hm-2,taking up nearly 43.5% of the Henan wheat-growing areas. Regions with higher than 9 447 kg·hm-2of LTPP were mostly in the north of Henan (e.g. the northwest of Anyang and Xinxiang),and in the center of Henan (e.g. Xuchang and Xihua),which account for 33.6% of Henan wheat-growing areas. CPP in most regions were 4 375 kg·hm-2to 7 050 kg·hm-2,accounting for nearly 59.5% of the Henan wheat-growing areas. Moisture requirement rate of 15 sites were 28% to 91%,which of most regions in Henan were lower than 60%. The yield increasing potential by irrigation (YIPI) were 723 kg·hm-2to 6 573 kg·hm-2. YIPI in the north of Sanmenxia,Zhengzhou,Kaifeng and Shangqiu were higher than 4 623 kg·hm-2,taking up 49.4% of Henan wheat-growing areas. YIPI in Xinyang and the north of Zhumadian were lower than 2 673 kg·hm-2,taking up 17.5% of Henan wheat-growing areas.

Key words:Wheat; DSSAT model; Potential productivity; Spatial-temporal distribution

中圖分類號：S512.1；S314

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1009-1041(2016)04-0507-09

通訊作者：鄭國清(E-mail:zgqzx@hnagri.org.cn)

基金項(xiàng)目：河南省農(nóng)科院優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目(2013YQ23)；河南省財(cái)政預(yù)算項(xiàng)目(豫財(cái)貿(mào)[2012]39號)；河南省重大科技專項(xiàng)(121100110900)

收稿日期：2015-10-23修回日期：2015-11-29

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-04-01

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160401.1534.034.html

第一作者E-mail：gqli@hnagri.org.cn(李國強(qiáng)和陳丹丹為共同第一作者)