2.3农业气候资源课件

2.3农业气候资源

2.3.农1业气候资源概述

一、含义

农业气候资源是指能为农业生产所利用的气候要素中的物质和能量。农业气候资源由光资

源、热量资源、水分资源、大气资源和风资源组成，这些资源在一个地区的数量多少、分布特点

及其配合，形成为了各种各样的农业气候资源类型，在很大程度上决定了某一地区的农业生产类型 (如作物种类、品种、种植方式、栽培措施等)、作物产量高低和品质的优劣(胡毅等，

2022 )。

二、特征

气候资源是自然资源的组成部份，与其他类型的自然资源相比，农业气候资源具有以下主要

特征(姜会飞， 2022 )：

1．农业气候资源是一种循环可再生的资源。由于日地位置及其运动特点和地球生态系统的相 对稳定性，形成为了各种气候的无限循环性，光、热、水、气等农业气候要素不断循环和更新，因 而农业气候资源是一种可再生资源，有随时间变化的周期性和随机波动性。

2．具有明显的时空变化规律。农业气候资源在地球表面上呈现出有规律的不均匀分布，光、

热、水资源的数量普通由赤道向两极递减，且由于地球表面的不均匀和生态系统的复杂性，形成

了地球上多种多样的农业气候资源类型， 从而形成为了全球范围内农业生产类型的多样性。农业气 候资源还随天气、气候不断变化，在明显周期性变化特点之上叠加较大的不稳定性。由于地球的

自转和公转，农业气候资源形成为了以日和年为周期的循环变化。例如，气温和太阳辐射随昼夜和 季节变化，形成生物特征有一定的节律。 同时，由于气候条件年际间的波动， 导致农业气候资源 年际间的交化，从而引起作物产量的波动。

3．农业气候资源要素的整体性和不可取代性。农业气候资源要素之间相互依存和相互制约以 及不可替代性， 构成为了农业气候资源的整体性。在农业气候资源系统中，其中一个因子的变化， 往往会引起其他因子的连锁反应，并综合地影响农作物的生长发育和产量形成， 而且，某一因子 的过量或者不足，均显著影响农业气候资源的有效利用。 任一有利的农业气候要素不能因其有利而 替代另一不利农业气候条件，如干旱地区，光、热条件充足，水分缺少， 但不会因光、热更多就 可替代水分对农业生产的有利， 即农业生产对农业气候资源要素的要求缺一不可，要素之间是不 可取代的。 4．农业气候资源的有限性和可改造性。虽然农业气候资源总体上看是一种取之不尽用之不竭 的可再生资源，单就一定的时空来说又是有限的，于是各地的农业生产不仅类型不同，还有季节 性限制，所以，必须因地制宜，不误农时，才会有较好的收成。在一定的时空范围和条件下，施

加有力措施(或者不良人为活动)可改善(或者恶化)气候资源和环境。

2.3.农2业气候资源计算

一、主要数量指标

1．光能资源

光能(太阳辐射)是地球上一切生命存在和发展的能量基础，也是农业生产最主要的能量来

源。光能资源常从光的强度和总量、光谱成份(光质)和光照时间长短这三个大的方面来归纳。

具体的指标有：太阳总辐射、 直接辐射、 散射辐射、地面反射辐射、地面有效辐射、 净辐

射、光合有效辐射、 日照时数和 日照百分率。

．热2量资源

适宜的温度条件和足够的热量资源是保证农作物进行正常生理活动所必需的环境条件。 热

量资源主要来源于太阳辐射的热效应。温度是物质运动状态的一个表征量， 它影响光合作用和代

谢活动，不直接参预光合有机物生长和代谢过程。

鉴于温度条件在农业生产中的重要性，人们习惯称之为热量资源，常用的指标有：气温、

地温以及与之有关的各种统计量， 如年平均气温、积温、最热月均温、最冷月均温、年绝对最低

气温等，各级农业界限温度及其始日、终日、持续天数等。

3．水分资源

水分是动植物体的主要组成物质，是光合作用的原料，也是养分和有机物的输送者，大气

降水是农业生产水分的主要来源， 降水量及自然水体贮水量的多少，决定了一个地区的农业生产

类型， 如旱地农业、 灌溉农业、 雨养农业、 水田农业等。

表示水分资源的主要指标有：降水量、 降水变率、降水日数、 雨季开始日、空气水汽压、

相对湿度、 蒸发量、 干燥度和土壤湿度等。

二、农业气候生产潜力

农业气候生产潜力( agroclimatic potential prodc以tii候ty条)件来估算的农业生产力， 即 在当地自然的光、 热、水等气候因素作用下， 假设作物品种、 土壤肥力、 栽培技术和作群体结构 都处于最适状态时，单位面积可能达到的最高产量。

农业气候生产潜力的高低依光、 温、水条件及其组合状况而不同。 估算时可分别计算光合生

产潜力、光温生产潜力温和候生产潜力。 i 0 0

(一) 光合生产潜力

光合生产潜力是在温度、水分、土壤、品种以及其他农业技术条件都处于最佳状况时，彻底

由光合有效辐射决定的生产潜力。

Y (1 )(1 )(1 )(1 )(1 ) (1 ) 1 (1 x) 1 H 1 Q (2-1) 1

式中， 为可用于光合作用的有效辐射比率，普通取 0.49； 为植物群体反射率， 1- 为作物群

体吸收率。在作物整个生育期间，吸收率是叶片面积增长的函数，即 1- =0.83L/L ，其中， L 为

最大叶面积指数， Li为某时间段的叶面积指数； 为植物繁茂群体透光率； 为超过光饱和点光

的比例； 为作物非光合器官截获的辐射比例，取 0.1； 为呼吸作用的耗损率，取 0.3； 为光

合作用量子效率，取 0.224； 为植物体无机养分，取 0.08；x 为含水率，取 0.14；H 为形成 1g

干物质所需的热量，取 1.8 104J g·-1； Q 为投射到单位面积上的总辐射量( J m·-2 )。

式中总辐射 Q 普通采用线性估算模式

Q Q (a b s) ( 2-2) 0

式中， Q 为天文辐射， s为日照百分率， a、b 是大气参数， 主要与各地的气候特征有关。 0

( 二 ) 光温生产潜力

光温生产潜力是在一定的光、温条件下，其他环境因素 (水分、 二氧化碳、养分等)和作物群

体因素处于最适宜状态，作物利用当地的光、温资源的潜在生产力。 通常采用光合生产潜力乘以

温度订正函数进行估算。表示温度订正函数的经验公式， 主要有以下几种：光合作用温度分段线

性拟合式，光合作用温度二次曲线拟合式， 界限温度间隔日数代数式等。光温生产潜力可近似地

看成当地作物产量的上限，是规划作物生产的科学依据。关于光温生产潜力的计算，国内外已有

不少研究，传统的方法是采用环境因子逐步订正方法，即先计算出光合生产潜力， 再进行温度影

响的订正获得光温生产潜力。 这种方法从作物光合作用与其环境条件相互关系出发，物理意义清

晰，结果可用作时空分布比较，关键技术在于采用合适的参数和订正函数。

光温生产潜力，其形式为：

Y =Y ·f (t) 2 1

式中， f ( t)为温度订正系数， 对喜温作物的温度订正函数为： (2-3) 1. 潜力衰减法

(三) 气候生产潜力

气候生产潜力是指充分和合理利用当地的光、热、水气候资源，而其他条件(如土壤、养

分、二氧化碳等)处于最适状况时单位面积土地上可能获得的最高生物学产量或者农业产量。普通 以干物质分量表示，单位为吨/公顷 年· 或者千克/亩 年· 。估算方法为：①光生理学-统计学方法。根

据光合作用最大效率的研究结果，对自然条件下植物群体进行光合有效辐射的最大吸收率修正、

叶面积指数修正、生长率修正、 呼吸修正，以及温度条件和水分条件的修正； ②动力学方法。气

候生产潜力随植物种类而异，故普通需要分别对不同植物进行估算。 但为了概括说明气候资源条

件对植物生产力的影响，也可进行综合的、 概括的估算。气候生产潜力的估计结果虽较粗略，但

仍不失为重要参考数据。 人们可从现有生产力水平与气候生产潜力的对照中发现挖潜的可能与幅

度， 也可利用气候生产潜力的分析方法找出主要的限制因子，从而确定主攻目标和方案。

目前，农业气候生产潜力的研究，国内外所采用的模型大致也可概括为 3 类：1 )潜力衰减

法： 即环境因子逐段订正模型，通过对光合生产潜力 →光温生产潜力 →气候生产潜力几个阶段的 逐步订正来计算。潜力衰减法， 又称为气候生产潜力的乘积模型或者逐步订正模型。2)气候因子综

合法： 即经验法， 这种模式主要有迈阿密( Miami)模型、Thornthwaite Memoria模l型等， 主要利用 经验公式来计算生产潜力。 3)作物生长过程摹拟方法： 此类方法是根据作物光合作用过程、生理 生态特性和外界环境因子来计算生产潜力，如 CERES 模型、EPIC 模型、CROPGRO 模型等。 6℃ t＜ 21℃

21℃ t＜ 28℃

28℃ t＜ 32℃

32℃ t＜ 44℃

t 6℃或者 t 44℃

对喜凉作物(小麦等)的温度订正函数为：

t-t 2 0 10

式中， t 为最适温度，取 20℃； t为实际温度； a 为参数，当 t t 时， a=1，当 t>t 时， a=-2。 0 0 0 0.027t

0.086t 0.162

1.42

f (t) ea ( 2-4)

( 2-5) 0.83t f (t) 1.00

3.67

0

对光温生产潜力进行水分订正后的值，可视为气候生产潜力( Y )，其表达式为：

3

Y f(Q ) f (t) f ( )=Y f ( ) (2-6) 3 2

式中， f ( )为水分订正函数，其大小可用土壤水分系数(即实际蒸散量 ET 与可能蒸散量

ET p 的比值)来表示，其式为：

f ( ) ET a ET p ( 2-7)

式中，实际蒸散量( ET a )可视为降水量( R )与流出量( NR )之差，即：

ET =R-NR= (1-N) R ( 2-8)

其中， N 为径流与渗漏的总流出量系数。将(2-8)式代入(2-7)式，可得到水分订正函数

的计算式：

f ( ) (1 N )R

ET p 0< (1-N) R< ET ( 2-9)

若( 1-N ) R ET p ，则可另 f ( )=1。

2. 气候因子综合法(经验法)

( 1 ) Miami 模型

3000 TSPT ( 2-10)

T =3000(1 e 0.000664R ) (2-11) SPR

式中， T 为年平均气温(℃)； R 为年降水量( mm )； TSPT 和 TSPR 分别为以温度和降水量估算的 作物干物质( g m· -2 a·-1 )。