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1、文章编号 :1000 1573(2003)01 0017 04荷兰 PS1模型在雄县地区土地利用系统分析中的应用以冬小麦种植为例陈亚恒 ,刘会玲 ,薛宝民 ,张俊梅(河北农业大学资源与环境科学学院,河北 保定071001)摘要:介绍了荷兰土地利用系统分析模型PS1, 利用 该模型 分析了雄 县地区 土地作 为冬小 麦利用 类型的系统运行情况 , 模拟了冬小麦的适播期和适宜的播种量、现有品种的生产 潜力、存在的产量差 ,提 出了该地区土地利用的可持续应变措施, 走资源节约型粮食增长之路。关键词:冬小麦 ;模拟模型 ; 持续利用中图分类号 :F301 2, Q141文献标识码 : AApplied
2、 PS1 of Netherlands analysising the land usesystem in Xiongxian countyCHEN Ya heng,LIU Hui ling,XUE Bao min,ZHANG Jun mei( Collegeof Resource and Environ mentalScience,Agricultural University of Hebei, Baoding071001, China)Abstract:The land useanalysismodel- PS1wasintroducedin this paper. The suitab
3、le sowingdateanddensityin Xiongxian countywassimulatedby usingthis model. The limiting fac tor, differenceon yield,potentialproductivity wereanalyzed.The measureof sustainabledevelopmentis to sa ve resourceand increaseyield in this area.Key words: wheat; model; sustainableuse收稿日期 :2001- 10-30基金项目 :中
4、荷合作项目,荷兰 SALL基金会资助作者简介 :陈亚恒( 1973- ) ,男,河北省顺平县人,硕士,主要从事土地利用、土地评价的教学科研工作.20 世纪 50 年代以来 , 为满足人口增长和社会发展对农产品的需求,现代常规农业得到快速发展,但同时也导致土壤有机质下降、土壤侵蚀、地表和地下水污染、生物多样性降低等 1。因此有关土地持续利用和食物安全性的问题就成为当今研究的热点,如法国农业科学院发展的用于评价政策干预对土地利用和食物生产影响的MATA 模型,美国国际食物政策研究所发展的用于分析土地持续利用的生物经济模型, 特别是荷兰瓦格宁根农业大学和荷兰农业生物与土壤研究所从20 世纪 90 年
5、代以来发展的发展中国家土地持续利用和食物安全性! 2生态区域分析方法论受到广泛关注。该方法论包括的具体方法有:农户层次的土地利用行为和技术经济分析、区域土地资源空间属性定量化分析评价、定量化土地利用系统分析方法( 作物生长模拟模型) 、区域食物供求和食物消费结构分析方法、区域社会经济空间变化分析方法等 3。该方法论在非洲的马里和南美洲CostaRica 应用收到了良好效果,但仍有许多方面需进一步完善 4, 包括土地生产力模型以及参数的本地化、模型的复杂性和应用尺度的匹配、生态学信息与社会经济信息综合时地理化信息的丢失等。第26卷 第 1期河 北 农 业 大 学 学 报Vol 26 No 12
6、0 0 3 年 1 月JOURNALOF AGRIC ULTURAL UNIVERSITYOF HEBEIJan. 20 03名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 本研究是?区域土地持续利用和食物安全性# 中荷合作项目的一部分, 通过荷兰PS123模型在雄县地区应用 , 建立和探索适合于雄县地区土地持续利用和食物安全性!生态区域方法论。1模型简介PS123模型是一个定量化土地利用系统分析模型, 它是各项因子如土壤、气候
7、、作物及耕作栽培措施的综合反映 ,PS123通过作物的生产状况很好地反映了土地质量与土地利用需求之间的关系, 可以定量不同土地利用系统的潜在生产力, 从而反映出土地利用系统的适宜性,它比产量形成模型相对要简单一些, 对作物生长过程进行了描述, 是在作物生长模型基础上用于土地利用系统分析的模型,这个模型采用的状态变量以1 d为时间步长 ,动态模拟土地生产力, 这种方法克服了农业生态区方法(AEZ)的不足,使分析过程动态化,并且具有所需参数少、简洁实用的特点 5。PS123模型主要由三部分组成, PS1作物光温生产力模型、PS2水分限制下的生产力模型、PS3肥料需求评价模型 ,本文研究对象主要是P
8、S1模型。在 PS1中, 作物品种特性、辐射强度和温度是影响作物产量的重要因子。在光辐射的驱动下, 作物进行光合作用形成碳水化合物,按一定比例分配给根茎叶及贮藏器官用于维持呼吸及作物生长,并按一定的转化效率形成作物体的结构物质。PS1的计算过程详见土地利用系统分析! 4。2PS123模型所需参数土地定量化分析模型所需参数可归纳为4 类:气象数据、作物数据、土壤数据和田间管理数据,前3 类以数据库方式将每天的气象资料、特定土壤参数、作物参数保存于文件中,田间管理数据从键盘输入。2 1气象数据本文所采用的是雄县气象局19992000年的气象资料 ,经过处理后变成模型所需的格式。气象参数包括: 模拟
9、地点名称Site label, 经纬度 Latitude、Longitude, 海拔高度Altitude,日最高气温Tmax,日最低气温 Tmin, 空气相对湿度RHA ,日照时数Sun H 。2 2作物参数本文用到的与PS1模型有关的作物参数有: C3/ C4:作物的光合途径; T0:作物生长发育临界温度,大于 T0的温度为作物发育的有效温度;Tsum: 指作物从萌芽到生理成熟整个发育期的温度需求,是大于临界温度的积温; Tlow:作物致死最低温度;EC(org):不同器官干物质转化速率;R( org):各器官维持呼吸速率 ; Ke: 作物冠层消光系数 6;SLAmax、SLAmin是与叶片
10、生长发育有关的最大、最小比叶重,是单位干叶重所代表的叶面积,它随生育期的变化而变化, 与作 物种类、温度等环境因素有关,而与作物品种、土壤条件、种植地区和种植密度无关5。各参数取值在原模型基础上 4,经过试验验证及修正,见表 1。表 1作物参数取值Table1The value of crop parameters参数ParameterC3/C4T0TsumTlowSLAmaxSLAminKeR(leaf)R( root)R( stem)R( so)EC( leaf)EC( r oot)EC( stem)EC( so)取值C302100- 2040190 50 350 010 0150 010
11、 720 720 690 613PS123模型在土地利用系统分析中的应用3 1雄县地区冬小麦适播期范围冬小麦播期的选择是否适宜不但会影响其自身生长及其产量,而且还会影响到下一季作物的及时种植, 对于一个新品种的推广和应用一般需经过多年的试验,才能获得冬小麦适宜播期的可靠资料。本文利用模型模拟可选择雄县地区冬小麦适播期范围( 见图 1) 。图 1 模拟了雄县地区冬小麦从10 月初到 11月初不同出苗时间的最终产量情况, 结果表明 ,在 10月 10 日前出苗的冬小麦随出苗期的提前产量下降18河 北 农 业 大 学 学 报第 26 卷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
12、 - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 播种时间 / dSeedi ng time图 1冬小麦不同播期模拟产量Fig. 1The simulation yield of winterwheat with different seedtime表 2模拟雄县地区冬小麦不同播期的产量和最终收获期Table 2The simulation yield and harvest date withdifferent seedtimein the barren region of Xiongxia
13、n出苗期 /(月- 日)Seedingtime成熟期 /(月-日)Harvestdate产量 /( kg?hm-2)Yield10- 0206- 043 46410- 7006- 085 53610- 1206- 117 27710- 1706- 147 84610- 2206- 177 84810- 2706- 197 725趋势比较明显 ,从 10月 10 日到 10 月 30 日出苗的冬小麦是产量高值区,随后出苗期的产量有所下降,但降低较缓慢。但从成熟期来看,随出苗期的推迟,成熟期相对也较晚(见表 2)。该地区一般在冬小麦收获后种植玉米, 并多采用平播方式,因此综合考虑冬小麦产量及夏玉米
14、播种的衔接两个方面,雄县地区冬小麦的适宜播期应在10 月 5 日至 20日。播种量 /( kg?hm-2)Seed quanti ty图 2冬小麦不同播量的模拟产量Fig. 2The simulation yield of winterwheat with different seedquantity3 2雄县地区冬小麦播种量的选择冬小麦田间群体大小会影响其光合作用及最后产量,而播种量是影响冬小麦群体大小的重要因素, 并且选择适宜播种量可在提高产量的同时减少投入费用。从图2 可看出 , 播种量在187 5 262 5 kg/ hm2之间 ,产量较高 , 但考虑到群体密度过大往往会导致倒伏、病虫
15、害、透光性能不好等缺点, 在实际生产中更不利于产量形成,因此 ,雄县地区的冬小麦播种量宜在225 kg/ hm2左右 , 根据实际土壤肥力情况可适当加大或减小播种量。3 3模拟雄县地区冬小麦生产潜力理论模拟的作物生产潜力是某种作物土地生产潜力,它是在一种较为理想的外界环境条件下,也就是指在水分供应适宜,作物生长发育、产量形成所需营养要素得到充分满足, 不受病虫害侵扰且管理措施最佳的前提下, 作物最优品种所表现出的生物化学潜能。这种生产潜力只受光温资源限制 , 其他条件都处于最优。运用PS123模型计算该地区冬小麦的光温生产潜力为11 000 kg/ hm2。3 4冬小麦实际产量与模拟产量之间的
16、产量差笔者所分析的生产潜力是最终所希望达到的目标产量,它与实际产量存在一定的差距,差距的产生由众多因素引起, 有社会因素也有自然因素, 有些因素是人为可控制和改善的,而有的因素要克服它的限制性有很大困难。本文主要根据产量差产生的影响因素将产量差分为2 种:产量差距 1 是指理想条件下的最佳试验品种光温模拟下的生产潜力与试验田产量之间的差距。这项差距主要影响因素是作物的品种特性及管理措施等。产量差距 2 是指试验田产量与实际大田产量之间的差距。这项差距的主要影响因素是土壤养分、土壤有机质、病虫草害、自然灾害、管理措施及其他各种因素。根据试验及资料分析, 试验田产量可达9 000 kg/ hm2,
17、产量差距1在2 000 kg/hm2,也就是说该地区还有 22 2% 的增产潜力 ,可通过改良品种等措施来挖掘。雄县地区?九五 # 期间最高产量6 750 kg/hm2,产量差距 2 目前在 2 250 kg/ hm2, 也就是在现有品种下,通过合理施肥、加强科学管理等可相对较容易的增产 33 3%。19第 1 期陈亚恒等 :荷兰 PS1模型在雄县地区土地利用系统分析中的应用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 3 5
18、雄县地区农用土地利用的可持续应变对策随着人口的增多和需求的提高, 对资源的利用和开发也逐渐增大,依靠资源大量消耗来实现粮食产量的增长是难以持续下去的,将来农业的发展必须以提高单位资源利用率为前提走资源节约型粮食增长之路 7,本文针对限制冬小麦生产潜力发挥的众多因素,提出以下生产技术应变措施。3 5 1控制耕地面积减少,提高耕地利用率耕地面积的减少是限制粮食总产进一步提高的重要因素,统计资料表明 ,近几年耕地减少幅度在不断降低, 在国家政策干预下, 应扼制耕地减少的势头。3 5 2提高水分利用率, 发展节水农业雄县地区是重要的农业生产基地,而水资源短缺是限制该地区农业产量的主要因素之一 8。然而
19、 , 作为灌溉水源的地表水和地下水经多年开发, 利用程度均较高,随着人口的增加和经济的发展,该地区已面临着缺水危机。因此, 控制和节约农业用水,提高水资源利用率,发展节水农业 ,是缓解水资源紧张状况, 实现可持续发展的重要途径。3 5 3合理施用肥料 ,提高肥料利用率目前,我国化肥利用率只有30% 40%, 如将化肥利用率提高10 个百分点就等于增加30%左右的化肥施用量 7,培肥地力是进一步提高小麦产量和肥料利用率的关键措施, 其中有机肥的施用起重要作用,增施有机肥不仅可增加土壤养分, 而且有利于化肥利用率的提高。改善化肥投入结构,根据 ?识谱施肥 ,平衡施肥技术# 科学定量地投入化肥种类和
20、用量,既保证了小麦的高产、稳产,提高了肥料利用率, 又避免了过量施肥造成的资源浪费和环境污染。4结论和讨论通过 PS123模型在雄县地区土地利用系统分析中的应用,提出了该地区冬小麦适播期及适宜的播种量。运用 PS123模型计算该地区冬小麦光温生产潜力, 分析了现有冬小麦品种的生产潜力、存在的产量差及限制因素 ,并提出了本地区发展的可持续应变措施,走资源节约型粮食增长之路。对于雄县地区冬小麦生产潜力, 有许多种方法和模型进行了分析和研究。如龙斯玉 9按小麦最高产量预测基本公式和一系列假定条件预测出华北平原最高小麦产量为10 500 11 250 kg/ hm2;王恩利、韩湘玲 10利用 AEZ
21、方法计算黄河以北地区小麦光温生产潜力为9 600 kg/hm2;刘建栋 11认为黄淮海地区光温生产潜力为 12 000 13 500 kg/ hm2。不同方法虽有差异, 但计算结果差值不大。另外,本文仅分析了雄县地区土地作为种植冬小麦一种利用方式的情况,其他利用类型有待进一步研究。参考文献 : 1 宇振荣 , 邱建军 ,王建武土地利用系统分析方法及实践M .北京 : 中国农业科技出版社,1998.3- 5. 2 KEULEN H VAN. Sustainable land use andfood securi ty in developingcountry J. DLV%S Approdcht
22、o PolicySupportAgriculturalSystem,1998,58(3): 285- 308. 3 KUYVENHOVE N, KEULENH VAN, BOUMA J. Policy analysisfor sustainablelanduse and foodsecurity agriculturalsystems J.DLV%SApprodchto PolicySupportAgricultural Sys tem, 1998,58(3) : 281- 284. 4 宇振荣 . 作物生长模拟模型研究和应用J. 生态学杂志 , 1994,13(1) :69- 73. 5 乔
23、玉辉 . 土地利用系统分析模型试验及应用研究D . 北京 : 中国农业大学 , 1999. 6DRIESSENP M, KONIJNN T. Land-usesystemanalysisM . Wageningen,Netherlands: WageningenAgricultural University,1992. 7 叶兴庆 . 走资源节约型粮食增长之路J. 中国农村观察 , 1995(5): 7- 9. 8 龚元石 , 李 保国 .华北平原节水农业应用基础研究战略A .石元春 , 刘昌明 , 龚元石 . 节水农业应用基础研究进展 C . 北京: 中国农业出版社,1995.1- 6. 9
24、 龙斯玉 . 中国小麦气候生产力的地理分布J. 南京大学学报 ( 自然科学版 ) , 1983(3) : 579- 586. 10 王恩利 , 韩湘玲 . 黄淮海地区冬小麦夏玉米生产力评价及其应用 J .中国农业气 象, 1990(5):41- 46. 11 刘建栋 . 冬小麦光合生产潜力数值模拟 J. 地理研究 ,1998,17(1):56- 65.( 编辑 : 郭桂仙 )20河 北 农 业 大 学 学 报第 26 卷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -