農(nóng)業(yè)活動中氣候資源高效利用評價(jià)

付亞楠 ，程 琳 ，劉旭洋 ，蘇，武玉龍

（1.卓資縣氣象局，內(nèi)蒙古烏蘭察布012300；2.長白山氣象局，吉林二道白河134600；3.內(nèi)蒙古雷電預(yù)警防護(hù)中心；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與人工影響天氣中心；5.呼和浩特市氣象局，內(nèi)蒙古呼和浩特010051）

1 各類要素基礎(chǔ)概念

光合潛力（Ppp）是單位時(shí)間和面積，具有理想群體結(jié)構(gòu)的高光效作物品種在空氣中二氧化碳含量正常，其他環(huán)境因素均處于最佳狀態(tài)時(shí)的最大干物質(zhì)產(chǎn)量。相關(guān)的光合潛力利用率（Spu）是指單位面積上作物的生物產(chǎn)量與同期、同面積光合潛力之比。相關(guān)的積溫（Ta）指某時(shí)段、某界限溫度期間日平均溫度的總和，是研究作物生長發(fā)育對熱量的要求以及評價(jià)熱量資源的指標(biāo)。最重要的是凈第一性生產(chǎn)力（npp），其是指單位時(shí)間和面積內(nèi)全部綠色植物生產(chǎn)的干物質(zhì)重量[1]。而氣候生產(chǎn)逆增率（CPgi）同樣是評價(jià)氣候資源農(nóng)業(yè)活動利用有效性狀況的綜合評價(jià)。作物-氣候生產(chǎn)潛力或光溫水潛力。指單位面積和時(shí)間上，土壤養(yǎng)分充足時(shí)農(nóng)作物最大可能產(chǎn)量。資源是指一切可被人類開發(fā)和利用，并帶來財(cái)富、物質(zhì)、能量、信息的總稱，其廣泛地存在于自然界以及人類社會。對資源的管理也至關(guān)重要，農(nóng)業(yè)資源管理指代在資源承載力的允許下，管理者以資源科學(xué)為基礎(chǔ)，利用和保護(hù)農(nóng)業(yè)資源，對人類活動所進(jìn)行的有組織、有指揮、有監(jiān)督和有協(xié)調(diào)的過程[2]。

2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力模型的發(fā)展簡史

20世紀(jì)60年代，在不考慮環(huán)境因素的條件下推算光合生產(chǎn)潛力，用年降水量和年平均溫度預(yù)測生產(chǎn)力的邁阿密模型。20世紀(jì)70～80年代初屬于模型大發(fā)展階段，以光合生產(chǎn)能力為基礎(chǔ)，側(cè)重于從環(huán)境因子限制性角度構(gòu)建模型，其中有實(shí)際年蒸散量預(yù)測生產(chǎn)力的蒙特利爾模型，有考慮光、溫、水對作物互相作用的影響，針對干旱地區(qū)的作物特點(diǎn)，發(fā)展了一個(gè)ARID CROP模型[3]。從模型研究方法看，過去農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力模型的構(gòu)建大致可分為三種類型，即實(shí)際測量法、數(shù)學(xué)相關(guān)法和半理論半經(jīng)驗(yàn)法。

3 農(nóng)業(yè)活動的氣候資源高效利用評價(jià)真實(shí)含義與基本原則

3.1 農(nóng)業(yè)活動的氣候資源高效利用評價(jià)真實(shí)含義

從經(jīng)濟(jì)學(xué)意義解釋，指在相同要素的條件減少投入資源，實(shí)現(xiàn)相等數(shù)量相等質(zhì)量的產(chǎn)出，即是資源的高效利用；或者在同等條件下投入同樣的資源而獲得更高的產(chǎn)出。如果前一個(gè)生產(chǎn)周期是通過改善資源系統(tǒng)的環(huán)境容量，進(jìn)而提高資源系統(tǒng)的自我更新能力來獲得高產(chǎn)高效，這時(shí)才可以稱得上是真正的高效。農(nóng)業(yè)自然資源的高效利用與一般單純經(jīng)濟(jì)意義上的資源高效利用是有區(qū)別的[4]，如圖1。農(nóng)業(yè)資源高效利用評價(jià)簡單流程，前者是以提高資源系統(tǒng)的自我更新能力和可持續(xù)利用為基礎(chǔ)的，而后者只是一種“虛假”的高效，是由現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)中資源消耗成本核算上的缺陷造成的，如圖1。農(nóng)業(yè)資源高效利用評價(jià)的重點(diǎn)是找出“瓶頸”及限制因子，反饋及措施對策也很重要。如果缺失體系不完整，可以利用社會學(xué)指標(biāo)評價(jià)法加以補(bǔ)充。

圖1 農(nóng)業(yè)資源高效利用簡化評價(jià)流程

3.2 農(nóng)業(yè)活動的氣候資源高效利用評價(jià)基本原則

農(nóng)業(yè)活動的資源高效利用評價(jià)基本五大原則：科學(xué)性原則、動態(tài)性原則、可操作性原則、整體性原則、層序性原則。科學(xué)性原則是評價(jià)需要在尊重資源農(nóng)業(yè)活動中氣候資源利用的自然、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)等科學(xué)規(guī)律，必須要非主觀的體現(xiàn)各類資源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動內(nèi)部外部的運(yùn)動、影響狀況，經(jīng)過相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)，最終使不同區(qū)域、不同種類和不同模型農(nóng)業(yè)活動中氣候資源高效利用目的體現(xiàn)出相對好的度量和評價(jià)。動態(tài)性原則是動態(tài)循環(huán)變化的農(nóng)業(yè)活動氣候資源高效利用。一方面是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的周期循環(huán)性、連續(xù)性，有些指標(biāo)很容易在多個(gè)不同周期內(nèi)界定，而不是單一的時(shí)間尺度，需要經(jīng)過多個(gè)周期性循環(huán)才能得到結(jié)果；另一方面是與時(shí)俱進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和人類認(rèn)識世界不斷深入，高效利用農(nóng)業(yè)活動氣候資源的范圍也在動態(tài)發(fā)展變化中，所以評價(jià)指標(biāo)的選擇不要單一選擇，要多方面考慮資源利用的動態(tài)原則性特點(diǎn)[5]。可操作性原則是評價(jià)的各類指標(biāo)需要簡單，方便數(shù)據(jù)采取和數(shù)據(jù)計(jì)算，減少對不必要內(nèi)容的調(diào)查和分析；多采取慣用的利用效率、單位面積產(chǎn)出、百分比等表示。同時(shí)要統(tǒng)一量綱，各類數(shù)據(jù)之間具有較強(qiáng)的可比性；在指標(biāo)選取方面，盡量選用代表性、用途性較強(qiáng)和可定量化的指標(biāo)；各指標(biāo)在含義、計(jì)算方法上需要清晰簡單。整體性原則是要求評價(jià)范圍較廣，可以從廣度和深度綜合反映影響農(nóng)業(yè)活動氣候資源高效利用的環(huán)節(jié)和因素，可以全方面地體現(xiàn)農(nóng)業(yè)活動氣候資源高效利用標(biāo)準(zhǔn)的衡量。例如資源利用效率、資源投入-產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)出效率高低、資源利用的社會滿意程度、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境好壞、資源可持續(xù)性等。原則層序性是各類評價(jià)的內(nèi)容必須依據(jù)遵循客觀的邏輯規(guī)則，具有相對的順序性和結(jié)構(gòu)層次性，不是雜亂、交叉或復(fù)雜的排列組合。評價(jià)指標(biāo)體系通常是2～4層，綜合性較強(qiáng)指標(biāo)在上，具體性較強(qiáng)指標(biāo)在下。評價(jià)的核心指標(biāo)是效率，結(jié)構(gòu)順序性由本底推算潛力，效率是由現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力與潛力的對比計(jì)算得出。

圖2 呼倫貝爾氣候資源綜合利用評價(jià)相關(guān)體系

4 實(shí)例分析

實(shí)例一：呼倫貝爾36個(gè)氣象臺站1971年～2010年的太陽總輻射、平均氣溫、積溫、氣溫年較差、降水量的氣象要素5種。遵循特爾斐法選取資源系統(tǒng)中熱量、光能、水分資源3大部分，綜合評價(jià)農(nóng)業(yè)活動氣候資源的指標(biāo)依次選取8個(gè)要素，反映光、熱、水的情況。根據(jù)評價(jià)設(shè)計(jì)原則和指標(biāo)選擇原則，設(shè)計(jì)3個(gè)層次組成的指標(biāo)體系框架，分別是目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層。目標(biāo)層是農(nóng)業(yè)活動氣候資源評價(jià)；準(zhǔn)則層包括光能、熱量、水分3個(gè)部分資源，反映農(nóng)業(yè)活動氣候資源評價(jià)中各部分對目標(biāo)層的影響；指標(biāo)層則是有8個(gè)指標(biāo)構(gòu)成最小的組成單位組成整個(gè)評價(jià)[6]。如圖2采用層次分析法，對所列指標(biāo)通過兩兩比較重要程度，逐層建立矩陣判斷，推動層次一致性、單排序檢驗(yàn)，再推動組合一致性、層次總排序檢驗(yàn)，得到最終結(jié)果，完成對3類約束和層次因素8個(gè)評價(jià)的權(quán)重系數(shù)計(jì)算。利用單項(xiàng)農(nóng)業(yè)氣候資源的優(yōu)劣程度評價(jià)法，推算36個(gè)評價(jià)3部分內(nèi)容，包括光能、熱量和水分資源的農(nóng)業(yè)活動氣候資源指數(shù)，指數(shù)值大，排序靠前，資源就越優(yōu)良。再利用資源綜合優(yōu)勢度來定量綜合評價(jià)農(nóng)業(yè)氣候資源的優(yōu)劣程度，先算一年的36個(gè)評價(jià)內(nèi)容，計(jì)算30年的均值，最終確定區(qū)域農(nóng)業(yè)活動氣候資源的質(zhì)量、數(shù)量及匹配狀況的綜合情況。

實(shí)例二：氣候生產(chǎn)潛力的分析，Thornthwaite Memorial模型能夠體現(xiàn)不同的多重氣象要素綜合影響的蒸散量建立模型，涵蓋輻射、溫度、濕度、降水、風(fēng)等氣象因子，更靠近實(shí)際生產(chǎn)，Miami模型能夠體現(xiàn)自然狀態(tài)下水熱單因子對潛在生產(chǎn)力的影響，所以使用盡可能多的年氣象資料，運(yùn)用Thornthwaite Memorial模型和Miami模型分析范圍的溫度、降水和氣候生產(chǎn)潛力的時(shí)空分布特征及變化客觀規(guī)律，再使用EOF經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)和Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，研究近30年范圍時(shí)空演變特征的氣候生產(chǎn)潛力，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)活動生產(chǎn)，充分發(fā)揮資源、提高生產(chǎn)力、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益、貫徹農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。Miami模型對區(qū)域范圍內(nèi)的溫度生產(chǎn)潛力和降水生產(chǎn)潛力進(jìn)行平均狀況分析，分析出近30年溫度降水和生產(chǎn)潛力的趨勢關(guān)系[7]。根據(jù)Thornthwaite Memorial模型對區(qū)域的氣候生產(chǎn)潛力進(jìn)行研究計(jì)算，利用m-k檢驗(yàn)分析各地區(qū)平均氣候生產(chǎn)潛力隨時(shí)間的分布特征。對氣候生產(chǎn)潛力與年均氣溫和年均降水量進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，以期得出判別溫度和降水量中對氣候生產(chǎn)潛力的主導(dǎo)因子。氣候生產(chǎn)潛力區(qū)域分布特征，得出區(qū)氣候生產(chǎn)潛力空間分布。對研究區(qū)氣候生產(chǎn)潛力進(jìn)行EOF分析，研究氣候生產(chǎn)潛力的空間分布特征，氣候生產(chǎn)潛力的時(shí)間系數(shù)特征，與氣候的關(guān)系，與溫度，降水量的顯著關(guān)系等，尋找影響氣候生產(chǎn)潛力變化的最關(guān)鍵因素。

5 展望

農(nóng)業(yè)資源管理具有廣泛性、區(qū)域性、綜合性、緊迫性、群眾性。廣泛性即管理的范圍涉及凡是有農(nóng)業(yè)資源的各個(gè)地方，包括空間、地表、地下等所有自然存在的農(nóng)業(yè)資源。區(qū)域性即直接與氣候有關(guān)的農(nóng)業(yè)資源分布都有明顯的地帶性。綜合性即是多學(xué)科交叉滲透的產(chǎn)物，具有高度綜合性。緊迫性即資源的破壞，生態(tài)失衡等危及全人類的生存。群眾性即使用資源教育途徑，讓人們認(rèn)識到保護(hù)、合理利用資源。高效的農(nóng)業(yè)活動氣候資源管理，也是農(nóng)業(yè)活動中氣候資源高效利用的重要組成部分，它們相互統(tǒng)一，相互協(xié)調(diào)。

農(nóng)業(yè)活動氣候資源高效利用評價(jià)的未來方向是可持續(xù)農(nóng)業(yè)。可持續(xù)農(nóng)業(yè)是以保護(hù)資源基礎(chǔ)，優(yōu)化技術(shù)和調(diào)整機(jī)械變化的方向，獲得并持續(xù)地滿足現(xiàn)在和后代的需要。它是能夠防止土地、水和動植物資源、環(huán)境退化的方向，同時(shí)也是技術(shù)可以提高、經(jīng)濟(jì)可以創(chuàng)造動力、社會可以認(rèn)可的新型農(nóng)業(yè)。這一概念是目前進(jìn)行農(nóng)業(yè)自然資源高效利用管理的重要思想理論依據(jù)。可持續(xù)農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵，強(qiáng)調(diào)不能以犧牲子孫后代的生產(chǎn)發(fā)展權(quán)益換取當(dāng)今的發(fā)展，另外，把可持續(xù)農(nóng)業(yè)當(dāng)作一個(gè)過程，而不是當(dāng)作一種目標(biāo)或模式（生態(tài)）。最終可持續(xù)農(nóng)業(yè)達(dá)到兼顧經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益的統(tǒng)一。