中國橡膠的氣候生產潛力

李偉光 劉少軍 陳小敏

摘要：基于聯合國糧農組織（FAO）開發的農業生態區劃（AEZ）模型和專業氣候插值軟件ANUSPLIN插值的常年逐月太陽總輻射、溫度及降水數據，計算了我國25°N以南的區域橡膠樹的氣候生產潛力，并通過天然橡膠的干物質分配率估算了天然橡膠的產膠潛力。結果表明，我國最適宜橡膠生長的區域在海南島及云南的西雙版納地區。溫度是制約我國橡膠生長的限制因素，云南高原、海南島是我國橡膠光合生長潛力的2個高值區，但是云南高原區由于溫度限制，橡膠生長潛力下降非常顯著。在西雙版納和海南島，降水因素僅是海南島西部地區的限制因素。

關鍵詞：中國橡膠;生產潛力;光合潛力;光溫潛力;氣候潛力;產膠潛力;干物質分配率

農作物生長對氣候資源的需求十分敏感[1-3]。不同氣候類型中光、熱、水等氣候資源的數量及其匹配影響著農作物生產潛力乃至生產布局和種植制度等。隨著高效農業的發展，農業資源利用率逐漸提高，對農業氣候生產潛力的研究也受到越來越多的重視[4-7]。

天然橡膠是國防和工業建設中不可或缺的重要原料。海南省作為中國最大的天然橡膠生產基地，受制于土地資源條件限制，天然橡膠產量與世界產膠大國相比差距較大。通過天然橡膠氣候產膠潛力研究，可得到制約橡膠產量的氣候因子，掌握產膠潛力與實際產量之間的差距及形成原因，進而尋求解決方案，指導海南橡膠發展[8]。對提高膠農收入和農村經濟發展具有重要意義。

目前，已有學者基于中分辨率成像光譜儀（MODIS）和氣象數據利用凈初級生產力遙感估算海南省國營陽江農場天然橡膠的產膠潛力[9]。該研究對典型區域氣候資源的開發利用起到了示范作用，但更大橡膠種植范圍的研究目前尚缺乏。農業氣候生產潛力取決于光、溫、水三要素的高低及其相互配合情況[10-12]。因此，本研究采用專業氣候插值軟件Anusplin插值的常年逐月輻射、氣溫和降水數據，對我國橡膠氣候生產潛力時空變化特征進行分析，以期為提高我國熱量氣候資源利用率、調整橡膠生產布局提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域

主要研究我國25°N以南陸地區域，主要包含廣東省、廣西壯族自治區、云南省和海南省4個省（區）的部分地區。這部分地區屬亞熱帶、熱帶季風氣候區，地形復雜多樣，是我國熱量資源最充足的地區，光照較多，干季、雨季明顯，是我國橡膠生長的潛在區域。

1.2 研究數據

氣候數據基于中國氣象站點，運用專業氣候插值軟件Anusplin插值得到我國常年氣溫和降水柵格數據，該數據空間分辨率為1 km，時間分辨率為月。氣象要素插值軟件Anusplin是一款基于薄盤光滑樣條理論專門針對氣候數據擬合插值的軟件[13]，同其他插值方法相比，Anusplin能夠反映氣象要素隨其影響因子變化而變化的關系[14]，插值精度顯著高于反向局里權重法和克里格等方法[15]。本研究利用Anusplin，將海拔高程作為協變量，對月平均氣溫、太陽總輻射、降水進行柵格處理。

1.3 計算方法

本研究以聯合國糧農組織（FAO）開發的農業生態區劃（agro-ecological zone，簡稱AEZ）模型為理論依據，分光、熱、水3步估算橡膠樹的氣候生產潛力[16]，以期通過生產潛力的計算，分析影響橡膠產膠量的氣候因素，從而有針對性地尋求提高橡膠產量的途徑。

1.3.1 光合生產潛力 光合生產潛力是假設影響作物生長的其他因素處于最佳配比時，由太陽輻射帶來的能量能合成的所有干物質生產量。光合生長潛力（Y0）估算公式為

式中：PAR為到達地表的光合有效輻射，MJ/（m2·月）。它可由太陽總輻射（Q）通過PAR=0.47Q[9]求得;ε為橡膠樹的最大光能利用率，本研究采用落葉闊葉林的模擬結果0.692 g/MJ（質量以C計，下同）作為天然橡膠林的最大光能利用率[17]。

1.3.2 光溫生產潛力 光溫生產潛力是假設作物除光、溫度外其他因素處于最適狀態時，光溫限制條件下光合累積的上限。光溫生產潛力（Ym）估算公式為：

式中：T是發育期的平均氣溫，T1、T2和T0分別是該發育期內作物生長發育的下限溫度、上限溫度和產量形成的最適溫度，且當T≤T1時，σT為0。本研究計算所采取的的上限、下限溫度和最適溫度取自文獻[18]。

1.3.3 氣候生產潛力 作物氣候生產潛力是在光照、溫度、降水3種自然因子條件下，橡膠所能實現的最大生產力。氣候生產潛力是通過水分校正系數修正光溫生產潛力所得。氣候生產潛力估算公式如下：

式中：σE反映了植被所有利用的有效水分條件對光能利用率的影響，隨著環境中有效水分的增加，σE逐漸增大。它的取值范圍為0.5（極端干旱條件下）到1（非常濕潤條件下），大氣水分含量對橡膠林光能利用率的影響系數σE由公式（6）計算所得：

式中：P為月降水量;Rn為太陽凈輻射量;Ts為地表氣溫;a為常數238.8;A為地表反射率，取0.17[9]。

1.3.4 橡膠產膠潛力 橡膠產膠潛力，是橡膠樹能夠產生且為生產所用的膠水量，它由氣候生產潛力與干物質分配率相乘得到。干物質分配率又稱收獲指數，即干物質中分配給合成人們所需的物質的比率。通過以下公式估算：

式中：Yh為橡膠林單位面積的產膠潛力，g/m2;Hi為橡膠樹的干物質分配率[8]。

2 結果與分析

2.1 光合潛力

光合生產潛力反映作物產量的上限。通過橡膠光合生產潛力的計算可以發現，在中國有2個光合生產潛力高值區，即海南島和云南。光合潛力的分布與太陽總輻射的分布基本一致，主要受維度與地形的影響。高值區橡膠的年產膠潛力一般在 1 800 g/m2（質量以C計，下同）以上。兩廣區域的光合潛力相對較小，呈現出從南向北逐漸減少的趨勢。

2.2 光溫潛力

光溫生長潛力是在光合生產潛力的基礎上，考慮月平均氣溫的限制作用而計算生成的。通過光溫生長潛力的分布圖2可以看出，溫度是我國橡膠生長的限制因素。在光合生長潛力的2個高值區之一的云南高原區，光溫生長潛力下降非常顯著。云南高原區的大部分土地都因溫度較低以致不適合橡膠生長。僅有海南和云南南部的西雙版納自治州光溫生長潛力仍然比較高。從光溫生長潛力角度來看，西雙版納的生長潛力不及海南島南部，但與海南島北區相當。

2.3 氣候潛力

從圖3可以看出，氣候生長潛力是在光溫生長潛力的基礎上考慮降水的限制因素得到的結果。橡膠氣候生長潛力的分布與光溫生長潛力的分布基本相同，僅在海南島西南的部分地區出現了下降的情況。說明在云南的西雙版納與海南島，降水總量與分布足夠保障橡膠正常生長。

2.4 產膠潛力

從圖4可以看出，通過氣候生長潛力反演的橡膠產膠能力來看，我國最適宜橡膠生長的區域在海南島及云南的西雙版納地區。廣東省、廣西壯族自治區、福建省部分沿海地區屬于次級區域，其他地區基本不適宜橡膠生長，產膠量下降明顯。

3 結論與討論

本研究選取目前世界上應用最廣泛的農業生態區劃模型（AEZ），對我國25°N以南區域橡膠樹的氣候生產潛力進行了分析，分別通過考慮光照、溫度及降水對橡膠產量的影響，估算了該區域天然橡膠的生長潛力，并通過天然橡膠的干物質分配率計算了天然橡膠的產膠潛力。我國最適宜橡膠生長的區域在海南島及云南的西雙版納地區。溫度是制約我國橡膠生長的限制因素，云南高原區由于溫度限制，橡膠生長潛力下降明顯以致不再適宜橡膠生長。降水（干旱）是海南島西部地區橡膠生長

的限制因子。本研究的基礎資料較易獲取，便于計算，其結果能夠反映出制約橡膠生產的氣象因素，對指導橡膠研究方向、尋求解決方案，指導我國橡膠產業發展，提高產膠量和膠農收入具有重要意義。

該方法還存在一定的不足，未考慮到極端氣候事件的影響。如冷害，橡膠作為多年生作物，遭受1次冷害將制約多年的產量，乃至不適宜橡膠栽培。其次，海南島臺風的影響也未考慮[19-20]。在實際生產中，耕作制度、與其他作物的比較收益都尚未考慮，這些因素是復雜的。因此，橡膠生產布局還須在作物氣候生產潛力的基礎上進一步綜合考慮其他災害和經濟因素。

參考文獻：

[1]IPCC. Climate change 2007：synthesis report[C]. Contribution of working groups Ⅰ，Ⅱ and Ⅲ to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change，2007.

[2]Steven D G，Adam W，Stephen R K，et al. Simulating greenhouse gas budgets of four California cropping systems under conventional and alternative management[J]. Ecological Applications，2010，20（7）：1805-1819.

[3]Tao F L，Yokozawa M，Hayashi Y，et al. Changes in agricultural water demands and soil moisture in China over the last half-century and their effects on agricultural production[J]. Agricultural and Forest Meteorology，2003，118（3/4）：251-261.

[4]Zhang J K，Zhang F R，Di Z，et al. The grain potential of cultivated lands in Mainland China in 2004[J]. Land Use Policy，2009，26（1）：68-76.

[5]Wei X，Declan C，Erda L，et al. Future cereal production in China：the interaction of climate change，water availability and socio-economic scenarios[J]. Global Environmental Change，2009，19（1）：34-44.

[6]Chauhan Y S. Potential productivity and water requirements of maize-peanut rotations in Australian semi-arid tropical environments-A crop simulation study[J]. Agricultural Water Management，2010，97（3）：457-464.

[7]Arora V K，Singh H，Singh B. Analyzing wheat productivity responses to climatic，irrigation and fertilizer-nitrogen regimes in a semi-arid sub-tropical environment using the CERES-Wheat model[J]. Agricultural Water Management，2007，94（1/2/3）：22-30.

[8]王紀坤，王立豐，安 鋒，等. 巴西橡膠樹逆境響應基因HbPRX53的克隆與表達分析[J]. 廣東農業科學，2017，44（6）：63-70，封2.

[9]李海亮，羅 微，李世池，等. 基于凈初級生產力的海南天然橡膠產膠潛力研究[J]. 資源科學，2012，34（2）：337-344.

[10]黃進勇，李新平，孫敦立. 黃淮海平原冬小麥-春玉米-夏玉米復合種植模式生理生態效應研究[J]. 應用生態學報，2003，14（1）：51-56.

[11]Chavas D R，Izaurralde R C，Thomson A M，et al. Long-term climate change impacts on agricultural productivity in eastern China[J]. Agricultural and Forest Meteorology，2009，149（6/7）：1118-1128.

[12]周允華，項月琴，李 俊，等. 一級生產水平下冬小麥、夏玉米的生產模擬[J]. 應用生態學報，1997，8（3）：257-262.

[13]Hutchinson M F. ANUDEM version 5.3 user guide[EB/OL]. （2011-08-09）[2019-05-20]. https：//fennerschool.anu.edu.au/files/usedem53_pdf_16552.pdf.

[14]錢永蘭，呂厚荃，張艷紅. 基于ANUSPLIN軟件的逐日氣象要素插值方法應用與評估[J]. 氣象與環境學報，2010，26（2）：7-15.

[15]徐金勤，邱新法，曾 燕，等. 浙江茶葉春霜凍害的氣候變化特征分析[J]. 江蘇農業科學，2018，46（22）：101-105.

[16]蔡承智，Velthuizen H V，Guenther F，et al. 基于AEZ模型的我國農區小麥生產潛力分析[J]. 中國生態農業學報，2007，15（5）：182-184.

[17]朱文泉，潘耀忠，何 浩，等. 中國典型植被最大光利用率模擬[J]. 科學通報，2006，51（6）：700-706.

[18]華南熱帶作物學院. 橡膠栽培學[M]. 北京：農業出版社，1991：32-33.

[19]賀軍軍，文尚華，羅 萍，等. 臺風“威馬遜”對雷州半島植膠區橡膠樹的影響[J]. 廣東農業科學，2015，42（24）：80-85.

[20]劉少軍，胡德強，張京紅，等. 海南島橡膠風害的重現期預測[J]. 廣東農業科學，2017，44（1）：172-175，封3.楊元智，李建華，廖麗君，等. 重慶市耕地質量等別變化及空間分布特征[J]. 江蘇農業科學，2020，48（12）：285-291.