娄底市冬半年光能利用潜力研究

王艳青，彭 磊，苏仲铭，吴欣昱，唐曼琳

（1. 娄底市气象局，湖南 娄底417000；2. 冷水江市气象局，湖南 冷水江417500；3. 娄底职业技术学院，湖南 娄底417000）

农作物的叶绿素通过光合作用吸收空气中的CO2和土壤中的水分合成碳水化合物，因而太阳能是自然界植物生产有机物质的唯一能源。农业生产过程就是将太阳能转变成化学能，即绿色植物的叶绿体吸收太阳能的过程[1]。农业技术措施和耕作制度的改革以及新品种的选育等，都是为了提高绿色植物对太阳光能的利用率，从而提高农作物的产量，改善农作物的品质。

娄底市位于东经112°，北纬27°43′，属中亚热带大陆性季风湿润气候区。热量丰富，温度适宜，四季分明：冬季少严寒，夏季多酷热，秋季晴朗温暖，春末夏初多雨成涝，盛夏初秋少雨多旱。全年平均气温16～17.3℃，年平均日照时间1 538 h，无霜期268 d。尤其是冬半年（在北半球，一般指秋季10月经冬季到春季3月的这段时间）光能资源丰富、热水资源尚好，有利于农业生产的发展，现从气象角度对娄底市冬半年的光能潜力作粗浅探讨。

1 材料与方法

以娄底市气象局历年（1981～2010年）气象观测资料和农作物生育期观测试验研究资料为基础数据，运用数理统计方法进行光合辐射和光合潜力计算，求出冬季主要作物的光生产潜力。

2 结果与分析

2.1 娄底市冬半年光、热水资源状况

从表1 中可以看出，娄底市冬半年日照时数为602.8 h，占全年总日照的38.5%；日照百分率在22%～40%之间；平均气温在5.0～18.0℃，0℃以上的活动积温为1 803℃，占全年总活动积温的29.4%；降水量为445.3 mm，占年总降水量的31.5%；冬半年太阳总辐射为38.546 0 kCal/cm2，占年总辐射值得37.6%。

2.2 太阳总辐射值与光合有效辐射及光合潜力估算

2.2.1 太阳总辐射值的计算 太阳总辐射值，（Q+q）式中（Q+q）为太阳总辐射值（kCal/cm2），（Q+q）0为 晴 天 条 件 下 的 太 阳 总 辐 射（kCal/cm2），a、b 为经验系数，a＝0.248，b＝0.752，为日照百分率（%）。从表2 中可以看出，娄底市冬半年的太阳总辐射值为38.546 0 kCal/cm2。

表1 娄底市1981～2010年冬半年平均光热水资源状况

表2 娄底市太阳总辐射值计算

2.2.2 光合有效辐射 植物能直接利用的生理辐射为可见光，波长在0.38～0.71 m 之间，约占太阳能总辐射的50%左右。娄底市太阳总辐射值冬半年平均为38.546 0 kCal/cm2，占全年总辐射值的37.6%，生理辐射能值为19.469 5 kCal/cm2。

2.2.3 光能潜力估算 将日平均气温稳定通过5.0℃时期内的光能潜力称为生产力[2]，采用左太康的光合潜力估算经验公式：

式中，YT为光合生产潜力（kg/hm2），T 为温度系数，f 为光能利用率（%），Q 为太阳总辐射值（kCal/cm2），t 为月平均气温（℃）。按上式计算娄底市冬半年光能的生产潜力，娄底市冬半年（10～翌年3月）各月份的光合生产潜力分别为7 867.5、6 090.0、51 07.5、4 350.0、4 867.5、5 880.0 kg/hm2，合计整个冬半年的光合生产潜力可达34 162.5 kg/hm2。以经济系数0.4 计算，则单位面积产量可达13 665.0 kg/hm2。这说明冬季农业生产的光能潜力是非常巨大的。

3 娄底市冬半年光热资源利用的建议

3.1 大力发展稻田油菜

通常，油菜在9月下旬播种至次年5月中旬成熟收割，露地田间栽培大田生育期在220 d 左右，经历秋、冬、春三季的气候变化，其生长发育与天气气候关系密切，油菜高产优质栽培各生育期的农业气象指标如下。（1）油菜播种出苗期喜晴暖湿润的气候环境，以日平均气温12～20℃为宜，播种至出苗的时间随温度变化而变化，在16～20℃的环境下出苗速度最快，仅需3 d；而在13～16℃的环境下则需6 d。播种时10～20 cm 土壤湿度以20%左右为宜，长期干旱，土壤湿度小于15%将导致种子缺水不萌动或萌动后干死；若遇长期阴雨低温，土壤湿度达50%以上，则会因土壤中缺氧而造成烂种或出苗后发生黑根死苗现象。苗期，在10～16℃的环境下需4～5 d 才能长出一片叶，而在6～9℃环境下则需7～8 d。（2）油菜移栽期的适宜温度为14～17℃[2]，温度过低不利于根系生长。油菜抽苔期的适宜温度为15～18℃，日平均气温在10℃以上时，随温度的升高抽苔速度加快；若温度降低到10℃以下，抽苔速度明显变缓。若遇长时间的低温阴雨寡照天气，光合作用较弱，制造的碳水化合物少，导致生长势弱、分枝少，且易感染菌核病等病害，油菜的产量和品质将大幅度下降。（3）油菜开花结荚的适宜温度为15～24℃，相对湿度在70%～80%之间。当日平均气温降低到10℃以下时，开花数明显减少。开花结荚时，若遇到低温阴雨寡照天气，易造成结荚不良；若遇高温（25℃以上）高湿（相对湿度90%以上）环境，则容易滋生菌核病等病害；若遇持续高温干旱少雨天气，则蚜虫危害的几率大增。（4）油菜结荚期和籽粒成熟期要求天气晴朗，适宜温度在15～20℃之间。若遇大风冰雹易造成倒伏；若遇连续低温阴雨寡照天气，易造成籽粒不实、千粒重下降；若遇高温（日平均气温25℃以上）干旱易引起幼荚脱落和高温逼熟，产量降低。

根据油菜生物学特性和娄底市的气候特点，笔者认为发展油菜生产是充分利用冬半年光热资源，提高光能利用率的有效途径之一，该市的气候有利于油菜的高产丰收。由表3 可知，若光能利用率为1%，则油菜籽产量可达2 257.5 kg/hm2；若光热利用率为2%，则油菜籽产量可达4 519.5 kg/hm2。

表3 娄底市冬半年各月份油菜光合生产潜力估算 （kg/hm2）

3.2 适当发展喜凉蔬菜

萝卜属半耐寒性蔬菜，喜温，在温差较大的环境下生长良好；其茎叶生长的最适宜温度为15～20℃，肉质根生长的最适宜地温为13～18℃，幼苗期能忍耐-2～-3℃的低温，但在生长后期温度低于-1～-2℃时，肉质根易受冻害。除了温度以外，萝卜属长日照植物，要求充足的光照，日照不足、荫蔽时，叶片小、产量低。萝卜叶片较大，根系分布浅，耐旱力较弱，干旱时肉质根瘦小，但土壤水分过多，容易引起根部腐烂。生长中后期对水分的要求较前期高，土壤水分要求充足和稳定，若土壤干旱缺水，易引起肉质根开裂。

娄底市10月份平均气温在18.0℃左右，日平均气温稳定通过15.0℃的平均终日为10月25日，旬平均地温稳定低于13.0℃的终日在1月上中旬[3]。

通常，萝卜在9月底至10月初播种，10月上中旬出苗，平均气温在15～20℃时，适宜出苗和叶片生长，10月下旬末至11 中旬的平均气温稳定降低到15℃以下，地温降低到20～15℃左右，有利于肉质根生长。

冬季的光热资源适宜萝卜、白菜等喜凉蔬菜和马铃薯的生育，产量可达30 t/hm2以上，既可增加蔬菜来源、满足市场需求，繁荣市场，又可增加农民收入，若以蔬菜产量30 t/hm2计算，人均种0.07 hm2蔬菜，则每人可增加收入3 000 元，非常有利于农民增收，是农民脱贫致富的有效途径之一。

3.3种植绿肥

据研究，稻田种植红花草子、兰花草子、蚕豆等绿肥作物，产量可达30～45 t/hm2，既可增加稻田土壤的有机质含量，改善土壤肥力，又可为牲畜提供饲料，还可提高土地利用率，一举多得。

4 结论与讨论

娄底市冬半年光热资源丰富，日平均气温稳定通过10℃的平均终止日期为11月21日，初日为3月24日，终日至初日持续日数23 d；日平均气温稳定通过5.0℃的平均终日为12月24日，平均初日为2月27日，终日至初之间持续月数为65 d；日平均气温稳定通过0℃的日平均出现在1月7日，平均初日为1月1日，终日至初日持续日数仅6 d

0℃是地面凝结、霜冻的温度指标，0℃以下大地封冻，不宜田间耕作，称农闲期，故以一年中日平均气温稳定通过0℃初终间持续期为适宜农耕期。0℃也是越冬作物安全越冬的温度指标。娄底市日平均气温0℃的初终间日数平均仅6 d，即越冬作物停止生长期仅为6 d[4]，说明该市的气候有利于农作物安全越冬。

5.0℃是绝大多数越冬作物开始萌芽和缓慢生长的临界温度，娄底市日平均气温稳定通过5℃的平均终日为12日24日，平均初日为2月27日。日平均气温5.0℃，终日至初日间的持续日数为65 d。

因此，娄底市冬半年的光热资源较丰富，有利于油菜、萝卜、白菜等喜凉蔬菜和绿肥的生长发育和高产。但需要注意的是：（1）油菜要适时播种，既要防止冬季过早播种造成冬前抽苔，又要防止过迟播种造成的长势不良、产量下降；（2）冬半年雨水天气较多，要做好防雨、开沟、排水工作，作到雨停田干，使土壤透气，有利于油菜根系生长；（3）1～2月隆冬季节常有冰冻天气出现，极端最低气温在-5.0℃以下，对油菜生长不利，故作好冬季油菜培蔸防寒防冻，亦是油菜高产丰收的一项不可忽视的工作。

[1]韩湘玲.中国农业气候学[M].太原：山西科学技术出版社，1999.

[2]李全胜，杨忠恩.作物光能和光温生产潜力计算模式及其应用——以杭州市早稻和晚稻生产为例[J].生物数学学报，2000，15（2）：139-144.

[3]伍智文，蔡海朝.娄底市农业气候资源与油菜产量的特征研究[J].湖南农业科学，2012，（8）：86-88.

[4]邓见英，曾海鹏，胡国强，等.娄底市气象为农服务的现状与对策建议[J].安徽农业科学，2014，42（23）：7924-7926.