农业活动中气候资源高效利用评价

付亚楠 ，程 琳 ，刘旭洋 ，苏，武玉龙

（1.卓资县气象局，内蒙古乌兰察布012300；2.长白山气象局，吉林二道白河134600；3.内蒙古雷电预警防护中心；4.内蒙古自治区气象灾害监测预警与人工影响天气中心；5.呼和浩特市气象局，内蒙古呼和浩特010051）

1 各类要素基础概念

光合潜力（Ppp）是单位时间和面积，具有理想群体结构的高光效作物品种在空气中二氧化碳含量正常，其他环境因素均处于最佳状态时的最大干物质产量。相关的光合潜力利用率（Spu）是指单位面积上作物的生物产量与同期、同面积光合潜力之比。相关的积温（Ta）指某时段、某界限温度期间日平均温度的总和，是研究作物生长发育对热量的要求以及评价热量资源的指标。最重要的是净第一性生产力（npp），其是指单位时间和面积内全部绿色植物生产的干物质重量[1]。而气候生产逆增率（CPgi）同样是评价气候资源农业活动利用有效性状况的综合评价。作物-气候生产潜力或光温水潜力。指单位面积和时间上，土壤养分充足时农作物最大可能产量。资源是指一切可被人类开发和利用，并带来财富、物质、能量、信息的总称，其广泛地存在于自然界以及人类社会。对资源的管理也至关重要，农业资源管理指代在资源承载力的允许下，管理者以资源科学为基础，利用和保护农业资源，对人类活动所进行的有组织、有指挥、有监督和有协调的过程[2]。

2 农业生产力模型的发展简史

20世纪60年代，在不考虑环境因素的条件下推算光合生产潜力，用年降水量和年平均温度预测生产力的迈阿密模型。20世纪70～80年代初属于模型大发展阶段，以光合生产能力为基础，侧重于从环境因子限制性角度构建模型，其中有实际年蒸散量预测生产力的蒙特利尔模型，有考虑光、温、水对作物互相作用的影响，针对干旱地区的作物特点，发展了一个ARID CROP模型[3]。从模型研究方法看，过去农业生产力模型的构建大致可分为三种类型，即实际测量法、数学相关法和半理论半经验法。

3 农业活动的气候资源高效利用评价真实含义与基本原则

3.1 农业活动的气候资源高效利用评价真实含义

从经济学意义解释，指在相同要素的条件减少投入资源，实现相等数量相等质量的产出，即是资源的高效利用；或者在同等条件下投入同样的资源而获得更高的产出。如果前一个生产周期是通过改善资源系统的环境容量，进而提高资源系统的自我更新能力来获得高产高效，这时才可以称得上是真正的高效。农业自然资源的高效利用与一般单纯经济意义上的资源高效利用是有区别的[4]，如图1。农业资源高效利用评价简单流程，前者是以提高资源系统的自我更新能力和可持续利用为基础的，而后者只是一种“虚假”的高效，是由现代市场经济中资源消耗成本核算上的缺陷造成的，如图1。农业资源高效利用评价的重点是找出“瓶颈”及限制因子，反馈及措施对策也很重要。如果缺失体系不完整，可以利用社会学指标评价法加以补充。

图1 农业资源高效利用简化评价流程

3.2 农业活动的气候资源高效利用评价基本原则

农业活动的资源高效利用评价基本五大原则：科学性原则、动态性原则、可操作性原则、整体性原则、层序性原则。科学性原则是评价需要在尊重资源农业活动中气候资源利用的自然、生态和经济等科学规律，必须要非主观的体现各类资源在农业生产活动内部外部的运动、影响状况，经过相互关联的指标，最终使不同区域、不同种类和不同模型农业活动中气候资源高效利用目的体现出相对好的度量和评价。动态性原则是动态循环变化的农业活动气候资源高效利用。一方面是农业生产的周期循环性、连续性，有些指标很容易在多个不同周期内界定，而不是单一的时间尺度，需要经过多个周期性循环才能得到结果；另一方面是与时俱进的科学技术和人类认识世界不断深入，高效利用农业活动气候资源的范围也在动态发展变化中，所以评价指标的选择不要单一选择，要多方面考虑资源利用的动态原则性特点[5]。可操作性原则是评价的各类指标需要简单，方便数据采取和数据计算，减少对不必要内容的调查和分析；多采取惯用的利用效率、单位面积产出、百分比等表示。同时要统一量纲，各类数据之间具有较强的可比性；在指标选取方面，尽量选用代表性、用途性较强和可定量化的指标；各指标在含义、计算方法上需要清晰简单。整体性原则是要求评价范围较广，可以从广度和深度综合反映影响农业活动气候资源高效利用的环节和因素，可以全方面地体现农业活动气候资源高效利用标准的衡量。例如资源利用效率、资源投入-产出的经济效益、产出效率高低、资源利用的社会满意程度、农业生态环境好坏、资源可持续性等。原则层序性是各类评价的内容必须依据遵循客观的逻辑规则，具有相对的顺序性和结构层次性，不是杂乱、交叉或复杂的排列组合。评价指标体系通常是2～4层，综合性较强指标在上，具体性较强指标在下。评价的核心指标是效率，结构顺序性由本底推算潜力，效率是由现实生产力与潜力的对比计算得出。

图2 呼伦贝尔气候资源综合利用评价相关体系

4 实例分析

实例一：呼伦贝尔36个气象台站1971年～2010年的太阳总辐射、平均气温、积温、气温年较差、降水量的气象要素5种。遵循特尔斐法选取资源系统中热量、光能、水分资源3大部分，综合评价农业活动气候资源的指标依次选取8个要素，反映光、热、水的情况。根据评价设计原则和指标选择原则，设计3个层次组成的指标体系框架，分别是目标层、准则层、指标层。目标层是农业活动气候资源评价；准则层包括光能、热量、水分3个部分资源，反映农业活动气候资源评价中各部分对目标层的影响；指标层则是有8个指标构成最小的组成单位组成整个评价[6]。如图2采用层次分析法，对所列指标通过两两比较重要程度，逐层建立矩阵判断，推动层次一致性、单排序检验，再推动组合一致性、层次总排序检验，得到最终结果，完成对3类约束和层次因素8个评价的权重系数计算。利用单项农业气候资源的优劣程度评价法，推算36个评价3部分内容，包括光能、热量和水分资源的农业活动气候资源指数，指数值大，排序靠前，资源就越优良。再利用资源综合优势度来定量综合评价农业气候资源的优劣程度，先算一年的36个评价内容，计算30年的均值，最终确定区域农业活动气候资源的质量、数量及匹配状况的综合情况。

实例二：气候生产潜力的分析，Thornthwaite Memorial模型能够体现不同的多重气象要素综合影响的蒸散量建立模型，涵盖辐射、温度、湿度、降水、风等气象因子，更靠近实际生产，Miami模型能够体现自然状态下水热单因子对潜在生产力的影响，所以使用尽可能多的年气象资料，运用Thornthwaite Memorial模型和Miami模型分析范围的温度、降水和气候生产潜力的时空分布特征及变化客观规律，再使用EOF经验正交函数和Mann-Kendall非参数统计方法，研究近30年范围时空演变特征的气候生产潜力，指导农业活动生产，充分发挥资源、提高生产力、创造经济效益、贯彻农业可持续发展战略。Miami模型对区域范围内的温度生产潜力和降水生产潜力进行平均状况分析，分析出近30年温度降水和生产潜力的趋势关系[7]。根据Thornthwaite Memorial模型对区域的气候生产潜力进行研究计算，利用m-k检验分析各地区平均气候生产潜力随时间的分布特征。对气候生产潜力与年均气温和年均降水量进行Pearson相关分析，以期得出判别温度和降水量中对气候生产潜力的主导因子。气候生产潜力区域分布特征，得出区气候生产潜力空间分布。对研究区气候生产潜力进行EOF分析，研究气候生产潜力的空间分布特征，气候生产潜力的时间系数特征，与气候的关系，与温度，降水量的显著关系等，寻找影响气候生产潜力变化的最关键因素。

5 展望

农业资源管理具有广泛性、区域性、综合性、紧迫性、群众性。广泛性即管理的范围涉及凡是有农业资源的各个地方，包括空间、地表、地下等所有自然存在的农业资源。区域性即直接与气候有关的农业资源分布都有明显的地带性。综合性即是多学科交叉渗透的产物，具有高度综合性。紧迫性即资源的破坏，生态失衡等危及全人类的生存。群众性即使用资源教育途径，让人们认识到保护、合理利用资源。高效的农业活动气候资源管理，也是农业活动中气候资源高效利用的重要组成部分，它们相互统一，相互协调。

农业活动气候资源高效利用评价的未来方向是可持续农业。可持续农业是以保护资源基础，优化技术和调整机械变化的方向，获得并持续地满足现在和后代的需要。它是能够防止土地、水和动植物资源、环境退化的方向，同时也是技术可以提高、经济可以创造动力、社会可以认可的新型农业。这一概念是目前进行农业自然资源高效利用管理的重要思想理论依据。可持续农业的内涵，强调不能以牺牲子孙后代的生产发展权益换取当今的发展，另外，把可持续农业当作一个过程，而不是当作一种目标或模式（生态）。最终可持续农业达到兼顾经济、社会和生态效益的统一。