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        婁底市冬半年光能利用潛力研究

        2015-09-28 03:24:02王艷青蘇仲銘吳欣昱唐曼琳
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年1期
        關(guān)鍵詞:生產(chǎn)潛力光能婁底市

        王艷青,彭 磊,蘇仲銘,吳欣昱,唐曼琳

        (1. 婁底市氣象局,湖南 婁底417000;2. 冷水江市氣象局,湖南 冷水江417500;3. 婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 婁底417000)

        農(nóng)作物的葉綠素通過光合作用吸收空氣中的CO2和土壤中的水分合成碳水化合物,因而太陽能是自然界植物生產(chǎn)有機(jī)物質(zhì)的唯一能源。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程就是將太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能,即綠色植物的葉綠體吸收太陽能的過程[1]。農(nóng)業(yè)技術(shù)措施和耕作制度的改革以及新品種的選育等,都是為了提高綠色植物對(duì)太陽光能的利用率,從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量,改善農(nóng)作物的品質(zhì)。

        婁底市位于東經(jīng)112°,北緯27°43′,屬中亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤氣候區(qū)。熱量豐富,溫度適宜,四季分明:冬季少嚴(yán)寒,夏季多酷熱,秋季晴朗溫暖,春末夏初多雨成澇,盛夏初秋少雨多旱。全年平均氣溫16~17.3℃,年平均日照時(shí)間1 538 h,無霜期268 d。尤其是冬半年(在北半球,一般指秋季10月經(jīng)冬季到春季3月的這段時(shí)間)光能資源豐富、熱水資源尚好,有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,現(xiàn)從氣象角度對(duì)婁底市冬半年的光能潛力作粗淺探討。

        1 材料與方法

        以婁底市氣象局歷年(1981~2010年)氣象觀測資料和農(nóng)作物生育期觀測試驗(yàn)研究資料為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行光合輻射和光合潛力計(jì)算,求出冬季主要作物的光生產(chǎn)潛力。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 婁底市冬半年光、熱水資源狀況

        從表1 中可以看出,婁底市冬半年日照時(shí)數(shù)為602.8 h,占全年總?cè)照盏?8.5%;日照百分率在22%~40%之間;平均氣溫在5.0~18.0℃,0℃以上的活動(dòng)積溫為1 803℃,占全年總活動(dòng)積溫的29.4%;降水量為445.3 mm,占年總降水量的31.5%;冬半年太陽總輻射為38.546 0 kCal/cm2,占年總輻射值得37.6%。

        2.2 太陽總輻射值與光合有效輻射及光合潛力估算

        2.2.1 太陽總輻射值的計(jì)算 太陽總輻射值,(Q+q)式中(Q+q)為太陽總輻射值(kCal/cm2),(Q+q)0為 晴 天 條 件 下 的 太 陽 總 輻 射(kCal/cm2),a、b 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),a=0.248,b=0.752,為日照百分率(%)。從表2 中可以看出,婁底市冬半年的太陽總輻射值為38.546 0 kCal/cm2。

        表1 婁底市1981~2010年冬半年平均光熱水資源狀況

        表2 婁底市太陽總輻射值計(jì)算

        2.2.2 光合有效輻射 植物能直接利用的生理輻射為可見光,波長在0.38~0.71 m 之間,約占太陽能總輻射的50%左右。婁底市太陽總輻射值冬半年平均為38.546 0 kCal/cm2,占全年總輻射值的37.6%,生理輻射能值為19.469 5 kCal/cm2。

        2.2.3 光能潛力估算 將日平均氣溫穩(wěn)定通過5.0℃時(shí)期內(nèi)的光能潛力稱為生產(chǎn)力[2],采用左太康的光合潛力估算經(jīng)驗(yàn)公式:

        式中,YT為光合生產(chǎn)潛力(kg/hm2),T 為溫度系數(shù),f 為光能利用率(%),Q 為太陽總輻射值(kCal/cm2),t 為月平均氣溫(℃)。按上式計(jì)算婁底市冬半年光能的生產(chǎn)潛力,婁底市冬半年(10~翌年3月)各月份的光合生產(chǎn)潛力分別為7 867.5、6 090.0、51 07.5、4 350.0、4 867.5、5 880.0 kg/hm2,合計(jì)整個(gè)冬半年的光合生產(chǎn)潛力可達(dá)34 162.5 kg/hm2。以經(jīng)濟(jì)系數(shù)0.4 計(jì)算,則單位面積產(chǎn)量可達(dá)13 665.0 kg/hm2。這說明冬季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的光能潛力是非常巨大的。

        3 婁底市冬半年光熱資源利用的建議

        3.1 大力發(fā)展稻田油菜

        通常,油菜在9月下旬播種至次年5月中旬成熟收割,露地田間栽培大田生育期在220 d 左右,經(jīng)歷秋、冬、春三季的氣候變化,其生長發(fā)育與天氣氣候關(guān)系密切,油菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培各生育期的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)如下。(1)油菜播種出苗期喜晴暖濕潤的氣候環(huán)境,以日平均氣溫12~20℃為宜,播種至出苗的時(shí)間隨溫度變化而變化,在16~20℃的環(huán)境下出苗速度最快,僅需3 d;而在13~16℃的環(huán)境下則需6 d。播種時(shí)10~20 cm 土壤濕度以20%左右為宜,長期干旱,土壤濕度小于15%將導(dǎo)致種子缺水不萌動(dòng)或萌動(dòng)后干死;若遇長期陰雨低溫,土壤濕度達(dá)50%以上,則會(huì)因土壤中缺氧而造成爛種或出苗后發(fā)生黑根死苗現(xiàn)象。苗期,在10~16℃的環(huán)境下需4~5 d 才能長出一片葉,而在6~9℃環(huán)境下則需7~8 d。(2)油菜移栽期的適宜溫度為14~17℃[2],溫度過低不利于根系生長。油菜抽苔期的適宜溫度為15~18℃,日平均氣溫在10℃以上時(shí),隨溫度的升高抽苔速度加快;若溫度降低到10℃以下,抽苔速度明顯變緩。若遇長時(shí)間的低溫陰雨寡照天氣,光合作用較弱,制造的碳水化合物少,導(dǎo)致生長勢弱、分枝少,且易感染菌核病等病害,油菜的產(chǎn)量和品質(zhì)將大幅度下降。(3)油菜開花結(jié)莢的適宜溫度為15~24℃,相對(duì)濕度在70%~80%之間。當(dāng)日平均氣溫降低到10℃以下時(shí),開花數(shù)明顯減少。開花結(jié)莢時(shí),若遇到低溫陰雨寡照天氣,易造成結(jié)莢不良;若遇高溫(25℃以上)高濕(相對(duì)濕度90%以上)環(huán)境,則容易滋生菌核病等病害;若遇持續(xù)高溫干旱少雨天氣,則蚜蟲危害的幾率大增。(4)油菜結(jié)莢期和籽粒成熟期要求天氣晴朗,適宜溫度在15~20℃之間。若遇大風(fēng)冰雹易造成倒伏;若遇連續(xù)低溫陰雨寡照天氣,易造成籽粒不實(shí)、千粒重下降;若遇高溫(日平均氣溫25℃以上)干旱易引起幼莢脫落和高溫逼熟,產(chǎn)量降低。

        根據(jù)油菜生物學(xué)特性和婁底市的氣候特點(diǎn),筆者認(rèn)為發(fā)展油菜生產(chǎn)是充分利用冬半年光熱資源,提高光能利用率的有效途徑之一,該市的氣候有利于油菜的高產(chǎn)豐收。由表3 可知,若光能利用率為1%,則油菜籽產(chǎn)量可達(dá)2 257.5 kg/hm2;若光熱利用率為2%,則油菜籽產(chǎn)量可達(dá)4 519.5 kg/hm2。

        表3 婁底市冬半年各月份油菜光合生產(chǎn)潛力估算 (kg/hm2)

        3.2 適當(dāng)發(fā)展喜涼蔬菜

        蘿卜屬半耐寒性蔬菜,喜溫,在溫差較大的環(huán)境下生長良好;其莖葉生長的最適宜溫度為15~20℃,肉質(zhì)根生長的最適宜地溫為13~18℃,幼苗期能忍耐-2~-3℃的低溫,但在生長后期溫度低于-1~-2℃時(shí),肉質(zhì)根易受凍害。除了溫度以外,蘿卜屬長日照植物,要求充足的光照,日照不足、蔭蔽時(shí),葉片小、產(chǎn)量低。蘿卜葉片較大,根系分布淺,耐旱力較弱,干旱時(shí)肉質(zhì)根瘦小,但土壤水分過多,容易引起根部腐爛。生長中后期對(duì)水分的要求較前期高,土壤水分要求充足和穩(wěn)定,若土壤干旱缺水,易引起肉質(zhì)根開裂。

        婁底市10月份平均氣溫在18.0℃左右,日平均氣溫穩(wěn)定通過15.0℃的平均終日為10月25日,旬平均地溫穩(wěn)定低于13.0℃的終日在1月上中旬[3]。

        通常,蘿卜在9月底至10月初播種,10月上中旬出苗,平均氣溫在15~20℃時(shí),適宜出苗和葉片生長,10月下旬末至11 中旬的平均氣溫穩(wěn)定降低到15℃以下,地溫降低到20~15℃左右,有利于肉質(zhì)根生長。

        冬季的光熱資源適宜蘿卜、白菜等喜涼蔬菜和馬鈴薯的生育,產(chǎn)量可達(dá)30 t/hm2以上,既可增加蔬菜來源、滿足市場需求,繁榮市場,又可增加農(nóng)民收入,若以蔬菜產(chǎn)量30 t/hm2計(jì)算,人均種0.07 hm2蔬菜,則每人可增加收入3 000 元,非常有利于農(nóng)民增收,是農(nóng)民脫貧致富的有效途徑之一。

        3.3種植綠肥

        據(jù)研究,稻田種植紅花草子、蘭花草子、蠶豆等綠肥作物,產(chǎn)量可達(dá)30~45 t/hm2,既可增加稻田土壤的有機(jī)質(zhì)含量,改善土壤肥力,又可為牲畜提供飼料,還可提高土地利用率,一舉多得。

        4 結(jié)論與討論

        婁底市冬半年光熱資源豐富,日平均氣溫穩(wěn)定通過10℃的平均終止日期為11月21日,初日為3月24日,終日至初日持續(xù)日數(shù)23 d;日平均氣溫穩(wěn)定通過5.0℃的平均終日為12月24日,平均初日為2月27日,終日至初之間持續(xù)月數(shù)為65 d;日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃的日平均出現(xiàn)在1月7日,平均初日為1月1日,終日至初日持續(xù)日數(shù)僅6 d

        0℃是地面凝結(jié)、霜凍的溫度指標(biāo),0℃以下大地封凍,不宜田間耕作,稱農(nóng)閑期,故以一年中日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃初終間持續(xù)期為適宜農(nóng)耕期。0℃也是越冬作物安全越冬的溫度指標(biāo)。婁底市日平均氣溫0℃的初終間日數(shù)平均僅6 d,即越冬作物停止生長期僅為6 d[4],說明該市的氣候有利于農(nóng)作物安全越冬。

        5.0℃是絕大多數(shù)越冬作物開始萌芽和緩慢生長的臨界溫度,婁底市日平均氣溫穩(wěn)定通過5℃的平均終日為12日24日,平均初日為2月27日。日平均氣溫5.0℃,終日至初日間的持續(xù)日數(shù)為65 d。

        因此,婁底市冬半年的光熱資源較豐富,有利于油菜、蘿卜、白菜等喜涼蔬菜和綠肥的生長發(fā)育和高產(chǎn)。但需要注意的是:(1)油菜要適時(shí)播種,既要防止冬季過早播種造成冬前抽苔,又要防止過遲播種造成的長勢不良、產(chǎn)量下降;(2)冬半年雨水天氣較多,要做好防雨、開溝、排水工作,作到雨停田干,使土壤透氣,有利于油菜根系生長;(3)1~2月隆冬季節(jié)常有冰凍天氣出現(xiàn),極端最低氣溫在-5.0℃以下,對(duì)油菜生長不利,故作好冬季油菜培蔸防寒防凍,亦是油菜高產(chǎn)豐收的一項(xiàng)不可忽視的工作。

        [1]韓湘玲.中國農(nóng)業(yè)氣候?qū)W[M].太原:山西科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

        [2]李全勝,楊忠恩.作物光能和光溫生產(chǎn)潛力計(jì)算模式及其應(yīng)用——以杭州市早稻和晚稻生產(chǎn)為例[J].生物數(shù)學(xué)學(xué)報(bào),2000,15(2):139-144.

        [3]伍智文,蔡海朝.婁底市農(nóng)業(yè)氣候資源與油菜產(chǎn)量的特征研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,(8):86-88.

        [4]鄧見英,曾海鵬,胡國強(qiáng),等.婁底市氣象為農(nóng)服務(wù)的現(xiàn)狀與對(duì)策建議[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(23):7924-7926.

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