水稻潜在产量估算解决方案

1.背景与技术路线

    统计资料表明，尽管我国粮食单产已由 50 年代初期的 1.2t/ha 增加到如今的 5.2t/h，粮食产量增加了 4 倍，但我国人口的增长速度与气候变化导致的农业生产的不确定性， 在水稻收获指数保持稳定的情况下，必须保证足够的水田面积才能保证水稻的产量。

    粮食是农田生态系统最重要的产品，能够满足人类基本的生存需求，同时对社会稳定和经济发展有至关重要的影响。粮食一般包括谷物（稻谷、小麦、杂谷）、豆类、薯类等。水稻是江西省最主要的粮食作物，其播种面积约占江西省农作物播种面积的 84.7%，其产量占江西省粮食总产量的 93.6%。另一个主要的粮食作物是小麦，但其产量在江西省粮食总产量中的比重不足的 1%。因此，对江西省而言，稻谷的生产潜力基本可以代表江西农田生态系统的粮食供给能力。为此，本研究主要分析江西省水稻的潜在生产能力，技术路线如图(1)。

图 1 叶面积指数获取技术路线

2.估算方法

    影响农作物产量有气候（光温水等）、土壤、品种、栽培技术等多方面的因素，本估算方法采用作物气候生产力的计算方法，   其中在三个较常用的基于主要气候因子的经验性模型 Miami （迈阿密）模型、Thornthwaite  Memorial（桑斯威特纪念）模型、Chikugo（筑后）模型中的 Chikugo。Chikugo模型把植物生理生态学和统计相关方法结合起来，综合考虑了诸多因子的作用，具有一定的理论基础，是估算湿润地区作物 NPP 的较好方法。计算公式如下：

    式中：NPP 单位为 t DW•hm^-2•a^-1；RDI 为辐射干燥度( = Rn/(L×R)，L 为蒸发潜热 cal•g^-1，R 为年降水量 mm)；R_n 为陆地表面所获得的年净辐射量(kcal•cm^-2)。

3.相关参数的确定

    水稻潜在产量估算的相关系数见表 1，采用低估的收获指数和高估的根冠比计算出低估的水稻潜在产量，用高估的收获指数和低估的根冠比计算出高估的水稻潜在产量，取二者的平均值±标准误来定量反映水稻潜在产量。

表 1  水稻 NPP 估算的相关系数

4.模型运算

    据计算，2001～2005 年水稻的现实产量约占气候生产潜力的 57.69% （见图 2） ，因此，从气候条件来考虑江西水稻产量还有较大的增长潜力。但是，实际上考虑到植物生理、气象条件、农田养分、农田管理、病虫害等多方面的因素，水稻的实际产量增长的空间也比较有限。鉴于全球气候变化导致的农业生产的不确定性和江西特色的气象条件，在水稻收获指数保持稳定的情况下，必须保证足够的水田面积才能保证水稻的产量。

图 2 江西省水稻气候生成潜力图

5.模拟和结果分析

    根据估算数据进行结果分析。主要用于分析：

    a)  粮食产量的估算

    b)  国家或政府对农田土地使用情况的宏观控制

    c)  气候变化对水稻生产力的影像