一、立論依 1 研究背景與研究意 的92%[4]，因此 以來(lái)，溫室氣體的大量排放加劇了全球氣大氣CO2濃度升高、全球增溫和水分狀況的改變無(wú)疑會(huì)對(duì)作物的生理過(guò)程、生物 生活方式導(dǎo)致了全球性水[10]。水作為促進(jìn)糧食生產(chǎn)的關(guān)鍵推力和最重要的水資源供需日益加劇，干旱區(qū)農(nóng)業(yè)缺水嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)用水效率不高，這些都制[12]，直接了中國(guó)的糧食安全。因此，研究中國(guó)水201030年來(lái)的長(zhǎng)時(shí)間序列氣象數(shù)據(jù)及土壤、地形數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，采用GAEZ（GlobalAgro-經(jīng)營(yíng)管理政策制定、人口政策和制定等方面提供參考，為實(shí)現(xiàn)糧食作物因此本研究中在整體的糧食生產(chǎn)潛力進(jìn)行研究時(shí)，考慮了中國(guó)糧食作物復(fù)種情況，能夠的糧食生產(chǎn)實(shí)際情況有個(gè)準(zhǔn)確的定量；分別對(duì)我國(guó)四大方法上：本文基于1981年~2010年30年平均氣象數(shù)據(jù)及土壤、地形數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，采用由FAO（ 糧農(nóng)組織）和IIASA（國(guó)際應(yīng)用合作組織）1970s共同研發(fā)并于2010年更新的大尺度作物生長(zhǎng)模擬模型（GAEZ模型）來(lái)估算我國(guó)糧食生產(chǎn)潛力。GAEZ模型 產(chǎn)潛力，證明取得了較好的效果，同時(shí)，GIS技術(shù)能夠把地理位置信息與生產(chǎn)一方面GIS的強(qiáng)大的空間統(tǒng)計(jì)分析功能，更有利于模擬農(nóng)田生產(chǎn)潛力的空間分區(qū)域?qū)嵺`上：基于1km×1km的空間網(wǎng)格數(shù)據(jù)對(duì) 參考文獻(xiàn) , , 孝,等.中國(guó)糧食安全與耕地資源變化的相關(guān)分析[].自然資源學(xué)報(bào),2001,1(431-319.黨安榮, .地理信息系統(tǒng)支持下的中國(guó)糧食生產(chǎn)潛力研究*.遙感學(xué)報(bào),1999,3(3):225-229. ,方 等.中國(guó)耕地資源及其糧食生產(chǎn)能力分析.中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2012(06):4-10.PrenticeIC,FarquharGD,FashamMJR,etal.2001.Thecarboncycleandatmosphericcarbondioxide//IPCC.ContributionsofWorkingGroupItotheThirdAssessmentReportoftheInterernmentalPanelonClimateChange.Cambridge:CambridgeUniversityPress.HoughtonJT,DingY,GriggsDJ,etal.2001.Climatechange2001:thescientificbasis.Cambridge:CambridgeUniversityPress.HulmeM,OsbornTJ,JohnsTC.1998.Precipitationsensitivitytoglobalwarming:ComparisonofobservationswithCO2simulations.GeophysicalResearchLetters,25:3379-3382.KarlTR,KnightRW.1998.Seculartrendsofprecipitationamount,frequency,andintensityintheUSA.BulletinoftheAmericanMeteorologicalSociety,79:231-241. ,王開(kāi)運(yùn)2002.CO2和溫度增加的相互作用對(duì)植物生長(zhǎng)的影響.與環(huán)境生物學(xué)報(bào),8(3):319-324.[YangJY,YangWQ,WangKY.2002.Effectsofinctionsbetweenelevated[CO2]andincreasedtemperatureongrowthofnts. JournalofApplied&EnvironmentalBiology,(3):319-324.] .全球水資源及其利用狀況.資源,2002(124GargKK,WaniSP,BarronJ,etal.Up‐scalingpotentialimpactsonwaterflowsfromagriculturalwaterinterventions:opportunitiesandtrade‐offsintheOsmanSagarcatent,Musisub‐basin,[J].HydrologicalProcesses,2013,27(26):3905-3921..調(diào)虧灌溉對(duì)作物產(chǎn)量形成和品質(zhì)性狀及水分利用效率的影響.博士 一般認(rèn)為作物生產(chǎn)潛力的研究開(kāi)端于1840年，德國(guó)化學(xué)家Liebig[1]以單因子為基礎(chǔ)，定性地分析環(huán)境因子對(duì)作物產(chǎn)量的影響，被稱為L(zhǎng)iebig最小養(yǎng)分律，為后來(lái)的作物生產(chǎn)力的研究提供了基本的思路和方法。1905年英國(guó)學(xué)者布賴 上Mitherlich[3]進(jìn)一步將限制因子定律發(fā)展為收獲量定律，他認(rèn)為在環(huán)境條件處于理想狀態(tài)1920多少及光能利用效率的高低決定了作物生產(chǎn)潛力的大小，因此他們開(kāi)始考慮使用輻射、反4]Looms和a[5等利()與(Q5%~%[5。數(shù)對(duì)光合生產(chǎn)潛力進(jìn)行訂正，即研究光溫生產(chǎn)潛力。其中 糧農(nóng)組織(FoodandAgricultureOrganizationoftheUnitedNations,FAO)1978年研發(fā)出的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域(Agro-ecologicalzone,AEZ)法對(duì)光合生產(chǎn)潛力研究較為深入[6]。該方法思路較嚴(yán)謹(jǐn)，基礎(chǔ)資料較 此后，學(xué)者們?cè)诠鉁厣a(chǎn)潛力的基礎(chǔ)上又考慮了水分對(duì)生產(chǎn)潛力的影響,從而轉(zhuǎn)向?qū)庥?jì)算模型歸納為兩種:一是通過(guò)比較降水量與作物需水量得出光溫水氣候生產(chǎn)潛力；產(chǎn)潛力。至此，氣候生產(chǎn)潛力的研究在總體思已成型，但研究成果的差異性比較以及可此后的生產(chǎn)潛力研究沒(méi)有突破性的進(jìn)展，僅在原有模型基礎(chǔ)上逐漸得到補(bǔ)充和完善,或依據(jù)試驗(yàn)資料建立不同區(qū)域的模型參數(shù)體系。如切卡沙尼卡提出了CO2濃度對(duì)產(chǎn)量的訂正[9]，櫻谷哲夫從生理角度論述了蒸散與作物生產(chǎn)力的關(guān)系[10]，澳大利亞J.R.Evans,G.D.Farquhar等在1991年將光合作用的模擬深入到了生物化學(xué)的領(lǐng)域[11] J.M.Norman提的許多經(jīng)驗(yàn)性模型中邁阿密模型、桑斯維特模型，格里納-里思模型較具[12]20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著電子、3S技術(shù)、生物技術(shù)等迅速發(fā)展，作物生產(chǎn)潛力計(jì)算模型與高新技術(shù)的結(jié)合成為了研究的新趨勢(shì)[13]并出現(xiàn)了諸多農(nóng)業(yè)模型如J.R.WilliamsEPIC模型(Environmental IntegratedClimate整合氣候的環(huán)境政策模型)、美國(guó)Purdue大學(xué)與Baylor大學(xué)合作（2001）的GRASS模型(GeographicResourcesysisSupportSystem，地理資源分析支持系統(tǒng))、Oregon州立大學(xué)的C.Daly(1996)的模型(Parameter–elevationRegressiononIndependentSlopeModel，獨(dú)立坡度的高度-參數(shù)回歸國(guó)內(nèi)研究綜國(guó)內(nèi)關(guān)于作物生產(chǎn)潛力的研究起步較晚。[14]1950年的《省農(nóng)作物生[15]從氣候角度對(duì)作物生產(chǎn)潛力進(jìn)行了初步研究，并根據(jù)輻射量推算了長(zhǎng)江流域單季水稻的生產(chǎn)潛力。20世70年代，[16]開(kāi)始了對(duì)作物光合生產(chǎn)潛力的研究。光合潛力計(jì)算，為：Y=0.124Q（Q為總輻射6.13%，但此是對(duì)所有作物的光合潛力的整體大致估算，忽略了作物之間的差別，因此估算結(jié)果難免。[17]Qp，并考慮了各界限溫度的生物學(xué)意義,取不同的光合有效輻射利用系數(shù)(2%,5.1%,10%)估算了我國(guó)≥0°C、≥5°C；≥10°C時(shí)期的光能生產(chǎn)潛力 ；期，[21]首次在國(guó)內(nèi)將溫度系數(shù)引入生產(chǎn)潛力估算；[20]采用各階段實(shí)際溫度與光合適溫的比值作為溫度影響訂正系數(shù)；[22]將作物分成喜涼和喜溫兩類，每一類作物分別取冷限和最適溫度的下限；[23]考慮了不同類型作物具有不同的溫度一光合作用曲線和最適溫度；[24]采用了線性的溫度影響的訂正函數(shù)；[21]、；[25]、于[26]、[27]、高亮之[28]等人認(rèn)為溫度與光合速率的關(guān)系是非線性的，并且分別得出不同作物不同的訂正函數(shù)[29]在喜溫和喜涼兩大類中分別給出各主要農(nóng)作物具體的溫度訂正函數(shù)；[30]、[31]FAOAEZ模型估算光溫生產(chǎn)潛力。此外，還有大批學(xué)者粱等[32]、[18]；80年代以后， 這種在光合生產(chǎn)潛力基礎(chǔ)上逐級(jí)進(jìn)行溫度和水分訂正而得到最終的作物生產(chǎn)潛力值的模型又被稱為逐級(jí)訂正模型或階乘模型。采用此模型可以定量的計(jì)算不同地區(qū)作物生產(chǎn)潛90法上開(kāi)始借助遙感、GIS相關(guān)領(lǐng)域，如等[41-42]氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)和遙感土地利用動(dòng)態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)的支持2090年代土地利用變化影響下農(nóng)田光溫生產(chǎn)潛力的變化；等研究現(xiàn)狀評(píng)目前在作生產(chǎn)潛估算方面國(guó)外采的先進(jìn)法基本上結(jié)合計(jì)機(jī)技術(shù)田間試驗(yàn)對(duì)作生長(zhǎng)動(dòng)及產(chǎn)量行模擬析農(nóng)田與生產(chǎn)力量化關(guān)系而我國(guó)以潛力分析數(shù)學(xué)型動(dòng)態(tài)擬田間力試等結(jié)合討作物生產(chǎn)力估算型已經(jīng)較成熟大致可以為3類：(1)力衰減法是比較統(tǒng)方法通過(guò)逐對(duì)環(huán)境子進(jìn)訂正來(lái)估算生產(chǎn)力即光生產(chǎn)潛光溫產(chǎn)潛力候生產(chǎn)潛力土地生潛力幾階段的逐步訂正類模型較簡(jiǎn)單從作物長(zhǎng)與其條件相互系出發(fā)理意義晰模型的關(guān)鍵于對(duì)環(huán)因子采合適的數(shù)和訂函計(jì)算結(jié)果用作時(shí)分布比較但機(jī)理性不強(qiáng)2)候因子合法這模式主有邁密模型筑模型瓦赫 法農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域(AZ)等主要利經(jīng)驗(yàn) 來(lái)計(jì)生潛力計(jì)算程嚴(yán)謹(jǐn)通用性且機(jī)理性較強(qiáng)，計(jì)算也相對(duì)簡(jiǎn)單AEZ模型對(duì)水分與的關(guān)系的表達(dá)是目前最好，但該模型是基于非洲的試驗(yàn)資料建立起來(lái)的,運(yùn)用于我國(guó)時(shí)要根據(jù)各地的作物品種和生長(zhǎng)實(shí)際情況進(jìn)行必要修正3)物生長(zhǎng)程模擬法此法是根據(jù)物光合用過(guò)程生理生態(tài)特性和外環(huán)境因來(lái)計(jì)算產(chǎn)潛對(duì)作生長(zhǎng)程描述最細(xì)致考慮全面,機(jī)理較強(qiáng)，輸入?yún)?shù)較多，因而近年來(lái)得到大家公認(rèn)。這類模型有EES模型、EC模型、OO模型等。總體上，研中仍存以下足：一、重?cái)?shù)值算，而乏實(shí)。迄今為止各類模方法基上都以論推導(dǎo)模分析為主而型所需數(shù)及訂系數(shù)缺乏系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)定估算結(jié)與生實(shí)際存差可靠程度在問(wèn)題二各方法及模型的測(cè)結(jié)果統(tǒng)性差研究果不具比性多數(shù)試驗(yàn)在究尺度局限于間小區(qū)定位觀測(cè)缺乏宏區(qū)域 研究潛力仍主要側(cè)于氣候壤等自影響因素，而未轉(zhuǎn)向自因素與會(huì)經(jīng)濟(jì)術(shù)因素結(jié)，以及資環(huán)境的護(hù)上。 參考文OdumEP.生態(tài)學(xué)基礎(chǔ) :人民教 ,1981:42-BlackmanGE,NblackJ.植物環(huán)境分析中生理生態(tài)研究[A].作物產(chǎn)量交異的生物基礎(chǔ)譯文 LiethH,等.生物圈的第一性生產(chǎn)力[M]. LoomisRS,WilliamsWA. umcropproductivity:Anestimate[J].CropScience,1963,3(1):67-72.李三愛(ài),居輝,池寶亮.作物生產(chǎn)潛力研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象2005,26(2106-HigginsG，KassamA.Regionalassessmentoflandpotential:afollowuptotheFAOUNESCOSoilMapoftheWorld.NatureandResources，1981，17(4):223-HanksRJ.YieldandWater-UseRelationships:AnOverview[A].TayloretalHM.LimitationstoEfficientWaterUseinCropProduction[C].1983.切爾沙尼卡.大氣中co2濃度倍增時(shí)植被生產(chǎn)力的變化[J].氣象科技 JonesJW,RitchieJT,cropgrowthmodel.InHoffmanGJed.Managementoffarmirrigationsystem.St.Joseph,M1:ASAE,1991.265~312.一,龐士力 .作物生產(chǎn)潛力研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].東 學(xué)報(bào),39(7):140-. 地利用變化對(duì)農(nóng)田生產(chǎn)潛力影響[D].湖 , .論我國(guó)氣候的幾個(gè)特點(diǎn)及其與糧食作物生產(chǎn)的關(guān)系[J].地理學(xué)報(bào)1964(11.自然條件與作物生產(chǎn)——光合潛力 所,.我國(guó)的生理輻射分布及其生產(chǎn)潛力[J].氣象科技資料.我國(guó)水稻生產(chǎn)光溫潛力的探討[J].農(nóng)業(yè)氣象1980.呼倫貝爾草原 分光輻射能和光合潛力[J];地理學(xué)報(bào);1980年01.不同地區(qū)作物光合生產(chǎn)力的估算[J].農(nóng)業(yè)氣象1980510-.秦嶺地區(qū)氣候的生產(chǎn)潛力[J]; 學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1979年01期125- 作物生產(chǎn)潛力的估算和分析[J].農(nóng)業(yè)氣象1981,3(36-.三江地區(qū)光熱資源及作物生產(chǎn)潛力[J].氣象學(xué)報(bào)1985,43(3321-.氣候生產(chǎn)潛力的季節(jié)分配與玉米的最佳播期[J].氣象學(xué)報(bào)1986,44(2192-.江蘇省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)潛力的探討[J].農(nóng)業(yè)氣象科學(xué)，1983，(11- ,趙豐收.光熱資源和農(nóng)作物的光熱生產(chǎn)潛力——以河北省欒城縣為例[J].氣象學(xué)報(bào),1982,40(3):327-334..東北及 東部地區(qū)水稻的光溫氣候潛力[J].自然資源,1981,3:39- 中,等.中國(guó)水稻的光溫資源與生產(chǎn)力[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),1984,1(17):.中國(guó)農(nóng)業(yè)氣候資源和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃 :科 , 市冬小麥氣候生產(chǎn)潛力及干旱期間最佳灌水方案[J].農(nóng)業(yè)氣象,1982,3(4):18-23. 地區(qū)冬小麥 生產(chǎn)力評(píng)價(jià)及其應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象1990,11(2):41-,張瑞雪.水稻的氣候土壤生產(chǎn)潛力估算[J].自然資源,1984(268.我國(guó)小麥氣候生產(chǎn)力的地理分布 大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1983,3: .冬小麥生產(chǎn)力估算方法研究[J].自然資源學(xué)報(bào)1991,6(180- .中國(guó)農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的一個(gè)模式[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象1988,9(116,張瑞雪.水稻的氣候土壤生產(chǎn)潛力估算[J].自然資源，1984，2:68- .旱作農(nóng)業(yè)的潛力及其增產(chǎn)途徑的系統(tǒng)分析[J].水土保持通報(bào),1983, 璞.冬小麥光合生產(chǎn)潛力值模擬[J].地理研究，1998，17(156- .FAO—AEZ法計(jì)算氣候生產(chǎn)潛力的模型及應(yīng)用分析[J].江西 報(bào)，1998,20(4):528-533. ,于強(qiáng)FAO生產(chǎn)潛力模型中基本參數(shù)的修正[J].16(3):240- ,布和 地利用變化現(xiàn)代過(guò)程時(shí)空特征的研究:基于 第四紀(jì)研究,2000,20(3):229-239. ,莊大方,等.20世紀(jì)90年代LUCC過(guò)程 影響[J].中國(guó)科學(xué):D輯,2005,35(6):483-492. 等.lucc過(guò)程對(duì)東北農(nóng)田生產(chǎn)潛力的影響[J].地理科學(xué),2007,(3):318-324.二、研究方對(duì)土地利用數(shù)據(jù)、DEM擬解決的關(guān)鍵問(wèn)據(jù)預(yù)處理主要包括生成土地利用數(shù)據(jù)、DEMARCGIS的專題數(shù)據(jù)提取功能，從土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)集中提取耕地空間分布數(shù)據(jù)用于開(kāi)展近20年來(lái)中國(guó)耕地變化對(duì)糧食生產(chǎn)潛力的影響研 氣象局的760多個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)的1981-2010年的多年平均氣象數(shù)據(jù)，在考慮地形高程差異的條件下使用ANUSPLIN軟件進(jìn)行空間插值，獲得1km×1km的月氣象要素空間格網(wǎng)數(shù)據(jù)，再通過(guò)投影變換與耕地?cái)?shù)據(jù)相匹配，30DEMGAEZ模型從光、溫、水、CO2濃度、病蟲(chóng)害、農(nóng)業(yè)氣候限制、土壤、地形等多方面，研究方實(shí) 法：對(duì)土壤、地形和耕地分布數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證與復(fù)核GISGAEZ方法：首先模擬出作物在理想土壤條件和管理?xiàng)l件下的氣候生產(chǎn)潛 1km×1km的月氣象要素空間格網(wǎng)數(shù)據(jù)，再通過(guò)投影