天津市植物气候生产力的估算

1、天津市植物气候生产力的估算 Calculation of Plant Climatic Productivity in Tianjin LIU Fang (Tianjin Climate Service Center,Tianjin 300074,China) :By using climatic data, the plant climatic productivity in Tianjin was calculated with Miami and Thornthwaite-Memorial model. The result showed that the plant climatic

2、productivity was zonal distribution from east to west. The north parts of Jixian county had the highest plant climatic productivity, and the lowest plant climatic productivity lay in the middle parts of Wuqing and Beichen district. Water condition was the main limited factor for the plant climatic p

3、roductivity in most regions of Tianji n. The water deficit was at the range of 142.8 352.5 mm. 植物气候生产力是指某一地区植物群体在土壤肥力等其他 条件满足其生长发育的情况下 , 由当地的光、温、水等气候因子 决定的每年单位土地面积上的植物最大生物量 , 包括地上和地下 部分。植物产量的形成是自身的生物学特性与外界生长环境因子 相互作用的结果。后者主要可分为两大类 : 人为管理和自然环境 中的光、热、水、气、土壤肥力条件等。生物学特性、自然环境 中的氧、二氧化碳、土壤肥力等都是相对比较稳定的因素 ,

4、人为 管理是可以控制的 , 因此,一个地区的植物产量变化主要是由当 地的光、热、水气候条件的变化决定的。不同地区 , 不同的光、 热、水资源差异 , 导致地区间的植物气候生产力差异。研究某一 地区的植物气候生产力变化 ,对于合理开发利用资源 , 寻找有效 途径提高本地植物气候生产力 ,农业气候区划 , 植物品种配置 ,种 植制度安排等都具有重要意义。因此 , 许多国内外专家都在这方 面做了大量的研究工作 1-6 。 1 天津市的自然条件概况 天津地处华北平原东北部 ,海河流域下游 , 其东北部、西南部 和南部与河北省平原地区连接 ,西北部与北京相邻 , 东部面临渤 海湾，总面积11 919.7

5、 km2，位于北纬38 3440 15，东经 116 43118 04范围内，南北最长约188.4 km,东西最宽 约117.2 km,海岸线长约153.3 km海拔从天津北部、西北部山 区向南部平原逐级下降 , 形成西北高、 东南部低的地势 , 绝大部分 是海拔25 m的冲积平原，地形平坦、开阔。最高点是蓟县东北 部的八仙山聚仙峰，海拔为1 052 m。在天津市的总面积中，平原 面积占 93.15%,山区面积占 6.85%。天津属于暖温带半干旱、半 湿润季风气候 , 一年中四季分明。 2 研究方法 目前, 在我国计算植物气候生产力主要采用3种模型 :筑后 模型、迈阿密模型 (Miami) 、

6、桑斯维特纪念模型 (Thornthwaite-Memorial) 。由于筑后模型是一种半理论半经验 模式,计算所需参数较多 ,部分参数本文尚未获得 , 故本文仅介绍 后 2 种模型的计算结果。 2.1 迈阿密模型 (Miami)7,8 NPP(t)=30 000/1+exp(1.315-0.119t)(1) NPP(p)=30 0001-exp(-0.000 664p)(2) 式中:t为年平均气温C);p为年平均降水量(mm);NPP(t) 和NPP(p)分别为以温度和降水量估算的植物干物质产量 (kg/(hm2?a) 。根据 Liebig 的限制因子定律 , 选取二者中的最低 值作为各计算点

7、的植物气候生产力。 2.2 桑斯维特纪念模型 (Thornthwaite-Memorial)7,8 NPP(e)=30 0001-exp-0.000 969 5(e-20) (3) e=1.05p/1+(1.05p/ l)2(4) l=300+25t+0.05t3 (5) 式中:t、p意义与2.1模型相同;30 000:经统计得到的地球 自然植物每年在每公顷土地上的最高干物质产量 (kg);e: 年平均 实际蒸散量(mm);l:年平均最大蒸散量(mm)。只有当p0.316 l 时,(5) 式才适用 ; 若 p/l2?a), 由降雨量计算的植物气候生产力 NPP(p)平均为8 754.2 kg/

8、(hm2?a),相当于温度产量的 53.3%, 这表明天津市的气候条件对于植物的生长发育来说 , 热量条件充 足, 而水分条件是制约植物产量的主要因子。北京由降雨量计算 的植物气候生产力占温度计算的植物气候生产力的 73%9, 比天 津的百分比数字要大 , 也表明天津市降水对作物生长的亏缺程度 比北京更加严重。 Thornthwaite-Memorial 模型在计算中引入了蒸散量的概念 蒸散量是指土壤蒸发和作物蒸腾的耗水之和 , 是诸多气象因子共 同作用的结果。 蒸散量能够比较客观的反映一个地区的水热平衡 状况和植物的光合作用状况 , 与植物群体的生产能力有着密切关 系。因此 , 用蒸散量来计

9、算植物气候生产力比仅考虑温度或降水 因素更加接近实际自然状况。对比 2 种模型的计算结果 , 除蓟县 山区的罗庄子外 ,NPP(t) 数值最大 ,NPP(p) 数值最小 ,NPP(e) 居 中。也就是说 , 由温度计算出的植物气候生产力比实际值要大 , 因为没有考虑水分的制约 (削减) 作用;由降水计算出的植物气候 生产力比实际值要小 , 同样是因为没有考虑温度的促进 ( 增加)作 用。实际的植物气候生产力数值应该介于两者之间 , 更接近于由 蒸散量计算出的结果。 由 Thornthwaite-Memorial 模型的计算结果如图 1, 天津 市植物气候生产力的低值中心在武清区和北辰区 , 最

10、小值为 8 986.782 kg/(hm2?a); 高值区位于蓟县北部山区 , 最大值为 10 903.654 kg/(hm2?a), 与年降水量的空间分布特征基本一致 , 图 2。 对 Thornthwaite-Memorial 模型进行数学变换 ,e 与 NPP(e) 呈正相关关系，当e达到最大时，由此计算出的植物气候生产力 也最大 , 当 e=l 时即达到最大值。由 (4) 、(5) 两式可以计算出当 年平均实际蒸散量达到年平均最大蒸散量时需要补充的水量 , 由 此可以确定各地的水分亏缺程度。计算结果表明 , 天津市各区县 的补充水量为142.8352.5 mm,基本可以划分为3个区域,

11、补充 水量在320 mm以上的地区主要在天津市的中南部和东部的两个 港口地区 , 这些平原地区海拔低 , 热量条件好 , 蒸发力强 , 需要补 充的水量较多。补充水量在 290320 mm之间的地区主要在天津 北部平原和东北部 , 这些地区热量条件比前一个区域略差 , 需要 补充的水量也略少一些。第 3个区域为补充水量低于 290 mm以 下的地区 , 主要在北部蓟县山区 , 这些地区海拔较高 , 热量条件较 差, 蒸发力弱 , 同时由于地形作用 , 降水条件较充沛 , 需要补充的 水量较少。 补充水量次多的地区为天津市主要的农作物种植区和最大 的葡萄种植区。 目前 , 天津市年降水量呈现不断

12、减少的趋势 , 水分 对作物和果树生长的制约作用日趋明显。因此 , 该地区一方面应 积极贮备水源 ,以备灌溉 ;另一方面 , 大力发展农业节水技术 提高水分利用效率 , 同时合理布局农业生产 , 引进需水少、 抗旱性 能强的品种。对于北部蓟县山区等植物气候生产力高的地区 , 应 进一步开发利用。 4结 论 (1) 由于 Thornthwaite-Memorial 模型考虑的因素较全面 , 计算结果更加合理 , 笔者以该模型计算的结果讨论天津市植物气 候生产力分布状况。 天津市植物气候生产力呈东西走向的带状分 布, 分布特点为北部蓟县山区最高 ,中部武清、北辰最小 (2) 由 Thornthwaite-Memorial 模型计算的天津市植物气候 生产力与年降水量空间分布基本一致。 水分是制约作物生长的主 要因素。 (3) 天津市由降雨量计算的