錦州地區(qū)春旱頻率分析與對(duì)策

于德龍，高淑梅

(葫蘆島市建昌縣凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧葫蘆島125300)

錦州地區(qū)春旱頻率分析與對(duì)策

于德龍，高淑梅

(葫蘆島市建昌縣凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧葫蘆島125300)

春旱的發(fā)生主要與氣候、土地因素有關(guān)，其干旱程度則主要取決于土地水份與農(nóng)作物的需水要求。錦州地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，降水量集中在7-8月份。文章首先分析了錦州地區(qū)春季氣候干旱規(guī)律和春季土壤干旱規(guī)律，最后提出了緩解錦州地區(qū)春季干旱的5點(diǎn)對(duì)策。

氣候干旱規(guī)律;土壤干旱規(guī)律;氣候要素;對(duì)策

0 前言

春旱的發(fā)生主要與氣候、土地因素有關(guān)，其干旱程度則主要取決于土地水份與農(nóng)作物的需水要求。

1 春季氣候干旱規(guī)律

錦州屬于溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，降水量集中在7—8月份，秋雨不多變化大，冬季少雨干燥。本文將利用1952—2002年的氣象資料分析錦州地區(qū)春季氣候干旱規(guī)律。由于錦州目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大部分以一季旱作物為主，主要農(nóng)作物高粱、玉米、大豆、棉花、花生等適宜播種期是4月中下旬，因此本文將著重分析4月11日—5月10日的氣候特點(diǎn)和干旱頻率［1］。

1.1 各季主要?dú)夂蛞?/h3>

氣候要素的多年平均值見表1。

在一年的各季中，以春季風(fēng)速最大，日照最多，相對(duì)濕度冬春二季都很小。

1.2 各季降水的年際變化及年內(nèi)分配規(guī)律

影響氣候干濕的最重要因素是降水。錦州降水的多年變化規(guī)律見表2。

表1 各地氣候要素(多年平均值)

表2 降雨年際變化

錦州各季降雨的年際變化都是較大的。從表2中可以看出春雨少而變化大，最多年與最少年相差40倍。對(duì)于P=50%的水平年，春季3個(gè)月的總雨量僅有74.7 mm，P=75%的一般干旱年(相當(dāng)于4 a一遇干旱)僅有50.9 mm，滿足不了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。降雨年內(nèi)分配規(guī)律如表3。

表3 雨季多年平均分配率

一年之中冬季雨量最少，多年平均僅有11.8 mm，占全年雨量的2%。春季雨量次之，多年平均雨量82.1 mm，占全年雨量的13.7%。

1.3 干旱指數(shù)

干旱指數(shù)是反映氣候干旱程度的綜合指標(biāo)。其值為蒸發(fā)能力與同期降雨之比。當(dāng)干旱指數(shù)大于1，即蒸發(fā)能力大于降雨時(shí)，表示為干旱氣候，指數(shù)越大干旱程度越嚴(yán)重。反之亦然。本文用E601型蒸發(fā)皿代替蒸發(fā)能力，其蒸發(fā)量值由20公分小皿蒸發(fā)的蒸發(fā)量乘以0.7系數(shù)換算而來。錦州季、月多年平均干旱指數(shù)計(jì)算成果見表4。

表4 錦州干旱指數(shù)多年平均值

從表4可以看出，在一年之中只有7、8二月干旱指數(shù)＜1，屬濕潤氣候，其他各月均為干旱氣候，其中以冬季最干，春季次之。在適宜播種期4月11日—5月10日，多年平均的干旱指數(shù)高達(dá)5.79，即此期間的最大可能蒸發(fā)力比降雨幾乎大6倍。

1.4 適宜播種期間的降雨特點(diǎn)

1.4.1 水量小年際變化大

此期間多年平均降水量是31 mm，偏差系數(shù)Cv=0.83，年際變化大。P=90%10 a一遇大旱年雨量僅有6 mm;P=75%4 a一遇旱年雨量僅有12.6 mm;P=50%平水年雨量也不過24.3 mm。

1.4.2 大部分年份雨量小于多年平均值

對(duì)比播種期和夏季多年降水的經(jīng)驗(yàn)機(jī)率密度圖就可以發(fā)現(xiàn)，在夏季，多年之中接近平均雨量的年份多，集中在圖形的中部;而在播種期，則小于平均值的年份偏多［2］。從1952年至今的54 a播種期，降雨＜30 mm的年份達(dá)29 a，占60%。

1.4.3 在播種期內(nèi)對(duì)播種有效的降水次數(shù)少

4.11—5.10期間分級(jí)降雨次數(shù)及雨量多年平均值見表5。

表5 4.11—5.10期間分級(jí)降雨次數(shù)及雨量多年平均值

從表5中可以看出:在4月11日—5月10日的30 d中，多年平均每年有5.9 d雨日，其中以小雨雨日為主。日雨量＞5 mm和10 mm的有效降水日數(shù)一共才有1.9 d。但是＞10 mm和5 mm的雨量占此期間總雨量的81.3%?？梢妼?duì)播種真正有意義的只是日雨量 ＞5 mm，特別是日雨量 ＞10 mm的一、二次降雨。

1.5 適宜播種期的氣候干旱頻繁

在4月11日—5月10日期間，自1952年以來的54 a中，各種降水量的發(fā)生年數(shù)和＞10 mm的降雨次數(shù)見表6。

表6 播種期內(nèi)不同降水量的出現(xiàn)機(jī)率

表7 播種期內(nèi)＞10mm雨日的出現(xiàn)機(jī)率

如果播種期內(nèi)雨量以＜40 mm為旱，＜20 mm為大旱。則春旱頻率為77.1%，其中大旱頻率為37.5%。

如果播種期內(nèi)僅有1次＜10 mm降雨為旱，沒有為大旱，則春旱頻率為72.9%，其中大旱頻率為45.8%。

如果將上述兩種標(biāo)準(zhǔn)都考慮:即在播種期內(nèi)降雨＜40 mm或僅有一次中雨為旱，降雨＜20 mm或沒有中雨為大旱，則春旱頻率為83.3%，其中大旱頻率為50%。也就是說在錦州的適宜播種期內(nèi)，5 a之中有4 a發(fā)生干旱。而嚴(yán)重干旱平均每2 a就有一次。

通過以上分析可以看出，錦州春季特別是在播種期內(nèi)，風(fēng)速大，蒸發(fā)能力強(qiáng)，而且雨量小，變化大，這些都充分說明錦州春季氣候干旱是頻繁的嚴(yán)重的。

2 春季土壤干旱規(guī)律

春季直接影響農(nóng)作物播種的是土壤干旱。土壤干旱不僅與氣候因素有關(guān)，而且在很大程度上取決于土壤的構(gòu)成。主要討論20 cm以內(nèi)耕作層的土壤干旱規(guī)律。

2.1 錦州土壤類別及特點(diǎn)

在土壤區(qū)劃上錦州屬于遼西走廊黃土及草甸土區(qū)。市內(nèi)耕地可化為五類。其中黃沙土占43%，河淤土占26%，黃土占19%，黑土占9%，堿土占3%。

黃沙土主要分布在全市山區(qū)崗地，母質(zhì)以花崗巖為主，屬沙壤土性質(zhì)，土層薄保水保肥差，有機(jī)質(zhì)含量＜1%，水土流失嚴(yán)重。

河淤土主要分布在平原區(qū)沿河兩岸，母質(zhì)為沖積物，屬壤土性質(zhì)，土層厚保水保肥，有機(jī)質(zhì)含量為1.5～2%，地下水位一般3～4 m，具有旱澇保收的優(yōu)點(diǎn)。

黃土和黑土在山丘和平原都有分布。母質(zhì)為洪積及坡積次生黃土黏土性質(zhì)，具有一定保水保肥能力，但因土質(zhì)黏重，地下水補(bǔ)給條件差，怕旱而且春季一般不返漿。只是黑土較黃土有機(jī)質(zhì)含量高。

錦州各種土壤的耐旱能力以北寧平原區(qū)河淤土最好，黑山黃土次之。凌海、義縣山丘區(qū)黃沙土最差。山丘區(qū)與平原區(qū)土壤的耐旱差異有著明顯的地域分帶性。

2.2 錦州土壤水分年內(nèi)變化規(guī)律

根據(jù)“錦州土壤水分變化規(guī)律的探討”一文論證土壤水分年內(nèi)變化有如下規(guī)律:

夏季6—8月，降水量396.5 mm(占全年雨量的66%)，蒸發(fā)能力409.4 mm，干旱指數(shù)為1.03。其中7、8兩月降水量更為集中，干旱指數(shù)最小為0.71。此時(shí)期土壤水分積累大于消耗，是全年之中土壤的高濕階段。土壤水分的全年最高值一般出現(xiàn)在8月上旬。此時(shí)期又是土壤水分最活躍時(shí)期，一方面，土壤補(bǔ)水最多，另一方面，因氣溫高，作物需水多，土壤蒸發(fā)，作物蒸騰損耗也最大，同時(shí)土壤下滲水對(duì)于地下水的補(bǔ)給也很活躍。

秋季9—11月，降水量110 mm(占全年雨量的18.3%)蒸發(fā)能力351 mm，干旱指數(shù)2.23。10月以后土壤裸露，土壤水分蒸發(fā)較多。此時(shí)期土壤水分消耗大于積累，但仍是土壤濕潤時(shí)間。秋季土壤水分主要取決于秋雨的多少以及時(shí)段上的分布。秋雨的大部分補(bǔ)充了土壤水分，而且通過封凍將水分保存下來。秋雨的時(shí)段分配特點(diǎn)是前期多，后期少，如果封凍前有較大降雨，則封凍期土壤水分就明顯增加，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分有利?？傊?，秋季土壤水分及秋雨對(duì)來年春季土壤水分影響較大。

冬季12—2月，降水量11.8 mm(占全年雨量的2%)，蒸發(fā)能力99.4 mm，干旱指數(shù)8.42。在全年中，冬季是最干旱的季節(jié)，降雨最少，蒸發(fā)也最少，再加上土壤封凍，土壤水分消耗也最少，因此是土壤水分的穩(wěn)定時(shí)期。冬季降水少，多為固態(tài)而且又分為數(shù)次降落，一般年份積雪厚度小，經(jīng)風(fēng)吹日曬幾天就融化蒸發(fā)了，不能直接補(bǔ)充土壤水分，對(duì)冬墑春墑?dòng)绊懖淮?，冬季土壤水分另一個(gè)特點(diǎn)是上、下層土壤含水量變化很小。40 cm以內(nèi)各層土壤含水量變化一般不超過1%。歷年平均興城開始結(jié)凍日期是11月20日—12月10日。

春季3—5月，降水量82.1 mm(占全年雨量的13.7%)，蒸發(fā)能力429.5 mm，干旱指數(shù)5.23，平均風(fēng)速4.1 m/s，其中適宜播種期4月11日—5月10日，降水量31 mm(占全年 5.2%)，蒸發(fā)能力179.4 mm，干旱指數(shù)5.8，平均風(fēng)速4.4 m/s。春季的風(fēng)速蒸發(fā)能力都是全年最大的，但降雨少而且變化大，春季土壤水分特點(diǎn)是:①消耗大于積累。在一年之中，春季土壤水分是最低的。一般年份土壤含水量低于5%的干土層3～4 cm，嚴(yán)重干旱年份可超過8～10 cm。②春雨雨量小，多被截流在耕作層內(nèi)，底墑補(bǔ)不上水。對(duì)于壤土，當(dāng)干土層厚在10 cm以內(nèi)時(shí)，大約每1 mm降雨可消除1 cm干土層。③上下層土壤水分梯度差比冬秋季大2～3倍。耕層土壤水分在降雨后消耗很快，一般＜20 mm降雨，五、六天就被蒸發(fā)掉。④春墑的好壞不僅與春雨有關(guān)，還直接與秋雨和封凍時(shí)土壤水分狀況有密切關(guān)系。而春雨對(duì)春墑的影響。隨底墑不同而異。當(dāng)?shù)讐劜缓脮r(shí)，春雨較好也可能出現(xiàn)旱象。⑤早春土壤返漿時(shí)期上層水分重新分配，不受降雨影響。錦州歷年平均5～20 cm解凍時(shí)期是3月12日—3月30日。化通期3月31日，返漿期一般在3月中旬至4月上旬，此期間土壤中固態(tài)水變成液態(tài)水，在蒸發(fā)因子影響下，水分向地表移動(dòng)，使表土層墑情好轉(zhuǎn)，使表層干土層由厚變薄。

2.3 春季土壤水分的年際變化

據(jù)錦州氣象站1991—2004年平原壤土墑情資料分析，4月份土壤含水量平均值的年際變化見表8。

表8 錦州4月份土壤含水量平均值的年際變化

對(duì)山區(qū)沙壤土目前因無長期觀測資料，還難以進(jìn)行年際變化的定量分析。但據(jù)短期資分料析，山區(qū)墑情僅是平地墑情的1/2～2/3，山地墑情的年際變化大更是無疑的。

據(jù)錦州農(nóng)科院測定，種子出苗最低土壤水分界限見表9。

表9 種子出苗最低土壤水分界限

據(jù)錦州農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站測定:沙質(zhì)壤土不同水分與高粱、玉米的出苗關(guān)系見表10。

表10 沙質(zhì)壤土不同水分與高梁玉米的出苗關(guān)系

從表8～表10對(duì)比看，錦州平原壤土區(qū)P=50%春季耕層土壤含水量為14.9%，對(duì)高粱玉米在出苗最低水份界限以上，但不能滿足出苗需水要求。而山區(qū)沙壤土耕層含水量則大部分年份不能滿足種子需水要求。

2.4 春季土壤水分與春雨及上年秋雨的關(guān)系

春旱的主要標(biāo)志是耕層土壤水份偏低。影響土壤水分多少的因素除了土壤的構(gòu)成外，主要與春雨和上年秋雨的多少及其時(shí)段分布有關(guān)。為了找出影響春雨發(fā)生的主導(dǎo)因素，1991—2004年14 a的錦州平原壤土的4月份耕層墑情，同期雨量，上年秋雨雨量及由綜合指數(shù)法確定的春旱順序按大小年份分別進(jìn)行了排列(序號(hào)小的表示旱情重，墑情低，雨量小)，見表 11。

表11 錦州春旱按重、輕排行的年份順序

從表11看，用綜合指數(shù)法分析，2003年春旱最嚴(yán)重，除5公分墑情好于2001、2004年外，其他耕層墑情都低。但2003年的春雨不是最少的，而上年秋雨很少。因此2003年春旱主要是由上年秋雨少引起的。排在第二位的2004年春旱是春雨和上年秋雨都少，但主要是由于春雨偏少而引起的。排在第三位的2001年春旱則主要是春雨稀少而引起的。因此對(duì)于保水能力較好的壤土，春雨和秋雨都可能是引起春旱的主導(dǎo)因素。但是對(duì)于保水能力差的沙壤土，引起春旱的主導(dǎo)因素則是主要是春雨。

春雨及秋雨對(duì)各層土壤春季墑情的影響是不同的。根據(jù)1991年以來的春墑與春雨、春墑與上年秋雨的相關(guān)分析成果，春雨主要影響10 cm以內(nèi)的土壤水分，而秋雨則主要影響10 cm以下的土壤水份，見表12。

表12 春季墑情與降雨相關(guān)系數(shù)(r)成果表

對(duì)4月份各旬墑情與秋雨進(jìn)行相關(guān)分析不僅進(jìn)一步證明了上述情況，而且還證明在4月上旬的土壤返漿期內(nèi)，各層土壤均與秋雨相關(guān)不密切(與春雨也無關(guān))，見表13。

表13 各時(shí)期春墑與秋雨相關(guān)系數(shù)(r)成果表

2.5 春季土壤干旱的類型及發(fā)生頻率

春季土壤水份與春雨和上年秋雨都有關(guān)，因此土壤春旱有3種類型:①春雨和上年秋雨都偏少，土壤表墑都差的春旱;②春雨差、秋雨好，土壤表墑差底墑好的春旱;③春雨好、秋雨差，土壤表墑好而底墑差的春旱。根據(jù)雨量資料分析，自1952年以來的54 a中，錦州各類形式春旱的發(fā)生年數(shù)及機(jī)率，見表14。

表14 錦州各類形式春旱的發(fā)生年數(shù)及機(jī)率

在54 a間，3種類型干旱共發(fā)生了46 a，占95%。因此可以說春旱是幾乎年年發(fā)生。

在3種類型中，以秋春雨都少的春旱最為嚴(yán)重。秋雨好春雨差類型的春旱，由于平原壤土有保水能力，表墑不足可以由底墑補(bǔ)給，相對(duì)來說旱情較輕。但這種類型的春旱對(duì)于山丘沙壤土區(qū)的影響則是很嚴(yán)重的。因此平原沙壤土區(qū)的嚴(yán)重春旱頻率是31%，即3 a一次嚴(yán)重春旱。而山丘沙壤土區(qū)的嚴(yán)重春旱頻率是68%，即3 a之中有2 a是嚴(yán)重春旱。

3 錦州地區(qū)春季干旱的對(duì)策

3.1 春旱必抗

1)錦州春旱既頻又嚴(yán)重，義縣山區(qū)及凌海北部丘陵地區(qū)差不多10 a十春旱。平原區(qū)黑山、北寧也是3 a一旱，春旱嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2)錦州的花生、棉花等經(jīng)濟(jì)作物面積較大，而且大部分集中在山丘區(qū)。這些作物種子萌發(fā)期需水較多，而且種子成本高，用量大，只有經(jīng)過抗旱，一次播種保全苗才有保證。

3)隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，要求作物在適宜播種期內(nèi)播完。錦州的適播期:春小麥3月中旬，玉米是4月中下旬，高粱、棉花是四月下旬，花生是5月上旬。這段春雨和土地墑情不能滿足各種作物在播種期內(nèi)的需水要求，必須通過抗旱播種獲得糧食的增產(chǎn)。

3.2 春旱能抗

首先錦州地區(qū)的節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展較快，近年來通過國家投資群眾自酬修建低壓管灌工程幾萬畝，噴灌2萬hm2(包括移動(dòng)式)，發(fā)展水澆地13.33萬hm2。山丘區(qū)發(fā)展庫、塘、井、窯工程累計(jì)1200項(xiàng)。這些措施對(duì)于春播抗旱用水，經(jīng)過努力是完全可以解決的。

據(jù)調(diào)查，春播期土地需要補(bǔ)充水分主要是10 cm以內(nèi)的表土層。對(duì)于壤土、沙壤土，10 cm內(nèi)土層每畝耕地提高1%的含水量大約需要補(bǔ)水1 t左右。在一般年份，提高土地表層含水量4% ～5%。即可滿足播種需要?？购涤盟话闶?5 t/hm2左右。

3.3 山丘地區(qū)是抗旱的重點(diǎn)

錦州大部分為丘陵地區(qū)、山丘區(qū)面積較大、土地差、旱情重、水源少、經(jīng)濟(jì)作物多是抗旱的重點(diǎn)區(qū)域?？购档闹攸c(diǎn)作物是棉花、花生，其次是大豆、高粱。玉米應(yīng)適時(shí)早播，盡量搶早春墑，爭取少抗旱。

山丘區(qū)的沙地土一般難保住秋墑，同時(shí)山丘區(qū)水利工程少，水源也不足，一般不具備冬灌條件。因此山丘區(qū)春季抗旱措施應(yīng)以補(bǔ)水為主。同時(shí)注意保住早春返漿水。

山丘區(qū)抗旱補(bǔ)水方法，由于水源工程少，目前主要靠車?yán)?、人提，因此加?qiáng)山丘缺水區(qū)的抗旱水源建設(shè)是很重要的。

用大口井小機(jī)泵抗旱的經(jīng)濟(jì)效果也是明顯的，幾種抗旱辦法的比較見表15。

表15 錦州常見的幾種抗旱方法

大口井和小機(jī)泵除了用于抗旱外，還能用于山區(qū)果樹灌溉，效果同樣很好。

3.4 平原壤土區(qū)抗旱應(yīng)以保水為主、補(bǔ)水為輔

錦州的北寧、黑山平原壤土區(qū)，土質(zhì)好，保水能力強(qiáng)，一般地下水位在3 m左右，而且機(jī)械化程度較高。這些地區(qū)的抗旱，對(duì)于充分利用土壤水分自然資源有著重要意義。在一般年份如果把保水搞好了就不需要進(jìn)行補(bǔ)水抗旱。因此抗旱應(yīng)采取保水為主、補(bǔ)水為輔的方針。

在保水措施中，首先要保住秋墑。秋雨約占全年雨量的18.3%，秋墑一般也較好，由于秋雨一般集中在前期，因此保秋墑要抓“早”字。秋收前可以放大壟除大草;秋收后應(yīng)及時(shí)秋翻和耙壓整地，切斷耕層土壤的毛細(xì)管，減少土壤水分的蒸發(fā)。為了保墑要注意整地質(zhì)量，絕不能只翻不壓。在秋墑很差的年份實(shí)行冬灌(封凍前灌水)對(duì)增加底墑抗御來年春旱有一定作用，但一般年份實(shí)行冬灌意義不大。

做好早春保墑也十分重要。這就要保住早春化凍水和充分利用返漿水。當(dāng)?shù)鼗?～2寸時(shí)就應(yīng)進(jìn)行耙壓，當(dāng)耕層化透時(shí)就立即頂漿塌壟。播種時(shí)要充分利用底墑，通過踩格子，壓碾子使土地密實(shí)，引導(dǎo)底墑上移。

3.5 山丘區(qū)抗旱的根本出路在于改變生態(tài)環(huán)境

錦州山丘區(qū)歷年早旱情嚴(yán)重的根本原因是水土流失的破壞。開荒、采石，過量的放牧，使植被遭到嚴(yán)重的破壞。因此必須加強(qiáng)水土保持工作，綠化荒山和控制水土流失。同時(shí)努力改良土壤，增加土地有機(jī)質(zhì)，提高土地肥力和土地保水耐旱能力。此外在作物布局上，選擇耐旱作物和耐旱品種也是十分必要的。

［1］高西寧，劉煥莉.遼寧省近50年來春旱評(píng)估分析［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(01):380-383.

［2］李廷全，那濟(jì)海，王萍.松嫩平原近年春旱特點(diǎn)淺析［J］.中國農(nóng)業(yè)氣象，2006，27(01):53-55.

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1007-7596(2014)06-0033-06

2014-02-18

于德龍(1972-)，男，遼寧葫蘆島人，工程師，從事水利工程管理工作;高淑梅(1973-)，女，遼寧葫蘆島人，工程師，從事水利工程設(shè)計(jì)與管理工作。