濉溪縣小麥生產(chǎn)水環(huán)境分析與抗旱對策

張懷念等

摘 要：濉溪縣50個小麥生產(chǎn)周期平均降水量274.1mm，雨日47.3d，蒸發(fā)量955.3mm。2010-2012年平均地表水2.2億m3，淺層地下水2.1億m3，埋深降至3.0～4.5m。旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系。播種期、分蘗越冬期和拔節(jié)孕穗期降水20mm以上的保證率為66%、24%和58%。隨著時間的推移，降水量略有減少，全生育期和返青至抽穗期雨日減少趨勢明顯；越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯減少。耕層土壤含水量增長與雨前含水量、過程降水量多元直線相關(guān)，含水量消退與雨后含水量、無雨時段蒸發(fā)量多元相關(guān)。干旱7周期4遇，澇漬8周期1遇。因此，應(yīng)蓄水保墑，及時人工增雨，適時補充灌溉。

關(guān)鍵詞：小麥；降水；蒸發(fā)；地表水；地下水；濉溪縣

中圖分類號 S512.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）09-147-04

小麥是濉溪縣種植面積最大的農(nóng)作物，常年播種面積約10萬hm2，單產(chǎn)突破7 000kg/hm2，總產(chǎn)約70萬t。由于小麥生產(chǎn)周期長，降水偏少，時空分布不均，干旱已成為限制濉溪縣小麥高產(chǎn)的主要因子之一，因此通過分析評價小麥生產(chǎn)水環(huán)境，以期為合理利用水資源和防御干旱、防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 濉溪縣基本情況 濉溪縣位于黃淮平原南部，地處南北氣候過渡帶，屬暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，四季分明，光照充足，雨量適中。地勢平坦，地面高程23.5～32.4m，自西北向東南緩傾，坡降0.1‰。小麥通常于10月中旬播種，翌年3月10日前后拔節(jié)，4月中旬抽穗，6月上旬成熟收獲，全生育期240d左右。50個生產(chǎn)周期平均日照時數(shù)1 435h，>0℃的積溫2 414℃，降水量274.1mm，蒸發(fā)量955.3mm。光熱資源能夠滿足小麥生長發(fā)育的需要，降水略感不足。

1.2 數(shù)據(jù)來源 1961年9月下旬至2011年6月上旬逐日降水、蒸發(fā)量和2010年逐日9：00耕層土壤含水量來自濉溪縣氣象局，觀測點耕層飽和持水量25.8%。

1.3 分析方法 數(shù)據(jù)處理和圖表繪制利用Excel 2003軟件進行，采用PEMS3.1軟件進行相關(guān)分析。把小麥生產(chǎn)周期分為4個階段：播種至越冬期（10月中旬至12月中旬），越冬期（12月下旬至2月中旬），返青至抽穗期（2月下旬至4月中旬），抽穗至成熟期（4月下旬至6月上旬）。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水與蒸發(fā)

2.1.1 降水與蒸發(fā)季節(jié)性變化 濉溪縣1961-2011年10月中旬至翌年6月上旬降水量115.2（2010-2011年）～655.8mm（19621963年），極值比>4（5.69），平均274.1mm，變異系數(shù)為42.0%；低于平均數(shù)的占58%，約30%的生產(chǎn)周期降水量少于200mm，10%的生產(chǎn)周期多于400mm?！?.1mm雨日28（2010-2011年）～75d（1968-1969年），極值比<3（2.67），平均47.3d，變異系數(shù)21.1%；低于平均數(shù)的占58%，20%的生產(chǎn)周期<40d，12%的生產(chǎn)周期>60d。蒸發(fā)量748.8（1984-1985年）～1 371.3mm（1967-1968年），極值比<2（1.83），平均955.3mm，變異系數(shù)13.6%；低于平均數(shù)的占60%，76%的生產(chǎn)周期介于955±130mm（[x±σ]，下同）。

以旬次為自變量（x，設(shè)10月中旬為1，10月下旬為2，以此類推），以50個生產(chǎn)周期平均旬降水量（yp）、旬雨日（yd）和旬蒸發(fā)量（ye）、降水過程（yg）為應(yīng)變量，分析表明：旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系（圖1）?；貧w方程為：yp=-14.29-1.88x+0.101x2，F(xiàn)=97.50**，yd=2.97-1.10x1/2+0.22x，F(xiàn)=16.26**；ye=45.92-5.84x+0.33x2，F(xiàn)=264.9**；yg=1.72-0.77x1/2+0.15x，F(xiàn)=33.70**。降水量、蒸發(fā)量最小值點在1月上旬，雨日、降水過程最小值點位于12月上中旬。

2.1.2 降水強度和過程降水量 1961-2011年10月1日至6月10日雨日2 505d，平均50.1d/a，日降水量0.1～173.1mm。其中<10mm的占83.3%，屬于小雨范圍；10.0～24.9mm的占11.8%，屬于中雨范疇。降水過程1 298次，平均26.0次/a，過程降水量0.1～201.0mm。其中≤10mm的占67.4%，≤20mm的占83.0%。隨著降水量（p，自變量0.1～1mm取值0.5mm，1.1～2mm取1.5mm，以此類推）的增加，其出現(xiàn)的頻次（f）急劇減少，可用反比曲線描述。0.1～20.0mm：日降水量fP=1/（0.542+0.199p），r=0.906 7**；過程降水量fpg=1/（0.052+0.176p），r=0.938 5**。

小麥生產(chǎn)周期長，降水強度差異較大。從表1可以看出：12月降水皆為小到中雨，小雨占93.0%；11月和1～3月小到中雨占90%以上，大雨（25.0～49.9mm）僅占0.3%～2.6%；10月和4月有0.8%～1.2%的暴雨（50～99.9mm），5月有發(fā)生大暴雨（100～249.9mm）的可能性。分析表明：各月小雨、中雨、大雨比例和日最大降水量、0.1～10mm過程降水所占比例與月份編號（x，10月x=1，11月x=2，以此類推）呈拋物線關(guān)系，極值點均出現(xiàn)在12月。日降水量≥50mm5周期2遇，過程降水量≥80mm3周期1遇。

2.1.3 過程降水持續(xù)時間和降水間隔 （1）1961-2011年10月1日至6月10日過程降水持續(xù)1～12d，其中：1d的占46.2%，2d的占31.7%。持續(xù)時間（d）越長，頻次（ft）越少。ft=1/（-13.195+3.964d），r=0.838 5**。連陰雨（連續(xù)降水5d以上，日降水量≥0.1mm，過程降水量≥30mm）5周期3遇。（2）1961-2011年10月1日至6月10日降水間隔1～81d，其中：1d的占16.4%，2d的占12.4%，3d的9.1%。持續(xù)時間（d）越長，頻次（fi）越少。fi=1/（-0.732+0.238d），r=0.851 4**。持續(xù)30d以上無雨5周期4遇。endprint

2.1.4 關(guān)鍵時段降水保證率 （1）小麥播種期（9月下旬至10月中旬）。10月中旬是小麥播種的黃金時段，適墑播種是苗齊、苗勻的關(guān)鍵。濉溪縣歷年平均9月下旬降水10mm以上的保證率為40%，10月上旬降水10mm以上的保證率為48%，10月中旬降水10mm以上的保證率為30%。30d內(nèi)降水量≥20mm的保證率為66%，≥15mm的保證率72%。（2）分蘗越冬期（12月）。小麥越冬前后的墑情對麥苗分蘗和安全越冬至關(guān)重要。濉溪縣12月降水量>10mm的保證率為52%，>15mm的為38%，>20mm的24%。（3）拔節(jié)孕穗期（3月中旬至4月上旬）。小麥拔節(jié)后，生長速度加快，需水量增加。3月中旬至4月上旬的降水量對穗數(shù)形成影響較大。濉溪縣3月中旬至4月上旬降水量>10mm的保證率為80%，>15mm的為74%，>20mm的為58%。

2.1.5 降水和蒸發(fā)的年際變化 分析表明：50個生產(chǎn)周期，隨著時間的推移，小麥全生育期和冬前、越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期降水量略有減少趨勢，但未達顯著水平[1-3]；雨日也呈略有減少趨勢，其中全生育期和返青抽穗期變化趨勢明顯，達顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別為0.310 9*、0.290 6*，回歸系數(shù)為-0.21、-0.11（圖2）。

50個生產(chǎn)周期平均蒸發(fā)量955.3mm，其中冬前207.4mm，越冬期113.3mm，返青至抽穗期263.9mm，抽穗成熟期371.0mm。隨著時間推移，越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯趨于減少（表2，圖2）。周期均減少0.60、1.21、1.94和4.16mm。

2.2 耕層土壤含水量與降水、蒸發(fā)的關(guān)系分析

2.2.1 土壤含水量增長與降水的關(guān)系 2010年1月1日至12月31日共有38次降水過程，降水量579.4mm，雨日78d。雨前耕層土壤含水量8.8%～24.5%（15.4±3.6%），雨后11.9%～25.3%（17.1±3.8%）。分析表明：耕層土壤雨后含水量（θp）和含水量增長（△θ）與雨前含水量（θ0）、過程降水量多元直線相關(guān)，θP=5.31+0.667θ0+0.093P，F(xiàn)=74.82**；△θ=5.31-0.333θ0+0.093P，F(xiàn)=57.63**。這說明在一定的范圍內(nèi)，耕層土壤雨后含水量隨著雨前含水量、過程降水量的增長而增長[4]。

2.2.2 土壤含水量消退與蒸發(fā)的關(guān)系 2010年1月1日至12月31日共有38個無雨時段，相鄰降水間隔1～59d（10.1±7.4d）。分析表明：雨前耕層土壤含水量（θT）與雨后耕層土壤含水量（θ0）、無雨時段蒸發(fā)量呈多元相關(guān)關(guān)系，θT=5.15+0.806θ0-1.144LNT，F(xiàn)=92.82**；θT=2.74+0.801θ0-0.027T，F(xiàn)=83.88**；θT=3.98+0.857θ0-0.076d-0.505Td，F(xiàn)=52.94**（式中，d代表無雨天數(shù)，Td代表日平均蒸發(fā)量）。這說明耕層土壤含水量消退不僅與基期含水量有關(guān)，還與無雨天數(shù)、蒸發(fā)量有關(guān)。

2.3 地表水 隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水的增加，濉溪縣水資源量趨于減少。2010-2012年3a平均地表水資源2.2億m3，比多年平均少0.5億m3。濉溪縣地表水集蓄于溝、河、塘、煤礦塌陷區(qū)內(nèi)，境內(nèi)河流縱橫，8條骨干河道屬淮河水系，分別為蕭濉新河、巴河、王引河、老濉河、沱河、包澮河、澥河、北淝河，河道寬50～60m，長274km，共建有10座節(jié)制閘，庫容約5 000萬m3；煤礦塌陷水面6處，庫容3 100萬m3；大溝96條，長約980km，蓄水700萬m3。總庫容約9 000萬m3。伴隨著工、農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展和人口增長，點源、面源排污量逐年增加，多數(shù)河流、大溝的水質(zhì)降為III～IV類，尚可作灌溉水使用；采煤沉陷區(qū)水質(zhì)較好，多為II～III類。

2.4 淺層地下水 地下水是淮北平原地區(qū)的主要農(nóng)灌水源?；幢逼皆猩詈竦乃缮⒊练e層，是一個良好的蓄水體。淮北平原地下水為平原區(qū)孔隙水，按埋藏深度可分為淺層地下水和中、深層承壓地下水。淺層（0～50m）地下水屬潛水～弱承壓水，是農(nóng)田灌溉開采的主要層位。2010-2012年3a平均濉溪縣淺層地下水資源2.1億m3，比多年平均少0.5億m3。截至2012年底，有農(nóng)用機井1.87萬眼，約每6hm2耕地有1眼機井。水質(zhì)為淡水，礦化度小于0.59/L，以重碳酸—硫酸鈣、硫酸鈉或重碳酸—氯化鈣、氯化鎂為主，宜于灌溉。

隨著時間的推移，濉溪縣地下水埋深明顯加深[5]。與20世紀80年代相比，淺層地下水埋深由2.0～3.0m下降至3.5～4.5m。由于降雨年內(nèi)分配不均，地下水埋深在時間上有明顯差異，年變幅1～3m，峰值一般在7月。

2.5 干旱與澇漬

2.5.1 干旱 干旱的發(fā)生與本地區(qū)長時間無降水或降水量偏少有關(guān)。利用耕層土壤含水量與蒸發(fā)的關(guān)系，設(shè)定雨后耕層土壤相對含水量冬前75%，越冬期70%，返青至抽穗期75%，抽穗成熟期80%，凋萎系數(shù)55%，測算得雨后耕層土壤含水量下降至凋萎系數(shù)的無雨日數(shù)為：冬前32.5d，越冬期49.2d，返青至抽穗期26.1d，抽穗成熟期24.7d。據(jù)此確定干旱判定標準[6]：冬前無雨日數(shù)30d，越冬期45d，返青至抽穗期25d，抽穗成熟期20d。依據(jù)上述干旱判定標準，50個小麥生產(chǎn)周期遇干旱29次，周期均0.58次（7周期4遇） [7]，其中冬前0.12次，越冬期0.24次，返青至抽穗期0.20次。

2.5.2 澇漬 某一時段遇到大雨或連陰雨，導致土壤水分連續(xù)3～5d處于飽和狀態(tài)，或田間積水2d以上，即會對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響，形成澇漬。利用耕層土壤含水量與降水的關(guān)系，設(shè)定雨前耕層土壤相對含水量為55%～80%，耕層土壤含水量達到飽和狀態(tài)（相對含水量100%）需降水82.8～118.0mm。據(jù)此設(shè)定澇漬的判定標準為3d以上過程降水≥100mm，或2d內(nèi)降水≥150mm。依據(jù)上述澇漬判定標準，50個小麥生產(chǎn)周期澇漬6次，周期均0.12次（8周期1遇），主要發(fā)生在抽穗成熟期[8]。endprint

2.5.3 抗旱對策 （1）有效攔蓄天然降雨。修復(fù)現(xiàn)有節(jié)制閘，并新建一批小型節(jié)制閘，做到河河攔蓄，溝溝節(jié)制。對現(xiàn)有河網(wǎng)、溝塘分步清淤、疏浚，提升蓄水能力。（2）加深耕層。目前，濉溪縣耕深多12～15cm，不適應(yīng)小麥高產(chǎn)栽培的要求。因此，要打破犁底層，加深耕層，爭取逐步達到20～25cm，提高土壤蓄水保肥能力。（3）及時人工增雨。抓住有利時機，實施人工增雨作業(yè)，即使土壤墑情較好，也要適時人工增雨，增加土壤水分儲量。（4）適時補充灌溉。根據(jù)土壤墑情和作物需水規(guī)律，推行非充分灌溉，澆好播種底墑水、分蘗越冬水和拔節(jié)孕穗水。推廣管道輸水、渠道防滲、噴灌、微灌等工程節(jié)水技術(shù)和農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，使灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.60。

3 結(jié)論與討論

3.1 小麥生產(chǎn)水資源條件 濉溪縣50個小麥生產(chǎn)周期平均降水量274.1mm，雨日47.3d，蒸發(fā)量955.3mm。2010-2012年平均地表水2.2億m3，淺層地下水2.1億m3，埋深下降到3.5～4.5m。旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系，降水強度和過程降水量、持續(xù)時間、降水間隔與頻次呈反比，各月小雨、中雨、大雨比例和日最大降水量、0.1～10mm過程降水所占比例與月次呈拋物線關(guān)系。播種、分蘗越冬期和拔節(jié)孕穗期降水20mm以上的保證率分別為66%、24%和58%。

3.2 降水和蒸發(fā)年際變化 隨著時間的推移，降水量略有減少，全生育期和返青至抽穗期雨日減少趨勢明顯；越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯趨于減少。

3.3 耕層土壤含水量與降水、蒸發(fā)的關(guān)系 耕層土壤含水量增長與雨前含水量、過程降水量多元直線相關(guān)，含水量消退與雨后含水量、無雨時段蒸發(fā)量多元相關(guān)。

3.4 旱象加劇 干旱7周期4遇，澇漬8周期1遇。干旱主要發(fā)生播種至抽穗期，澇漬主要發(fā)生在抽穗后。多年的農(nóng)田基本建設(shè)，排水系統(tǒng)日趨完善，加之地下水埋深明顯加深，改變了四水（降水、地表水、土壤水、地下水）的轉(zhuǎn)化規(guī)律，加劇了旱象，尤其是近些年旱災(zāi)愈來愈嚴重。小麥根系最密集、根毛最發(fā)達的部位為地表至40cm土層內(nèi)，土壤毛管水上升高度一般只有0.8～1.0cm[9]。加之小麥生長期處在雨季之后至翌年雨季來臨之前，淺層地下水埋深降至3.5～4.5m，地下水很難通過毛管上升至根系密集土層，因此，要變“以排為主”為“以灌為主”。

參考文獻

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2.5.3 抗旱對策 （1）有效攔蓄天然降雨。修復(fù)現(xiàn)有節(jié)制閘，并新建一批小型節(jié)制閘，做到河河攔蓄，溝溝節(jié)制。對現(xiàn)有河網(wǎng)、溝塘分步清淤、疏浚，提升蓄水能力。（2）加深耕層。目前，濉溪縣耕深多12～15cm，不適應(yīng)小麥高產(chǎn)栽培的要求。因此，要打破犁底層，加深耕層，爭取逐步達到20～25cm，提高土壤蓄水保肥能力。（3）及時人工增雨。抓住有利時機，實施人工增雨作業(yè)，即使土壤墑情較好，也要適時人工增雨，增加土壤水分儲量。（4）適時補充灌溉。根據(jù)土壤墑情和作物需水規(guī)律，推行非充分灌溉，澆好播種底墑水、分蘗越冬水和拔節(jié)孕穗水。推廣管道輸水、渠道防滲、噴灌、微灌等工程節(jié)水技術(shù)和農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，使灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.60。

3 結(jié)論與討論

3.1 小麥生產(chǎn)水資源條件 濉溪縣50個小麥生產(chǎn)周期平均降水量274.1mm，雨日47.3d，蒸發(fā)量955.3mm。2010-2012年平均地表水2.2億m3，淺層地下水2.1億m3，埋深下降到3.5～4.5m。旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系，降水強度和過程降水量、持續(xù)時間、降水間隔與頻次呈反比，各月小雨、中雨、大雨比例和日最大降水量、0.1～10mm過程降水所占比例與月次呈拋物線關(guān)系。播種、分蘗越冬期和拔節(jié)孕穗期降水20mm以上的保證率分別為66%、24%和58%。

3.2 降水和蒸發(fā)年際變化 隨著時間的推移，降水量略有減少，全生育期和返青至抽穗期雨日減少趨勢明顯；越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯趨于減少。

3.3 耕層土壤含水量與降水、蒸發(fā)的關(guān)系 耕層土壤含水量增長與雨前含水量、過程降水量多元直線相關(guān)，含水量消退與雨后含水量、無雨時段蒸發(fā)量多元相關(guān)。

3.4 旱象加劇 干旱7周期4遇，澇漬8周期1遇。干旱主要發(fā)生播種至抽穗期，澇漬主要發(fā)生在抽穗后。多年的農(nóng)田基本建設(shè)，排水系統(tǒng)日趨完善，加之地下水埋深明顯加深，改變了四水（降水、地表水、土壤水、地下水）的轉(zhuǎn)化規(guī)律，加劇了旱象，尤其是近些年旱災(zāi)愈來愈嚴重。小麥根系最密集、根毛最發(fā)達的部位為地表至40cm土層內(nèi)，土壤毛管水上升高度一般只有0.8～1.0cm[9]。加之小麥生長期處在雨季之后至翌年雨季來臨之前，淺層地下水埋深降至3.5～4.5m，地下水很難通過毛管上升至根系密集土層，因此，要變“以排為主”為“以灌為主”。

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2.5.3 抗旱對策 （1）有效攔蓄天然降雨。修復(fù)現(xiàn)有節(jié)制閘，并新建一批小型節(jié)制閘，做到河河攔蓄，溝溝節(jié)制。對現(xiàn)有河網(wǎng)、溝塘分步清淤、疏浚，提升蓄水能力。（2）加深耕層。目前，濉溪縣耕深多12～15cm，不適應(yīng)小麥高產(chǎn)栽培的要求。因此，要打破犁底層，加深耕層，爭取逐步達到20～25cm，提高土壤蓄水保肥能力。（3）及時人工增雨。抓住有利時機，實施人工增雨作業(yè)，即使土壤墑情較好，也要適時人工增雨，增加土壤水分儲量。（4）適時補充灌溉。根據(jù)土壤墑情和作物需水規(guī)律，推行非充分灌溉，澆好播種底墑水、分蘗越冬水和拔節(jié)孕穗水。推廣管道輸水、渠道防滲、噴灌、微灌等工程節(jié)水技術(shù)和農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，使灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.60。

3 結(jié)論與討論

3.1 小麥生產(chǎn)水資源條件 濉溪縣50個小麥生產(chǎn)周期平均降水量274.1mm，雨日47.3d，蒸發(fā)量955.3mm。2010-2012年平均地表水2.2億m3，淺層地下水2.1億m3，埋深下降到3.5～4.5m。旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系，降水強度和過程降水量、持續(xù)時間、降水間隔與頻次呈反比，各月小雨、中雨、大雨比例和日最大降水量、0.1～10mm過程降水所占比例與月次呈拋物線關(guān)系。播種、分蘗越冬期和拔節(jié)孕穗期降水20mm以上的保證率分別為66%、24%和58%。

3.2 降水和蒸發(fā)年際變化 隨著時間的推移，降水量略有減少，全生育期和返青至抽穗期雨日減少趨勢明顯；越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯趨于減少。

3.3 耕層土壤含水量與降水、蒸發(fā)的關(guān)系 耕層土壤含水量增長與雨前含水量、過程降水量多元直線相關(guān)，含水量消退與雨后含水量、無雨時段蒸發(fā)量多元相關(guān)。

3.4 旱象加劇 干旱7周期4遇，澇漬8周期1遇。干旱主要發(fā)生播種至抽穗期，澇漬主要發(fā)生在抽穗后。多年的農(nóng)田基本建設(shè)，排水系統(tǒng)日趨完善，加之地下水埋深明顯加深，改變了四水（降水、地表水、土壤水、地下水）的轉(zhuǎn)化規(guī)律，加劇了旱象，尤其是近些年旱災(zāi)愈來愈嚴重。小麥根系最密集、根毛最發(fā)達的部位為地表至40cm土層內(nèi)，土壤毛管水上升高度一般只有0.8～1.0cm[9]。加之小麥生長期處在雨季之后至翌年雨季來臨之前，淺層地下水埋深降至3.5～4.5m，地下水很難通過毛管上升至根系密集土層，因此，要變“以排為主”為“以灌為主”。

參考文獻

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