近50年氣候變化對(duì)黑龍港流域棉花需水規(guī)律的影響

顧晶　盧健　繳錫云　謝菊

摘要：針對(duì)氣候變化對(duì)作物需水量的影響，研究主要?dú)庀笠蜃雍妥魑镄杷康淖兓厔?shì)。應(yīng)用黑龍港流域棉花試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)棉花需水量和主要?dú)庀笠蜃咏?0年的變化進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)，分析該地區(qū)近50年的棉花需水量變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，近50年黑龍港流域氣溫呈上升趨勢(shì)，相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速均呈不同幅度的下降趨勢(shì)，降水量變化趨勢(shì)不明顯。棉花全生育期需水量總體呈下降趨勢(shì)。在各生育階段中，苗期、蕾期和吐絮期需水量總體呈下降趨勢(shì)，花鈴期需水量呈顯著上升趨勢(shì)。風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)是影響黑龍港流域棉花全生育期需水量的主要?dú)庀笠蜃?，氣溫和相?duì)濕度是影響棉花花鈴期需水量的主要因子。

關(guān)鍵詞：棉花；作物需水量；氣候變化；黑龍港流域

中圖分類號(hào)： S162.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）02-0115-03

收稿日期：2014-07-03

基金項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（編號(hào)：201301014）。

作者簡(jiǎn)介：顧晶（1990—），男，江蘇大豐人，碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail：dfgj8@163.com。

通信作者：繳錫云，教授，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail：xyjiao@hhu.edu.cn。黑龍港流域位于河北省東南部，是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)種植區(qū)，同時(shí)也是全國(guó)水資源嚴(yán)重貧乏、資源性缺水的地區(qū)之一，水資源的短缺制約了該區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展能力[1]。因此，開(kāi)展包括農(nóng)業(yè)節(jié)水在內(nèi)的節(jié)水工程、制定科學(xué)灌溉制度、提高水資源利用效率對(duì)緩解黑龍港流域的水資源危機(jī)具有重要意義。近期，氣候的變化和作物需水量對(duì)氣候變化的響應(yīng)成為人們關(guān)注水資源的一個(gè)重要方面[2-5]。目前對(duì)作物需水量變化趨勢(shì)及其與氣候變化關(guān)系的研究主要集中在小麥和玉米上[6-8]，但是這些研究的規(guī)律具有一定的地域性，而且對(duì)氣候變化下棉花需水規(guī)律的研究甚少，氣候變化條件下棉花需水規(guī)律的研究有必要進(jìn)一步深入。區(qū)域水資源可以基于作物需水量進(jìn)行合理配置[9-11]。掌握棉花需水量的演變規(guī)律關(guān)系到黑龍港流域水資源規(guī)劃的科學(xué)制定。本研究結(jié)合田間試驗(yàn)，初步揭示黑龍港流域棉花需水量的變化規(guī)律，研究氣候變化對(duì)作物需水量的影響及其歷史變化、掌握未來(lái)農(nóng)業(yè)用水走勢(shì)以及科學(xué)制定水資源規(guī)劃和建立合理灌溉制度具有重要的指導(dǎo)意義。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

棉花需水規(guī)律試驗(yàn)于2008—2009年在中國(guó)科學(xué)院的南皮生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)站位于河北省南皮縣馮家口鎮(zhèn)，屬于黑龍港流域，地處北緯38°06′、東經(jīng)116°40′，屬于北暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均降水量480 mm，降雨一般集中在夏季。水面蒸發(fā)量1 900～2 200 mm，地下水埋深5～7 m，該區(qū)光熱資源豐富，太陽(yáng)總輻射2.34 MJ/cm2年，平均日照時(shí)間 2 318 h。試驗(yàn)區(qū)為典型環(huán)渤海缺水鹽漬化類型區(qū)，土壤多為脫鹽潮土，耕地土壤為輕質(zhì)壤土，土壤干容重1.49 g/cm3。棉花騰發(fā)量試驗(yàn)區(qū)位于試驗(yàn)站的西南部，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)建36個(gè)蒸滲儀，共4列，每列9個(gè)，呈南北走向。棉花供試品種為冀棉958。栽培方式設(shè)置覆膜平播，采用2膜4行的播種方式，行距55、80、55 cm，膜間距40 cm，株距40 cm，撒播后期定苗。

1.2作物需水量計(jì)算

聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（the food and agriculture organization of the United Nations，F(xiàn)AO）推薦的參考作物蒸發(fā)蒸騰量-作物系數(shù)法[12]是目前估算作物需水量的主要方法。在土壤水分充足的條件下，作物需水量計(jì)算公式為

2結(jié)果與分析

2.1近50年氣候變化趨勢(shì)

利用黑龍港流域泊頭市、饒陽(yáng)縣、邢臺(tái)市、南宮市4個(gè)國(guó)家氣象站近50年（1960—2009年）的主要?dú)庀笠蜃又鹑諝庀筚Y料，包括最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和降水量，分析近50年來(lái)黑龍港流域氣候變化的規(guī)律，站點(diǎn)分布如圖1所示。

下降趨勢(shì)，由于輻射與日照時(shí)數(shù)成正比，日照時(shí)數(shù)的減少造成到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能減少。邢臺(tái)市相對(duì)濕度呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明大氣在逐漸地變得干燥。風(fēng)速呈下降趨勢(shì)，且下降趨勢(shì)顯著。降雨量呈不顯著變化趨勢(shì)。

2.2棉花需水量的變化特征

根據(jù)逐日的氣象資料，由式（2）計(jì)算出逐日參考作物需水量。本研究將棉花生育階段劃分為4個(gè)生育階段，采用試驗(yàn)所得覆膜平播棉花的作物系數(shù)，即苗期Kc=0.731、蕾期Kc=0.910、花鈴期Kc=1.373、吐絮期Kc=0.800；再由根據(jù)式（1）計(jì)算逐日作物需水量，從而得到棉花全生育期需水量和生育期各階段需水量。

MK非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)棉花全生育期需水量和棉花生育期各階段需水量變化趨勢(shì)如表2所示。

由表2可知，近50年來(lái)黑龍港流域棉花需水量ET在全生育期及不同的生育階段呈不同的變化規(guī)律。棉花全生育期ET總體呈下降趨勢(shì)，其中泊頭市和南宮市站點(diǎn)的ET下降幅度最大，邢臺(tái)市上升趨勢(shì)不顯著。在棉花苗期、蕾期ET總體呈下降趨勢(shì)，而花鈴期除泊頭市、南宮市站點(diǎn)趨勢(shì)顯著外，其他站點(diǎn)均呈顯著上升趨勢(shì)。

2.3棉花需水量與氣候變化的關(guān)系

2.3.1棉花全生育期需水量對(duì)氣象因子的響應(yīng)對(duì)主要?dú)庀笠蜃樱鉁?、相?duì)濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)）的年際變化和年內(nèi)變化分別進(jìn)行分析、檢驗(yàn)，確定棉花全生育期需水量與氣候變化的關(guān)系，檢驗(yàn)結(jié)果如表3。

由表3可知，泊頭市、饒陽(yáng)縣、南宮市地區(qū)的相對(duì)濕度、風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的降低趨勢(shì)及其下降幅度決定了該區(qū)域棉花全生育期需水量的下降趨勢(shì)；邢臺(tái)市雖然風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)都呈極顯著下降趨勢(shì)，但氣溫呈顯著上升和相對(duì)濕度下降引起需水量增加的幅度超過(guò)了風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)引起需水量下降的幅度，使邢臺(tái)地區(qū)棉花需水量呈不顯著變化趨勢(shì)。

2.3.2棉花各生育階段需水量與氣象因子的響應(yīng)對(duì)棉花各生育階段氣象因子趨勢(shì)檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出，苗期的風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)極顯著下降趨勢(shì)決定了苗期ET的下降趨勢(shì)，雖然氣溫呈顯著或極顯著的上升趨勢(shì)，但風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的減少引起ET降低的幅度比氣溫顯著上升和相對(duì)濕度的下降引起ET升高的幅度大，使黑龍港流域近50年來(lái)棉花苗期ET總體上呈下降趨勢(shì)。

在蕾期，泊頭市和南宮市的棉花ET呈顯著下降趨勢(shì)，相對(duì)濕度、風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)是主要?dú)庀笠蜃?；饒?yáng)縣和邢臺(tái)市因?yàn)橄鄬?duì)濕度下降引起的棉花ET上升削弱了風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)的顯著下降引起棉花蕾期ET下降的幅度，使饒陽(yáng)縣和邢臺(tái)市的蕾期ET呈不顯著變化趨勢(shì)。

在花鈴期，風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)是影響泊頭市棉花ET的主要?dú)庀笠蜃印鉁睾拖鄬?duì)濕度是影響?zhàn)堦?yáng)縣、邢臺(tái)市、南宮市棉花花鈴期ET的主要?dú)庀笠蜃?，氣溫的上升和相?duì)濕度顯著下降促使棉花花鈴期ET顯著上升，而風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的影響作用不明顯。

在吐絮期，泊頭市和南宮市的棉花ET總和呈下降趨勢(shì)，風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的下降是促使吐絮期棉花ET下降的主要原因，氣溫和相對(duì)濕度對(duì)饒陽(yáng)縣和邢臺(tái)市吐絮期棉花ET的上升趨勢(shì)起到了決定性作用，是影響?zhàn)堦?yáng)縣和邢臺(tái)市吐絮期ET的主要?dú)庀笠蜃印?/p>

3結(jié)論

近50年來(lái)，黑龍港流域氣溫呈上升趨勢(shì)，相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速均呈不同幅度的下降趨勢(shì)，降水量變化趨勢(shì)不明顯。

黑龍港流域棉花全生育期需水量總體呈下降趨勢(shì)。各生育階段中，苗期、蕾期和吐絮期需水量總體呈下降趨勢(shì)，花鈴期需水量總體呈上升趨勢(shì)。因此，今后可以通過(guò)適當(dāng)減少棉花苗期、蕾期和吐絮期的灌溉量，增加花鈴期的灌溉量，達(dá)到合理、科學(xué)分配并節(jié)約灌溉水資源的目的。

風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)是影響黑龍港流域棉花全生育期需水量的主要?dú)庀笠蜃?，氣溫和相?duì)濕度是影響棉花花鈴期需水量的主要因子。

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