江西省雙季稻蒸發(fā)蒸騰量空間分布規(guī)律及影響因素分析

劉 方 平(江西省灌溉試驗(yàn)中心站，南昌 330201)

水稻是全球最重要的糧食作物之一。目前，世界范圍內(nèi)有一半的人以稻米為主要糧食，而其中90%的水稻產(chǎn)自亞洲[1]。中國是世界上第二大水稻種植大國，同時(shí)也是一個(gè)水稻消耗大國。在日常糧食消費(fèi)中，稻米消費(fèi)約占我國口糧消費(fèi)的60%[2]。水稻也是全球用水量最大的灌溉作物。在我國，農(nóng)業(yè)用水占總用水量近70%，與節(jié)水發(fā)達(dá)的中等發(fā)達(dá)國家有較大的差距[3,4]。江西自古便是我國的主要糧食產(chǎn)區(qū)之一，農(nóng)業(yè)為用水大戶，但農(nóng)業(yè)灌溉用水效率低[5,6]，在當(dāng)前用水總量控制條件下，對(duì)水稻生產(chǎn)實(shí)行有計(jì)劃的用水成為亟待解決的問題。

作物合理灌溉用水的關(guān)鍵是確定適宜的灌溉制度。作物蒸發(fā)蒸騰量又稱作物需水量，是確定作物灌溉制度和灌溉用水量的一項(xiàng)基本資料，它隨時(shí)間與空間產(chǎn)生較大幅度變化，在水利和農(nóng)業(yè)區(qū)劃、水資源開發(fā)利用、灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理運(yùn)用中，必須掌握作物蒸發(fā)蒸騰量的時(shí)空變化規(guī)律，而研究并繪制水稻蒸發(fā)蒸騰量等值線圖，是探明作物蒸發(fā)蒸騰量時(shí)空變化規(guī)律的有效手段。

1 材料與方法

本文以江西省灌溉試驗(yàn)中心站長系列灌溉試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，輔以典型調(diào)查和早期江西省其他灌溉試驗(yàn)站點(diǎn)相關(guān)資料，開展全省水稻蒸發(fā)蒸騰量變化規(guī)律及等值線圖研究。

通過對(duì)江西省灌溉試驗(yàn)中心站30年(1982年至2012年)的水稻灌溉試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到水稻各生育期作物系數(shù)(Kc值)作為初始值，采用《作物蒸發(fā)蒸騰量計(jì)算指南》(聯(lián)合國糧農(nóng)組織灌溉排水叢書，1998年)中提供的作物系數(shù)單值法，根據(jù)江西省自1982年至2012年期間的全省87個(gè)縣氣象觀測(cè)資料(包括日平均風(fēng)速、相對(duì)濕度等指標(biāo))，對(duì)各縣水稻各生育期的Kc值進(jìn)行修訂；然后，通過江西省灌溉試驗(yàn)中心站試驗(yàn)值與該站所在縣南昌縣氣象站點(diǎn)修正值進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)，利用早期江西省其他灌溉試驗(yàn)站點(diǎn)(南昌蓮塘灌溉試驗(yàn)站、余江灌溉試驗(yàn)站、泰和灌溉試驗(yàn)站，九江、上饒、贛州專區(qū)灌溉試驗(yàn))試驗(yàn)值與修正值進(jìn)行對(duì)比分析，兩者表現(xiàn)出差異較小，以此確定各縣水稻各生育期Kc值。

最后，利用Penman-Monteith公式，通過Matlab程序軟件進(jìn)行編程，輸入各縣氣象站點(diǎn)的地理緯度、海拔高程以及基本氣象資料，即可計(jì)算得出參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0；再利用作物蒸發(fā)蒸騰量計(jì)算公式ETC=ET0×Kc，計(jì)算得到水稻蒸發(fā)蒸騰量，進(jìn)而對(duì)全省各縣水稻蒸發(fā)蒸騰量進(jìn)行分析。

目前，繪制等值線的方法一般有兩種，分別是網(wǎng)格序列法和網(wǎng)格無關(guān)法。由于網(wǎng)格序列法不能充分利用所有原始數(shù)據(jù)，精確度低，故在進(jìn)行空間數(shù)據(jù)研究時(shí)，通常使用網(wǎng)格無關(guān)法。網(wǎng)格無關(guān)法一般有克里金法、矩形網(wǎng)格法和三角網(wǎng)格法[7]。作物蒸發(fā)蒸騰量等值線圖繪制采用網(wǎng)格無關(guān)法，通過Surfer 8.0繪制等值線圖軟件，并運(yùn)用克里金法進(jìn)行插值擬合，得到全省各縣蒸發(fā)蒸騰量值，進(jìn)行等值線圖繪制[7]。

在作物蒸發(fā)蒸騰量排頻方面，選定水文頻率分析中的經(jīng)驗(yàn)頻率適線法公式，利用matlab軟件進(jìn)行編程，進(jìn)行不同頻率年下的作物蒸發(fā)蒸騰量計(jì)算。本文僅對(duì)水稻采用節(jié)水灌溉模式——間歇灌溉(即干濕交替灌溉)下50%頻率年作物蒸發(fā)蒸騰量等值線圖進(jìn)行研究繪制[8]。在雙季稻蒸發(fā)蒸騰量空間分布影響因素分析方面，利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件，進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻蒸發(fā)蒸騰量空間變化規(guī)律

2.1.1早晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量最值分布

根據(jù)上述早、晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量計(jì)算方法及排頻方法，得到50%頻率年早、晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量，并將全省各縣值進(jìn)行算術(shù)平均，得到全省平均值?，F(xiàn)將50%頻率年早、晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量最值及平均值列表如表1。

據(jù)以上表1統(tǒng)計(jì)資料分析可知，間歇灌溉模式50%頻率年下全省早稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量平均為352.4 mm，晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量平均為471.5 mm；全省各縣中，早、晚稻與均值接近的縣分別為余江縣和德安縣。因此，早、晚稻間歇灌溉模式50%頻率年下全生育期蒸發(fā)蒸騰量總體差異較大，晚稻高于早稻119.1 mm，增高幅度達(dá)33.8%。

表1 江西省間歇灌溉模式下50%頻率年早、晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量最值及分布 mmTab.1 The extreme value and distribution of the evapotranspiration during the whole growth periodsin in the frequency years of 50% under the intermittent irrigation system in early and late rice among the counties of jiangxi province

同時(shí)，全省各縣中，早稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量以井岡山市最小，為231.6 mm，較全省各縣平均值小120.8 mm，減幅達(dá)34.3%；萬安縣最大，為435.9 mm，較全省各縣平均值大83.5 mm，增幅達(dá)23.7%；全省最大值較最小值高出204.3 mm，高出88.2%。晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量以九江廬山區(qū)最小，為275.6 mm，較全省各縣平均值小195.9 mm，減幅達(dá)41.5%；南昌市區(qū)最大，為575.3 mm，較全省各縣平均值大103.8 mm，增幅達(dá)22.0%。全省最大值較最小值高出299.3 mm，高出108.7%。因此，全省各縣水稻蒸發(fā)蒸騰量總體差異較大。

2.1.2水稻蒸發(fā)蒸騰量等值線圖及其變化規(guī)律

本文所繪制水稻蒸發(fā)蒸騰量等值線圖采用底圖(基面圖)為江西省1∶350萬的行政區(qū)劃圖，等值線上數(shù)字為蒸發(fā)蒸騰量，單位為毫米(mm)，等值線相臨差值為5 mm。等值線圖的橫坐標(biāo)為經(jīng)度，縱坐標(biāo)為緯度。

圖1 早稻蒸發(fā)蒸騰量等值線圖Fig.1 The isoline map of evapotranspiration in early rice

圖2 晚稻蒸發(fā)蒸騰量等值線圖Fig.2 The isoline map of evapotranspiration in late rice

從早稻蒸發(fā)蒸騰量等值線圖變化趨勢(shì)來看，等值線密集區(qū)主要集中在贛州的上猶、大余一帶，上饒的鉛山、弋陽和鷹潭一帶，這說明這些地區(qū)水稻蒸發(fā)蒸騰量區(qū)間內(nèi)變化較大。低值區(qū)主要集中在吉安的井岡山、九江的廬山和宜春的銅鼓縣一帶；高值區(qū)主要集中在贛中吉安、撫州和贛南地區(qū)一帶，分別為萬安、金溪、南城和贛縣等。以上早稻蒸發(fā)蒸騰量等值線圖分布說明海拔較高山區(qū)水稻蒸發(fā)蒸騰量較低，贛中、贛南一帶水稻蒸發(fā)蒸騰量總體較高。

從晚稻蒸發(fā)蒸騰量等值線圖變化趨勢(shì)來看，等值線密集區(qū)主要集中在贛州的上猶、大余、遂川一帶，上饒的鉛山、上饒縣一帶，九江的星子一帶，以及撫州的資溪一帶和南昌的新建一帶，以上地區(qū)水稻蒸發(fā)蒸騰量區(qū)間內(nèi)變化較大。低值區(qū)同樣主要集中在吉安的井岡山、九江的廬山和宜春的銅鼓縣，以及撫州的資溪縣；高值區(qū)主要集中在上饒的鄱陽、弋陽、上饒縣一帶，九江的星子、都昌一帶，南昌市一帶和贛州的贛縣一帶。以上晚稻蒸發(fā)蒸騰量等值線圖分布同樣說明海拔較高山區(qū)水稻蒸發(fā)蒸騰量較低；但是，高值區(qū)分布比較分散，贛北、贛中、贛南均有部分區(qū)域。

2.2 水稻蒸發(fā)蒸騰量空間分布規(guī)律影響因素分析

為分析水稻蒸發(fā)蒸騰量空間變化受地形、降雨和氣象綜合因子的影響程度，本文以全省87個(gè)氣象站點(diǎn)所在地的海拔高度、降雨量和參考作物蒸發(fā)蒸騰量(ET0)等3個(gè)因子，與早、晚稻蒸發(fā)蒸騰量進(jìn)行相關(guān)性分析。

表2 早晚稻蒸發(fā)蒸騰量空間分布規(guī)律影響因素相關(guān)性分析Tab.2 The correlative analysis of the the spatiotemporal distribution and influence factors of evapotranspiration of early-late rice

注：*表示在5%水平上的顯著性；**表示在1%水平上的顯著性。

從表2可知，早稻蒸發(fā)蒸騰量與當(dāng)?shù)睾０胃叨瘸蕵O顯著負(fù)相關(guān)，說明海拔高度越高，其蒸發(fā)蒸騰量越低。從全省87個(gè)縣氣象站點(diǎn)樣本數(shù)據(jù)來看，廬山、井岡山為各縣氣象站點(diǎn)最高海拔，其相應(yīng)的早稻蒸發(fā)蒸騰量最低，表現(xiàn)出較好負(fù)相關(guān)性；但是，低海拔區(qū)早稻蒸發(fā)蒸騰量與海拔高度一致性較差。晚稻蒸發(fā)蒸騰量與當(dāng)?shù)睾０胃叨韧瑯映蕵O顯著負(fù)相關(guān)；并且，從全省87個(gè)縣氣象站點(diǎn)樣本數(shù)據(jù)來看，廬山、井岡山同樣相應(yīng)的晚稻蒸發(fā)蒸騰量最低，表現(xiàn)出較好的負(fù)相關(guān)性；但是，低海拔區(qū)晚稻蒸發(fā)蒸騰量與海拔高度一致性較差。

同時(shí)，早稻蒸發(fā)蒸騰量與當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅砍尸F(xiàn)顯著微負(fù)相關(guān)，說明年平均降雨量大，早稻蒸發(fā)蒸騰量呈現(xiàn)總體變小的趨勢(shì)，但是影響相對(duì)較小。晚稻蒸發(fā)蒸騰量與當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅砍尸F(xiàn)微負(fù)相關(guān)，說明年平均降雨量大，晚稻蒸發(fā)蒸騰量也呈現(xiàn)總體變小的趨勢(shì)，但是影響相對(duì)很小。

另外，早稻蒸發(fā)蒸騰量與其生育期內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量呈極顯著高度正相關(guān)，說明參考作物蒸發(fā)蒸騰量越大，早稻蒸發(fā)蒸騰量越大；參考作物蒸發(fā)蒸騰量與早稻蒸發(fā)蒸騰量呈現(xiàn)出較好的一致致性，是影響早稻蒸發(fā)蒸騰量的主要因素。晚稻蒸發(fā)蒸騰量與其生育期內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量呈顯著微正相關(guān)，說明參考作物蒸發(fā)蒸騰量越大，晚稻蒸發(fā)蒸騰量有變大的趨勢(shì)；但是，參考作物蒸發(fā)蒸騰量與晚稻蒸發(fā)蒸騰量一致性較差。

3 結(jié) 語

(1)早、晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量總體差異較大。全省早稻間歇灌溉模式50%頻率年下全生育期蒸發(fā)蒸騰量平均為352.4 mm，晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量平均為471.5 mm；晚稻高于早稻119.1 mm，增高幅度達(dá)33.8%。

(2)全省各縣之間早、晚稻全生育期蒸發(fā)蒸騰量差異較大。早稻海拔較高山區(qū)蒸發(fā)蒸騰量較低，贛中、贛南一帶總體較高；同樣，晚稻海拔較高山區(qū)蒸發(fā)蒸騰量較低；但是，高值區(qū)分布比較分散，贛北、贛中、贛南均有部分區(qū)域。

(3)早稻蒸發(fā)蒸騰量與當(dāng)?shù)睾０胃叨瘸蕵O顯著負(fù)相關(guān)，與當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅砍尸F(xiàn)顯著微負(fù)相關(guān)，與其生育期內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量呈極顯著高度正相關(guān)；晚稻蒸發(fā)蒸騰量與當(dāng)?shù)睾０胃叨瘸蕵O顯著負(fù)相關(guān)，與當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅砍尸F(xiàn)微負(fù)相關(guān)，與其生育期內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量呈顯著微正相關(guān)。

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[1] 朱德峰，程式華，張玉屏，等.全球水稻生產(chǎn)現(xiàn)狀與制約因素分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010,(3)：474-479.

[2] 方福平，程式華.論中國水稻生產(chǎn)能力[J].中國水稻科學(xué)，2009,(6)：559-566.

[3] 張利平，夏 軍，胡志芳.中國水資源狀況與水資源安全問題分析[J].長江流域資源與環(huán)境，2009,(2)：116-119.

[4] 杜榮江，方玉霞.提高我國水資源利用效率的措施與對(duì)策[J].水資源保護(hù)，2010，26(3)：91-93.

[5] 劉雁翼，彭忠福，馬大前.江西省水資源開發(fā)利用研究[J].人民長江，2011，42(18)：99-102.

[6] 程 華，劉曉華.江西省農(nóng)田灌溉的現(xiàn)狀和建設(shè)規(guī)劃思路初探[J].水利建設(shè)與管理，2008,(12)：57-58.

[7] 欒麗麗.自動(dòng)繪制等值線生成算法的研究及其在水情系統(tǒng)中的應(yīng)用[D]. 成都：成都理工大學(xué)，2008.

[8] 郭生練，葉守澤.論水文計(jì)算中的經(jīng)驗(yàn)頻率公式[J].武漢水利電力學(xué)院學(xué)報(bào)，1992，25(2):38-45.