基于作物水分盈虧指數(shù)的昆明水稻生長(zhǎng)季干旱特征及成因分析

李　闖，劉艷偉，符　娜，楊啟良，劉小剛

(昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院， 云南 昆明 650500)

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基于作物水分盈虧指數(shù)的昆明水稻生長(zhǎng)季干旱特征及成因分析

李闖，劉艷偉，符娜，楊啟良，劉小剛

(昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院， 云南 昆明 650500)

摘要：基于昆明站點(diǎn)1952—2013年逐日氣象觀測(cè)資料，根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織1998年推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算了昆明站近62 a來逐日的參考作物蒸騰量、水稻生育期需水量，利用Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)法研究作物需水量變化規(guī)律，同時(shí)根據(jù)水稻的水分虧缺指數(shù)(CWDI)，采用通徑分析方法研究各氣象因子對(duì)水分虧缺指數(shù)的影響。結(jié)果表明：近62年來昆明地區(qū)平均旬需水量為32.55 mm；水稻生長(zhǎng)季內(nèi)干旱分布明顯不均勻，隨著生長(zhǎng)季的推進(jìn)，干旱級(jí)別從輕旱到重旱，干旱發(fā)生最嚴(yán)重時(shí)期是黃熟生育階段，在整個(gè)水稻生長(zhǎng)季內(nèi)，水稻水分盈虧指數(shù)均值為38.07%，表明水稻處于重旱狀態(tài)；在水稻生育期變異系數(shù)研究中，水分盈虧指數(shù)變異系數(shù)均較小，在返青、分蘗、拔節(jié)、抽穗、乳熟和黃熟六個(gè)階段中，變異系數(shù)分別為1.8%、1.9%、1.3%、1.1%、0.8%、和0.8%，表明昆明地區(qū)近年干旱等級(jí)變化較?。挥绊懰钟澲笖?shù)最大正相關(guān)因素為日照，最大負(fù)相關(guān)因素為水汽壓。

關(guān)鍵詞：作物水分虧缺指數(shù)；水稻；作物需水量；干旱特征；通徑分析

當(dāng)前氣候變化是國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)，它與水資源危機(jī)和干旱災(zāi)害密切相關(guān)[1]。干旱災(zāi)害是云南省各項(xiàng)自然災(zāi)害之首，出現(xiàn)的頻率最高、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、影響范圍最大[2]。自有氣象記錄以來，昆明干旱災(zāi)情日益嚴(yán)峻，尤其是自2009年以來，由于降雨持續(xù)偏少，發(fā)生了4年連旱的極端氣候。水稻作為昆明地區(qū)主要糧食作物之一，由于歷年旱災(zāi)制約，水稻產(chǎn)量下降。水稻是耗水量最多的糧食作物之一，全國(guó)平均年耗水量達(dá)2 550.1×107m3，占到糧食作物總耗水量的51.06%，其中每生產(chǎn)1 000 kg水稻，平均年耗水量為1 177 m3[3-5]，研究昆明水稻生長(zhǎng)期干旱特征及其成因，為當(dāng)?shù)厮Y源管理和農(nóng)業(yè)相關(guān)部門提供參考依據(jù)。

目前對(duì)于我國(guó)干旱的研究主要集中在北方地區(qū)，而對(duì)西南地區(qū)的干旱研究相對(duì)較少，已有的研究區(qū)域多以整個(gè)西南地區(qū)為界。針對(duì)不同區(qū)域的干旱變化特征成因分析已有許多成果[6-8]。劉雪梅等[9]應(yīng)用夏旱強(qiáng)度指數(shù)和修正的帕爾默指數(shù)等指標(biāo)，研究了貴州地區(qū)干旱類型、發(fā)生頻率、地區(qū)分布特征，對(duì)貴州地區(qū)的干旱主要特征進(jìn)行了分區(qū)；王明田等[10]用相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)方法研究西南地區(qū)季節(jié)性干旱分布特征，結(jié)果表明西南地區(qū)近10 a干旱強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，且干旱范圍擴(kuò)大；詹存等[11]對(duì)四川丘陵地區(qū)的干旱時(shí)空分布及成因做了研究，認(rèn)為四川丘陵地區(qū)季節(jié)性干旱具有持續(xù)性，降水集中程度和日照時(shí)數(shù)對(duì)川中丘陵區(qū)的影響最嚴(yán)重；McKee[12]提出的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)指出，降水是影響旱澇的主要因素之一，并采用Γ函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化降水累計(jì)頻率分布來劃分干旱等級(jí)。

在干旱指標(biāo)研究方面，由于不同的部門或?qū)W科對(duì)干旱的定義不同，所以出現(xiàn)了不同的干旱評(píng)判指標(biāo)[13]。在農(nóng)業(yè)干旱等級(jí)中，對(duì)干旱指標(biāo)進(jìn)行了劃分：作物水分虧缺指數(shù)(CWDI)、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)、降水距平百分率、帕爾默干旱指數(shù)(PDSI)、土壤相對(duì)濕度(Rsm)、綜合干旱指數(shù)(Id)。由于作物水分虧缺指數(shù)(CWDI)能夠較好地反映植物、土壤和氣象三者的綜合影響，所以比較真實(shí)地反映了作物水分虧缺狀況。本研究以昆明為研究區(qū)，選取昆明氣象站1952—2013年的長(zhǎng)序列日氣象資料，計(jì)算作物水分盈虧指數(shù)，分析昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)季干旱變化特征，并在此基礎(chǔ)上使用通徑分析法研究其干旱變化成因，以期對(duì)該區(qū)水稻科學(xué)種植提供理論和實(shí)踐參考。

1材料與研究方法

1.1研究區(qū)概況

昆明地處云貴高原中部(E102°10′～103°40′，N 24°22′N～26°3′)，地形復(fù)雜，地勢(shì)北高南低，屬低緯度高原山地季風(fēng)氣候，主要的氣候特征是干濕分明、雨熱同季，冬旱、春夏、初夏旱明顯，同時(shí)夏季高溫不足，降水不均勻，導(dǎo)致季節(jié)性干旱。年均氣溫14.9℃，年降水量1 011.2 mm，雨季(5—10月)降水量882.8 mm，占全年降水量的87.3%；年蒸發(fā)量1 838.3 mm，相對(duì)濕度為74%；全年無霜期在240 d以上；年日照數(shù)2 196.7 h，日照百分率56%。糧食作物以水稻和小麥為主，影響本地水稻生長(zhǎng)的主要?dú)庀鬄?zāi)害是干旱和低溫冷害。

1.2研究方法

1.2.1作物水分虧缺指數(shù)本研究采用作物水分虧缺指數(shù)(CWDI)計(jì)算昆明中稻生長(zhǎng)季干旱指數(shù)，計(jì)算公式如下：

CWDI=a×CWDIi+b×CWDIi-1+c×CWDIi-2+d×CWDIi-3+e×CWDIi-4

(1)

式中，CWDI為水稻生育期按旬時(shí)段計(jì)算的累計(jì)水分虧缺指數(shù)，分別計(jì)算5月下旬—9月上旬共11旬水分虧缺指數(shù)，由于作物干旱主要體現(xiàn)為累計(jì)效應(yīng)，水分虧缺指數(shù)一般計(jì)算連續(xù)5旬的作物虧缺指數(shù)；CWDIi、CWDIi-1、CWDIi-2、CWDIi-3、CWDIi-4為該旬及前4旬水分虧缺指數(shù)；a、b、c、d、e為對(duì)應(yīng)旬的權(quán)重系數(shù)，a取值為0.3；b取值為0.25；c取值為0.2；d取值為0.15；e取值為0.1[14]。

考慮到水分滿足時(shí)期，對(duì)式(1)計(jì)算水分虧缺指數(shù)做了如下改進(jìn)，為

(2)

式中，CWDIi為第i旬水稻水分虧缺指數(shù)；ETc為水稻需水量(mm)；Pi為第i旬降水量(mm)；Ki為降水量遠(yuǎn)大于水稻需水量時(shí)的水分盈余指數(shù)；Ki值根據(jù)三個(gè)不同的降水量情況下取值不同：當(dāng)水稻需水量(ETc)大于降水量(Pi)，水稻發(fā)生水分虧缺；當(dāng)水稻需水量(ETc)小于降水量(Pi)時(shí)，且降水量不大時(shí)(Pi<50mm)視為水稻水分不虧缺，即CWDIi=0；降水量(Pi)遠(yuǎn)大于水稻需水量(昆明地區(qū)水稻平均旬需水量約為50mm)時(shí)考慮有效降水和水分盈余，這里分3個(gè)量級(jí)計(jì)算盈余的不同效應(yīng)。即

(3)

式(2)中，ETc由參考作物蒸散量(ET0)與水稻的作物系數(shù)(Kc)相乘得到，即

ETc=kc·ET0

(4)

式中，ET0為參考作物蒸騰量(mm·d-1)；用FAO(1998)推薦的Penman-Monteith[15-16]公式計(jì)算：

(5)

式中，Δ為飽和水汽壓與溫度關(guān)系曲線在T處的切線斜率(kPa·℃-1)；Rn為冠層表面凈輻射(MJ·m-2·d-1)；G為土壤熱通量(MJ·m-2·d-1)；γ為干濕計(jì)常數(shù)(kPa·℃-1)；T為平均溫度(℃)；U2為2m高處的平均風(fēng)速(m·s-1)；ea為實(shí)際水汽壓(kPa)；ed為飽和水汽壓(kPa)。其中Δ、Rn、G、U2可以通過氣象臺(tái)站觀測(cè)資料計(jì)算獲得。作物系數(shù)Kc參考中國(guó)的相關(guān)研究成果[17]，并結(jié)合昆明地區(qū)水稻生育期為5月下旬至9月上旬的具體情況，確定研究區(qū)水稻生育期內(nèi)5—9月作物系數(shù)多年平均值分別為1.3、1.5、1.7、1.8、1.5。本研究結(jié)合式(4)和式(5)，根據(jù)逐日氣象資料計(jì)算西南地區(qū)水稻各生育期逐日需水量，再依據(jù)逐日需水量數(shù)據(jù)計(jì)算出水稻每旬的需水量，并統(tǒng)計(jì)全生育期需水量。

1.2.2水稻干旱指標(biāo)分級(jí)根據(jù)農(nóng)業(yè)干旱指標(biāo)分級(jí)[18]，在5月下旬至9月上旬，水稻干旱等級(jí)即水稻返青～黃熟期前后分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為，CWDI≤15%為無旱，15%50%為特旱。

1.2.3變異系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值稱為變異系數(shù)，當(dāng)需要比較兩組數(shù)據(jù)離散程度大小的時(shí)候，如果兩組數(shù)據(jù)的測(cè)量尺度相差太大或者數(shù)據(jù)量綱不同，直接使用標(biāo)準(zhǔn)差來進(jìn)行比較不合適，此時(shí)就應(yīng)當(dāng)使用變異系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)差與其平均值的比值)來消除測(cè)量尺度和量綱的影響。變差系數(shù)Cv[19]的計(jì)算公式如下：

(6)

(7)

式中，S為均方差，xi為i站的某要素值，x′為該要素的區(qū)域平均值。變差系數(shù)越大，說明地區(qū)間該要素的差異越大，離散程度越不穩(wěn)定；變差系數(shù)越小，說明研究區(qū)域該要素的地區(qū)間差異越小，離散程度越穩(wěn)定[20]。本文主要利用變異系數(shù)分析昆明地區(qū)水稻生育期各階段水分盈虧指數(shù)之間的差異，得出研究區(qū)域水稻生育期水分盈虧指數(shù)變化特征。

1.2.4Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)法Mann-Kendall非參數(shù)秩次相關(guān)檢驗(yàn)法，是由世界氣象組織(WMO)推薦并使用的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾[21]。本研究利用Mann-Kendall檢驗(yàn)法對(duì)昆明地區(qū)水稻水分盈虧指數(shù)年際變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，具體檢驗(yàn)方法如下，對(duì)于具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列X=(x1，x2，…，xn)，構(gòu)造一秩序列sk[22]。

(8)

(9)

式中，秩序列sk為第i時(shí)刻數(shù)值大于j時(shí)刻數(shù)值個(gè)數(shù)的累計(jì)數(shù)。

在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立的假定下，趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為

(10)

(11)

(12)

式中，U1=0，E(sk)和var(sk)是累計(jì)數(shù)sk的均值和方差，n為序列長(zhǎng)度，當(dāng)n>10時(shí)，Uk收斂于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

分別按時(shí)間序列x順序x1，x2，…，xn和時(shí)間序列x逆序xn，xn-1，…，x1計(jì)算出趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量序列UFk和UBk。原假設(shè)為該序列無趨勢(shì)，若UFk或UBk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，小于0則表明呈下降趨勢(shì)。同時(shí)，給定顯著性水平α，查正態(tài)分布表取臨界值，若UFk或UBk大于臨界值時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著，超過臨界值的范圍確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域；反之，變化趨勢(shì)不顯著。

1.2.5通徑分析通徑分析(pathanalysis)的實(shí)質(zhì)是標(biāo)準(zhǔn)化的多元線性回歸分析[23]，用于分析多個(gè)自變量和因變量之間的線性關(guān)系，找出自變量對(duì)因變量影響的直接效應(yīng)和間接效應(yīng)[24]，能夠克服簡(jiǎn)單相關(guān)分析與回歸分析的不足，全面反映自變量對(duì)因變量的作用效應(yīng)[25]。本文采用通徑分析來量化研究各氣象因子對(duì)作物需水量的影響程度。

對(duì)于一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，若有n個(gè)自變量xi(i=1,2，…,n)和1個(gè)因變量y之間存在線性關(guān)系，回歸方程為：

y=b0+b1x1+b2x2+…+bnxn

(13)

根據(jù)各自變量間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)rxixj(i≤n,j≤n)和各自變量與因變量間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)rx,y(i≤n)，由式(9)通過數(shù)學(xué)變換，可建立正規(guī)矩陣方程為：

(14)

解方程(10)即可求出通徑系數(shù)Pye，Pye表示自變量xi對(duì)因變量y的直接通徑系數(shù)，為xi對(duì)因變量y的直接作用效應(yīng)；rxixjpyxj表示自變量xi通過xj對(duì)因變量y的間接通徑系數(shù)，為xi通過xj對(duì)因變量y的間接作用效應(yīng)。剩余項(xiàng)的通徑系數(shù)Pye表示為：

(15)

如果剩余項(xiàng)的通徑系數(shù)pye較小，說明已找出主要因素；如果pye數(shù)值較大，則表明還有更重要的因素未被考慮在內(nèi)。

1.3數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)處理

本研究采用的昆明氣象站點(diǎn)1952—2013年逐日的地面氣象觀測(cè)資料，由中國(guó)國(guó)家氣象局提供，采用Microsoft Excel軟件完成數(shù)據(jù)預(yù)處理，根據(jù)FAO56標(biāo)準(zhǔn)Penman-Monteith公式和作物系數(shù)計(jì)算逐日的參考作物蒸發(fā)蒸騰量及水稻需水量，從而得出作物水分虧缺指數(shù)；分析參考作物蒸發(fā)蒸騰量及水稻生育期需水量的年際變化趨勢(shì)；同時(shí)借助MATLAB7.0軟件編程對(duì)該站點(diǎn)水稻需水量和部分氣象因子的年際變化進(jìn)行Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)，分析該地區(qū)水稻逐年需水量及干旱的變化趨勢(shì)與突變情況。

2結(jié)果與分析

2.1水稻生長(zhǎng)季內(nèi)水分供需情況基本特征

本研究按旬計(jì)算了水稻全生育期需水量(ETc)、降水量(Pi)和水分虧缺指數(shù)(CWDI)，得出該區(qū)多年水稻生育期均值，具體見圖1。

圖1昆明水稻生育期需水量、降水量、水分虧缺指數(shù)變化趨勢(shì)

Fig.1The change trend of the water requirements, precipitation, and water deficit index in rice growth period in Kunming

昆明水稻生育期大部分處于雨季，在整個(gè)生育期內(nèi)，旬降水量平均值為26.51 mm，旬CWDI平均值35.38%，旬需水量為32.55 mm。自進(jìn)入雨季后，降水逐漸增加，在6月中旬達(dá)到峰值，7月上旬后降水量呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，自8月上旬開始，降水量急劇減少。在此時(shí)期內(nèi)，水稻需水量較為平穩(wěn)，波動(dòng)不大。在水稻生育期內(nèi)水分虧缺指數(shù)CWDI持續(xù)增加，在9月上旬達(dá)到峰值，數(shù)值達(dá)到53.79%，為重旱級(jí)別。在7月中旬后，水稻生長(zhǎng)處于重旱階段。這說明在水稻生長(zhǎng)后期階段，由于降水不足，水稻需水量持續(xù)不變，作物生長(zhǎng)長(zhǎng)期處于干旱時(shí)期。

2.2各生育期水分虧缺指數(shù)變化特征

水稻生育期劃分為返青、分蘗、拔節(jié)、抽穗、乳熟和黃熟六個(gè)階段。按水稻生育期分別計(jì)算昆明地區(qū)水稻各生育階段水分盈虧指數(shù)(表1)。昆明地區(qū)水稻各生育期中水分盈虧指數(shù)CWDI最大值均接近于100%，此時(shí)的生育期干旱級(jí)別為重旱，水分虧缺指數(shù)CWDI最小值全部為負(fù)值，此時(shí)的水稻生育期干旱級(jí)別為無旱。通過對(duì)比相同生育期水分虧缺指數(shù)CWDI可以發(fā)現(xiàn)昆明地區(qū)的干旱分布極不平均，這是因?yàn)槔ッ鞯貐^(qū)氣候?yàn)榧竟?jié)性干旱氣候，降水時(shí)間分布不均勻，全年降雨分為旱季、雨季兩季，在雨季中可能出現(xiàn)連續(xù)暴雨現(xiàn)象，如1986年6月7日，12小時(shí)累計(jì)雨量達(dá)到150.8 mm；同時(shí)在雨季中出現(xiàn)重度干旱情況，如2012年6月的持續(xù)性干旱，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)造成嚴(yán)重影響。通過水稻CWDI平均值可以看出：在整個(gè)水稻生育期內(nèi)其值逐漸增大，這說明水稻生長(zhǎng)季內(nèi)是處于干旱狀態(tài)，在水稻生育期關(guān)鍵的返青時(shí)期處于中旱。

分析研究區(qū)各個(gè)生育期的變異系數(shù)，各生育期水分盈虧指數(shù)的變異系數(shù)值總體很小，這表明，昆明地區(qū)水稻生育期內(nèi)水分盈虧指數(shù)離差較小，變化較為穩(wěn)定，不同生育期內(nèi)的水分盈虧指數(shù)差異很小。

2.3昆明地區(qū)水稻水分盈虧指數(shù)的年際變化規(guī)律

利用Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)法對(duì)昆明地區(qū)水稻水分盈虧指數(shù)CWDI進(jìn)行趨勢(shì)分析及突變分析，給定顯著性水平α= 0.05，那么臨界值u0.05=±1.96，具體變化曲線見圖2。統(tǒng)計(jì)昆明1952—2013年水稻水分盈虧指數(shù)均值在16.8%～65.1%之間，均大于15%，即表明該區(qū)近62年水稻生長(zhǎng)季均有旱情出現(xiàn)；由Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果的UF曲線得出，1965—1967年、1972—1978年、1998—2008年及1957與1986年UF統(tǒng)計(jì)量小于0，表明此時(shí)間區(qū)間內(nèi)昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)季水分盈虧指數(shù)呈下降趨勢(shì)，即干旱災(zāi)情有所減輕；其它年間UF統(tǒng)計(jì)量均大于0，表明該區(qū)水稻生長(zhǎng)季水分盈虧指數(shù)大多數(shù)時(shí)期呈上升趨勢(shì)，即干旱等級(jí)持續(xù)增長(zhǎng)；圖中UF統(tǒng)計(jì)量和UB統(tǒng)計(jì)量的曲線在2009年出現(xiàn)交點(diǎn)，并且交點(diǎn)在臨界線之間，表明為突變點(diǎn)，從而得出昆明近年來持續(xù)性重度旱災(zāi)是自2009年開始的突變現(xiàn)象，這與近幾年昆明地區(qū)干旱情況較為吻合。

圖2昆明地區(qū)水稻水分盈虧指數(shù)的M-K檢驗(yàn)曲線

Fig.2The Mann-Kendall test curve of rice crop water

deficit index in Kunming Region

2.4氣象因子對(duì)水分盈虧指數(shù)的通徑分析

在通徑分析中，計(jì)算了9個(gè)氣象因子：降水量、氣壓、風(fēng)速、氣溫、水汽、溫度、日照、最低氣溫、最高氣溫對(duì)水分盈虧指數(shù)CWDI的通徑系數(shù)P，表中P為降水量，PR為氣壓，SW為風(fēng)速，TL為日最低氣溫，S為日照時(shí)數(shù)，TA為氣溫，ME為水汽壓，HR為相對(duì)濕度，TH為日最高氣溫。根據(jù)通徑分析原理，求出各個(gè)氣象因子對(duì)水分盈虧指數(shù)CWDI的正則方程組，得出結(jié)果后計(jì)算各氣象因子對(duì)CWDI的直接作用(通徑系數(shù))和間接作用，直接通徑系數(shù)見表2，最后分析各氣象因子對(duì)回歸方程估測(cè)可靠程度CWDI的總貢獻(xiàn)，結(jié)果見表3。

表2表示氣象因子對(duì)CWDI的直接通徑分析，由通徑系數(shù)定義可知，正值表示氣象因子對(duì)CWDI正相關(guān)，即引起干旱的氣象因素。從表2和表3得出，對(duì)CWDI影響因素最大的是水汽壓，它對(duì)CWDI作用是負(fù)相關(guān)，直接通徑系數(shù)為-0.67，對(duì)回歸系數(shù)貢獻(xiàn)值是-0.8。表3是各氣象因素對(duì)CWDI的間接影響，從表中看出，與風(fēng)速和日照相關(guān)的通徑系數(shù)基本為正值，與氣壓相關(guān)的通徑系數(shù)大多為0，在對(duì)CWDI正相關(guān)因素中，日照對(duì)回歸方程估測(cè)可靠程度為0.61，風(fēng)速為0.55。

由各氣象因子間的間接作用可知各氣象因子間相互影響，因而CWDI變化受各氣象因子共同作用，各氣象因子對(duì)CWDI的正相關(guān)影響大小依次為：日照、風(fēng)速、氣壓；對(duì)CWDI負(fù)相關(guān)影響因素依次為水汽壓、濕度、降水量、濕度、最低氣溫、氣溫、最高溫度。

3結(jié)論與討論

(1) 1952—2013年昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)季水分盈虧指數(shù)表示該地區(qū)水稻生長(zhǎng)整體處于干旱狀態(tài)，在進(jìn)入雨季的5、6月份，因降雨量充沛，所以水分盈虧指數(shù)處于計(jì)算期內(nèi)的最低值，為輕旱級(jí)別。在計(jì)算期內(nèi)，昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)需水量ETc較為穩(wěn)定，旬需水量均值為32.55 mm。自7月后，水分盈虧指數(shù)CWDI開始波動(dòng)上升，在水稻生長(zhǎng)季最后階段至9月上旬，CWDI達(dá)到53.79%，為重旱級(jí)別，這與降水量減少有密切關(guān)系。

(2) 水稻生長(zhǎng)季返青、分蘗、拔節(jié)、抽穗、乳熟和黃熟階段內(nèi)CWDI變異系數(shù)均很小，分別為1.8%、1.9%、1.3%、1.1%、0.8%、0.8%，CWDI在1952—2013年時(shí)間分布穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)較大波動(dòng)值，這表示在62 a的計(jì)算期中，昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)季的干旱等級(jí)年際變化較小。

(3) 在利用Mann-Kendall對(duì)昆明地區(qū)1952—2013年CWDI年際變化規(guī)律趨勢(shì)分析中，水分盈虧指數(shù)均大于15%，說明昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)季處于干旱期；UF統(tǒng)計(jì)量和UB統(tǒng)計(jì)量的曲線在2009年出現(xiàn)交點(diǎn)，這說明近年干旱是從2009年開始，并且有逐年嚴(yán)重的趨勢(shì)。

(4) 在各氣象因子對(duì)CWDI的通徑分析中，日照對(duì)CWDI的通徑系數(shù)為-0.1，對(duì)回歸方程估測(cè)可靠程度貢獻(xiàn)值達(dá)到了0.61，因此CWDI正相關(guān)對(duì)日照時(shí)數(shù)最敏感，負(fù)相關(guān)最敏感氣象因素為水汽壓；日照時(shí)數(shù)是引起昆明地區(qū)水分盈虧指數(shù)CWDI變化最主要的氣象因子，其它正相關(guān)影響因素依次是風(fēng)速、氣壓。負(fù)相關(guān)影響因素依次為水汽壓、濕度、降水量、濕度、最低氣溫、氣溫、最高溫度。

根據(jù)相關(guān)研究，今年來西南地區(qū)氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，但昆明地區(qū)近62 a作物水分盈虧指數(shù)中表現(xiàn)出影響最大因素不是溫度，而是風(fēng)速，這與馮禹[24]對(duì)川中丘陵地區(qū)參考作物蒸散量時(shí)空變化特征結(jié)果相同。參考作物蒸散量一定程度上和水分盈虧指數(shù)一致，現(xiàn)階段針對(duì)昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)季的水分盈虧指數(shù)變化研究較少，主要是研究云南地區(qū)乃至整個(gè)西南地區(qū)。本文僅從水分盈虧指數(shù)出發(fā)，利用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定義干旱等級(jí)，確定昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)季干旱情況，若能在以后的研究中將昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)季干旱等級(jí)進(jìn)行劃分，則可以為昆明地區(qū)水稻生長(zhǎng)季灌溉提供理論支持。

參 考 文 獻(xiàn)：

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Cause analysis and drought characteristics during rice growing season in Kunming based on crop water deficit index

LI Chuang, LIU Yan-wei, FU Na, YANG Qi-liang, LIU Xiao-gang

(FacultyofModernAgriculturalEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650500,China)

Keywords:crop water deficit index; rice; crop water requirements; drought characterestic; path analysis

Abstract：Based on the daily meteorological observed data from 1952 to 2013 in the Kunming Station, the daily reference evapotranspiration (ET0) and the rice water requirements in growing season during 62 years in Kunming Station has been calculated by the Penman-Monteith Formular recommended by the Food and Agriculture Organization (FAO) in 1998. Using the Mann-Kendall trend test method has researched the change regular of the crop water requirements. At the same time, the concept of crop water deficit index (CWDI) has been introduced. According to the water deficit index of rice, has researched the effects of each meteorogical factor to the water deficit index by using the path analysis method. The results showed that: In recent 62 years, the average ten days crop water requirements in Kunming Region was 32.55 mm. The drought distribution in rice growth season was obviously uneven. With the increase of the growth season, the drought grade was from light drought level to the heavy drought level, the most serious drought occurrence period was the ripening stages. In whole rice growing season, the average water deficit index was 38.07%, it indicated that rice was at the heavy drought status. In the research of the coefficient of variation, the variation coefficient of the water deficite index was total small. In the six growth stages as turnning green, tillering, jointing, heading, milk muturity and yellow muturity, the variation coefficients were 1.8%, 1.9%, 1.3%, 1.1%, 0.8% and 0.8%, respectively. It indicated that change of the drought grade was rather small in recent years in Kunming Region. The maximal positive correlation factor for affecting the water deficit index was the sunshine hours and the negative correlation factor was the water vapor pressure.

文章編號(hào)：1000-7601(2016)03-0186-07

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.30

收稿日期：2015-06-05

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“虧缺灌溉時(shí)小桐子對(duì)鹽脅迫環(huán)境的響應(yīng)與水氮高效利用機(jī)制研究”(51379004)；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(KKSY201223076)；昆明理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“模擬降雨下紅壤坡面水土保持效應(yīng)研究”(201410674253)

作者簡(jiǎn)介：李闖(1992—)，男，江蘇沭陽人，碩士，研究方向?yàn)樗帘３旨吧鷳B(tài)恢復(fù)。 E-mail: 250539531@qq.com。 通信作者：劉艷偉(1981—)，女(蒙古族)，內(nèi)蒙古通遼人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事生態(tài)水文學(xué)及水土保持方面的教學(xué)和研究。 E-mail:liu-xiaocao@sohu.com。

中圖分類號(hào)：S165+.22; S511

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A