濱渤海甜高粱需水特征分析與灌溉管理

滕玥鵬++趙金濤+++張化

摘 要：環(huán)渤海濱海地區(qū)春季干旱、淡水缺乏，利用優(yōu)勢作物-甜高粱分析其生育期水分虧缺特征，對加強該區(qū)域農(nóng)業(yè)科學(xué)水管理具有重要意義?；跇?biāo)準氣象數(shù)據(jù)、甜高粱生育期覆蓋度、株高等監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算并分析土壤蒸發(fā)及甜高粱蒸騰變化規(guī)律，結(jié)合實際降水時間分布規(guī)律，計算并分析作物水分虧缺特征。本文旨為解決濱渤海地區(qū)農(nóng)用水調(diào)度及科學(xué)灌溉提供參考。

關(guān)鍵詞：甜高粱；水分虧缺；灌溉管理；濱渤海

中圖分類號：S514 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160832007

前言

我國淡水資源總量為2.8萬億m3，居世界第6位，但人均水量只相當(dāng)于世界人均占有量的1/4。隨著區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展對淡水需求量的不斷增長，部門之間、地區(qū)之間，甚至國家之間爭奪淡水資源的矛盾也越來越突出，導(dǎo)致因淡水短缺引發(fā)的危機正一步一步侵蝕著我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展與社會穩(wěn)定的根基[1，2]。在淡水供給日益趨緊的大背景下，淡水資源常被工業(yè)、城鎮(zhèn)用水優(yōu)先擠占，農(nóng)用淡水比例越來越小，使原本緊張的糧食生產(chǎn)和糧食安全受到更大威脅。因此，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域用水管理及科學(xué)灌溉技術(shù)顯得更為重要[3]。

甜高粱屬于耐鹽堿作物，生物產(chǎn)量一般大，同時對鹽堿地也有一定修復(fù)作用[4，5]，因此在濱渤海地區(qū)種植面積廣泛。不同作物生理需水特性不同，比如需水時間和需水量指標(biāo)等，又因地區(qū)差異導(dǎo)致的自然環(huán)境差異（降水、蒸發(fā)等）又導(dǎo)致作物水分豐缺程度出現(xiàn)差異[6]，因此因地制宜的用水管水成為當(dāng)代農(nóng)業(yè)水管里的基本要務(wù)。相對于春季干旱缺水的甜高粱來說，土壤增墑、作物保苗提供生命之水，而夏季多雨的情況緩解了作物的水分需求，但上述籠統(tǒng)的描述難以具體到實際生產(chǎn)當(dāng)中去，比如大面積種植的甜高粱作物何時需水、具體需求量多少等。本文運用“作物蒸騰+土壤蒸發(fā)-大氣降水”結(jié)果為作物水分豐缺判斷依據(jù)，獲得可量化的作物需水特征，旨為濱渤海農(nóng)用水及科學(xué)灌溉提供參考。

1 區(qū)域與方法

1.1 區(qū)域選擇

選擇位于濱渤海東中部沿岸的河北省滄州市為典型區(qū)域代表進行研究，滄州市屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，風(fēng)能、光能資源豐富，季風(fēng)特征顯著，四季分明，夏季潮濕多雨，冬季干燥寒冷。年平均日照時數(shù)2755 h，光照充足，無霜期平均為194d，年均氣溫12.1℃，年降水量平均627 mm，夏季約占75%，易出現(xiàn)“春旱夏澇秋吊”現(xiàn)象。

1.2 水分虧缺計算

為獲取典型作物準確的水分虧缺變化，選擇甜高粱為濱渤海區(qū)域典型代表作物。因高粱具有耐鹽堿、抗旱等特性，在濱海鹽堿地去種植面積較大，且與多數(shù)蔬菜、大田作物生育期基本一致，因此具有典型性。2009年安排田間實驗，測量甜高粱生育期內(nèi)覆蓋度及株高變化，采用遙控照相定期俯拍，然后用覆蓋度分析軟件（DPVC）經(jīng)二值化處理、統(tǒng)計得到作物覆蓋度。作物株高，利用塔尺（精度1cm）直接測量。

甜高粱作物的水分虧缺量（WSD）用需水量（ETm）與降水量（P）的差值表示，具體公式如下：

WSD= ETm-P

式中ETm=Kc×ET0

Kc=KsKcb+Ke

Kc為作物系數(shù)；Kcb為反映作物蒸騰的基礎(chǔ)作物系數(shù)；Ke為土壤表面蒸發(fā)的蒸發(fā)系數(shù)；Ks為水分脅迫系數(shù)，水分充足時取值為1。詳細方法參考FAO-PM公式[7，8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜高粱生理特征與潛在蒸散發(fā)

圖1結(jié)果表明生育期內(nèi)覆蓋度平均達41%，總體表現(xiàn)為隨著作物的生長覆蓋度逐漸增加而后緩慢降低的趨勢，其中苗期最低，覆蓋度均小于10%，最高為9月23日達95.81%，進入成熟期后枝葉逐漸干枯垂落，覆蓋度又呈現(xiàn)逐漸降低趨勢（圖1）。圖2為株高變化，由圖可知，甜高粱株高變化整體呈現(xiàn)增加-快速增加-緩慢增加的趨勢，其中甜高粱的苗期較長，進入8月份甜高粱生長迅速，進入生長階段，高度最高可達3m左右。

2.2 甜高粱生育階段劃分及蒸散發(fā)

結(jié)合FAO參考相關(guān)指標(biāo)與甜高粱實際生育階段進行了區(qū)分，并在此基礎(chǔ)上進行了蒸發(fā)散計算。圖3為作物蒸騰量與土壤蒸發(fā)量變化分析圖，可以看出甜高粱在作物生育期前主要以土壤蒸發(fā)為主，并隨著氣候的變化呈現(xiàn)劇烈的波動。隨著甜高粱的迅速生長，蒸散發(fā)由棵間土壤蒸發(fā)轉(zhuǎn)換為作物蒸騰，其中甜高粱生育期內(nèi)土壤裸地蒸發(fā)359mm，作物蒸騰575mm，總計蒸散發(fā)933mm。

2.3 甜高粱水分虧缺變化規(guī)律

根據(jù)區(qū)域常年降水量與圖3中種植甜高粱作物地塊的蒸散發(fā)量（蒸騰+蒸發(fā)）之間的差值，即可得到該作物地塊需水情況。圖4為甜高粱月水分虧缺量變化分析，除生育期外田間地塊以裸地蒸發(fā)為主，由圖4可知 冬去春來土壤失水嚴重，春播期作物需水量最大，約達200mm，隨著雨季來臨有所緩和，其中7月作物出現(xiàn)澇漬現(xiàn)象，反而需要排水約33mm，之后8—10 月作物又呈現(xiàn)出少量缺水情況。

3 結(jié)論與討論

春播是作物最為需水的關(guān)鍵期，而且蒸發(fā)量巨大，必須增加灌溉的同時提高土壤保墑能力；進入7月雨季不但要盡量少澆水，還要額外關(guān)注田間排水設(shè)施，如有條件可借助雨季土壤中滯留水，實施地表松土、秸稈覆蓋等管理措施，以盡量保留耕層土壤水。如此做法，才能較高效利用該地區(qū)雨季水量優(yōu)勢，節(jié)約更多可灌溉水資源，避免浪費。

參考文獻

[1]裴源生，劉建剛，趙勇，等.水資源用水總量控制與定額管理協(xié)調(diào)保障技術(shù)研究[J].水利水電技術(shù)，2009，40（3）：8-11.

[2]唐力，趙勇，肖偉華，等.水資源總量控制和定額管理制度實施進展[J].人民黃河，2008，30（3）：43-47.

[3]丁平.我國農(nóng)業(yè)灌溉用水管理體制研究[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[4]李春宏，張培通，郭文琦，等.耐鹽甜高粱新品種中科甜3號的選育及栽培技術(shù)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（3）：95-96.

[5]張彩霞，謝高地，李士美，等.中國能源作物甜高粱的空間適宜分布及乙醇生產(chǎn)潛力[J].生態(tài)學(xué)報，2010，30（17）：4765-4770.

[6]劉學(xué)鋒，趙黎明，王穎.京津冀區(qū)域春夏季降水的氣候變化[J].地理學(xué)與國土研究，2002，18（1）：72-76.

[7]Allen R G，Pereira L S，Raes D， et al.Crop evapotranspiration-guidelines for computing crop water requirements [M].FAO Irrig and Drain Paper No.56， Food and Agriculture Organization of the United Nations， Rome，1998.

[8]馬輝杰，高劍華.河北省冬小麥水分虧缺量的變化研究[J].華北農(nóng)學(xué)報，2011，26（S1）：89-94.