咸陽市農(nóng)田蒸散分析

胡國玲，胡增輝，王 薇，王 英

(1.咸陽市氣象局，陜西咸陽 712000；2.寶雞市氣象局，陜西寶雞 721006)

農(nóng)田蒸散是土壤水分蒸發(fā)與作物水分蒸騰的總和。在無作物覆蓋的裸地，僅表示土壤水分蒸發(fā)。在自然條件下，農(nóng)田蒸散除受氣象條件影響外，還受土壤水分含量、土壤物理特性和作物種類等多種因素制約。即使在相似的氣象條件下，由于下墊面的性質(zhì)不同，其蒸散量相差也十分懸殊。了解不同水分條件下的蒸散量變化，不同水分條件下的蒸散量時空分布，對建立合理的節(jié)水灌溉制度具有重要意義。

1 農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)蒸散量分布特征

標(biāo)準(zhǔn)蒸散量[1]又稱可能或潛在蒸散量，是英國學(xué)者Penman于1948年提出來的。它是在英國的特定氣候條件下，土壤保持濕潤，牧草高度為20 cm時所求算出的農(nóng)田蒸散量。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)根據(jù)Penman公式于20世紀(jì)80年代在全球不同氣候區(qū)域進行試驗后，對該公式提出了修正并用于實際。90年代初FAO Penman公式在我國推廣試用，取得了較好效果。本文根據(jù)FAO Penman公式，采用代表咸陽市北部、中部和南部的旬邑、永壽和武功三站1971—2012年各月溫度、降水、蒸發(fā)、土壤墑情等氣候要素，計算出咸陽市歷年各月平均標(biāo)準(zhǔn)蒸散量及蒸散降水差(見表1) ，其中反射率7—10月取0.15，11—6月取0.25。

表1 1971—2012年咸陽市農(nóng)田各月平均標(biāo)準(zhǔn)蒸散量及蒸散降水差 mm

1.1 空間分布

咸陽市轄12縣(區(qū)、市)，南北長123～45 km，東西寬65～106 km。地勢北高南低，南部的武功海拔高度為447.8 m，北部的旬邑海拔高度為1 277.0 m，受緯度和地形變化的影響，全年農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)蒸散量呈南高北低的形式分布。北部為767.1 mm，南部為925.9 mm，相差達158.8 mm。由于全市降水量分布由南向北逐漸增加，造成蒸散與降水差北部為183.2 mm。南部為353.5 mm，南部與北部相差170.3 mm，說明南部的濕潤指數(shù)較北部的濕潤指數(shù)明顯偏低，南部的農(nóng)作物較北部的農(nóng)作物更容易受到干旱的影響。

1.2 時間分布

咸陽市標(biāo)準(zhǔn)蒸散量7月最大，1月最小，與咸陽市各月平均氣溫形成明顯的相關(guān)關(guān)系。7月最大標(biāo)準(zhǔn)蒸散量高達139.6 mm，1月最小標(biāo)準(zhǔn)蒸散量僅有10.1 mm。蒸散降水差越大，越容易發(fā)生干旱[1]。咸陽全年蒸散降水差最大值出現(xiàn)在6月，主要由于各縣6月降水量較7月明顯偏少，但由于溫度高，標(biāo)準(zhǔn)蒸散量大，6月蒸散降水差最大差值達76.7 mm，為全年最高。說明6月比7月更容易受到干旱的威脅，如果土壤含水量得不到補充，將會對春播作物的生長和秋糧作物的播種造成巨大影響。9—10月的雨量較多，標(biāo)準(zhǔn)蒸散量相對偏小，各縣蒸散降水差均為負(fù)值，濕潤指數(shù)在1.0以上，這是咸陽市適宜小麥種植的一個重要條件。

2 充分供水條件下的蒸散量

農(nóng)田蒸散量除了有標(biāo)準(zhǔn)蒸散量外，還可分為充分供水條件下的蒸散量與非充分供水條件下的蒸散量。

充分供水條件下的蒸散量ETm值為

ETm值=Kc· ETo值，

(1)

式(1)中，Kc為作物系數(shù),ETo值為標(biāo)準(zhǔn)蒸散量。

由于作物類型、土壤水分狀況和不同作物生育期的變化，使得作物的實際蒸散與標(biāo)準(zhǔn)蒸散有著較大差異。為此，把某一時段作物的實際蒸散ETmi值與標(biāo)準(zhǔn)蒸散EToi值之比稱為作物系數(shù)Kci。ETmi值可以由蒸滲計測量得出，也可用土壤濕度資料根據(jù)土壤水分平衡原理計算求得，EToi值可以由FAO Penman計算得出。根據(jù)不同作物生育期的時間分布，小麥的Kc值取10—5月逐月的Kci平均求得，玉米的Kc值取6—9月逐月的Kci平均求得。在得出Kc和ETo值后，根據(jù)公式(1)可以計算出咸陽市有代表性的旬邑、永壽和武功站農(nóng)田在充分供水條件下的平均蒸散量ETm值(見表2)。

表2 1971—2012年咸陽市農(nóng)田充分供水條件下各月的平均蒸散量 mm

表2顯示，在充分供水條件下，咸陽市最大月平均蒸散量出現(xiàn)在8月，達157.6 mm，最小值出現(xiàn)在12月，為26.5 mm，年平均蒸散量為916.1 mm。南部的武功年平均蒸散量達1 003.3 mm。對照表1可以發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田在充分供水的條件下，土壤水分含量越充足，農(nóng)田蒸散值將會越大。

3 非充分供水條件下的蒸散量

非充分供水條件下的蒸散量是指在非人為增加土壤水分的自然條件下的蒸散量。其計算公式為

ETc值=Kw·Kc· ET值，

(2)

式(2)中，ETc值為非充分供水的蒸散量,Kw為土壤濕度系數(shù),即在不同土壤、氣候、植被條件下，土壤有效水分的利用狀況。

根據(jù)公式(2)可以計算出上述3站的農(nóng)田非充分供水條件下的平均蒸散量ETc值(見表3)。

表3 1971—2012年咸陽市農(nóng)田非充分供水條件下各月的平均蒸散量 mm

由表3可看出，在特定自然氣候條件下，能供農(nóng)田蒸散的土壤水分是十分有限的。如永壽5—6月的平均蒸散量已接近零這一極限，即在此時期內(nèi)，由于土壤干旱嚴(yán)重，已基本上無水分可供蒸散。全市非充分供水條件下的平均蒸散量10月至次年2月較低，3—9月較高。這種狀況對冬小麥的生長發(fā)育有利而對秋糧作物和經(jīng)濟作物影響較大。非充分供水條件下的蒸散量還從另一個側(cè)面直接反映了作物的受旱程度，所以又可作為確定土壤干旱指標(biāo)的重要依據(jù)[2]。

4 實測蒸散量與理論計算值的比較

實測蒸散量是利用秦都區(qū)氣象局的電子蒸滲計測定的。該儀器口徑約 4 m2、高3.1 m(下部有30 cm離石層)，為原狀土，保持非人為供水的自然狀態(tài)。利用公式(2)計算非充分條件下的蒸散量ETc值,將兩者進行比較。選取2000年4月連續(xù)觀測資料與相應(yīng)時段的ETc值比較(見表4)。由表4可見，無論是裸地或有作物覆蓋，咸陽實測蒸量與ETc值的平均差值基本相同。說明理論計算蒸散量和實測的蒸散量有一定代表性，可在研究農(nóng)田蒸散和作物需水、用水規(guī)律中參考[3]。

表4 2000年4月咸陽市實測蒸散量與ETc值比較

注：*表示該日為降水日。

進一步分析發(fā)現(xiàn),在相同天氣條件下，有農(nóng)作物覆蓋的田塊由于作物水分蒸騰的原因，其蒸散值比裸地田塊明顯偏大。這就需不同地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥勒羯⒘亢妥魑锏恼羯⑾禂?shù)來挑選適宜本地區(qū)生長的作物品種。另外，晴天時，一天中最大蒸散值出現(xiàn)在12—16時，最小蒸散值出現(xiàn)在00—04時。在陰天和雨天時，一天中的最大蒸散值有所提前，出現(xiàn)在12—14時，最小值出現(xiàn)時間與晴天基本一致[4]。

5 結(jié)語

根據(jù)咸陽市農(nóng)田蒸散量的分布狀況，各地年降水量均小于年蒸散量，故在挑選適宜本地區(qū)生長的耐旱作物品種的同時，仍應(yīng)建立合理的節(jié)水灌溉體系。農(nóng)田在充分供水的條件下，土壤水分含量越充足，農(nóng)田蒸散值將會越大，故在澆灌農(nóng)田時，應(yīng)做到節(jié)水灌溉，滿足農(nóng)作物生長需求即可。非充分供水條件下的蒸散量還從另一個側(cè)面直接反映了作物的受旱程度，所以又可作為確定土壤干旱指標(biāo)的重要依據(jù)。一日中最大蒸散值一般出現(xiàn)在12—16時，所以，在澆灌農(nóng)田時，應(yīng)安排在田塊蒸散值偏小的時段進行。農(nóng)田蒸散是一個十分復(fù)雜的物理過程，與作物品種、作物不同生長時期及不同下墊面等因素都有著復(fù)雜關(guān)系，這就需在以后的研究中不斷修正與完善。

參考文獻：

[1] 朱自璽.美國農(nóng)業(yè)氣象和農(nóng)田蒸散研究[J].氣象,1996，22(6)：3-9.

[2] 陜西省水利水保廳，西北農(nóng)業(yè)大學(xué).陜西省作物需水量及分區(qū)灌溉模式[M].北京：水利電力出版社，1992.

[3] 巫東堂,焦曉燕,韓雄.旱地麥田土壤水分預(yù)報模型研究[J].土壤學(xué)報，1996(1)：105-110.

[4] 楊榮慧,張國云,張一平,等.田間土壤水分蒸散模型研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報,2005,20(2):86-89.