貴州番茄需水量時(shí)空分布特征

趙晨曦，袁淑杰，郝建萍

(1.云南大學(xué)，云南 昆明 650500；2.成都信息工程大學(xué)，四川 成都 610225；3.山西省氣象科學(xué)研究所，山西 太原 030006)

1 引言

作物需水量指生長(zhǎng)在大面積農(nóng)田上的無(wú)病蟲(chóng)害作物群體，當(dāng)土壤水分和肥力適宜時(shí)，在給定環(huán)境中正常生長(zhǎng)發(fā)育，并能達(dá)到高產(chǎn)潛力值的條件下，植株蒸騰、棵間土壤蒸發(fā)等生理過(guò)程所需水分之和[1]。作物需水量是農(nóng)業(yè)使用水的重要部分，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中消耗水分的最主要部分。目前全世界的用水量不斷增長(zhǎng)，水資源不足日益突出，對(duì)作物需水量及其分布特征的研究和估算，已成為一個(gè)重要研究課題[2]。本文研究的貴州省番茄需水量的時(shí)空分布特征，對(duì)緩解該地農(nóng)業(yè)水資源供需矛盾，合理利用水資源有重要意義。

2 資料方法與研究區(qū)域概況

2.1 資料來(lái)源

觀測(cè)資料來(lái)源于貴州省氣象局，主要包括2011—2015年貴州省52個(gè)常規(guī)地面氣象觀測(cè)站觀測(cè)的逐日降水、平均氣溫、平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、平均相對(duì)濕度的資料。

2.2 研究區(qū)域概況

貴州省位于中國(guó)西南部，介于103°36′～109°36′E，24°37′～29°13′N(xiāo)之間，屬于典型喀斯特區(qū)域。生態(tài)環(huán)境脆弱且不穩(wěn)定，平均海拔在1 100 m左右，可用于農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)的土地資源不多，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，常年受云貴準(zhǔn)靜止鋒影響，多持續(xù)性陰雨天氣，日照短少，氣溫較低，降水多集中于夏季。

2.3 研究方法

2.3.1 參考作物需水量計(jì)算方法 經(jīng)研究，本文選取聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算參考作物需水量，公式如下：

(1)

式中物理量分別為：ET0為參考作物需水量(mm/d)；Rn為作物表面的凈輻射量(MJ·m-1·d-1)；G為土壤熱通量(MJ·m-2·d-1)；Tmean為日平均氣溫(℃);u2為2 m高處風(fēng)速(m/s)；es為飽和水汽壓(kPa)；ea為實(shí)際水汽壓(kPa)；Δ為飽和水汽壓曲線(xiàn)斜率(kPa·℃-1)；γ為干濕表常數(shù)(kPa·℃-1)。

2.3.2 作物系數(shù)的確定方法 本文選取番茄進(jìn)行研究，表1是番茄全生育期各個(gè)階段的時(shí)間分布。

表1 貴州省番茄生育期各階段時(shí)間分布(單位：d)Tab.1 The Distribution of Tomato in Guizhou Province during Different Stages(unit:d)

番茄春淡季和冬淡季全生育期天數(shù)相同，共135 d。初始生長(zhǎng)期及快速發(fā)育期(70 d)的KC值為0.6，生育中期(40 d)的KC值為1.15，成熟期(25 d)的KC值為0.80。

番茄夏秋淡季全生育期共155 d。初始生長(zhǎng)期及快速發(fā)育期(75 d)的KC值為0.6，生育中期(50 d)的KC值為1.15，成熟期(25 d)的KC值為0.80。

2.3.3 作物需水量的計(jì)算方法 本文先計(jì)算作物各階段的需水量，再累加，得到整個(gè)生育期的需水量。作物需水量的計(jì)算公式如下：

ETC=KC×ET0

(2)

式中：ETC為作物需水量(mm),KC為作物系數(shù),ET0為參考作物需水量(mm)。

2.3.4 播種日期的確定方法 為了保證淡季蔬菜的正常供應(yīng)及創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益，利用錯(cuò)季栽培技術(shù)[7]，使番茄、辣椒的春淡季上市時(shí)間延遲到3—5月，夏秋淡季上市時(shí)間延遲到8月下旬—11月上旬，冬淡季上市時(shí)間延遲到11月—次年3月。將具體的日期確定如表2。

表2 番茄種植各階段時(shí)間安排Tab.2 Tomato cultivation stages of the timetable

3 番茄需水量時(shí)空分布

利用資料，由公式(2)計(jì)算出番茄逐日需水量，將5 a平均的生育期內(nèi)需水量累加，進(jìn)行插值分析。

3.1 不同季節(jié)番茄需水量空間分布

圖1(a)中貴州春淡季5 a平均的番茄需水量介于180～300 mm之間，從空間分布上看，呈西南—東北走向，貴州西部如威寧地區(qū)和西南部如冊(cè)享、望謨等地區(qū)為需水量的大值區(qū)，生育期內(nèi)需水量在280～300 mm之間，中部、北部及東部地區(qū)需水量相對(duì)較小，習(xí)水、江口、鳳岡、開(kāi)陽(yáng)為需水量的小值區(qū)，生育期內(nèi)需水量在180～200 mm之間。

圖1(b)中2011—2015年平均夏秋淡季番茄需水量介于425～485 mm之間，從空間分布上看，貴州中部及西部地區(qū)需水量偏小，南部及東北部地區(qū)需水量較大。西部威寧、赫章為需水量的小值區(qū)，生育期內(nèi)需水在425～440 mm之間，北部習(xí)水、仁懷、桐梓等地及東部沿河、思南、江口、銅仁為需水量的大值區(qū)，生育期內(nèi)需水量在470～480 mm之間。

圖1(c)中冬淡季5 a平均番茄需水量介于210～270 mm之間，從空間分布上看，呈西南—東北走向，貴州西南部如冊(cè)享、望謨等地區(qū)為需水量的大值區(qū)，生育期內(nèi)需水量在250～270 mm之間，往東北部，需水量值逐漸減小，在西部如赫章、畢節(jié)等地，中部如開(kāi)陽(yáng)、修文等地及北部如習(xí)水、務(wù)川等地出現(xiàn)需水量的小值區(qū)，生育期內(nèi)需水量在210～220 mm之間。

圖1 貴州不同季節(jié)多年平均番茄需水量(mm)(2011—2015年)(a)春淡季 (b)夏秋淡季 (c)冬淡季Fig.1 Average annual tomato water requirement (mm) (2011—2015 years) in different seasons in Guizhou(a)Spring off-season (b) Summer and autumn off-season (c)Winter off-season

綜上，2011—2015年平均番茄需水量夏秋淡季最大，為425～485 mm，春淡季(180～300 mm)及冬淡季(210～270 mm)番茄需水量較小，且需水量分布與春淡季相反，東北部需水量較大，西南部需水量較小。空間分布上，全省范圍內(nèi)春淡季和冬淡季番茄需水量走勢(shì)相似，呈現(xiàn)由西南到東北逐漸減小的趨勢(shì)。西南部?jī)?cè)享、普安等地為需水量大值區(qū)，累計(jì)需水量在250 mm以上；中部、北部如開(kāi)陽(yáng)、習(xí)水為小值區(qū)，累計(jì)需水量在220 mm以下。③貴州西部地區(qū)如威寧等地在春淡季屬于大值區(qū)，需水量在280 mm以上，但在冬淡季卻較小，需水量在220～230 mm之間。

3.2 不同季節(jié)番茄需水量時(shí)間變化

為了進(jìn)一步分析貴州不同農(nóng)業(yè)氣候區(qū)(圖2)2011—2015年平均不同季節(jié)番茄各生育期需水量和降水量，分別在溫?zé)?、溫暖、溫和、溫涼和高寒農(nóng)業(yè)氣候區(qū)選取1～3個(gè)代表站。表3、4、5分別為2011—2015年平均不同季節(jié)番茄各生育期需水量和降水量。

圖2 貴州省綜合農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃圖Fig.2 Comprehensive agricultural climate zoning map of Guizhou Province

表3中可看出：春淡季番茄需水量在初始生長(zhǎng)期最小，快速發(fā)育期略微增加，在發(fā)育中期達(dá)到最大，成熟期需水量又略微下降。初始生長(zhǎng)期各地降水量基本滿(mǎn)足番茄需水量，只有威寧站水分虧缺；快速發(fā)育期大部分站點(diǎn)均水分虧缺，虧缺量在10～20 mm之間，只有江口、榕江站降水量大于需水量；發(fā)育中期各地降水量的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于需水量；成熟期只有江口、榕江、綏陽(yáng)降水量大于需水量。

表3 番茄春淡季各生育階段作物需水量、降水量變化(單位：mm)Tab.3 Change of water demand and precipitation in different growth stages of Tomato in spring off-season(unit:mm)

由表4可看出：夏秋淡季番茄需水量在初始生長(zhǎng)期(63～91 mm)最小，快速發(fā)育期(81～96 mm)略微增加，在發(fā)育中期(193～250 mm)達(dá)到最大，成熟期(60～76 mm)的值與初始生長(zhǎng)期的值相近。降水量在初始生長(zhǎng)期(116～284 mm)和快速發(fā)育期(195～274 mm)相差不大，但因?yàn)樘幵谙募荆邓恐低坏貐^(qū)為春淡季的2～3倍。降水量在發(fā)育中期(175～357 mm)達(dá)到最大，成熟期(70～220 mm)的值與初始生長(zhǎng)期的值相近。整體趨勢(shì)與番茄需水量的趨勢(shì)類(lèi)似。夏秋淡季初始生長(zhǎng)期和快速發(fā)育期各地降水量遠(yuǎn)大于番茄需水量；發(fā)育中期由于各地需水量的急劇增加，大部分地區(qū)需水量的值僅略微小于降水量，只有羅甸、榕江、綏陽(yáng)三地降水量的值小于需水量；成熟期各地需水量的值仍舊小于該地降水量的值。

表5可看出：冬淡季番茄需水量在初始生長(zhǎng)期、快速發(fā)育期和發(fā)育中期的值相近，成熟期的值較小，遠(yuǎn)小于前3個(gè)發(fā)育期需水量的值。冬淡季初始生長(zhǎng)期和快速發(fā)育期各地需水量均小于降水量；發(fā)育中期大部分地區(qū)需水量與降水量值相近，而在威寧、畢節(jié)等地降水量值較小，遠(yuǎn)小于需水量，出現(xiàn)水分虧缺；成熟期番茄需水量與各地降水量值均較小，在10～30 mm之間。

表4 番茄夏秋淡季各生育階段作物需水量、降水量變化(單位：mm)Tab.4 Change of water demand and precipitation in different growth stages of Tomato in summer and autumn off-season(nuit:mm)

表5 番茄冬淡季各生育階段作物需水量、降水量變化(單位：mm)Tab.5 Change of water demand and precipitation in different growth stages of Tomato in winter off-season(nuit:mm)

3.3 不同季節(jié)番茄需水量逐年變化

將每年生育期內(nèi)逐日需水量累加，與相應(yīng)時(shí)段降水量相比較，進(jìn)行如下分析。

表6中顯示：春淡季，2011年10個(gè)代表站點(diǎn)的番茄需水量在175～223 mm之間，2012年番茄需水量在160～281 mm之間，2013年番茄需水量在197～344 mm之間，2014年番茄需水量在184～316 mm之間，2015年番茄需水量在196～340 mm之間?？煽闯觯簳r(shí)間變化上，2011—2015年春淡季番茄需水量大體呈增加趨勢(shì)，2013年和2015年各個(gè)站點(diǎn)需水量均為該地5 a中的偏大值?？臻g分布上，由統(tǒng)計(jì)可知冊(cè)享、威寧站為番茄需水量的大值區(qū)，江口、綏陽(yáng)站為番茄需水量的小值區(qū)。

表7中顯示：夏秋季，2011年10個(gè)代表站點(diǎn)的番茄需水量在464～579 mm之間，2012年番茄需水量在350～435 mm之間，2013年番茄需水量在454～528 mm之間，2014年番茄需水量在405～517 mm之間，2015年番茄需水量在379～488 mm之間?？煽闯觯簳r(shí)間變化上，2011—2015年夏秋季的番茄需水量大體呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，且在2012年和2015年需水量的值明顯偏小。空間變化上，由統(tǒng)計(jì)可知榕江、冊(cè)享、江口站為夏秋季番茄需水量的大值區(qū)，威寧、貴定、普安、畢節(jié)站為夏秋季番茄需水量的小值區(qū)。對(duì)比春淡季番茄需水量，夏秋季番茄的需水量遠(yuǎn)高于春淡季，且2011—2015年內(nèi)，年與年之間的需水量值波動(dòng)較大。

表8中顯示：冬季，2011年10個(gè)代表站點(diǎn)的番茄需水量在230～295 mm之間，2012年番茄需水量在186～247 mm之間，2013年番茄需水量在218～266 mm之間，2014年番茄需水量在202～286 mm之間，2015年番茄需水量在194～264 mm之間?？煽闯觯簳r(shí)間變化上，2011—2015年冬淡季番茄需水量大體呈波動(dòng)趨勢(shì)，且在2012年和2015年需水量的值明顯偏小?？臻g分布上，由統(tǒng)計(jì)可知榕江、冊(cè)享、普安站為冬季番茄需水量的大值區(qū)，綏陽(yáng)、納雍、江口、畢節(jié)站為冬季番茄需水量的小值區(qū)。③全省范圍內(nèi)冬季番茄需水量的值相差不大，與其他兩季相比各地差異性較小。

表6 2011—2015年貴州省春淡季番茄全生育期作物需水量、降水量分布特征(單位：mm)Tab.6 The distribution characteristics of water demand and precipitation in the whole growth period of Tomato during the 2011—2015 year of spring off-season in Guizhou Province(unit:mm)

表7 2011—2015年貴州省夏秋季番茄全生育期作物需水量、降水量分布特征(單位：mm)Tab.7 The distribution characteristics of water demand and precipitation in the whole growth period of Tomato during the 2011—2015 year of summer and autumn off-season in Guizhou Province(unit:mm)

表8 2011—2015年貴州省冬季番茄全生育期作物需水量、降水量分布特征(單位：mm)Tab.8 The distribution characteristics of water demand and precipitation in the whole growth period of Tomato during the 2011—2015 year of winter off-season in Guizhou Province(unit:mm)

4 結(jié)論

分析貴州省番茄需水量的時(shí)空分布特征，最終得出以下結(jié)論：

4.1 番茄需水量的空間分布

貴州春淡季和冬淡季番茄需水量空間分布相似，呈現(xiàn)由西南到東北逐漸減小的趨勢(shì)。夏秋淡季番茄需水量的值最大(425～485 mm)，約為春淡季(180～300 mm)和冬淡季(210～270 mm)的1～2倍，且需水量分布與春淡季相反，東北部需水量較大，西南部需水量較小。

4.2 番茄需水量的時(shí)間變化

春淡季、夏秋淡季和冬淡季番茄需水量變化趨勢(shì)類(lèi)似，均在前兩個(gè)階段較小，在發(fā)育中期達(dá)到最大值，在成熟期值有所下降。番茄的發(fā)育中期為需水量的關(guān)鍵階段。夏秋淡季需水量明顯大于其他兩季。成熟期冬淡季的需水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于春淡季和夏秋淡季。

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