廣西木薯需水量及灌溉需求指數(shù)分析

吳衛(wèi)熊，黃 奕

(1.河北工程大學(xué)水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.廣西水工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530023；3.河海大學(xué)，南京 210098)

廣西木薯的種植面積23.3 萬hm2，產(chǎn)量700 萬t，面積和產(chǎn)量均居全國(guó)第一。目前，廣西共有83個(gè)縣(市、區(qū))、近800萬人種植木薯，木薯已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收和地方財(cái)政收入的重要來源。目前，廣西木薯灌溉面積較少，產(chǎn)量較低。試驗(yàn)表明，合理灌溉和施肥能大幅提高木薯單產(chǎn)[1]。部分學(xué)者對(duì)木薯的需水規(guī)律和灌溉制度開展了研究，提出木薯需水量為600～900 mm[2]。總體而言，木薯是比較耐旱的作物，但在塊根形成期和塊根膨大期仍然需要充足的水肥才能得到較高的產(chǎn)量。廣西木薯種植區(qū)分布較廣，區(qū)域內(nèi)降雨和氣候存在一定的差異，特別是不同水文年，灌溉需求差別更大。為制定更加科學(xué)合理的木薯灌溉制度，有必要開展不同水平年條件下木薯主產(chǎn)區(qū)需水量和灌溉需求指數(shù)分析。

本文采用1958-2015年南寧、北海、玉林、龍州4個(gè)氣象站的氣象資料，以及2014-2015年木薯生育期的觀測(cè)資料，研究不同水平年木薯主產(chǎn)區(qū)內(nèi)木薯各生育期的需水量和灌溉需求指數(shù)，為廣西木薯生產(chǎn)中的科學(xué)灌溉提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文使用的氣象數(shù)據(jù)為：1958-2015年南寧、北海、玉林、龍州4個(gè)氣象站的氣象資料，含降雨量、氣溫、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度等；2014-2015年木薯生育期的氣象資料、生長(zhǎng)形態(tài)、產(chǎn)量等觀測(cè)資料。

1.2 木薯種植分區(qū)及代表站點(diǎn)選擇

廣西主要木薯種植區(qū)可分為桂中區(qū)(含南寧、貴港、來賓)、桂南區(qū)(北海、防城港、欽州)、桂西區(qū)(百色、河池、崇左)和桂東南區(qū)(玉林、梧州)4個(gè)分區(qū)。在研究過程中，桂中區(qū)以南寧站，桂南區(qū)以北海站，桂西區(qū)以龍州站，桂東南區(qū)以玉林站為代表進(jìn)行分析。

1.3 木薯生育期

木薯全生育期劃分為苗期、塊根形成期、塊根膨大期、塊根成熟期4個(gè)時(shí)期。以木薯華南205品種為例，4個(gè)主產(chǎn)區(qū)木薯各生育期的起始時(shí)間見表1。

表1 廣西木薯主產(chǎn)區(qū)木薯全生育期日期Tab.1 Stages of the whole growth period of cassava in main production regions in Guangxi

1.4 有效降雨量

有效降雨量Pe采用下式進(jìn)行計(jì)算：

Pe=αP

式中：P為單次降雨量，mm；α為單次降雨有效利用系數(shù)，根據(jù)黃凱[3]針對(duì)廣西主要土壤和作物有效降雨的研究，采用下式進(jìn)行計(jì)算：

1.5 參考作物騰發(fā)量

參考作物騰發(fā)量采用Penman-Monteith公式計(jì)算[4]，公式如下：

式中：ET0為參考作物騰發(fā)量，mm/d；Rn為地表凈輻射，MJ/(m2·d)；G為土壤熱通量，MJ/(m2·d)；Tmean為日平均氣溫，℃；u2為2 m高處風(fēng)速，m/s；es為飽和水氣壓，kPa；ea為實(shí)際水氣壓，kPa；Δ為飽和水氣壓曲線斜率，kPa/℃；γ為濕度計(jì)常數(shù)，kPa/℃。

1.6 木薯需水量計(jì)算

木薯需水量由維持木薯正常生長(zhǎng)發(fā)育的蒸騰水量和棵間土壤蒸發(fā)量組成。本文通過參考作物騰發(fā)量(ET0)和木薯不同生育階段的作物系數(shù)(Kc)計(jì)算木薯需水量，計(jì)算公式如下[4]：

ETc=KcET0

式中：ETc為木薯需水量；Kc為木薯不同生育階段的作物系數(shù)，根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織出版的《FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56：Crop Evapotranspiration》，結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者開展的木薯灌溉試驗(yàn)，Kc值在苗期、塊根形成期、塊根膨大期和塊根成熟期分別取0.3、0.5、1.0和0.5。

1.7 灌溉需求指數(shù)

灌溉需求指數(shù)是指需水量與有效降雨量的差值再除以需水量，反映作物對(duì)灌溉的依賴程度。灌溉需求指數(shù)IDI計(jì)算公式如下[5]：

2 結(jié)果與分析

2.1 木薯生育期內(nèi)有效降雨量

廣西木薯主產(chǎn)區(qū)木薯生育期有效降雨量詳見表2。由表2可知：廣西木薯主產(chǎn)區(qū)多年平均降雨量1 291.68～1 706.88 mm，平均值為1 445.38 mm。木薯生育期內(nèi)有效降雨量656.90 mm，占生育期內(nèi)降雨量的68.61%，占年降雨量的45.45%。桂南區(qū)木薯生育期內(nèi)有效降雨量最大，達(dá)到776.42 mm，桂東南區(qū)次之，為673.33 mm，桂西區(qū)591.24 mm，桂中區(qū)最小，為586.63 mm，整體呈東南高、西北低的分布特點(diǎn)。塊根膨大期有效降雨量最大，為341.58 mm，占全生育期有效降雨量的52%；其次是塊根形成期和苗期，分別為170.26和101.23 mm，分別占全生育期有效降雨量的26%和15%；塊根成熟期最小，僅為43.84 mm，占全生育期有效降雨量的7%。

表2 廣西木薯生育期內(nèi)有效降雨量統(tǒng)計(jì) mm

廣西木薯主產(chǎn)區(qū)在豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)木薯生育期內(nèi)有效降雨量分別為775.38、635.50和530.40 mm，具體結(jié)果詳見表3。

2.2 木薯需水量

廣西木薯生育期內(nèi)需水量統(tǒng)計(jì)詳見表4。由表4可知：廣西木薯主產(chǎn)區(qū)木薯全生育期內(nèi)需水量710.49～871.14 mm(折算成每日需水量2.37～2.90 mm/d)，均值770.18 mm(折算成每日需水量2.57 mm/d)；桂南區(qū)最大，全生育期內(nèi)需水量871.14 mm，折算成每日需水量2.90 mm/d；桂西區(qū)最小，全生育期內(nèi)需水量710.49 mm，折算成每日需水量2.37 mm/d；總體呈東南高、西北低的趨勢(shì)。

表3 廣西木薯生育期內(nèi)各水平年有效降雨量統(tǒng)計(jì) mm

表4 廣西木薯生育期內(nèi)需水量統(tǒng)計(jì)Tab.4 Frequency analysis results of annual effective rainfall in cassava growing period

各木薯主產(chǎn)區(qū)不同水平年木薯生育期內(nèi)需水量統(tǒng)計(jì)詳見表5。由表5可知：桂南區(qū)(北海站)木薯全生育期需水量最大，多年平均需水量871.14 mm，豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別為801.45、862.43和975.68 mm；桂東南區(qū)次之，多年平均需水量770.03 mm，豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別為770.72、762.33和854.73 mm；桂中區(qū)第三，多年平均需水量729.06 mm，豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別為678.03、714.48和823.84 mm；桂西區(qū)最小，多年平均需水量710.49 mm，豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別為639.44、696.28和809.96 mm；總體呈現(xiàn)東南高、西北低的分布特點(diǎn)。

表5 不同水平年廣西木薯生育期內(nèi)需水量統(tǒng)計(jì) mm

2.3 木薯灌溉需求指數(shù)

不同水平年各木薯主產(chǎn)區(qū)各生育期木薯灌溉需求指數(shù)計(jì)算成果見表6。由表6可知：廣西木薯主產(chǎn)區(qū)多年平均、豐水年、平水年和枯水年的木薯全生育期灌溉需求指數(shù)分別為0.14、0、0.17和0.39(4個(gè)分區(qū)的自述平均)。其中桂南區(qū)(北海站)、桂中區(qū)(南寧站)、桂東南區(qū)(玉林站)和桂西區(qū)(龍州站)的多年平均全生育期灌溉需求指數(shù)分別是0.10、0.19、0.11和0.16，豐水年全生育期灌溉需求指數(shù)都是0，平水年全生育期灌溉需求指數(shù)分別是0.13、0.20、0.15和0.18，枯水年全生育期灌溉需求指數(shù)分別是0.36、0.42、0.37和0.42，整體呈現(xiàn)西北大、東南小的趨勢(shì)。廣西木薯主產(chǎn)區(qū)除豐水年(P=25%)全生育期灌溉需求指數(shù)為0(即不需要灌溉)外，其他水平年均為正值，意味著生育期有效降雨量不足維持木薯生長(zhǎng)發(fā)育。具體到生育期，灌溉需求指數(shù)較大的是塊根形成期和塊根膨大期，如：桂南區(qū)(北海站)豐、平和枯水年的塊根形成期灌溉需求指數(shù)分別是0.02、0.25和0.45，桂中區(qū)(南寧站)豐、平和枯水年的塊根膨大期灌溉需求指數(shù)分別是0、0.25和0.46，說明了塊根形成期和塊根膨大期需要補(bǔ)充灌溉，才能維持木薯塊根的形成和膨大。

表6 不同水平年廣西木薯灌溉需求指數(shù)計(jì)算結(jié)果 mm

3 結(jié) 語

本文基于廣西長(zhǎng)系列的氣象資料和大田試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過彭曼公式等計(jì)算和分析了木薯的灌溉水量和灌溉需求指數(shù)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)廣西木薯主產(chǎn)區(qū)多年平均需水量770.18 mm，生育期內(nèi)有效降雨量656.90 mm，需要灌溉水量113.28 mm，灌溉需求指數(shù)0.14；豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別是704.91、758.88和866.05 mm，生育期內(nèi)有效降水量分別是775.38、635.50和530.40 mm，灌溉需求指數(shù)分別是0、0.17和0.39。

(2)氣象是影響木薯凈灌溉需水量和灌溉需求指數(shù)的主要因素，其中在木薯生育期內(nèi)形成的有效降雨是灌溉需求指數(shù)的主導(dǎo)因素。

(3)廣西共有83個(gè)縣(市、區(qū))種植木薯，地形地貌、氣象等也差距較大，木薯品種也有近10種，但本文僅以4個(gè)氣象站的氣象資料和華南205品種為例進(jìn)行計(jì)算，如能增加氣象站和木薯品種，得出的結(jié)論將會(huì)更加貼近實(shí)際。

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