衛(wèi)輝市冬小麥需水量的時(shí)空分布及其氣候影響分析

吉錦夷

摘?要：基于衛(wèi)輝市氣象站點(diǎn)1961-2016年逐日氣象數(shù)據(jù)，采用彭曼公式計(jì)算參考作物需水量，并采用一元線性回歸法、相關(guān)分析法和多元線性回歸模擬等，對(duì)近55年來(lái)衛(wèi)輝市冬小麥生長(zhǎng)期需水量的時(shí)空分布、變化趨勢(shì)及影響因子進(jìn)行分析，結(jié)果表明：衛(wèi)輝市1962-2016年冬小麥平均需水量在382.7-403.1mm，呈弱增長(zhǎng)趨勢(shì)，空間變化較小。衛(wèi)輝市冬小麥全生育期降水量呈上升趨勢(shì)，平均氣溫呈顯著升高趨勢(shì)，相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速均呈顯著減少趨勢(shì)。冬小麥生長(zhǎng)期間耗水量與氣溫高低、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速大小呈正相關(guān)，耗水量與降水量和相對(duì)濕度的負(fù)相關(guān)關(guān)系明顯。風(fēng)速和平均氣溫對(duì)需水量的貢獻(xiàn)最大。

關(guān)鍵詞：冬小麥;需水量;時(shí)空分布;氣候影響

作物需水量的估算和預(yù)測(cè)在農(nóng)田水分管理、灌溉制度的制定等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，受自然和人類活動(dòng)的共同影響，地球氣候系統(tǒng)正在經(jīng)歷以變暖為主要特征的全球氣候變化。有研究認(rèn)為，溫度升高會(huì)使?jié)撛谡舭l(fā)增加。但是區(qū)域不同，參考作物需水量表現(xiàn)特征不同。孫爽等[1]對(duì)中國(guó)356個(gè)站點(diǎn)1961-2010年冬小麥需水量數(shù)據(jù)分析后認(rèn)為，冬小麥全生育期需水量近50年來(lái)呈下降趨勢(shì)。華北平原年均參考作物需水量呈整體下降趨勢(shì)[2]，宋妮等[3]研究表明：新鄉(xiāng)地區(qū)冬小麥需水量隨年份呈上升趨勢(shì)。利用衛(wèi)輝市1961-2016年日氣象資料，采用彭曼公式和作物系數(shù)的方法，對(duì)冬小麥生育期需水量進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)影響耗水量的氣象因素進(jìn)行分析，對(duì)衛(wèi)輝市科學(xué)灌溉、節(jié)約用水具有重要意義。

1 資料來(lái)源與研究方法

本文氣象資料由衛(wèi)輝市氣象觀測(cè)站提供，時(shí)間序列為1961-2016年，數(shù)據(jù)主要包括逐日的平均氣溫、日最高與最低氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度和平均風(fēng)速。冬小麥全生育內(nèi)需水量采用彭曼公式計(jì)算，見(jiàn)公式（1）。

ETc=Kc×ET0（1）

式中，ETc為參考作物蒸散量（mm·d-1），ET0為參考作物蒸散量（mm·d-1），Kc為作物系數(shù)，取0.92。見(jiàn)公式（2）。

ET0=0.408Δ（Rn-G）+γ900T+273u2（es-ea）Δ+γ（1+0.34u2）（2）

式中，Rn為凈輻射（MJ·m-2·d-1），G為土壤熱通量（MJ·m-2·d-1），T為日平均氣溫（℃），u2為2m高處風(fēng)速（m·s-1），es為飽和水汽壓（kPa），ea為實(shí)際水汽壓（kPa ），Δ為飽和水汽壓-溫度曲線斜率（kPa ·℃-1），γ為干濕表常數(shù)（kPa ·℃-1）。

分析冬小麥需水量和氣候要素時(shí)間變化時(shí)采用氣候傾向率法和一元線性回歸法，分析氣候要素與冬小麥需水量相關(guān)關(guān)系時(shí)利用Pearson相關(guān)分析法，顯著性檢驗(yàn)均使用相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)法進(jìn)行。利用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪制時(shí)間序列圖，利用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用ArcGIS 10.0的反距離權(quán)重法（IDW）進(jìn)行空間差值得到空間分布圖。

2 分析結(jié)果

2.1 冬小麥需水量時(shí)空變化特征

2.1.1 冬小麥需水量隨時(shí)間變化特征

由左圖可知，衛(wèi)輝市1962-2016年區(qū)域平均需水量呈弱增長(zhǎng)趨勢(shì)，氣候傾向率為2.6mm·10a-1，與時(shí)間相關(guān)系數(shù)為0.17，未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。衛(wèi)輝市1962-2016年需水量低值年在1964年，高值年在2011年，平均需水量為394.1mm。

通過(guò)分析衛(wèi)輝市1962-2016年需水量隨時(shí)間變化特征可知：冬小麥需水量隨時(shí)間增加趨勢(shì)，且通過(guò)了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。55a平均需水量的變異系數(shù)為6.1%。

2.1.2 冬小麥需水量隨空間變化特征

衛(wèi)輝市1962-2016年平均需水量空間變異系數(shù)僅為1.9%，空間變異較小，衛(wèi)輝市多年平均需水量在382.7-403.1mm。衛(wèi)輝市1960年和1970年冬小麥需水量較少，低于390mm。衛(wèi)輝市1980年和1990年冬小麥需水量呈現(xiàn)一定的帶狀分布，大致分布為東部少、西部多。衛(wèi)輝市2001-2016年冬小麥需水量最多（在400mm以上）。衛(wèi)輝市冬小麥需水量1990年空間差異較大，其余年代差異較小。

2.2 冬小麥需水量氣候影響因素

2.2.1 冬小麥生育期內(nèi)氣候影響因素變化

通過(guò)分析衛(wèi)輝市1962-2016年冬小麥生長(zhǎng)期間逐日降水量、平均氣溫、最高與最低氣溫、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速和相對(duì)濕度等資料，可知：衛(wèi)輝市平均氣溫上升趨勢(shì)明顯，氣候傾向率為029℃·10a-1（P<0.01）;降水量呈弱減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-12.1mm·10a-1;相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速減少趨勢(shì)顯著，氣候傾向率分別為-1.2%·10a-1（P<0.01）、-31.4h·10a-1（P<001）、-0.21m·s-1·10a-1（P<0.01）。通過(guò)以上分析可知：冬小麥生長(zhǎng)需水量年際變化較小，略有增長(zhǎng)之勢(shì)，而同期的平均氣溫上升趨勢(shì)明顯;相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速下降趨勢(shì)顯著。

2.2.1 冬小麥生長(zhǎng)需水量與氣候影響因素相關(guān)分析

通過(guò)對(duì)衛(wèi)輝市1962-2016年冬小麥全生育期需水量與同期平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度及平均風(fēng)速等氣象因子的相關(guān)性分析?？芍憾←溔谛杷颗c平均氣溫、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速呈正相關(guān)，但相關(guān)程度不同;需水量與降水量和相對(duì)濕度呈明顯的負(fù)相關(guān)。說(shuō)明：氣溫顯著升高、相對(duì)濕度顯著下降和降水量減少對(duì)需水量的正效應(yīng)超過(guò)了風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的顯著下降對(duì)需水量的負(fù)效應(yīng)，受其綜合影響，衛(wèi)輝市冬小麥全生育期需水量才呈上升趨勢(shì)。

為進(jìn)一步分析氣象因子對(duì)冬小麥生長(zhǎng)需水量的影響，建立以需水量（因變量）和氣候因子（自變量）的函數(shù)方程，并進(jìn)行多元逐步回歸分析。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，風(fēng)速和平均氣溫的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)最大，分別為32.29和29.29，其次是相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)，分別是-1.18和0.11，降水量標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)最小為-0.02;風(fēng)速、平均氣溫和日照時(shí)數(shù)的貢獻(xiàn)為正，而降水量和相對(duì)濕度的貢獻(xiàn)為負(fù)。總之，風(fēng)速和平均氣溫對(duì)需水量的貢獻(xiàn)最大。

3 結(jié)論

（1）衛(wèi)輝市1962-2016年冬小麥需水量在382.7-403.1mm，呈弱增長(zhǎng)趨勢(shì)，空間變異較小。衛(wèi)輝市1960年和1970年冬小麥需水量較少;1980年和1990年冬小麥需水量呈現(xiàn)一定的帶狀分布，大致分布為東部少、西部多;2001-2016年冬小麥需水量最多。衛(wèi)輝市冬小麥需水量1990年空間差異較大，其余年代差異較小。

（2）衛(wèi)輝市1962-2016年降水量呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-12.1mm·10a-1。平均氣溫升高趨勢(shì)明顯，氣候傾向率為029℃·10a-1，相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速均呈顯著減少趨勢(shì)，氣候傾向率分別為-1.2%·10a-1（P<0.01）、-31.4h·10a-1（P<0.01）、-0.21m·s-1·10a-1（P<0.01），相對(duì)濕度氣候傾向率為負(fù)值表明大氣在干化;冬小麥生長(zhǎng)需水量變化幅度較小。

（3）冬小麥生長(zhǎng)需水量主要與平均氣溫、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速呈正相關(guān)，而需水量與降水量、相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。其中，風(fēng)速和平均氣溫對(duì)需水量的貢獻(xiàn)最大。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫爽，楊曉光，李克南，等.中國(guó)冬小麥需水量時(shí)空特征分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（15）：72-82.

[2]馬潔華，劉園，楊曉光，等.全球氣候變化背景下華北平原氣候資源變化趨勢(shì)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（14）：3818-3827.

[3]宋妮，孫景生，王景雷，等.河南省冬小麥需水量的時(shí)空變化及影響因素[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25（6）：1693-1700.