拉薩市冬小麥不同降水年型降水量及需水量特征

侯亞紅，達(dá)娃卓瑪

（1.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，西藏 拉薩850032；2.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)研究所，西藏 拉薩850032）

作物全生育期需水量受許多因素的影響，如氣候、土壤、作物品種和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等。但從水分平衡的角度，作物需水量與作物生育期間灌水量、降水量和冬小麥的土壤貯水量相關(guān)。由此可見，除了灌溉外，降雨對(duì)作物需水量也是有影響的［1］。因此，明確作物有效降雨量和需水量等水資源指標(biāo)的變化特征，對(duì)合理利用降水資源、提高農(nóng)業(yè)水資源利用率等都具有現(xiàn)實(shí)意義［2］。西藏部分農(nóng)區(qū)農(nóng)田灌溉條件較差，作物產(chǎn)量的變化主要隨降水的變化而變化，降水是制約作物產(chǎn)量高低的重要因子［3］。本文以拉薩市冬小麥各年型在相同的灌水前提下，利用作物—土壤水分平衡公式的方法，在冬小麥需水規(guī)律研究的基礎(chǔ)上系統(tǒng)分析了不同年型降水特征下的冬小麥需水量及灌溉需水量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013年10月至2020年7月在西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所灌溉試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。該試驗(yàn)場(chǎng)位于拉薩河谷谷地，為河灘地，土層厚度為40 cm，土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤肥力中等，田間持水量為20.41%，土壤容重1.45 g/cm3。試驗(yàn)地屬內(nèi)陸高原半干旱氣候區(qū)，雨熱同季。據(jù)拉薩市氣象站資料，平均溫度為7.6 ℃，多年月平均最高氣溫10.1 ℃，月平均最低氣溫-9.7 ℃。年平均降雨量428.9 mm，雨季主要集中在6—9月，降雨量占年降水量的80%～90% 以上。 多年平均蒸發(fā)量2355.6 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試小麥品種為藏冬20，播種時(shí)間為10月初，條播，每667m2播種量14 kg，翌年7月中下旬收獲。 試驗(yàn)地施有機(jī)肥1000 kg/667m2。 播前每667m2施底肥尿素15 kg+磷酸二銨15 kg。生育期內(nèi)視作物實(shí)際生長情況定量追施尿素2 次，每次5 kg/667m2。冬小麥小區(qū)規(guī)格為3.0 m×5.5 m，各小區(qū)之間設(shè)預(yù)制混凝土隔離帶。灌水量用水表計(jì)量測(cè)定；降水量等氣象資料利用田間自動(dòng)氣象站進(jìn)行觀測(cè)。冬小麥生育期灌溉見表1。

表1 冬小麥生育期及灌溉情況

拉薩市冬小麥全生育期約為300 d，全年灌水量為420 m3/667m2。灌水分布時(shí)間為播種水、越冬水、返青水、拔節(jié)水、抽穗水和灌漿水，根據(jù)當(dāng)年冬小麥土壤水分狀況，灌水7～9次，每次灌水量為50～70 m3/667m2。

1.3 研究方法

作物需水量指作物在整個(gè)生育期中需要的水量，是農(nóng)業(yè)用水量的重要組成部分。目前國內(nèi)外計(jì)算作物需水/耗水的方法有以下幾種：水量平衡法、蒸滲儀測(cè)定法、彭曼公式法、波文比-能量平衡法、遙感方法。其中，蒸滲儀測(cè)定法精確度較高，但大型蒸滲儀造價(jià)比較昂貴，其總體數(shù)量的相對(duì)不足制約著使用該法獲得數(shù)據(jù)的普遍性。波文比法的結(jié)果偏低、精度下降。彭曼公式法是世界上應(yīng)用比較普遍的估算蒸散值的標(biāo)準(zhǔn)方法，但計(jì)算起來參數(shù)較多，計(jì)算比較復(fù)雜。由于水量平衡法原理明確，適用性強(qiáng)，得到了廣泛應(yīng)用［4-7］。

旱地作物的需水量即為作物消耗的水量，作物耗水量是指在水分供應(yīng)充足，不影響作物生長發(fā)育的情況下，作物對(duì)水分的需求量，即農(nóng)田需水量，其計(jì)算方法主要根據(jù)農(nóng)田水量平衡法公式：

式中，ET為作物耗水量（mm）；PE為有效降雨量（mm）；I為灌溉量（mm），不灌處理I=0；R為地下水補(bǔ)給量，地下水較深，其補(bǔ)給量可忽略不計(jì)。△W為試驗(yàn)時(shí)段末與時(shí)端初土壤貯水量之差，即△W=SA2-SA1，（SA1為時(shí)段初土壤貯水量，SA2為時(shí)段末土壤貯水量，單位：mm）。降水量P和灌溉量I由雨量計(jì)和水表直接測(cè)得，土壤貯水量的變化量△W代表降水或灌溉后水分的增加，或蒸騰蒸發(fā)作用導(dǎo)致水分的損失，可由土壤稱重法測(cè)定計(jì)算△W，從而可求得農(nóng)田耗水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 拉薩市2014—2020年降水量變化分析

拉薩屬半干旱氣候，降水比較緊缺，多集中在6—9月。拉薩市冬小麥需水量試驗(yàn)從2013年10月至2020年共開展了7年。表2 為2014—2020年共計(jì)7年的拉薩市冬小麥生育期降雨量記錄，拉薩市冬小麥生育期降水量為125.9～275.8 mm，只占全年降水量的37.0%～43.2%。降雨多集中在冬小麥灌漿期后，降水占比為全生育期的57%；抽穗至灌漿期有少量分布（27.7%），其他時(shí)期降雨量零星分布。

表2 拉薩市冬小麥2014—2020年生育期降水量mm

根據(jù)拉薩市近30年的降雨量將拉薩市降水年型劃分為干旱年、平常年和豐水年。將降水保證率低于25%的年份定義為濕潤年份，降水保證率在26%～75%的年份定義為正常年份，降水保證率在76%及以上的為干旱年份，即年降水量高于537 mm 的年份定義為濕潤年份，年降水量359.8～537 mm 的年份定義為正常年份，年降水量小于359.8 mm 的年份定義為干旱年份。2014—2020年的具體年型劃分如表3 所示。試驗(yàn)?zāi)攴葜?015年降雨量為340 mm，按照降水年型劃分為干旱年份；2016，2019，2020年降雨量427.0～491.0 mm，為平常年份；2014，2017，2018年的降雨量為538～637 mm，劃分為豐水年份。

表3 冬小麥試驗(yàn)?zāi)攴莸慕邓晷?/p>

2.2 不同年型冬小麥需水量

在土壤水分適宜或基本適宜時(shí)，西藏冬小麥全生育期總需水量為410～460 m3/667m2。從圖1 可以看出，全生育期內(nèi)雖然總的灌水量相同，但降雨量不同作物不同時(shí)段需水量有所不同，但總體趨勢(shì)是一致的。冬小麥全生育期的耗水量表現(xiàn)為由小逐漸增大的規(guī)律，小麥需水高峰在拔節(jié)、孕穗至灌漿階段。

圖1 拉薩市不同年型冬小麥各生育階段需水量

冬小麥一生中的日耗水強(qiáng)度變化很大。出苗后到冬前期間，小麥幼苗階段生活力相對(duì)較弱，需水量小，耗水量較低，日需水強(qiáng)度緩慢增加，進(jìn)入越冬期后逐漸減小，返青后又逐漸增大；進(jìn)入生長中后期，營養(yǎng)生長旺盛，生殖器官迅速發(fā)育，生活力較強(qiáng)，需水量增多，耗水量增大。冬小麥日需水強(qiáng)度過程線會(huì)出現(xiàn)雙峰值，如圖2 所示，干旱年型和平常年型、豐水年型出現(xiàn)的峰值不同，干旱年型冬小麥需水的峰值提前，兩個(gè)峰值分別出現(xiàn)在返青至拔節(jié)期、抽穗至灌漿期；平常年型和豐水年型的兩個(gè)峰值推后，出現(xiàn)在拔節(jié)至抽穗期、灌漿至成熟期，這與不同年型冬小麥降水分布時(shí)間、降水量及灌溉時(shí)間不同有關(guān)。

圖2 不同年型冬小麥各生育階段日需水量

2.3 冬小麥不同降水年型降水特征與需水特性

拉薩市冬小麥的生長是從10月上旬開始到第二年的7月下旬至8月上旬收割。冬小麥的整個(gè)生育天數(shù)為290～320 d，每667m2需水410～460 m3，而冬小麥生育期的耗水階段主要集中在第二年的3—6月，這段時(shí)間的耗水量約占作物整個(gè)生長期耗水量的75% 以上。下面分別從干旱年、平常年、豐水年分析冬小麥需水與降水特征。

研究區(qū)2014—2020年共7年系列數(shù)據(jù)中，干旱年為1年，取冬小麥干旱年各生育期平均有效降水量（日有效降水量>5 mm）與小麥需水量比較，結(jié)果如圖3所示。

圖3 干旱年冬小麥需水與降水分布

由圖3 可知，拉薩市干旱年份，冬小麥的生長季節(jié)各生育期天然降水量均不能滿足冬小麥的需水量。拉薩市干旱年份冬小麥生育期需水量為410.46 m3/667m2，而有效降水量能提供的需水量為83.94 m3/667m2，整個(gè)生育期缺水量占比為79.5%。在冬小麥灌漿至成熟期雨季到來，這一時(shí)期的降水量也只能滿足冬小麥需水量的50.2%。根據(jù)冬小麥需水量與降水量，整個(gè)生育期缺水量為326.52 m3/667m2，這個(gè)缺水量即為我們需要的灌溉需水量，即在干旱年份冬小麥需灌溉水326.52 m3/667m2才能滿足整個(gè)生育期的需水量。

由圖4 可知，拉薩市平常年份，冬小麥生育期需水量為449.98 m3/667m2，而有效降水量能提供的需水量為224.45 m3/667m2，根據(jù)冬小麥需水量與降水量占比，整個(gè)生育期缺水量為50.12%。在冬小麥灌漿至成熟期雨季到來，冬小麥這一時(shí)期的降水量也只能滿足需水量的68.7%，整個(gè)生育期缺水量為297.6 m3/667m2。

圖4 平常年冬小麥需水與降水分布

由圖5 可知，拉薩市豐水年份，冬小麥生育期需水量為461.01 m3/667m2，而有效降水量能提供的需水量為253.73 m3/667m2，根據(jù)冬小麥需水量與降水量占比，整個(gè)生育期缺水量為44.96%。在冬小麥灌漿至成熟期雨季到來，冬小麥這一時(shí)期的降水量可以滿足需水量，但整個(gè)生育期仍缺水207.28 m3/667m2。

圖5 豐水年冬小麥需水與降水分布

3 結(jié)論與討論

冬小麥生育期耗水量為400～500 m3/667m2，每生產(chǎn)1 kg 小麥籽粒約耗水1000～1200 kg，其中，30%～40%為土壤蒸發(fā)，60%～70%為葉面蒸騰。冬小麥不同生育時(shí)期的需水量主要與氣候條件及小麥不同時(shí)期對(duì)水分的需求有關(guān)，冬小麥耗水強(qiáng)度與供水（灌溉、降雨）關(guān)系密切。綜合拉薩市不同水文年型冬小麥各生育期耗水強(qiáng)度和日耗水強(qiáng)度，在灌溉水量相同的條件下，不同水文年型冬小麥生育階段的需水差異較大，干旱年型，降水量小，作物需水量也小，這可能是作物需水關(guān)鍵期與降水集中時(shí)段的吻合程度的影響。不同降水年型下冬小麥不同生育階段需水量具有一定的差異性，但灌漿至成熟期的需水量均是最高的。不同年型下需水特征與生育期內(nèi)降水量呈極顯著相關(guān)關(guān)系，不同年型需水量從大到小排序?yàn)椋贺S水年>正常年>干旱年。根據(jù)冬小麥不同年型需水量與降水量比較，計(jì)算出冬小麥干旱年型灌溉需水量為326.52 m3/667m2，平常年型灌溉需水量為297.6 m3/667m2，豐水年型灌溉需水量為295.3 m3/667m2。