基于作物水分虧缺指數(shù)的寧夏中南部地區(qū)春小麥不同生育期干旱分析

中圖分類號：S512.1 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095-3305（2025）05-0094-03

小麥?zhǔn)鞘澜绲诙笾骷Z作物，也是我國第二大主糧作物，2023年寧夏小麥播種面積為 68900hm² ，灌區(qū)和中南部農(nóng)業(yè)帶均有種植[1]。本文主要研究中南部農(nóng)業(yè)帶的小麥干旱情況。寧夏中南部地區(qū)降水自南向北降水逐漸遞減，時空分布不均勻，年差異較大。干旱是制約小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。

從現(xiàn)有的干旱指標(biāo)來看，被廣泛應(yīng)用的指標(biāo)為PDSI和 SPIPDSI 是WaynePalmer在1965年提出的，用于衡量一個地區(qū)在一段時間內(nèi)實際水分供應(yīng)與當(dāng)?shù)貧夂蜻m宜水分供應(yīng)之間的差異；SPI是Edwards和Mckee在1993年提出的，用于測量降水量與長期平均水平的偏差程度。 PDSI 多為計算短時的干旱，而SPI和SPEI可以監(jiān)測不同時間尺度的干旱。上述指標(biāo)在氣象學(xué)、水文學(xué)方面具有較好的適用性，但如果考慮作物的需水特性，在精確地描述特定作物的干旱指標(biāo)方面則稍顯不足。

張曉芳將 SCWDI_sm 與 Pa SMAPI、MI、CWDI等常見干旱指數(shù)比較，發(fā)現(xiàn) sCWDI_sm 的干旱監(jiān)測有效性更強，優(yōu)勢更明顯，并用該方法研究了北方旱作區(qū)的CWDI;包阿茹汗等[3用干旱風(fēng)險系數(shù)（ADRI）對寧夏玉米和小麥進行了干旱風(fēng)險評估。

1 區(qū)域概況

寧夏中南部分為中部平原地區(qū)和南部山區(qū)，其中中部平原地區(qū)為干旱帶和半干旱帶的過渡區(qū)域，海拔為 1200～1450m ，地勢相對較低且地形開闊，難以截留水汽，年降水量在 200～300mm 之間；南部山區(qū)為半干旱半濕潤地區(qū)的過渡區(qū)域，可細(xì)分為六盤山區(qū)和黃土丘陵區(qū)，平均海拔為 1 300～2 900m ，因為六盤山的“雨屏”效應(yīng)，山地抬升夏季東南季風(fēng)，導(dǎo)致迎風(fēng)坡（涇源、隆德）降水較多，年降水量在 500～600mm 之間，背風(fēng)坡（西吉、海原）降水減少，年降水量在 300～600mm 之間。寧夏中南部地區(qū)降水量整體上存在由南向北遞減的趨勢。寧夏中南部的積溫受地形、海拔及大陸性干旱氣候影響顯著，總體表現(xiàn)為，熱量資源有限且空間差異大。六盤山地區(qū) 的積溫范圍為 2000～ 2200‰ ，全年無霜期在 100～120d ；黃土丘陵區(qū) ? 10‰ 的積溫范圍為 2500～3000^°C?d ，全年無霜期在120～140d ；中部干旱帶 ?10% 的積溫范圍為 3 000～ 3200‰ 雖然有些區(qū)域變化較大，但上述地區(qū)均符合小麥的種植條件。小麥?zhǔn)菍幭牡貐^(qū)的重要主糧作物，2024年寧夏計劃種植春小麥為 36667hm² ，中南部山區(qū)計劃播種春小麥面積為 11800hm² ，是寧夏春小麥的重要種植區(qū)。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

選取1991—2020年寧夏中南部鹽池、同心、海原、原州、西吉、隆德、涇源7個氣象站點逐日觀測資料，包括降水量 （P ）最高氣溫（ T_max ）、最低氣溫（ T_min ）、平均氣溫（ T_mean ）、日照時數(shù)（SH）、平均風(fēng)速（WS）、相對濕度（RH）等指標(biāo)。小麥生育期資料選自《農(nóng)業(yè)干旱等級》（GB/T32136-2015）[4]

2.2 研究方法

作物CWDI需要較齊備的氣象觀測要素?；谵r(nóng)田水分收支，考慮干旱累積效應(yīng)，在計算每旬的 CWDI_j 時，一般連續(xù)考慮5旬，以10d為步長，累計統(tǒng)計過去50d（5個步長）的 CWDI 計算公式如下：

CWDI_j=a×CWDI_j+b×CWDI_j-1+c×CWDI_j-2+d× CWDIj-3+e×CWDIj-4 （1）

式（1）、（2）中 CWDI_j 為第j旬 CWDI（%）;a，b，c，d， e 為對應(yīng)旬的累計權(quán)重系數(shù)； P 為降水量 （mm）;ET_c 為作物需水量 （mm）

ET_c 根據(jù)FAO-56彭曼公式計算，公式如下：

ET_cj=ET_0j×Kc_j

式（3）（4中， ET₀ 為參考作物需水（ in/d ）； Kc 為作物系數(shù)，無量綱取值參考《農(nóng)業(yè)干旱等級》GB/T32136—2015）；為氣溫一飽和水汽壓關(guān)系曲線在氣溫T處的切線斜率 為參照作物表面冠層接收的凈輻射 [MJ/（m²?d）];G 為土壤熱通量 [MJ/（Ωm²?dΩ）];e_a 為平均飽和水汽壓 （kPa）;e_d 為實際水汽壓（ kPa ）； T 為平均氣溫（ °C ；y為氣溫計常數(shù)（ kPa ）； u₂ 為 2m 高處平均風(fēng)速 （m/s ）。

春小麥在生育期內(nèi)，體現(xiàn)出了需水量較大，但耐旱程度較高的特性。生育期劃分采用已有研究成果（表1）。

3結(jié)果與分析

3.1寧夏中南部地區(qū)小麥生育期干旱強度的年際變化特征

如圖1所示，寧夏中南部春小麥全生育期干旱強度在30年時間尺度上，呈現(xiàn)波動變化，沒有表現(xiàn)出顯著的增減趨勢。春小麥全生育期內(nèi)，在播種一出苗期與出苗一拔節(jié)期兩個階段干旱強度較弱，在拔節(jié)一抽穗期和抽穗一乳熟期干旱強度較強。所有站點的干旱強度最弱時間為1998年，該年研究中所有站點均未發(fā)生極端重旱，所有站點輕旱及正常春小麥生育期占比均高于 55% ;極端干旱峰值發(fā)生在2008年，所有研究站點干旱時段占比高于往年，其中涇原、隆德在該年中干旱時間占比超過小麥生育期的 60% ，鹽池在該年春小麥生育期內(nèi)表現(xiàn)出遠高于往年的特旱極端現(xiàn)象。

3.2寧夏中南部地區(qū)小麥生育期干旱的空間分布特征

根據(jù)寧夏中南部地區(qū)研究站點干旱頻率統(tǒng)計顯示（圖2），春小麥干旱頻率自南向北逐漸升高，干旱強度也自南向北遞增，較符合中國等降水量線的區(qū)域劃分。其中南部的涇原、西吉和隆德位于半干旱半濕潤過渡帶，在統(tǒng)計的30年中春小麥全生育期中發(fā)生特旱的頻率為 0% ，且干旱頻率發(fā)生主要集中在輕旱和中旱水平上。興仁、固原和海原位于半干旱地區(qū)，發(fā)生特旱的頻率很低，中旱和重旱頻率較高。同心、鹽池位于中部干旱帶，發(fā)生重旱頻率較高，這兩個站點重旱及以 上發(fā)生頻率在 50% 以上，且容易出現(xiàn)特旱現(xiàn)象。

4結(jié)論

時間維度上，1991—2020年寧夏中南部地區(qū)春小麥全生育期干旱強度在30年尺度上呈現(xiàn)波動變化，無顯著增減趨勢。播種一出苗期未現(xiàn)干旱，時長約1旬；播種一出苗期與出苗一拔節(jié)期干旱強度較低，拔節(jié)—抽穗期和抽穗一乳熟期干旱強度較高。其中，1998年所有站點干旱強度最弱，2008年為極端干旱峰值年。

2013年以“出苗一拔節(jié)期”存在較為明顯的波動，且極值間隔為2＼～3年，在2013年以后波動趨于平緩；各個地區(qū)在時間尺度上波動情況較為一致，但拔節(jié)一抽穗期”各地區(qū)波動存在差異。

空間維度上，寧夏南部山區(qū)干旱頻率和強度偏低，整體干旱強度與頻率隨緯度升高而升高。南部涇原、西吉和隆德處于半干旱半濕潤過渡帶，30年內(nèi)春小麥全生育期特旱頻率為 0% ，干旱多為輕旱和中旱；興仁、固原和海原位于半干旱地區(qū)，特旱頻率低但中旱和重旱頻率高；同心、鹽池處于中部干旱帶，重旱及以上頻率超 50% ，易出現(xiàn)極端干旱。

作物CWDI能結(jié)合氣象要素與作物需水特性，有效反映寧夏中南部春小麥生育期干旱狀況，相較傳統(tǒng)干旱指標(biāo)，對作物干旱指征描述更精準(zhǔn)。明確了寧夏中南部地區(qū)春小麥生育期干旱的時空分布特征，可為當(dāng)?shù)卮盒←湻N植的干旱應(yīng)對策略制定提供科學(xué)依據(jù)。

不足之處：CWDI指標(biāo)雖在考慮作物需水方面有優(yōu)勢，但計算過程依賴多氣象要素的準(zhǔn)確觀測，實際應(yīng)用中部分氣象站點數(shù)據(jù)可能存在誤差或缺失，影響CWDI的精度，后續(xù)需強化數(shù)據(jù)質(zhì)量管控與校驗方法研究。研究僅聚焦于1991—2020年這30年，若未來氣候發(fā)生變化，寧夏中南部地區(qū)降水、氣溫等氣象要素可能改變，春小麥生育期干旱特征或隨之變化，應(yīng)持續(xù)開展長期監(jiān)測與研究，動態(tài)更新干旱信息，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化。研究區(qū)域內(nèi)地形、土壤質(zhì)地等因素存在空間差異，這些因素會與干旱協(xié)同作用于春小麥生長，后續(xù)研究可綜合考慮多因素耦合效應(yīng)，進一步細(xì)化干旱對春小麥影響機制，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供更有力支撐。

結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣蜌夂蛱攸c在春小麥品種選擇上給出以下建議：

六盤山區(qū)（隆德、涇原）降水較多，海拔較高，無霜期較短，適宜種植早熟品種的春小麥或選取耐寒的高海拔主糧作物種植（如青稞）;黃土丘陵區(qū)（固原、海原、西吉）降水較少，日照充足，需預(yù)防春旱及早霜，種植春小麥應(yīng)該選取中晚熟品種，也可選取馬鈴薯、小雜糧等更加耐旱的主糧作物。中部干旱帶（鹽池、同心），干旱是作物生長的主要約束條件，選取的小麥品種大致與黃土丘陵區(qū)相同，也可選取更加耐旱的糜子等主糧作物。

在節(jié)水措施上，推廣節(jié)水高效的灌溉技術(shù)。采取覆膜種植，如全膜雙壟溝播技術(shù)（玉米、馬鈴薯），減少土壤水分蒸發(fā) 30%～50% ，提高水資源利用率；在河谷川道（如清水河沿岸）推廣滴灌系統(tǒng)，較傳統(tǒng)漫灌節(jié)水40%～60% ；推廣水肥一體化，結(jié)合灌溉系統(tǒng)精準(zhǔn)施肥，提升水肥利用效率。

在土地耕作上，將深松耕與保墑結(jié)合，打破犁底層，增強土壤蓄水能力，配合秸稈覆蓋減少水分蒸發(fā)；將等高種植與壟溝集雨結(jié)合，在黃土丘陵區(qū)沿等高線種植，利用集雨技術(shù)，增加降水利用效率，解決作物關(guān)鍵生長期用水需求。

參考文獻

[1]寧夏回族自治區(qū)統(tǒng)計局國家統(tǒng)計局寧夏調(diào)查總隊.寧夏回族自治區(qū)2023年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報sup[1]sup[N].寧夏日報，2024-04-29（004）.

[2]張曉芳.北方旱作區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化作物水分虧缺指數(shù)的構(gòu)建與適用性研究[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2023

[3]包阿茹汗，覃志豪，高懋芳，等.寧夏玉米和小麥干旱風(fēng)險評價研究[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2019，40（4）：70-84，92

[4]國家氣象中心，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，中國氣象局沈陽大氣環(huán)境研究所.農(nóng)業(yè)干旱等級：GB/T32136-2015，[S].北京：中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.2015.