曹永強,朱明明,李維佳

遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院, 大連 116029

全球氣候變化不僅影響大氣降水的時空變化特征,而且對作物需水量及作物生長都將產(chǎn)生巨大的影響[1]。作物需水量是指作物生長期間在適宜的土壤水分條件下的棵間蒸發(fā)量與葉面蒸騰量的總和,是作物本身生物學(xué)特性與環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果。它既是作物栽培管理與灌溉制度的依據(jù),也是農(nóng)田水利工程設(shè)計的基本參數(shù)。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)實意義。河北省是農(nóng)業(yè)大省,也是我國農(nóng)業(yè)取用水量較大的地區(qū)之一,在水資源相對短缺的形勢下,節(jié)水問題受到高度重視[2]。當(dāng)前,河北省降水分布不均,農(nóng)業(yè)灌溉用水量遠(yuǎn)高于其他行業(yè)用水。全年供水總量為用水總量的77.27%,農(nóng)業(yè)用水占總用水量的72.4%。此外,由于供水量不能滿足農(nóng)業(yè)用水總量的需求,因此河北省農(nóng)業(yè)灌溉取水源多來自地下水,據(jù)統(tǒng)計,河北省地下水年超采量高達(dá)50億m3,超采率高達(dá)23%[3]。長期超采地下水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉,不僅對區(qū)域內(nèi)水資源及水環(huán)境的安全造成了嚴(yán)重的破壞[4- 6],也造成了地面下沉、裂縫和坍塌的危險,對人類生命安全造成極大地威脅。在水資源有限的形勢下,合理分配和利用農(nóng)業(yè)灌溉水量十分必要。

近年來,關(guān)于有效降雨量與作物生長需水量受到廣泛關(guān)注。邵東國等[7]運用時間序列法建立區(qū)域作物需水量長期預(yù)報模型,并應(yīng)用此模型對南水北調(diào)中線工程進(jìn)行了很好的預(yù)測；李勇等[8]利用聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO)推薦的方法對1961—2007年長江中下游地區(qū)需水量及有效降雨量進(jìn)行計算,分別對不同地區(qū)單季稻和雙季稻的灌溉需水量及其水分利用效率進(jìn)行了分析,該方法同時也在寧夏、津京冀、四川等地灌區(qū)得到了廣泛應(yīng)用[9- 11]；叢振濤等[12]利用SRA1B情景對我國3種主要作物需水量進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果較為準(zhǔn)確并得到廣泛認(rèn)可。李春強等[13]利用FAO推薦的作物需水量計算方法對1965—1999年河北省冬小麥、夏玉米以及春玉米的作物需水量和缺水量變化趨勢進(jìn)行分析,但研究的時間序列較短且缺少對近15年的研究分析。本文選取河北省雞澤縣作為典型區(qū)域,選取區(qū)域內(nèi)種植面積較大且種植結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的冬小麥、夏玉米、棉花為3種主要作物類型,采用聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO)推薦的彭曼公式和作物系數(shù)法對有效降雨量及需水量等進(jìn)行計算分析,最后通過M-K法,對1956—2015年雞澤縣主要灌區(qū)的3種主要作物的有效降雨量及作物需水量在不同水文年份的變化趨勢進(jìn)行分析,以期為河北省其他各市、縣作物合理灌溉提供參考,從而實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置及高效利用。

1 研究區(qū)概況、研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

本文以河北省邯鄲市雞澤縣為典型區(qū)域。雞澤縣位于河北省南端,邯鄲城區(qū)東北部。地理坐標(biāo)介于36°45′—36°58′N,114°43′—114°58′E之間?？h境南北最長24.00 km,東西最寬20.40 km,國土總面積337.00 km2。全縣多年平均蒸發(fā)量為1088.00 mm,年內(nèi)7—8月為濕潤期,9月至次年6月為干旱期[14]。多年平均降水量為497.90 mm,降水量70%—80%集中在汛期的6—9月份,降水量時空分布不均,年際變化懸殊是其主要特征。雞澤縣是典型的平原農(nóng)業(yè)縣,全縣的耕地面積為2.62萬hm2,主要作物類型包括小麥、玉米、棉花、蔬菜等[15]。

1.2 研究方法

1.2.1 計算方法

(1)作物需水量計算

經(jīng)國內(nèi)外大量分析研究表明,在近20多種參考蒸散量計算作物需水量的多種計算方法中,彭曼-蒙蒂斯(Penman-Monteith)公式的計算結(jié)果在不同條件下都與實測值非常接近,精度較高[16]。因此,本文采用Penman-Monteith公式進(jìn)行計算。該方法計算簡單,并廣泛應(yīng)用于實際作物需水量的計算與預(yù)報[15]。經(jīng)過多年改進(jìn),FAO- 56推薦使用的公式為：

(1)

式中：ET0為逐日作物蒸散量(mm)；Δ為飽和水汽壓與溫度關(guān)系曲線的斜率值(Kpa/℃)；Rn為作物表面的凈輻射量(MJ/m2)；γ是濕度計常數(shù)(kPa/℃)；T為日平均氣溫(℃)；u2為2 m高處風(fēng)速(m/s)；G為土壤熱通量(MJ m-2d-1)；es為空氣飽和水汽壓(kPa)；ea為實際水汽壓(kPa/℃)。

聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO)作物需水量專家咨詢組認(rèn)為,在充分供水條件下,通常把某一時段作物蒸散量和作物系數(shù)的乘積作為該作物某一時段作物需水量[17]。公式如下：

ETC=KC×ET0

(2)

式中,ET0為逐日作物蒸散量(mm)；KC為作物系數(shù)；ETC為逐日作物需水量(mm)。

(2)有效降雨量計算

有效降雨量特指旱作種植條件下,用于滿足作物蒸散需要的那部分降雨量,它不包括地表徑流和滲漏至作物根區(qū)以下的部分,同時也不包括淋洗鹽分所需要的降水深層滲漏部分[3]。本文選取FAO推薦的降水量與需水量值的大小比較來確定有效降雨量,公式如下：

(3)

(4)

其中,Pei為日有效降雨量(mm)；P為日降雨量(mm)；Pe作物生育期內(nèi)的有效降雨量(mm)；n為生育期按旬分組的數(shù)量。

(3)缺水量計算

作物缺水量又叫灌溉需水量,是指在全生育期內(nèi)各個生育階段同期需水量和有效降雨量的差值,公式為：

W=ETC-Pe

(5)

若W>0,表示作物缺水,需補充灌溉；若W=0,表示水分供需平衡；若W<0,表示作物不缺水。

(4)水分盈虧指數(shù)計算

作物水分盈虧指數(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測的一項重要指標(biāo)。通過計算可得作物水分供需關(guān)系,同時可以反映作物生長對水分的需求狀況。

(6)

式中,I為水分盈虧指數(shù)。當(dāng)I>0時,作物供水量>需水量；當(dāng)I=0時,供水量=需水量；當(dāng)I<0時,作物供水量<需水量。

1.2.2 研究方法

(1)曼-肯德爾(M-K)法

曼-肯德爾法是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法。該方法借助Matlab軟件的程序編寫對序列數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,得到UF與UK兩條曲線,并用于檢驗序列的變化趨勢。若UF或UK的值大于0,則表示序列呈上升趨勢,小于0則表示序列呈下降趨勢。當(dāng)UF與UK兩條曲線出現(xiàn)交點時,且交點在臨界值之間則表示該時刻為突變開始時刻[18]。本文選定顯著水平為α=0.05,則對應(yīng)的臨界值為±1.96。

(2)分段單值平均系數(shù)法

分段單值平均作物系數(shù)法是一種無需大量數(shù)據(jù)下的一種較為簡單的計算作物系數(shù)的方法,可廣泛應(yīng)用于作物生育期需水量的計算、灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計以及灌溉管理等方面。該方法是根據(jù)各階段葉面蒸騰和土面蒸發(fā)的變化規(guī)律,用一個時段平均值表示該階段的作物系數(shù)[19]。但該方法要求時段大,且未充分考慮土壤的影響。具體計算公式此處不再贅述,詳見參考文獻(xiàn)[19]。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文選取時間序列較長、結(jié)果較為準(zhǔn)確的雞澤縣雨量站1956—2015年逐日降雨量的觀測數(shù)據(jù),所用氣象資料均由中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn/)提供,包括日最高氣溫、日最低氣溫、平均溫度、平均風(fēng)速、日照時數(shù)、平均相對濕度和平均氣壓等。氣象數(shù)據(jù)在發(fā)布前已經(jīng)過時間一致性和極值檢驗,質(zhì)量可靠。

作物生育期數(shù)據(jù)來源于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)氣象試驗站,對3種主要作物(冬小麥、夏玉米、棉花)發(fā)育期數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計后取多年平均值,結(jié)果如表1所示。其中,夏玉米和棉花的作物系數(shù)變化主要分為初始生長期(S1)、快速發(fā)育期(S4)、生育中期(S5)和成熟期(S6)四個階段,由于冬小麥具越冬特性,因此還有凍融期(S2)及越冬期(S3)共6個階段。

表1 三種主要作物生育日期表

*符號“/”表示該作物不具有此生育期,因此無數(shù)據(jù)

2 結(jié)果分析

2.1 作物需水量分析

根據(jù)雞澤縣氣象站近60 a逐日氣象數(shù)據(jù),結(jié)合公式(1)得到1956—2015年雞澤縣蒸散量,具體變化情況如圖1所示。

如圖1,近60 a雞澤縣年蒸散量整體呈顯著下降趨勢,蒸散量的傾向率為-32.6 mm/10 a,年際間平均蒸散量為1166.9 mm。1964年雞澤縣年蒸散量最低,年蒸散量僅為1031.6 mm,低于年際平均值的11.6%。峰值出現(xiàn)在1968年,年蒸散量為1447.0 mm,與年際平均蒸散量相比高出280.2 mm。1965年以后年際之間變化波動不一,整體上呈現(xiàn)增減交替出現(xiàn),但總體呈下降趨勢并通過了P<0.001的顯著性檢驗。

圖1 1956—2015年雞澤縣蒸散發(fā)量變化趨勢圖Fig.1 Change trend of evaporation in Jize county during 1956—2015

作物系數(shù)受作物種類、生育期、葉面積指數(shù)、地域等因素影響,不同環(huán)境下作物系數(shù)有所差別。作物系數(shù)反映的是作物本身的生物學(xué)特性對作物需水量的影響[20- 21]。本文根據(jù)分段單值平均作物系數(shù)法,結(jié)合表1中作物發(fā)育期情況,得到3種主要作物在不同生育期的作物系數(shù)。3種主要作物不同生育期作物系數(shù)的計算結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同生育期作物系數(shù)變化趨勢圖Fig.2 Variation trend of crop coefficient at different growth stages初始生長期(S1)、凍融期(S2)及越冬期(S3)快速發(fā)育期(S4)、生育中期(S5)和成熟期(S6)

如圖2不同生育期,冬小麥值KC在[0.4,1.17]區(qū)間內(nèi)變化,夏玉米KC在[0.55,1.14]區(qū)間內(nèi)變化,4個時期內(nèi)棉花KC在[0.28,1.15]區(qū)間內(nèi)變化。根據(jù)作物需水量的計算公式(2),得到近60 a雞澤縣不同作物在不同時期的作物需水量,如圖3所示。

圖3 近60 a不同生育期作物需水量變化情況Fig.3 Changes of crop water requirement at different growth stages in recent 60 years

整體來看,近60 a不同生育期的冬小麥、夏玉米及棉花平均作物需水量分別為83.4、114.2、136.6 mm,且各生育期之間需水量不同,棉花需水量差異最大。初始生長期,各作物間作物需水量有所差異,夏玉米的需水量最大。僅冬小麥存在凍融期及越冬期,且作物需水量較小?？焖侔l(fā)育期棉花需水量達(dá)到最大值,是平均需水量的166.8%,冬小麥需水量是上一時期的257.8%,夏玉米的需水量相較于初始生長期需水量減少44.7%。在生育中期,冬小麥的需水量達(dá)到最大值。成熟期3種作物需水量波動最大,需水量迅速減少。

結(jié)合公式(1)和(2)對3種主要作物在近60 a作物需水量進(jìn)行計算。具體變化情況如圖4所示。

近60 a來,雞澤縣3種作物需水量年際變化如圖4所示。整體來看,3種作物需水量均呈顯著性減少的趨勢變化。冬小麥需水量整體呈顯著性減少趨勢變化,變化傾向率為-16.4 mm/10 a,多年平均需水量為500.5 mm；1956—1976年呈不顯著增加趨勢；1977—1987年呈不顯著減少趨勢,且1985年出現(xiàn)1個突變點；1988年以后冬小麥需水量呈顯著性減少趨勢變化。夏玉米需水量整體呈顯著性減少趨勢變化,變化傾向率為-13.3 mm/10 a,多年平均需水量為456.8 mm；1956—1958年呈不顯著增加趨勢；1959—1986年呈不顯著減少趨勢；至1988年出現(xiàn)1個突變點,1989年以后均呈顯著性減少趨勢。棉花需水量整體呈顯著減少趨勢變化,變化傾向率為-28.7 mm/10 a,多年平均需水量為575.7 mm；1956—1977年呈不顯著減少趨勢,且年際間變化幅度較?。?978—2015年呈顯著性減少的趨勢變化。

將本文計算結(jié)果與文獻(xiàn)[11]李春強等對河北省近35年同一作物需水量變化趨勢分析的計算結(jié)果進(jìn)行對比,本文計算結(jié)果略大,這是因為本文數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)篩檢較為嚴(yán)苛,且典型區(qū)域的選擇不同,加上本文研究時間序列更為完整,因此準(zhǔn)確度更高,計算結(jié)果有所差異,但作物需水量的變化趨勢基本一致。

圖4 近60 a雞澤縣3種主要作物需水量變化趨勢圖Fig.4 Trend of water requirement of three main crops in Jize County in recent 60 years

2.2 作物有效降雨量分析

如圖5所示,不同生育期內(nèi)冬小麥、夏玉米及棉花平均有效降雨量分別為13.6、55.6、70.1 mm,作物在生育中期有效降雨量最高,初始生長期和成熟期有效降雨量較小。初始生長期,各作物有效降雨量較小。僅冬小麥具有凍融期及越冬期,且有效降雨量較小?？焖侔l(fā)育期冬小麥和棉花有效降雨量是分別是平均有效降雨量的141.2%和84.0%,夏玉米有效降雨量相較于初始生長期上升了74.6%。生育中期,各作物有效降雨量達(dá)到最大值。成熟期有效降雨量迅速減少。

圖5 近60 a不同生育期有效降雨量變化情況Fig.5 Changes of effective precipitation at different growth stages in recent 60 years

根據(jù)對3種主要作物需水量和作物系數(shù)的計算結(jié)果,結(jié)合公式(3)和(4),得到雞澤縣3種主要作物近60 a的有效降雨量變化趨勢,如圖6所示。

圖6 近60 a雞澤縣3種主要作物的有效降雨量變化趨勢圖Fig.6 Trend of effective precipitation of three main crops in Jize County in recent 60 years

近60 a雞澤縣3種作物的有效降雨量變化情況如圖6所示,從年際波動情況來看,3種作物均呈不顯著減少趨勢變化,變化較為一致,且均在19世紀(jì)50—70年代發(fā)生突變現(xiàn)象。其中,冬小麥有效降雨量變化傾向率為-2.2 mm/10 a,多年平均有效降雨量為80.8 mm；1956—1973年呈增減交替趨勢變化；1974年以后呈不顯著減少趨勢變化,1978年有效降雨量最小,為29.7 mm；近60 a共出現(xiàn)5次突變現(xiàn)象,均發(fā)生在1967年之前。夏玉米有效降雨量變化傾向率為-6.3 mm/10 a,多年平均有效降雨量為222.5 mm；1956—1977年呈不顯著增減交替趨勢；1978—1996年呈不顯著減少趨勢,1992年有效降雨量最小僅為110.6 mm；1997年以后呈顯著減少趨勢；此外,1971年出現(xiàn)突變現(xiàn)象。棉花的有效降雨量變化傾向率為-6.4 mm/10 a,平均有效降雨量為280.5 mm；1956—1965年呈不顯著增減交替趨勢；1966年以后呈不顯著減少趨勢變化,1978年最低僅為146.9 mm；近60 a共出現(xiàn)6次突變現(xiàn)象。

2.3 作物缺水量分析

圖7為河北省主要作物近60 a不同生育期內(nèi)作物缺水量變化情況。不同生育期內(nèi)冬小麥、夏玉米及棉花平均缺水量分別為69.7、58.6、66.5 mm。初始生長期夏玉米缺水量達(dá)到不同生育期最大值,冬小麥和棉花的缺水量小于平均值；凍融期及越冬期的冬小麥缺水量隨需水量較低而有所減少；快速發(fā)育期棉花的缺水量達(dá)到最大值,夏玉米的缺水量達(dá)到最小值；生育中期冬小麥的缺水量達(dá)到最大值,棉花缺水量較上一時期下降了85.0%,夏玉米有所上升；成熟期冬小麥和棉花的缺水量迅速下降,而夏玉米缺水量僅比上一時期下降2.4 mm。在需水量和有效降雨量的共同作用下,不同生育期間缺水量變化情況與需水量及有效降雨量有所差異。

圖7 近60 a不同生育期缺水量變化情況Fig.7 Changes of Water deficit at different growth stages in recent 60 years

根據(jù)公式(5)對近60 a雞澤縣缺水量進(jìn)行計算,并繪制缺水量變化趨勢圖。

由圖8,在需水量遠(yuǎn)超于有效降雨量的情況下,3種作物缺水量均大于0,說明雞澤縣在近60 a都處在水資源入不敷出的狀態(tài),加上作物本身及外在因素的共同作用,年際間各個作物變化趨勢差異較大。冬小麥缺水量整體呈顯著性減少趨勢變化,變化傾向率為-13.2 mm/10 a,多年平均缺水量為418.9 mm；1956—1985年基本上呈不顯著性增加趨勢；1986—1998年呈不顯著減少趨勢變化,且在1995年出現(xiàn)1個突變點；1999年以后呈顯著性減少的趨勢變化。夏玉米缺水量整體呈不顯著減少的趨勢變化,變化傾向率為-7.0 mm/10 a,多年平均缺水量為234.3 mm；1956—2006年呈不顯著增減交替趨勢,且在2003年及2004年出現(xiàn)突變現(xiàn)象；2006年以后呈不顯著減少的趨勢。棉花缺水量整體呈顯著性減少的趨勢變化,變化傾向率為-22.3 mm/10 a,多年平均缺水量為295.2 mm；1956—1974年呈不顯著增加趨勢；1975—1987年呈不顯著減少趨勢變化；1988年以后棉花缺水量減少趨勢,并通過0.05的顯著性檢驗,到2015年棉花缺水量為200.0 mm。本文計算結(jié)果與文獻(xiàn)[11]李春強等對河北省近35年農(nóng)作物缺水量變化趨勢分析結(jié)果的基本一致。

圖8 近60 a雞澤縣3種主要作物的缺水量變化趨勢圖Fig.8 Trend of water deficit of three main crops in Jize County in recent 60 years

2.4 作物水分盈虧指數(shù)分析

水分盈虧指數(shù)不僅考慮了降水和作物蒸散量兩項因子,也反映了實際供水情況與最大水分需要量的平衡關(guān)系,可以較好地表征農(nóng)田濕潤度和作物旱澇情況。因此,根據(jù)公式(6),對河北省雞澤縣近60 a 3種作物全生育期內(nèi)的水分盈虧指數(shù)進(jìn)行計算和分析,結(jié)果如圖9所示。

圖9 近60 a雞澤縣3種主要作物的水分盈虧指數(shù)變化趨勢圖Fig.9 Trend of moisture loss index of three main crops in Jize County in recent 60 years

整體上看,雞澤縣近60 a一直處于水資源嚴(yán)重短缺的狀態(tài)中,3種作物的水分盈虧指數(shù)變化趨勢基本相似。冬小麥、夏玉米和棉花的平均水分盈虧指數(shù)分別為-83.6%、-51.4%和-51.4%。冬小麥水分盈虧指數(shù)最大值出現(xiàn)在1963年,為-63.7%,最小值為1981年的-94.7%。與其他兩種作物相比,夏玉米水分盈虧指數(shù)較大,1992年水分盈虧指數(shù)最小,為-75.5%；2003年出現(xiàn)最大值,為-28.0%。棉花水分盈虧指數(shù)變化幅度較大最大值和最小值出現(xiàn)在1991年和1978年,分別為-30.0%和-73.7%。

3種作物的水分盈虧指數(shù)均在(-100,-20)的區(qū)間范圍內(nèi)變化,參照我國氣象干旱等級(GB/T20481—2006)及農(nóng)業(yè)干旱等級國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T32136—2015)的劃分標(biāo)準(zhǔn)對3種作物進(jìn)行劃分,近60 a雞澤縣冬小麥水分盈虧指數(shù)處于中旱、重旱的干旱等級,夏玉米和棉花水分盈虧指數(shù)均處于輕旱、中旱的干旱等級。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

1)作物需水量研究表明,近60年雞澤縣3種主要作物需水量均呈顯著性減少的變化趨勢,不同作物多年平均需水量大小為棉花>冬小麥>夏玉米,其中冬小麥最大需水量為593.2 mm出現(xiàn)在1968年,夏玉米最大需水量為581.6 mm也出現(xiàn)在1968年,棉花需水量最大為710.4 mm出現(xiàn)在1972年。通過突變檢驗分析發(fā)現(xiàn),需水量出現(xiàn)明顯拐點的時期均出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代,這與作物品種改良有著直接關(guān)系。作物需水量的不同與作物自身的生理特性有關(guān),從不同生育期作物需水量變化來看,冬小麥、夏玉米、棉花最大需水量出現(xiàn)時期有所不同,分別位于生育中期、初始生長期和快速發(fā)育期。

2)有效降雨量研究表明,近60 a雞澤縣3種作物的有效降雨量均呈不顯著減少的變化趨勢,滿足作物生長所需的天然降水量逐漸減少,冬小麥、夏玉米和棉花多年平均有效降雨量順序為棉花>夏玉米>冬小麥,其中冬小麥最大有效降雨量為170.4 mm出現(xiàn)在1963年,夏玉米最大有效降雨量為320.5 mm出現(xiàn)在1961年,棉花最大有效降雨量出為422.7 mm出現(xiàn)在1973年。由于冬小麥的生育期集中在冬春兩季,與北方降水不同期,因此有效降雨量遠(yuǎn)低于夏玉米和棉花。從不同生育期來看,3種作物的有效降雨量均在生育中期達(dá)到最大。

3)從年際間作物缺水量變化情況來看,3種作物缺水量均呈下降趨勢,不同作物多年平均缺水量大小順序為冬小麥>棉花>夏玉米,突變點均出現(xiàn)在20世紀(jì)末至21世紀(jì)初。從水分盈虧指數(shù)來看,年際間冬小麥水分盈虧指數(shù)在(-100,-60)范圍內(nèi)上下波動,夏玉米和棉花的水分盈虧指數(shù)均在(-80,-20)范圍內(nèi)變化。盡管冬小麥需水量和有效降雨量的最大值出現(xiàn)在同一生育期,但水分盈虧指數(shù)相對較低,導(dǎo)致干旱等級較高,因此冬小麥缺水形勢更為嚴(yán)峻。值得注意的是,3種作物缺水量的變化規(guī)律與需水量基本相似。

3.2 討論

相關(guān)研究表明，近50年來,我國華北地區(qū)氣溫增幅較大,且平均增溫率超過全國的增溫率[22- 23]。氣溫升高理應(yīng)導(dǎo)致地表蒸散量增加,而雞澤縣的蒸散量呈逐年遞減趨勢變化,這是由于溫度僅是引起蒸散量變化的因素之一,日照時數(shù)、風(fēng)速、相對濕度及降雨量等也對蒸散量起到主要影響的作用,另有研究表明人類活動的影響也是制約蒸散量變化的重要因素之一[24]。因此,作物需水量也呈逐年遞減的趨勢變化。此外本文僅以雞澤縣為典型區(qū)域?qū)颖笔《←?、夏玉米和棉花的有效降雨量和需水?guī)律進(jìn)行研究分析略有不足,若增加典型區(qū)域個數(shù),并且對典型區(qū)域進(jìn)行空間對比,結(jié)果將更加精確。

當(dāng)前河北省旱情較為嚴(yán)重,在自然水資源嚴(yán)重匱乏及氣候暖干化的背景下,農(nóng)作物的缺水量理應(yīng)增加。但對河北省作物缺水量的研究發(fā)現(xiàn),在有效降雨量逐年減少的條件下,作物缺水量并未增加。主要歸因于近年來河北省大力超采地下水來滿足農(nóng)業(yè)需水要求[25],然而,近年來隨著地下水嚴(yán)重超采現(xiàn)象,國家相關(guān)部門和地方政府已經(jīng)采取相應(yīng)的調(diào)控措施,地下水超采已嚴(yán)重影響到作物生長和水資源保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展,故此如何在水資源得以保護(hù)的前提下,解決作物生長灌溉用水問題,提高糧食生產(chǎn)安全將是未來研究的主要方向,單純就河北省來講,南水北調(diào)中線工程修建開通[26]作為可靠的替代水源將對受水區(qū)——河北省的糧食安全起到一定促進(jìn)作用。

[1] 任國玉, 姜彤, 李維京, 翟盤茂, 羅勇, 馬柱國. 氣候變化對中國水資源情勢影響綜合分析. 水科學(xué)進(jìn)展, 2008, 19(6): 772- 779.

[2] 馮保清. 我國不同尺度灌溉用水效率評價與管理研究[D]. 北京: 中國水利水電科學(xué)研究院, 2013.

[3] 郭進(jìn)考, 史占良, 何明琦, 張相岐, 張愛民, 賈旭. 發(fā)展節(jié)水小麥緩解北方水資源短缺——以河北省冬小麥為例. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2010, 18(4): 876- 879.

[4] 劉戰(zhàn)東, 段愛旺, 肖俊夫, 高陽, 劉浩. 冬小麥生育期有效降水量計算模式研究. 灌溉排水學(xué)報, 2009, 28(2): 21- 25.

[5] 李志杰. 阿拉善盟腰壩灌區(qū)農(nóng)業(yè)水資源利用效率分析[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015.

[6] 中國農(nóng)業(yè)百科全書農(nóng)業(yè)氣象卷編輯委員會. 中國農(nóng)業(yè)百科全書(農(nóng)業(yè)氣象卷). 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1986.

[7] 邵東國, 郭元裕, 沈佩君. 區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水量長期預(yù)報模型研究. 灌溉排水, 1998, 17(3): 26- 31.

[8] 李勇, 楊曉光, 葉清, 黃晚華. 1961—2007年長江中下游地區(qū)水稻需水量的變化特征. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2011, 27(9): 175- 183.

[9] 王靜, 張曉煜, 馬國飛, 張磊, 李紅英, 朱永寧. 1961—2010年寧夏灌區(qū)主要作物需水量時空分布特征. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2015, 31(26): 161- 169.

[10] 胡瑋, 嚴(yán)昌榮, 李迎春, 周元花, 劉勤. 冀京津冬小麥灌溉需水量時空變化特征. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2013, 34(6): 648- 654.

[11] 龐艷梅, 陳超, 潘學(xué)標(biāo). 1961—2010年四川盆地玉米有效降水和需水量的變化特征. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2015, 31(S1): 133- 141.

[12] 叢振濤, 姚本智, 倪廣恒. SRA1B情景下中國主要作物需水預(yù)測. 水科學(xué)進(jìn)展, 2011, 22(1): 38- 43.

[13] 李春強, 李保國, 洪克勤. 河北省近35年農(nóng)作物需水量變化趨勢分析. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2009, 17(2): 359- 363.

[14] 王飛. 雞澤縣土地整治補充耕地潛力研究[D]. 石家莊: 河北師范大學(xué), 2013.

[15] 劉占衍, 吳旭. 雞澤縣水資源評價分析. 地下水, 2015, 37(1): 127- 128.

[16] 王瑤, 趙傳燕, 田風(fēng)霞, 王超. 黑河中游春小麥需水量空間分布. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(9): 2374- 2382.

[17] 汪志農(nóng). 灌溉排水工程學(xué)(第二版). 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2010: 1- 36.

[18] 魏鳳英. 現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù). 北京: 氣象出版社, 2007: 37- 38.

[19] 劉鈺, Pereira L S. 對FAO推薦的作物系數(shù)計算方法的驗證. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2000, 16(5): 26- 30.

[20] 尹海霞, 張勃, 王亞敏, 張亞寧, 王強, 趙一飛. 黑河流域中游地區(qū)近43年來農(nóng)作物需水量的變化趨勢分析. 資源科學(xué), 2012, 34(3): 409- 417.

[21] 康西言, 李春強, 高建華, 王鑫. 河北省冬小麥生育期蒸降差的時空變化及其原因分析. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2010, 31(2): 261- 266.

[22] 沈永平, 王國亞. IPCC第一工作組第五次評估報告對全球氣候變化認(rèn)知的最新科學(xué)要點. 冰川凍土, 2013, 35(5): 1068- 1076.

[23] 胡瑋, 嚴(yán)昌榮, 李迎春, 劉勤. 氣候變化對華北冬小麥生育期和灌溉需水量的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2014, 34(9): 2367- 2377.

[24] 高歌, 陳德亮, 任國玉, 陳峪, 廖要明. 1956—2000年中國潛在蒸散量變化趨勢. 地理研究, 2006, 25(3): 378- 387.

[25] 石建省, 王昭, 張兆吉, 費宇紅, 李亞松, 張鳳娥, 陳京生, 錢永. 華北平原深層地下水超采程度計算與分析. 地學(xué)前緣, 2010, 17(6): 215- 220.

[26] 李雪松, 李婷婷. 南水北調(diào)中線工程水源地市場化生態(tài)補償機(jī)制研究. 長江流域資源與環(huán)境, 2014, 23(S1): 66- 72.