張懷念等
摘 要:濉溪縣50個小麥生產(chǎn)周期平均降水量274.1mm,雨日47.3d,蒸發(fā)量955.3mm。2010-2012年平均地表水2.2億m3,淺層地下水2.1億m3,埋深降至3.0~4.5m。旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系。播種期、分蘗越冬期和拔節(jié)孕穗期降水20mm以上的保證率為66%、24%和58%。隨著時間的推移,降水量略有減少,全生育期和返青至抽穗期雨日減少趨勢明顯;越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯減少。耕層土壤含水量增長與雨前含水量、過程降水量多元直線相關(guān),含水量消退與雨后含水量、無雨時段蒸發(fā)量多元相關(guān)。干旱7周期4遇,澇漬8周期1遇。因此,應蓄水保墑,及時人工增雨,適時補充灌溉。
關(guān)鍵詞:小麥;降水;蒸發(fā);地表水;地下水;濉溪縣
中圖分類號 S512.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2014)09-147-04
小麥是濉溪縣種植面積最大的農(nóng)作物,常年播種面積約10萬hm2,單產(chǎn)突破7 000kg/hm2,總產(chǎn)約70萬t。由于小麥生產(chǎn)周期長,降水偏少,時空分布不均,干旱已成為限制濉溪縣小麥高產(chǎn)的主要因子之一,因此通過分析評價小麥生產(chǎn)水環(huán)境,以期為合理利用水資源和防御干旱、防災減災提供依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 濉溪縣基本情況 濉溪縣位于黃淮平原南部,地處南北氣候過渡帶,屬暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū),四季分明,光照充足,雨量適中。地勢平坦,地面高程23.5~32.4m,自西北向東南緩傾,坡降0.1‰。小麥通常于10月中旬播種,翌年3月10日前后拔節(jié),4月中旬抽穗,6月上旬成熟收獲,全生育期240d左右。50個生產(chǎn)周期平均日照時數(shù)1 435h,>0℃的積溫2 414℃,降水量274.1mm,蒸發(fā)量955.3mm。光熱資源能夠滿足小麥生長發(fā)育的需要,降水略感不足。
1.2 數(shù)據(jù)來源 1961年9月下旬至2011年6月上旬逐日降水、蒸發(fā)量和2010年逐日9:00耕層土壤含水量來自濉溪縣氣象局,觀測點耕層飽和持水量25.8%。
1.3 分析方法 數(shù)據(jù)處理和圖表繪制利用Excel 2003軟件進行,采用PEMS3.1軟件進行相關(guān)分析。把小麥生產(chǎn)周期分為4個階段:播種至越冬期(10月中旬至12月中旬),越冬期(12月下旬至2月中旬),返青至抽穗期(2月下旬至4月中旬),抽穗至成熟期(4月下旬至6月上旬)。
2 結(jié)果與分析
2.1 降水與蒸發(fā)
2.1.1 降水與蒸發(fā)季節(jié)性變化 濉溪縣1961-2011年10月中旬至翌年6月上旬降水量115.2(2010-2011年)~655.8mm(19621963年),極值比>4(5.69),平均274.1mm,變異系數(shù)為42.0%;低于平均數(shù)的占58%,約30%的生產(chǎn)周期降水量少于200mm,10%的生產(chǎn)周期多于400mm。≥0.1mm雨日28(2010-2011年)~75d(1968-1969年),極值比<3(2.67),平均47.3d,變異系數(shù)21.1%;低于平均數(shù)的占58%,20%的生產(chǎn)周期<40d,12%的生產(chǎn)周期>60d。蒸發(fā)量748.8(1984-1985年)~1 371.3mm(1967-1968年),極值比<2(1.83),平均955.3mm,變異系數(shù)13.6%;低于平均數(shù)的占60%,76%的生產(chǎn)周期介于955±130mm([x±σ],下同)。
以旬次為自變量(x,設10月中旬為1,10月下旬為2,以此類推),以50個生產(chǎn)周期平均旬降水量(yp)、旬雨日(yd)和旬蒸發(fā)量(ye)、降水過程(yg)為應變量,分析表明:旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系(圖1)。回歸方程為:yp=-14.29-1.88x+0.101x2,F(xiàn)=97.50**,yd=2.97-1.10x1/2+0.22x,F(xiàn)=16.26**;ye=45.92-5.84x+0.33x2,F(xiàn)=264.9**;yg=1.72-0.77x1/2+0.15x,F(xiàn)=33.70**。降水量、蒸發(fā)量最小值點在1月上旬,雨日、降水過程最小值點位于12月上中旬。
2.1.2 降水強度和過程降水量 1961-2011年10月1日至6月10日雨日2 505d,平均50.1d/a,日降水量0.1~173.1mm。其中<10mm的占83.3%,屬于小雨范圍;10.0~24.9mm的占11.8%,屬于中雨范疇。降水過程1 298次,平均26.0次/a,過程降水量0.1~201.0mm。其中≤10mm的占67.4%,≤20mm的占83.0%。隨著降水量(p,自變量0.1~1mm取值0.5mm,1.1~2mm取1.5mm,以此類推)的增加,其出現(xiàn)的頻次(f)急劇減少,可用反比曲線描述。0.1~20.0mm:日降水量fP=1/(0.542+0.199p),r=0.906 7**;過程降水量fpg=1/(0.052+0.176p),r=0.938 5**。
小麥生產(chǎn)周期長,降水強度差異較大。從表1可以看出:12月降水皆為小到中雨,小雨占93.0%;11月和1~3月小到中雨占90%以上,大雨(25.0~49.9mm)僅占0.3%~2.6%;10月和4月有0.8%~1.2%的暴雨(50~99.9mm),5月有發(fā)生大暴雨(100~249.9mm)的可能性。分析表明:各月小雨、中雨、大雨比例和日最大降水量、0.1~10mm過程降水所占比例與月份編號(x,10月x=1,11月x=2,以此類推)呈拋物線關(guān)系,極值點均出現(xiàn)在12月。日降水量≥50mm5周期2遇,過程降水量≥80mm3周期1遇。
2.1.3 過程降水持續(xù)時間和降水間隔 (1)1961-2011年10月1日至6月10日過程降水持續(xù)1~12d,其中:1d的占46.2%,2d的占31.7%。持續(xù)時間(d)越長,頻次(ft)越少。ft=1/(-13.195+3.964d),r=0.838 5**。連陰雨(連續(xù)降水5d以上,日降水量≥0.1mm,過程降水量≥30mm)5周期3遇。(2)1961-2011年10月1日至6月10日降水間隔1~81d,其中:1d的占16.4%,2d的占12.4%,3d的9.1%。持續(xù)時間(d)越長,頻次(fi)越少。fi=1/(-0.732+0.238d),r=0.851 4**。持續(xù)30d以上無雨5周期4遇。endprint
2.1.4 關(guān)鍵時段降水保證率 (1)小麥播種期(9月下旬至10月中旬)。10月中旬是小麥播種的黃金時段,適墑播種是苗齊、苗勻的關(guān)鍵。濉溪縣歷年平均9月下旬降水10mm以上的保證率為40%,10月上旬降水10mm以上的保證率為48%,10月中旬降水10mm以上的保證率為30%。30d內(nèi)降水量≥20mm的保證率為66%,≥15mm的保證率72%。(2)分蘗越冬期(12月)。小麥越冬前后的墑情對麥苗分蘗和安全越冬至關(guān)重要。濉溪縣12月降水量>10mm的保證率為52%,>15mm的為38%,>20mm的24%。(3)拔節(jié)孕穗期(3月中旬至4月上旬)。小麥拔節(jié)后,生長速度加快,需水量增加。3月中旬至4月上旬的降水量對穗數(shù)形成影響較大。濉溪縣3月中旬至4月上旬降水量>10mm的保證率為80%,>15mm的為74%,>20mm的為58%。
2.1.5 降水和蒸發(fā)的年際變化 分析表明:50個生產(chǎn)周期,隨著時間的推移,小麥全生育期和冬前、越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期降水量略有減少趨勢,但未達顯著水平[1-3];雨日也呈略有減少趨勢,其中全生育期和返青抽穗期變化趨勢明顯,達顯著水平,相關(guān)系數(shù)分別為0.310 9*、0.290 6*,回歸系數(shù)為-0.21、-0.11(圖2)。
50個生產(chǎn)周期平均蒸發(fā)量955.3mm,其中冬前207.4mm,越冬期113.3mm,返青至抽穗期263.9mm,抽穗成熟期371.0mm。隨著時間推移,越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯趨于減少(表2,圖2)。周期均減少0.60、1.21、1.94和4.16mm。
2.2 耕層土壤含水量與降水、蒸發(fā)的關(guān)系分析
2.2.1 土壤含水量增長與降水的關(guān)系 2010年1月1日至12月31日共有38次降水過程,降水量579.4mm,雨日78d。雨前耕層土壤含水量8.8%~24.5%(15.4±3.6%),雨后11.9%~25.3%(17.1±3.8%)。分析表明:耕層土壤雨后含水量(θp)和含水量增長(△θ)與雨前含水量(θ0)、過程降水量多元直線相關(guān),θP=5.31+0.667θ0+0.093P,F(xiàn)=74.82**;△θ=5.31-0.333θ0+0.093P,F(xiàn)=57.63**。這說明在一定的范圍內(nèi),耕層土壤雨后含水量隨著雨前含水量、過程降水量的增長而增長[4]。
2.2.2 土壤含水量消退與蒸發(fā)的關(guān)系 2010年1月1日至12月31日共有38個無雨時段,相鄰降水間隔1~59d(10.1±7.4d)。分析表明:雨前耕層土壤含水量(θT)與雨后耕層土壤含水量(θ0)、無雨時段蒸發(fā)量呈多元相關(guān)關(guān)系,θT=5.15+0.806θ0-1.144LNT,F(xiàn)=92.82**;θT=2.74+0.801θ0-0.027T,F(xiàn)=83.88**;θT=3.98+0.857θ0-0.076d-0.505Td,F(xiàn)=52.94**(式中,d代表無雨天數(shù),Td代表日平均蒸發(fā)量)。這說明耕層土壤含水量消退不僅與基期含水量有關(guān),還與無雨天數(shù)、蒸發(fā)量有關(guān)。
2.3 地表水 隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水的增加,濉溪縣水資源量趨于減少。2010-2012年3a平均地表水資源2.2億m3,比多年平均少0.5億m3。濉溪縣地表水集蓄于溝、河、塘、煤礦塌陷區(qū)內(nèi),境內(nèi)河流縱橫,8條骨干河道屬淮河水系,分別為蕭濉新河、巴河、王引河、老濉河、沱河、包澮河、澥河、北淝河,河道寬50~60m,長274km,共建有10座節(jié)制閘,庫容約5 000萬m3;煤礦塌陷水面6處,庫容3 100萬m3;大溝96條,長約980km,蓄水700萬m3。總庫容約9 000萬m3。伴隨著工、農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展和人口增長,點源、面源排污量逐年增加,多數(shù)河流、大溝的水質(zhì)降為III~IV類,尚可作灌溉水使用;采煤沉陷區(qū)水質(zhì)較好,多為II~III類。
2.4 淺層地下水 地下水是淮北平原地區(qū)的主要農(nóng)灌水源?;幢逼皆猩詈竦乃缮⒊练e層,是一個良好的蓄水體。淮北平原地下水為平原區(qū)孔隙水,按埋藏深度可分為淺層地下水和中、深層承壓地下水。淺層(0~50m)地下水屬潛水~弱承壓水,是農(nóng)田灌溉開采的主要層位。2010-2012年3a平均濉溪縣淺層地下水資源2.1億m3,比多年平均少0.5億m3。截至2012年底,有農(nóng)用機井1.87萬眼,約每6hm2耕地有1眼機井。水質(zhì)為淡水,礦化度小于0.59/L,以重碳酸—硫酸鈣、硫酸鈉或重碳酸—氯化鈣、氯化鎂為主,宜于灌溉。
隨著時間的推移,濉溪縣地下水埋深明顯加深[5]。與20世紀80年代相比,淺層地下水埋深由2.0~3.0m下降至3.5~4.5m。由于降雨年內(nèi)分配不均,地下水埋深在時間上有明顯差異,年變幅1~3m,峰值一般在7月。
2.5 干旱與澇漬
2.5.1 干旱 干旱的發(fā)生與本地區(qū)長時間無降水或降水量偏少有關(guān)。利用耕層土壤含水量與蒸發(fā)的關(guān)系,設定雨后耕層土壤相對含水量冬前75%,越冬期70%,返青至抽穗期75%,抽穗成熟期80%,凋萎系數(shù)55%,測算得雨后耕層土壤含水量下降至凋萎系數(shù)的無雨日數(shù)為:冬前32.5d,越冬期49.2d,返青至抽穗期26.1d,抽穗成熟期24.7d。據(jù)此確定干旱判定標準[6]:冬前無雨日數(shù)30d,越冬期45d,返青至抽穗期25d,抽穗成熟期20d。依據(jù)上述干旱判定標準,50個小麥生產(chǎn)周期遇干旱29次,周期均0.58次(7周期4遇) [7],其中冬前0.12次,越冬期0.24次,返青至抽穗期0.20次。
2.5.2 澇漬 某一時段遇到大雨或連陰雨,導致土壤水分連續(xù)3~5d處于飽和狀態(tài),或田間積水2d以上,即會對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響,形成澇漬。利用耕層土壤含水量與降水的關(guān)系,設定雨前耕層土壤相對含水量為55%~80%,耕層土壤含水量達到飽和狀態(tài)(相對含水量100%)需降水82.8~118.0mm。據(jù)此設定澇漬的判定標準為3d以上過程降水≥100mm,或2d內(nèi)降水≥150mm。依據(jù)上述澇漬判定標準,50個小麥生產(chǎn)周期澇漬6次,周期均0.12次(8周期1遇),主要發(fā)生在抽穗成熟期[8]。endprint
2.5.3 抗旱對策 (1)有效攔蓄天然降雨。修復現(xiàn)有節(jié)制閘,并新建一批小型節(jié)制閘,做到河河攔蓄,溝溝節(jié)制。對現(xiàn)有河網(wǎng)、溝塘分步清淤、疏浚,提升蓄水能力。(2)加深耕層。目前,濉溪縣耕深多12~15cm,不適應小麥高產(chǎn)栽培的要求。因此,要打破犁底層,加深耕層,爭取逐步達到20~25cm,提高土壤蓄水保肥能力。(3)及時人工增雨。抓住有利時機,實施人工增雨作業(yè),即使土壤墑情較好,也要適時人工增雨,增加土壤水分儲量。(4)適時補充灌溉。根據(jù)土壤墑情和作物需水規(guī)律,推行非充分灌溉,澆好播種底墑水、分蘗越冬水和拔節(jié)孕穗水。推廣管道輸水、渠道防滲、噴灌、微灌等工程節(jié)水技術(shù)和農(nóng)藝節(jié)水技術(shù),使灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.60。
3 結(jié)論與討論
3.1 小麥生產(chǎn)水資源條件 濉溪縣50個小麥生產(chǎn)周期平均降水量274.1mm,雨日47.3d,蒸發(fā)量955.3mm。2010-2012年平均地表水2.2億m3,淺層地下水2.1億m3,埋深下降到3.5~4.5m。旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系,降水強度和過程降水量、持續(xù)時間、降水間隔與頻次呈反比,各月小雨、中雨、大雨比例和日最大降水量、0.1~10mm過程降水所占比例與月次呈拋物線關(guān)系。播種、分蘗越冬期和拔節(jié)孕穗期降水20mm以上的保證率分別為66%、24%和58%。
3.2 降水和蒸發(fā)年際變化 隨著時間的推移,降水量略有減少,全生育期和返青至抽穗期雨日減少趨勢明顯;越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯趨于減少。
3.3 耕層土壤含水量與降水、蒸發(fā)的關(guān)系 耕層土壤含水量增長與雨前含水量、過程降水量多元直線相關(guān),含水量消退與雨后含水量、無雨時段蒸發(fā)量多元相關(guān)。
3.4 旱象加劇 干旱7周期4遇,澇漬8周期1遇。干旱主要發(fā)生播種至抽穗期,澇漬主要發(fā)生在抽穗后。多年的農(nóng)田基本建設,排水系統(tǒng)日趨完善,加之地下水埋深明顯加深,改變了四水(降水、地表水、土壤水、地下水)的轉(zhuǎn)化規(guī)律,加劇了旱象,尤其是近些年旱災愈來愈嚴重。小麥根系最密集、根毛最發(fā)達的部位為地表至40cm土層內(nèi),土壤毛管水上升高度一般只有0.8~1.0cm[9]。加之小麥生長期處在雨季之后至翌年雨季來臨之前,淺層地下水埋深降至3.5~4.5m,地下水很難通過毛管上升至根系密集土層,因此,要變“以排為主”為“以灌為主”。
參考文獻
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2.5.3 抗旱對策 (1)有效攔蓄天然降雨。修復現(xiàn)有節(jié)制閘,并新建一批小型節(jié)制閘,做到河河攔蓄,溝溝節(jié)制。對現(xiàn)有河網(wǎng)、溝塘分步清淤、疏浚,提升蓄水能力。(2)加深耕層。目前,濉溪縣耕深多12~15cm,不適應小麥高產(chǎn)栽培的要求。因此,要打破犁底層,加深耕層,爭取逐步達到20~25cm,提高土壤蓄水保肥能力。(3)及時人工增雨。抓住有利時機,實施人工增雨作業(yè),即使土壤墑情較好,也要適時人工增雨,增加土壤水分儲量。(4)適時補充灌溉。根據(jù)土壤墑情和作物需水規(guī)律,推行非充分灌溉,澆好播種底墑水、分蘗越冬水和拔節(jié)孕穗水。推廣管道輸水、渠道防滲、噴灌、微灌等工程節(jié)水技術(shù)和農(nóng)藝節(jié)水技術(shù),使灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.60。
3 結(jié)論與討論
3.1 小麥生產(chǎn)水資源條件 濉溪縣50個小麥生產(chǎn)周期平均降水量274.1mm,雨日47.3d,蒸發(fā)量955.3mm。2010-2012年平均地表水2.2億m3,淺層地下水2.1億m3,埋深下降到3.5~4.5m。旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系,降水強度和過程降水量、持續(xù)時間、降水間隔與頻次呈反比,各月小雨、中雨、大雨比例和日最大降水量、0.1~10mm過程降水所占比例與月次呈拋物線關(guān)系。播種、分蘗越冬期和拔節(jié)孕穗期降水20mm以上的保證率分別為66%、24%和58%。
3.2 降水和蒸發(fā)年際變化 隨著時間的推移,降水量略有減少,全生育期和返青至抽穗期雨日減少趨勢明顯;越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯趨于減少。
3.3 耕層土壤含水量與降水、蒸發(fā)的關(guān)系 耕層土壤含水量增長與雨前含水量、過程降水量多元直線相關(guān),含水量消退與雨后含水量、無雨時段蒸發(fā)量多元相關(guān)。
3.4 旱象加劇 干旱7周期4遇,澇漬8周期1遇。干旱主要發(fā)生播種至抽穗期,澇漬主要發(fā)生在抽穗后。多年的農(nóng)田基本建設,排水系統(tǒng)日趨完善,加之地下水埋深明顯加深,改變了四水(降水、地表水、土壤水、地下水)的轉(zhuǎn)化規(guī)律,加劇了旱象,尤其是近些年旱災愈來愈嚴重。小麥根系最密集、根毛最發(fā)達的部位為地表至40cm土層內(nèi),土壤毛管水上升高度一般只有0.8~1.0cm[9]。加之小麥生長期處在雨季之后至翌年雨季來臨之前,淺層地下水埋深降至3.5~4.5m,地下水很難通過毛管上升至根系密集土層,因此,要變“以排為主”為“以灌為主”。
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2.5.3 抗旱對策 (1)有效攔蓄天然降雨。修復現(xiàn)有節(jié)制閘,并新建一批小型節(jié)制閘,做到河河攔蓄,溝溝節(jié)制。對現(xiàn)有河網(wǎng)、溝塘分步清淤、疏浚,提升蓄水能力。(2)加深耕層。目前,濉溪縣耕深多12~15cm,不適應小麥高產(chǎn)栽培的要求。因此,要打破犁底層,加深耕層,爭取逐步達到20~25cm,提高土壤蓄水保肥能力。(3)及時人工增雨。抓住有利時機,實施人工增雨作業(yè),即使土壤墑情較好,也要適時人工增雨,增加土壤水分儲量。(4)適時補充灌溉。根據(jù)土壤墑情和作物需水規(guī)律,推行非充分灌溉,澆好播種底墑水、分蘗越冬水和拔節(jié)孕穗水。推廣管道輸水、渠道防滲、噴灌、微灌等工程節(jié)水技術(shù)和農(nóng)藝節(jié)水技術(shù),使灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.60。
3 結(jié)論與討論
3.1 小麥生產(chǎn)水資源條件 濉溪縣50個小麥生產(chǎn)周期平均降水量274.1mm,雨日47.3d,蒸發(fā)量955.3mm。2010-2012年平均地表水2.2億m3,淺層地下水2.1億m3,埋深下降到3.5~4.5m。旬降水量、雨日和蒸發(fā)量、降水過程與旬次呈拋物線關(guān)系,降水強度和過程降水量、持續(xù)時間、降水間隔與頻次呈反比,各月小雨、中雨、大雨比例和日最大降水量、0.1~10mm過程降水所占比例與月次呈拋物線關(guān)系。播種、分蘗越冬期和拔節(jié)孕穗期降水20mm以上的保證率分別為66%、24%和58%。
3.2 降水和蒸發(fā)年際變化 隨著時間的推移,降水量略有減少,全生育期和返青至抽穗期雨日減少趨勢明顯;越冬期、返青至抽穗期、抽穗成熟期和全生育期蒸發(fā)量明顯趨于減少。
3.3 耕層土壤含水量與降水、蒸發(fā)的關(guān)系 耕層土壤含水量增長與雨前含水量、過程降水量多元直線相關(guān),含水量消退與雨后含水量、無雨時段蒸發(fā)量多元相關(guān)。
3.4 旱象加劇 干旱7周期4遇,澇漬8周期1遇。干旱主要發(fā)生播種至抽穗期,澇漬主要發(fā)生在抽穗后。多年的農(nóng)田基本建設,排水系統(tǒng)日趨完善,加之地下水埋深明顯加深,改變了四水(降水、地表水、土壤水、地下水)的轉(zhuǎn)化規(guī)律,加劇了旱象,尤其是近些年旱災愈來愈嚴重。小麥根系最密集、根毛最發(fā)達的部位為地表至40cm土層內(nèi),土壤毛管水上升高度一般只有0.8~1.0cm[9]。加之小麥生長期處在雨季之后至翌年雨季來臨之前,淺層地下水埋深降至3.5~4.5m,地下水很難通過毛管上升至根系密集土層,因此,要變“以排為主”為“以灌為主”。
參考文獻
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