李 德，孫有豐，孫 義

(安徽省宿州市氣象局，安徽宿州 234000)

皖北砂姜黑土地冬小麥生育期尺度干旱指標研究

李 德，孫有豐，孫 義

(安徽省宿州市氣象局，安徽宿州 234000)

為給砂姜黑土區(qū)小麥干旱災害監(jiān)測、預警、評估等工作提供參考，利用代表站點的氣象資料、冬小麥生育期觀測資料和麥田不同時期土壤水分測定資料，采用平均值、點聚圖、有序樣本最優(yōu)聚類等方法，建立了皖北砂姜黑土地冬小麥生育期尺度的土壤水分、降水量負距平百分率、麥田水分盈虧率干旱指標，并分為輕旱、中旱、重旱和特旱4個等級。經(jīng)檢驗，降水量負距平百分率指標和水分虧缺率指標的平均正確率均在80%以上，2種指標對重旱和長期干旱具有較強的解釋能力。同時，給出了不同生育期發(fā)生不同等級干旱時的減產(chǎn)率參考值。

冬小麥；生育期；干旱指標；減產(chǎn)率

砂姜黑土是淮河流域古老耕作土壤，主要分布于安徽、山東、河南、江蘇省內(nèi)，安徽省內(nèi)約有165萬hm2，且為冬小麥主產(chǎn)區(qū)。由于砂姜黑土毛管性能弱，供水能力差，極易發(fā)生旱災[1]，為安徽省冬小麥干旱災害的重度和極重度風險區(qū)[2-3]，干旱已成為該區(qū)域冬小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因素[4]。特別是近年來，隨著全球氣候的變化，淮河流域農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)生頻率和強度明顯增加與趨重[5]。如2008-2009年的秋冬春連旱給當?shù)氐男←溕a(chǎn)造成嚴重影響[6]。因此，開展砂姜黑土區(qū)冬小麥生育期間干旱指標的研究，對開展旱災的監(jiān)測、預警、評估等工作具有重要意義。

近年來，許多學者圍繞小麥干旱評價指標進行了大量研究，先后建立了降水量[7]、葉-氣溫差[8]、土壤水分[9]、作物供需水[9]、形態(tài)特征[10]等指標，并用于干旱災害評估。然而，由于干旱災害具有區(qū)域性，且與作物種類密切相關(guān)。因此，需針對不同區(qū)域不同土壤類型分別建立干旱指標，方能滿足精準化服務需求。然而目前針對皖北砂姜黑土地冬小麥的此方面研究尚較鮮見。

本研究利用淮河流域皖北砂姜黑土地麥區(qū)代表站點的長序列氣象資料、冬小麥觀測資料和麥田不同時期降水前后土壤水分資料，采用平均值、點聚圖、有序樣本最優(yōu)聚類等方法，分別建立冬小麥不同生育期土壤水分、降水量負距平百分率、麥田水分盈虧率指標，以期為該區(qū)域冬小麥干旱災害的監(jiān)測、預警、評估等工作提供基礎(chǔ)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域基本情況

在中國小麥種植區(qū)劃中，安徽省淮北平原屬北方冬麥區(qū)的黃海麥區(qū)[11]，砂姜黑土地主要分布在淮北平原中南部的河間平原(圖1)，即臨泉、渦陽、埇橋和泗縣一線以南和沿淮崗地以北地區(qū)，占平原總土地面積的53%。砂姜黑土區(qū)內(nèi)12個站點(圖1)在1971-2010年冬小麥生育期內(nèi)的平均降水量為300 mm左右，≥0 ℃的積溫為2 300 ℃·d，日照時數(shù)為1 300 h，氣候條件適宜冬小麥種植，常年冬小麥種植面積占安徽省耕地面積的65%以上。在中國農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中，安徽省淮北平原的砂姜黑土區(qū)屬于冬小麥優(yōu)質(zhì)種植區(qū)[12]。

1.2 資料來源

選取皖北12個砂姜黑土主要分布縣(區(qū))即臨泉、阜南、太和、阜陽、潁上、懷遠、五河、蒙城、渦陽、埇橋、泗縣、濉溪的氣象實測值，進行冬小麥生育期間氣候條件分析；利用冬小麥生產(chǎn)期間灌溉面積相對較少的埇橋區(qū)冬小麥生育期間的氣象資料，進行降水量負距平百分率指標和水分虧缺率指標建立。其中，1960-2012年12個站點冬小麥單產(chǎn)數(shù)據(jù)取自各縣(區(qū))統(tǒng)計年鑒，相應年度冬小麥生育期間降水量、氣溫等實測值取自安徽省氣象信息中心。1980-2013年埇橋區(qū)冬小麥生育期、干旱災害觀測與調(diào)查資料和不同時期同步測定的土壤水分資料，以及2004-2006年冬小麥生育期內(nèi)不同時間降水前后測定的土壤水分資料，均取自安徽省宿州市農(nóng)業(yè)氣象試驗站。使用時剔除當年播種期進行灌溉的土壤水分樣本。

宿州市農(nóng)業(yè)氣象試驗站觀測試驗基地中心經(jīng)緯度為117°E、33.6°N，海拔高度為25.9 m，試驗地段各土層的田間持水量、土壤容重和凋萎系數(shù)見表1。觀測試驗基地土壤綜合肥力屬中等水平，其中土壤有機質(zhì)含量22.86 g·kg-1，全氮含量1.17g·kg-1，堿解氮含量77.0 mg·kg-1，速效磷含量25.5 mg·kg-1，速效鉀含量110.0 mg·kg-1，pH 6.9。

表1 宿州市農(nóng)業(yè)氣象觀測與試驗地段的田間持水量、土壤容重和凋萎系數(shù)Table 1 Water capacity,soil bulk density and wilting coefficient in Suzhou agrometeorological experiment station

1.3 研究方法

1.3.1 冬小麥生育時段的劃分

利用12個站點歷年冬小麥生育期觀測資料，將小麥生育進程分為6個生育時期(播種-三葉期、三葉期-越冬前、越冬期、返青期-拔節(jié)期、拔節(jié)期-抽穗期、抽穗期-乳熟期)，并依據(jù)器官建成和對產(chǎn)量構(gòu)成的作用，將小麥全生育期分為3個時段(幼苗、器官建成和籽粒形成)(表2)。

表2 冬小麥主要生育階段所對應的常年日期Table 2 Major growth period and the nomal date of winter wheat

1.3.2 冬小麥干旱災損率的提取

本研究采用逐年冬小麥的相對氣象產(chǎn)量(yh)表示災損率，如果實際產(chǎn)量高于趨勢產(chǎn)量，則表明無災損，yh取0。

一般來說，農(nóng)作物產(chǎn)量(y)可分為 3 個部分，即趨勢產(chǎn)量(yt)、氣象產(chǎn)量(yw)和隨機“噪聲”(ε)：

y=yt+yw+ε

由于ε一般忽略不計,故(1) 式可簡化為：

y=yt+yw

本研究對趨勢產(chǎn)量(yt)采用3次多項式法[13]求?。?/p>

yt=a1x3+a2x2+a3x+b

式中，a1、a2、a3分別為三次多項式的系數(shù)，b為多項式常數(shù)項，x為從1960-2012年的年代序數(shù)。

災損率(減產(chǎn)率)：yh=-yw/yt×100%

yh是一個具有時空可比性的相對指標。

1.3.3 土壤水分指標的確定

采用平均值法、點聚圖法[14-15]和有序樣本最優(yōu)聚類法[16]，綜合確定冬小麥不同生育時期發(fā)生不同等級干旱時的土壤水分指標。

(1)平均值法

將冬小麥不同生育期內(nèi)具有相同旱情等級的土壤含水量(重量含水量)資料，按照輕旱、中旱、重旱和特旱4個等級分別進行算術(shù)平均，其算術(shù)平均值即為發(fā)生某等級旱情時的土壤含水量指標。其中旱情等級是1980-2013年實際觀測到的旱情等級。旱情等級劃分方法按照國家氣象局印發(fā)的《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范(上卷)》[17]執(zhí)行，即由發(fā)生旱情時的小麥形態(tài)等綜合確定。

(2)點聚圖法

先把不同生育時期、不同等級旱情的0～20 cm土層土壤含水量樣本資料點繪在二維平面圖上，然后確定某等級旱情的上下限指標值。在確定上下限指標值時，首先考察點聚圖落在多少個區(qū)間(M)內(nèi)。區(qū)間的大小以土壤含水量的最小整數(shù)單位1%計，總樣本數(shù)為N。把l=N/M作為判據(jù)，當落在區(qū)間的點數(shù)nl時，區(qū)間的上(或下)界限值即為某一等級旱情的界限值。

如冬小麥返青-拔節(jié)期間發(fā)生特旱災情時的土壤水分資料為14個樣本(圖2)。由于特旱沒有下限，因此從落點的最大區(qū)間向小區(qū)間推。由圖2可見，N=14、M=4，則l=3.5。在區(qū)間[13，14]的落點數(shù)為n=33.5，則12即為特旱等級的上限指標值。

圖2 冬小麥返青-拔節(jié)期特旱期間的土壤水分點聚圖

(3)有序樣本最優(yōu)聚類法

先把某生育時期內(nèi)挑選出來的所有土壤水分測定資料，按照由小到大的順序進行排列得到新的有序樣本，并對其進行最優(yōu)3分割[16]，分割后各段的均值即為其指標值。

1.3.4 降水量負距平百分率指標的確定

降水量負距平百分率(Pa)是指冬小麥生長發(fā)育期間某時段內(nèi)的降水量與常年同期氣候平均降水量的差值(負值)占常年同期氣候平均降水量的百分率，它反映了降水異常導致的麥田干旱程度。

具體步驟：利用埇橋區(qū)冬小麥生育期間不同時期(或時段)的降水量負距平百分率資料作為分析樣本，按照由小到大的進行排列，形成新的有序序列。采用有序樣本最優(yōu)3分割法，得到3組，再計算分組后其組內(nèi)樣本的算術(shù)平均值，其值即為各等級旱情分級的上下限值。

同時，依據(jù)最優(yōu)分割得到的不同生育時期(或時段)干旱災情等級的上下限指標值，反查埇橋區(qū)歷史上相應年份相應生育時期(或時段)內(nèi)的實際土壤水分資料(以0～20cm)和干旱災害觀測記錄資料，再由土壤水分數(shù)據(jù)(若一個生育時期或時段內(nèi)有多次土壤水分測定記錄，則以土壤水分值最低的一次記錄為準)和實際干旱災情觀測報表，對依據(jù)有序樣本最優(yōu)分割法得到的不同生育時期和時段的旱情等級的降水量負距平百分率上下限指標值，按照連續(xù)性和降水量負距平百分率的最小整數(shù)單位5%為分割單位的原則進行校正，綜合得到不同生育時期或時段的降水量負距平百分率等級指標。

1.3.5 水分虧缺率指標的確定

冬小麥某生育時期(或階段)內(nèi)的水分虧缺率可表示為某生育時期(或階段)的自然供水量與需水量的差占需水量的百分率的負值[18]：

式中，G為冬小麥某生育時期(或階段)的水分虧率(%)。W為冬小麥某生育時期(或階段)的自然供水量，在不考慮灌溉的情況下，即為降水量(mm)[18-19]。E為冬小麥某一生育時期(或階段)的需水量(mm)，需水量為冬小麥某生育時期(或階段)的需水量，可簡化為植株蒸騰量與棵間蒸發(fā)量之和：

E=Kc×ET0

其中，Kc為相應時段的作物系數(shù)，綜合文獻[2] 和[19，20]獲得(表3)，ET0為計算時段內(nèi)的作物可能蒸散量，采用FAO推薦的Penman-Monteith模型計算[2]

表3 宿州市冬小麥的逐月作物系數(shù)(Kc)Table 3 Crop coefficients of winter wheat in each month in Suzhou city (Kc)

本研究選取埇橋區(qū)進行冬小麥水分虧缺率指標建立。先計算1971-2012年冬小麥生育期間逐旬的需水量和供水量(即降水量)，再計算各生育時期或時段內(nèi)的G值，并對G值采用有序樣本最優(yōu)聚類方法進行3分割，各組內(nèi)樣本的算術(shù)平均值即為各等級旱情分級的上下限值，并采取對降水量負距平百分率進行校正的方法和原則，確定不同生育時期干旱監(jiān)測的水分虧缺率指標。

1.3.6 不同時期干旱災情減產(chǎn)率的確定

本研究采取典型干旱年均值法[21-22]確定干旱減產(chǎn)率。首先按照不同生育時期的降水量負距平百分率和水分虧缺率指標，分別對臨泉、阜南、太和、阜陽、潁上、懷遠、五河、蒙城、、濉溪、泗縣、埇橋、渦陽12個縣(區(qū))1971-2012年冬小麥生育期間各種干旱災情進行反查，從而確定各站點不同生育時期發(fā)生的干旱等級。其中，當由降水量負距平百分率和水分虧缺率確定的干旱等級出現(xiàn)不一致現(xiàn)象時，參照各地的農(nóng)業(yè)氣象災害觀測報表和2006-2012年各年度的安徽省氣象災害年鑒以及《中國氣象災害大典·安徽卷》[23]進行校正，綜合確定其干旱等級。其次，將12個站點不同時期發(fā)生的不同等級的干旱和所對應的相對氣象產(chǎn)量(yh)挑選出來，按照輕、中、重和特重4類進行分類。其中yh≥0時，舍去，不參與統(tǒng)計分析。然后，再把歸類后的yh進行算術(shù)平均，其平均值即為相應等級干旱時的平均減產(chǎn)率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析和作圖采用DPS和Excel軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 砂姜黑土區(qū)冬小麥生育期間的降水與需水情況

從小麥生育期歷史數(shù)據(jù)來看，20世紀70和80年代降水偏少，水分虧缺率較大，達到42%～43%；20世紀90年代降水偏多，水分虧缺率較小，僅為37%；2000-2012年間，冬小麥生育期間水分虧缺率與平均值接近，約為41%(表4)。從小麥生育期降水分布看，播種-三葉期波動最大(變異系數(shù)0.92)，越冬期次之(變異系數(shù)0.83)，拔節(jié)-抽穗期變異系數(shù)為0.81，其他時段為0.61～0.63，表明各生育時期降水波動都較大，易出現(xiàn)干旱或漬澇災害。從生長階段來看，籽粒形成階段變異系數(shù)最大(0.81)，是其余2個時段的1.5～2倍，表明在小麥籽粒形成階段降水量年際間波動顯著，最易發(fā)生干旱或漬澇災害(表5)。

表4 冬小麥生育期間的降水量與需水量Table 4 Precipitation and water requirement during the growth of winter wheat

2.2 典型干旱年份冬小麥生育期間供需水分析

埇橋區(qū)地處砂姜黑土區(qū)中部，氣候條件在砂姜黑土具有一定的代表，因此以埇橋區(qū)為例，分析冬小麥生育期間供需水情況(圖3)。1980-1981年是典型的干旱年份，其冬小麥全生育期間降水量和蒸散量分別為133.9和543.8 mm，相差約410.0 mm。同時，從蒸散量看，干旱年份的蒸散量比多年平均蒸散量多53.2 mm，表明在干旱年份，降水稀少，日照豐富，麥田蒸散量相應增大。

從圖3可見，在播種-越冬前和拔節(jié)-成熟期，降水量少于蒸散量，尤其是拔節(jié)期以后，降水量與蒸散量的差值越來越大。越冬期-拔節(jié)前降水量與蒸散量基本平衡，表明此段時間內(nèi)，冬小麥自然降水量可以滿足冬小麥生長發(fā)育對水分的需求。

表5 冬小麥不同生育期的降水變異系數(shù)(CV)Table 5 Variation coefficient(CV) of precipitation during different growth period of winter wheat

1st、2nd和3rd分別指每月的上中下旬。下表同。

1st,2nd and 3rd refer to the first,second and third ten days per month. The same in fig. 4 and 5.

圖3 埇橋區(qū)冬小麥生育期間典型干旱年份和多年平均降水量與蒸散量的旬變化

Fig.3 Variations of mean and typical drought year precipitation and evapotranspiration in ten days per month during winter wheat growth stages at Yongqiao district

2.3 麥田土壤水分變化規(guī)律

2.3.1 季節(jié)變化

圖4與圖5分別為埇橋區(qū)1980-2012年冬小麥生育期間0～10 cm、40～50 cm土層水分變化情況。從圖4可以看出，冬小麥生育期間0～10 cm土層含水量變化曲線呈準拋物線型，即土壤水分含量在上年秋季冬小麥播種時相對偏低，出苗到分蘗期逐漸增加，越冬-返青期相對穩(wěn)定，返青以后一段時間略增加，拔節(jié)后逐漸下降，抽穗灌漿期又逐漸減小。從砂姜黑土地麥田各生育期的適宜土壤水分指標(田間持水量的65%～80%)[24]看，冬小麥播種-三葉期和抽穗-乳熟期間的土壤水分含量均低于適宜值，表明冬小麥生育期間尤其是后期，0～10 cm土層水分含量總體不足。

從圖5可見，冬小麥生育期間40～50 cm土層的含水量變化趨勢與圖4基本一致，但比0～10 cm土層含水量平均約高出5%。其中，播種-越冬和拔節(jié)后土壤含水量較低，其他階段均較高，尤其是11月下旬至3月上旬的冬小麥分蘗-拔節(jié)前一段時間內(nèi)，40～50 cm土層的含水量均接近或略高于田間持水量，可見這段時間內(nèi)的土壤水分是冬小麥生長發(fā)育可以充分利用的土壤水分資源。

2.3.2 垂直變化

圖6為典型旱年(1980-1981)麥田冬小麥不同發(fā)育期土壤含水量變化剖面圖。由圖6可見，在干旱時期，麥田土壤含水量由表層向深層逐漸增大，在20～30 cm的犁底層以下土壤含水量基本穩(wěn)定。0～5 cm、5～10 cm和10～20 cm土層的含水量變化較大，尤其是干旱程度越重，這3個層次的土壤水分含量變化幅度越大，如成熟期、播種期和抽穗期發(fā)生重旱時，0～20 cm土層土壤含水量變化幅度明顯高于其他時期發(fā)生中旱和輕旱時期的變化幅度。

另外，20 cm深度處為土壤水分變化分界層，20 cm以下土壤水分含量各個時期隨土壤深度加深而增大，直到50～60 cm土層。自60 cm深度開始向下土壤水分相對穩(wěn)定。

依據(jù)砂漿黑土地麥田土壤水分垂直變化規(guī)律，結(jié)合水利和農(nóng)業(yè)部門制定的土壤墑情評價指標[25]，可認為，在麥田土壤墑情和干旱監(jiān)測中，評定0～20 cm土層土壤水分含量基本可以滿足旱情等級鑒定工作要求。因此，本研究在制定土壤水分干旱指標時，選取0～20 cm土層的土壤水分監(jiān)測資料為樣本。

圖4 1980-2012年冬小麥生育期間0～10 cm土壤水分的變化

圖5 1980-2012年冬小麥生育期間40～50 cm土壤水分的變化

2.4 麥田干旱的土壤水分指標

利用宿州市農(nóng)業(yè)氣象試驗站麥田土壤墑情觀測資料和干旱期間監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別建立不同生育期麥田干旱的土壤水分平均值指標、點聚圖指標和最優(yōu)分割指標。然后，取3種方法得到的各種指標的交叉部分。同時，考慮到分級指標的連續(xù)性和土壤水分的精確度(以0.5%為土壤重量含水量的計量單位)，綜合確定不同生育時期、不同旱情等級時的土壤重量含水量指標(表6)。

2.5 麥田干旱的降水負距平百分率指標

按照1.3節(jié)方法，分別建立不同生育期的降水負距平率和水分虧缺率指標。同時，依據(jù)3類有序樣本聚類結(jié)果的各類組間樣本均值得到干旱等級分類的上、下界限值，并按習慣，先四舍五入取整數(shù)值，再取靠近整數(shù)5或10的值，最終得到分類界限值(表7和表8)。

圖6 1980-2012年冬小麥不同生育期干旱時麥田逐層土壤含水量的變化

生育期Growthstage干旱等級 Droughtgrade輕旱Lightdrought中旱Middledrought重旱Heavydrought特旱Seriousdrought播種-三葉 Seeding-Tillering17.0

H：0～20 cm土層重量含水量。

H:0-20 cm soil water content.

表7 冬小麥不同生育時期的降水負距平百分率指標Table 7 Negative anomaly rates of precipitation of winter wheat at different growth stages under drought %

表8 冬小麥不同生育時期的水分虧缺率指標Table 8 Rate of water deficit in winter wheat at different growth stages under drought %

2.6 降水負距平與水分虧缺率指標的回代檢驗

利用埇橋區(qū)1980-2012年冬小麥生育期間實際發(fā)生的干旱災情資料，結(jié)合干旱災害發(fā)生時麥田土壤相對水分資料及其冬小麥受害情況等，綜合確定干旱等級。然后，分別用降水負距平百分率指標和水分虧缺率指標，對埇橋區(qū)1980-2012年冬小麥生育期間不同時期干旱災情進行檢驗。從表9可見，降水量負距平百分率指標和水分虧缺率指標的歷史回代正確率基本上是生育時期長的時段高于時期偏短的時段，生育前期高于生育后期。分析其原因，主要是生育時期相對偏短時期內(nèi)的降水量年際間波動率高于相對較長時期。生育后期的正確率低于生育前期，與前期(秋季、冬季和初春季節(jié))降水多為連續(xù)性降水，時間分布相對較均，而后期多為集中性降水且雨量較大有關(guān)。綜合來看，旱情等級越高，其回代準確率越高，表明2種指標對等級較重旱情和長時間的干旱災害有較強的解釋能力。

表9 冬小麥不同生育時期降水量負距平百分率和水分虧缺率指標的正確率Table 9 Correct rate of negative precipitation anomaly percentage and rate of water deficit of winter wheat at different growth stages %

“/”前后的數(shù)值分別為降水負距平百分率和水分虧缺率。

Negative precipitation anomaly and rate of water deficit are before and after “/”,respectively.

2.7 冬小麥不同生育時期干旱災害的減產(chǎn)率參考值

利用1960-2012年臨泉、阜南等12個站點逐年的yh樣本資料，按照不同時期不同等級災情所對應的yh進行歸類，并求取算術(shù)平均值，從而得到不同生育時期發(fā)生不等級干旱時的參考減產(chǎn)率(表10)。從表10可以看出，不同生育期發(fā)生不同等級干旱時，以拔節(jié)-抽穗期干旱減產(chǎn)率最大，如重度干旱時的減產(chǎn)率為20%，返青-拔節(jié)、抽穗-乳熟期減產(chǎn)率次之，越冬期干旱減產(chǎn)率最小，但播種-三葉期發(fā)生重度以上干旱時，減產(chǎn)率較中度等級以下干旱陡然增大。從不同生育階段來看，發(fā)生重度等級干旱時，以器官建成階段的減產(chǎn)率最大，幼苗階段次之，籽粒形成階段減產(chǎn)率相對略低，如發(fā)生重度干旱時，器官建成階段的減產(chǎn)率25%～35%，幼苗階段的減產(chǎn)率為15%～25%，籽粒形成階段的減產(chǎn)率則為15%～20%。表明在本區(qū)域內(nèi)，拔節(jié)-抽穗期與器官建成階段的干旱災害對產(chǎn)量危害最重，播種-三葉期和幼苗階段的重度干旱對產(chǎn)量的危害次之。

3 討 論

小麥干旱發(fā)生發(fā)展的機理極為復雜，且目前仍很模糊。干旱指標的確定涉及大氣、作物、土壤等因素，且受到時空因素的影響。某一干旱指標很難達到時空上的普遍適用條件，干旱指標也多是建立在特定區(qū)域或時間范圍內(nèi)，有其相應的時空尺度[9,26-28]。因此，針對地處黃淮平原南部的皖北地區(qū)砂姜黑土地建立冬小麥干旱指標，對麥田干旱監(jiān)測、預警、評估等工作具有重要意義。

本研究利用長序列農(nóng)業(yè)氣象觀測資料、土壤水分實測數(shù)據(jù)，結(jié)合長期干旱監(jiān)測樣本，采用平均值、點聚圖、有序樣本最優(yōu)聚類等方法，綜合建立了皖北砂姜黑土地冬小麥生育期尺度干旱的土壤水分、降水量負距平百分率和水分虧缺率監(jiān)測指標，并分為輕旱、中旱、重旱和特旱4個等級。其中土壤水分指標是對砂姜黑土地麥田不同生育期發(fā)生不同等級旱情時的定位實測土壤水分資料的歸納利用，可用于麥田旱情實時監(jiān)測。降水量負距平百分率指標和水分虧缺率指標的歷史樣本回代檢驗平均正確率均在80%以上，且2種指標對重旱、特旱和跨生育期的長期干旱具有較強的解釋能力，與朱自璽等[26]、李樹巖等[28]基于降水相對距平建立的華北平原冬小麥干旱和河南省玉米干旱評估指標揭示的規(guī)律基本一致，即能監(jiān)測長時間尺度的作物干旱。因此，本研究所建指標可作為麥田旱情監(jiān)測指標使用。同時，本研究建立的冬小麥重旱和特旱等級的降水距平指標，比朱自璽等[26]所建指標值偏高，分析其原因，本研究的區(qū)域較朱自璽等研究的區(qū)域偏南、偏東，冬小麥生育期間降水量明顯多于華北平原。

本研究中，自2000年以來，皖北砂姜黑土地冬小麥生育期內(nèi)水分虧缺率為41%，拔節(jié)以后的水分供需差額明顯增大。播種-三葉期降水量變異系數(shù)(0.92)最大，其次為越冬期和拔節(jié)-抽穗期及籽粒形成階段，這與王曉東等[29]、許 瑩等[30]研究結(jié)論一致。

通過對冬小麥生育期間各土層土壤水分變化規(guī)律研究揭示，播種到越冬期為土壤水分緩慢上升期，返身-拔節(jié)后為逐漸下降期。耕層(0～20 cm)土壤水分變化幅度較大，耕層以下土壤水分趨于穩(wěn)定。結(jié)合李 德等[24]根據(jù)產(chǎn)量因素與各土層水分的相關(guān)程度所揭示的0～20 cm土層為影響產(chǎn)量的關(guān)鍵土層的結(jié)論，可以確定0～20 cm土層應是皖北砂姜黑土地麥田墑情監(jiān)測評定的關(guān)鍵土層。

已有研究表明，播前底墑水[31]以及初始土壤墑情[32]對冬小麥生長發(fā)育具有重要作用。本研究采用文獻[18]提出的對底墑水予以忽略的方法確定小麥供水量，這應是本研究所建的水分虧缺率指標回代檢驗正確率為80%的原因之一。因此，未來應引入底墑水這一參量，以提高水分虧缺率指標的精度。

另外，本研究在計算冬小麥需水量時涉及的作物參數(shù)是參照相關(guān)文獻的方法和FAO推薦的作物系數(shù)值確定的，而作物系數(shù)具有一定的地域性，且對需水量的計算具有較強的敏感性，因此下一步應根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況開展試驗來確定。

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Study on Drought Indices of Winter Wheat During the Growth Stages in the Lime Concretion Black Soil in Northern Anhui Province

LI De,SUN Youfeng,SUN Yi

(Meteorological Bureau of Suzhou in Anhui Province,Suzhou,Anhui 234000,China)

In order to provide reference for monitoring,early-warning and assessing drought of winter wheat in lime concretion black soil,the indices of winter wheat in northern Anhui province during the growth stages were set up using meteorological data at the representative sites and statistical method. The drought indices consist of soil moisture,negative anomaly percentage of precipitation and rate of water deficit in wheat field and are classified into four levels (light,medium,severe and extreme). Testing result shows severe and long-term drought were attributed to negative anomaly percentage of precipitation and rate of water deficit with the accuracy over 80%. The reference values of yield reduction rate under different drought levels at different growth stages were also given.

Winter wheat; Growth stages; Drought indexes; Yield reduction rate

時間：2017-01-16

2016-07-21

2016-09-28

國家公益性行業(yè)(氣象)科研專項(GYHY201006027)；2016年度安徽省氣象科技發(fā)展基金項目(KM201605)

E-mail：szlide@sohu.com

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)02-0220-12

網(wǎng)絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170116.1835.027.html