孫培良 楊士恩 邱東鳳 王曉靜

(山東省聊城市氣象局，聊城 252000)

合理開發(fā)云水資源促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展

孫培良 楊士恩 邱東鳳 王曉靜

(山東省聊城市氣象局，聊城 252000)

本文通過聊城市1971～2015年的逐年降水與同期糧食產(chǎn)量資料進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)：自然降水是影響聊城地區(qū)生態(tài)變化的主要因子；氣象觀測(cè)資料表明，近45年來聊城地區(qū)年降水量呈現(xiàn)出越來越少的趨勢(shì)，而工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活用水越來越多，造成水分虧缺嚴(yán)重，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)不良，影響了生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。因此合理開發(fā)空中云水資源、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境、促其系統(tǒng)良性運(yùn)行，是確保聊城生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

自然降水；生態(tài)農(nóng)業(yè)；云水開發(fā)；可持續(xù)發(fā)展

水是生命之源。近年來由于生態(tài)平衡被人為破壞，影響到了水因子在自然界中的良性循環(huán)，使得水資源收支的失衡和自然降水時(shí)空分布與生態(tài)耗水的失調(diào)，又導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步惡化。周而復(fù)始，使得整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)陷于惡性循環(huán)[1-5]。本文以分析水――這一影響生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵、敏感因子近年來在聊城區(qū)域系統(tǒng)中的平衡狀況為切入點(diǎn)，討論合理開發(fā)云水資源、生態(tài)優(yōu)化和確?？沙掷m(xù)發(fā)展等問題[6-8]。

1 資料來源

降水資料來自聊城市國(guó)家氣象觀測(cè)站1971-2015年的逐日觀測(cè)資料；同期的糧食產(chǎn)量資料來源于聊城市統(tǒng)計(jì)年鑒；水利資料來源于聊城市水文局和聊城市水利局。

2 自然降水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

生態(tài)平衡，是指在當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件下所形成的植被群落與當(dāng)?shù)氐臍夂蛞卦谀芰苛?、物質(zhì)流的相互作用、相互交換中所形成的動(dòng)態(tài)狀況。而“水”在其中的循環(huán)起著至關(guān)緊要的作用[9-10]。

2.1 年平均降水量的多寡影響植被類型的分布

眾所周知，水是形成當(dāng)?shù)貧夂驐l件的重要因子之一。累年平均降水量多的地區(qū)，一般植被生長(zhǎng)繁盛，高大密茂；累年平均降水量少的地區(qū)，干旱出現(xiàn)的機(jī)率大，往往因水分供給不足，導(dǎo)致群落衰微，矮小稀枯[11-12]。

2.2 生態(tài)植被隨著自然降水量的年際變化而變化

自然降水量的多寡及其時(shí)空分布對(duì)植被生長(zhǎng)的影響起著決定性的作用，當(dāng)光熱充足時(shí)，尤其明顯。對(duì)于地處半濕潤(rùn)、半干旱地區(qū)，光照、熱量條件又相對(duì)充足的聊城來說，更是如此。種植作物是生態(tài)系統(tǒng)中植被群落的組成部分，分析種植作物與自然降水量的關(guān)系，對(duì)于揭示生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和演變過程可見一斑[13-15]。

表1 聊城地區(qū)1971～2015年降水量距平百分率與糧食作物相對(duì)產(chǎn)量距平百分率統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表1

年代降水距平百分率/%相對(duì)產(chǎn)量距平百分率/%同步性干旱程度排序年代降水距平百分率/%相對(duì)產(chǎn)量距平百分率/%同步性干旱程度排序19829.95.0是200416.70.2是19833.2-1.62006-42.1-2.7是3198420.61.9是2007-6.1-1.9是198545.49.8是2008-14.5-0.9是1986-31.3-5.0是7200912.40.8是1987-15.7-1.6是201041.50.2是1988-29.9-2.4是8201124.65.4是1989-27.6-8.7是102012-19.1-4.0是199045.92.6是201369.37.1是199112.5-23.1否201421.92.9是1992-16.8-1.6是2015-21.2-0.7是199317.74.4是

注：相對(duì)產(chǎn)量距平百分率為該年所有糧食作物單產(chǎn)的氣象產(chǎn)量除以當(dāng)年單產(chǎn)所得的百分?jǐn)?shù)。

通過對(duì)聊城年降水量、所有糧食作物年平均單產(chǎn)歷史資料的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在1971～2015年的45年中，存在趨勢(shì)同步關(guān)系的有37年、占82.2%(詳見表1)；存在不同步、尚待進(jìn)一步分析的有4年、占：8.9%；不明顯的有4年、占8.9%。其中不同步的2002年，年降水量距平百分率是負(fù)值，而年相對(duì)產(chǎn)量距平百分率呈現(xiàn)為正值，是由于年降水距平百分率之絕對(duì)值不是太大，且該年降水分布時(shí)段與作物生長(zhǎng)需水的階段性規(guī)律相對(duì)比較協(xié)調(diào)的結(jié)果；存在不同步的1961、1979、1983和2004年，雖然年降水距平百分率是正值，但該年降水分布時(shí)段與作物生長(zhǎng)需水的階段性規(guī)律不甚協(xié)調(diào)，所以出現(xiàn)年相對(duì)產(chǎn)量距平百分率為負(fù)值的結(jié)局。

3 聊城的生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)情況

為反映近年來聊城的生態(tài)狀況，下面著重從農(nóng)作物耗水與自然降水量的差異、1971年以來自然降水量的年際變化兩方面進(jìn)行討論。

3.1 現(xiàn)有產(chǎn)量水平下自然降水量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足的作物耗水量

聊城地區(qū)近年來大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)的同時(shí)，主要種植作物是以冬小麥和夏玉米為主糧食作物。

冬小麥平均單產(chǎn)近20年(1996～2015)累年平均為5960.6kg/hm2；夏玉米平均單產(chǎn)近20年累年平均為6055.4kg/hm2。小麥的蒸騰系數(shù)為450～600、玉米的蒸騰系數(shù)為250～300；其經(jīng)濟(jì)系數(shù)：小麥為0.3～0.4、玉米為0.25～0.4。依此計(jì)算，冬小麥全生育期蒸騰需水近20年平均為670.5～894.0mm，近10年平均為1027.6～1370.1mm；夏玉米全生育期蒸騰需水近20年平均為378.4～605.5mm，近10年平均為499.7～799.5mm。據(jù)有關(guān)資料，冬小麥、夏玉米蒸騰需水約占其全生育期農(nóng)田需水量的60%～70%。所以冬小麥全生育期農(nóng)田需水量：近20年平均為957.8～1489.9mm；夏玉米全生育期農(nóng)田需水量：近20年平均為540.6～1009.2mm。也就是說，依現(xiàn)有產(chǎn)量水平冬小麥全生育期農(nóng)田需水量在957.8mm以上，夏玉米全生育期農(nóng)田需水量在540.6mm以上。由于人多地少，現(xiàn)行耕作制度大多為一年兩熟制，要保證作物的正常生長(zhǎng)，每年必須有1498mm以上的自然降水才能滿足作物農(nóng)田的水分需求。然而，全市自然降水量累年(1971～2015年)平均只有568.8mm。全市最少的莘縣累年平均僅536.0mm，全市最多的東阿累年平均也不過600.8mm。自然降水量最少的1992年全市平均僅312.7mm，臨清為全市最少僅187.2mm，東昌府區(qū)為全市最多也只有469.1mm；自然降水最多的1971年全市平均795.9mm，臨清最少為689.3mm，茌平縣最多890.7mm。1971～2015的45年中均不能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)水平1020mm左右的需水量，均存在數(shù)量不等的缺口水量。正常年份(自然降水距平百分率在±20%之間)全市平均降水量為456.0～650.0mm之間，只能滿足作物生長(zhǎng)正常需水量的30%～43%，缺口水量至少為570～680mm左右。遇到干旱年份時(shí)缺口水量則會(huì)更多。

3.2 聊城1971～2015年的干旱出現(xiàn)頻率

按照現(xiàn)行氣候評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將年降水量距平百分率<-20%的年份定為偏少年份。分析1971～2015年聊城45年降水資料，出現(xiàn)年降水量偏少年份有10年，分別是1972、1986、1988、1989、1995、1997、1999、2001和2002年。也就是說，20世紀(jì)60、70年代的20年中，降水偏少年份有1年，20年1遇；80年代的10年中，有3年，10年3遇；進(jìn)入90年代至今的25年中有6年，為4年1遇，且年降水最少的6年中有5年年均出現(xiàn)于此時(shí)間段?？梢?，干旱發(fā)生頻率愈來愈高，干旱程度也愈來愈嚴(yán)重(詳見表1)

水利部門對(duì)聊城1999年全市用水情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：總用水量146600萬(wàn)立方米，其中農(nóng)業(yè)用水占總用水量的48.5%、工業(yè)用水占總量的35.5%、城市生活用水和農(nóng)村人畜用水占10.7%、城市生態(tài)用水占5.3%。該年降水量全市平均為428.0mm，較累年平均值(568.8mm)偏少24.8%。

20世紀(jì)90年代以來，農(nóng)業(yè)缺口水量的逐年增多和累積，再加之工業(yè)用水、生活用水、城市生態(tài)用水，致使對(duì)地下水源的開采和對(duì)地面河流的攔截更為嚴(yán)重。資料顯示，1983年全市有機(jī)井2091眼，1994年已增至15804眼。其后果就是地下水位明顯下降。

至于攔截地面河流，其前景也不容樂觀。曾經(jīng)為聊城的發(fā)展繁榮帶來勃勃生機(jī)的大運(yùn)河，如今聊城境內(nèi)的已干涸見底。

4 合理開發(fā)云水優(yōu)化生態(tài)確保聊城生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

現(xiàn)在倍受關(guān)注、倍受重視，且已積極采用的自然生態(tài)改善措施有：退耕還林(草)、節(jié)水灌溉、廢水利用等[16-17]。在采用這些措施的同時(shí)，還應(yīng)該更加注重對(duì)空中云水的開發(fā)，即加大對(duì)人工降(增)雨的開發(fā)力度。此舉不僅成本低、覆蓋面大，而且在有利于植被生長(zhǎng)之外不會(huì)產(chǎn)生任何顯性的或者隱性的不利影響，又能有效地補(bǔ)給地面河溪水量和地下水源。因此在不至于造成災(zāi)害的前提下，人工增雨作業(yè)應(yīng)該常年進(jìn)行；一旦作業(yè)條件成熟，就要進(jìn)行。要改變以往那種只有當(dāng)旱象明顯、災(zāi)情嚴(yán)重、不得不解燃眉之急時(shí)，才去作業(yè)的被動(dòng)習(xí)慣[18-20]。

通過人工增雨作業(yè)增加降水量，可以使地表和地下水得到有效補(bǔ)給；為今后聊城農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全實(shí)施及可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境。因此，合理開發(fā)空中水資源、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境、促使生態(tài)系統(tǒng)的良性運(yùn)行，是促進(jìn)聊城農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

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Rational Development of Cloud Water Resources to Promote the Sustainable Development of Ecological Agriculture

SUN Peiliang YANG Shien QIU Dongfeng WANG Xiaojing

(Liaocheng Meteorological Bureau of Shandong Province，Liaocheng 252000)

Based on the correlation analysis between yearly precipitation and grain yield data in Liaocheng City from 1971 to 2015，it is found that natural precipitation is the main factor affecting the ecological change in Liaocheng area. Meteorological observation data show that the annual precipitation in Liaocheng area More and more trends，and industrial and agricultural production and residents living more and more water，resulting in serious water deficit，leading to poor ecosystems，affecting the sustainable development of ecological agriculture. Therefore，it is an important way to ensure the sustainable development of Liaocheng ecological agriculture by rationally developing air cloud water resources，optimizing the ecological environment and promoting the healthy operation of its system.

natural precipitation；ecological agriculture；cloud water development；sustainable development

孫培良，高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)與服務(wù)、氣象災(zāi)情調(diào)查與評(píng)估研究

X21

A

1673-288X(2017)03-0068-03

項(xiàng)目資助：聊城市氣象局2016創(chuàng)新基金(LCCX001)：“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)觀測(cè)與服務(wù)指標(biāo)研究”

引用文獻(xiàn)格式：孫培良 等.合理開發(fā)云水資源促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(3)：68-70.