趙福民 王新華 萬大紅

摘要 人類對水資源的需求量隨著人口數(shù)量的增長而增長，水資源保護與合理開發(fā)對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著重要影響。云南省2001—2015年水資源總量由2 561.94億m3降低到1 872.00億m3；其中昆明市2015年水資源總量為66.43億m3，農(nóng)業(yè)用水只占總量的12%。為解決水資源短缺和區(qū)域水資源安全問題，從而引入虛擬水的研究。結(jié)合氣象資料，利用CROPWAT軟件對昆明主要農(nóng)作物需水量和灌溉用水量進行計算分析，在滿足保證率的情況下，確定不同作物的灌溉用水量。通過研究計算，甘蔗、水稻、馬鈴薯、花生等作物的多年平均需水量分別為1 174.50、701.75、488.10和434.00 mm，灌溉需水量為717.30、715.20、170.50、119.35 mm。該研究可根據(jù)昆明的水資源實際情況為農(nóng)作物種植和制訂相應的節(jié)水灌溉制度提供一些理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 虛擬水；CROPWAT軟件；昆明；作物需水量

中圖分類號 S273 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）25-0218-03

Abstract The demand of water is growing as the population grows. Water resources protection and rational conservation can make a significant impact on the development of national economy。From 2001 to 2015， the gross of water resources in Yunnan province has reduced from 256 billion 194 million cubic meters to 187 billion 200 million cubic meters. The amount of water resources in Kunming in 2015 was about 6 billion 643 million cubic meters while used in agriculture was only about 12%.In order to solve water shortage and regional water resources security issues， the research of virtual water is introduced. Combined with the meteorological data， this paper calculates and analyzes the water requirements and irrigation requirements of main crops in Kunming by using CROPWAT to determine irrigation requirement of different crops with water demand satisfying ratio. After research and calculation， the average annual water requirements of sugarcane，rice，potato，peanut and other crops were 1 174.50，701.75，488.10 and 434.00 mm respectively. Correspondingly， the irrigation requirements were about 717.30，715.20，170.50，119.35 mm. This research， in the light of the actual situation of water resources in Kunming， provides some theoretical basis for the cultivation of crops and the establishment of watersaving irrigation system.

Key words Virtual water；CROPWAT software；Kunming；Crop water requirement

由于水資源在時間和空間上的分布不均，使得水資源供求矛盾日漸尖銳，因水資源短缺所帶來的影響已成為許多國家為發(fā)展社會經(jīng)濟增長而需解決的關(guān)鍵性問題。據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)26個國家的約2.32億人口受到缺水問題的困擾，有約占世界人口總數(shù)的20%的居民無法使用到符合安全衛(wèi)生標準的淡水；另外，水資源浪費現(xiàn)象屢禁不止，世界的水資源更新速度已經(jīng)難以滿足人類的用水需求[1]。

虛擬水[2]指的是在農(nóng)作物的生產(chǎn)過程中，不同種類的農(nóng)作物生產(chǎn)時耗用的水資源。在虛擬水研究意義方面，其研究過程大致可分為3個階段[3]：第1階段的研究主要以各地區(qū)虛擬水量的計算為主；第2階段的研究重點是虛擬水計算方法的改善；第3階段，將虛擬水的研究由原先的理論研究上升到管理高度，更加注重對虛擬水理論的應用。虛擬水的研究在我國相對起步較晚，但不可忽視我國在虛擬水研究上取得的豐碩成果。自2000年之后，在理論計算方面：項學敏等[4]提出了工業(yè)產(chǎn)品虛擬水的概念和計算方法；韓宇平等[5]就虛擬水在農(nóng)產(chǎn)品中的計算方法提出了改善。在虛擬水含量計算方面：李秀波等[6]計算了濟南市部分農(nóng)作物的虛擬水含量；秦麗杰等[7]分析了長春市農(nóng)作物虛擬水量的時空分異特征；鐘華平等[8]對虛擬水和虛擬水貿(mào)易進行了分析；秦麗杰等[9]研究了糧食貿(mào)易與水資源安全問題；馬靜等[10]對國內(nèi)虛擬水的流動進行了分析研究；雷玉桃等[11]分析了我國水資源管理存在的問題，從開發(fā)、利用、保護3個角度提出創(chuàng)新方法用于管理。虛擬水為水資源緊缺和以種植農(nóng)作物為主的地區(qū)提供了優(yōu)化配置新途徑，能較好地減輕局部因水資源緊缺而帶來的壓力，并且對環(huán)境不會產(chǎn)生惡劣的影響。筆者為尋求緩解水資源短缺的問題，結(jié)合CROPWAT軟件對昆明市的主要農(nóng)作物虛擬水進行分析，以促進地區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

1 昆明市水資源概況

云南省水資源緊缺，同時也是全國最為主要的農(nóng)業(yè)大省。昆明地處云貴高原中部，位于102°10′～103°40′ E，24°23′～26°22′ N，屬北緯低緯度亞熱帶-高原山地季風氣候，由于受印度洋西南暖濕氣流的影響，日照長、霜期短，年平均氣溫15 ℃，年均日照2 200 h左右，無霜期240 d以上。年降水量1 035 mm，5～10月為雨季，降水量占全年的85%左右；11月至次年4月為干季，降水量僅占全年的15%左右。糧食作物以水稻、玉米和馬鈴薯等為主，種植面積分別為69.66萬、170.14萬、67.29萬hm2。

2 資料與方法

2.1 資料來源

研究數(shù)據(jù)包括氣象、作物生長資料、土壤數(shù)據(jù)等。其中，氣象數(shù)據(jù)來自昆明氣象臺站，主要包括逐日降雨量、最高和最低氣溫、平均相對濕度、平均風速、日照時數(shù)等，時間序列為1981—2010年；作物生長資料通過歷年的《中國區(qū)域經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》和《云南省統(tǒng)計年鑒》獲得，主要包括作物名稱、播種日期、各生育階段時長和作物系數(shù)及生育期時間（表1、2）；采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）作物系數(shù)數(shù)據(jù)庫，得到不同作物在不同生長期的作物系數(shù)，根據(jù)當?shù)刈魑锏纳L期做適當?shù)恼{(diào)整；土壤數(shù)據(jù)通過野外調(diào)查獲得，包括土壤中總的可利用土壤含水量、最大降雨入滲率、土壤孔隙率、滲漏率、播種時土壤水可利用量和最大水層深度等。

2.2 研究方法

根據(jù)已有的氣象、作物生長和土壤資料，利用CROPWAT軟件測算云南省部分農(nóng)作物的作物需水量，結(jié)合當?shù)貙嶋H的降雨情況，計算出作物灌溉需水量。將氣象站地理位置參數(shù)、氣象參數(shù)輸入模型，即可算出各年逐月參考作物需水量和有效降雨量，再輸入作物參數(shù)和生育期資料、土壤特征資料，可得到該種作物需水量和生育期有效降雨及灌溉需水量。利用統(tǒng)計方法，計算出各種作物生育期的需水量、有效降雨量和灌溉需水量，通過分析云南省農(nóng)作物生產(chǎn)所需的作物需水量與灌溉需水量，為提高當?shù)氐乃Y源利用率和農(nóng)業(yè)節(jié)水生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

2.2.4 灌溉需水量。當有效降雨量>作物需水量，則取該階段灌溉需水量為0。整個生育期灌溉需水量（IR旱）等于各階段灌溉需水量之和：IR旱=∑max（ ETc-Peff，0）。

3 結(jié)果與分析

由表3可知，作物需水量及灌溉需水量年際變化，甘蔗生長期長，生長期發(fā)生在3月～次年2月，由于其根深葉茂，相應的作物需水量和灌溉需水量也較高。水稻、玉米、馬鈴薯、花生4種大春作物中，以水稻的需水量為最高，其次是馬鈴薯、花生和玉米。作物的生育期主要集中在5～9月，大春作物生長期內(nèi)有效降水較多，作物僅需要少量的補充灌溉（水稻除外）就可滿足需水量要求。由于水稻種植的特殊性，在移植之前需要進行泡田處理、秧田期泡田水量以及生育期還有較多的滲漏水量，因此，水稻灌溉需水量較大，甚至常常超過作物需水量。鑒于水稻灌溉需水量巨大，在水資源緊缺的地區(qū)，應適當壓縮水稻種植面積，多種植抗旱植物。生長期內(nèi)平均氣溫、風速、日照、相對濕度等氣象因子的波動，降雨發(fā)生時間、降雨量大小隨機性比較大，各年計算出來的作物需水量和灌溉需水量都不相同。由計算得到，大春作物多年平均作物需水量和灌溉需水量從高到低依次為水稻、馬鈴薯、花生、玉米，相應的作物需水量為701.75、488.10、434.00、400.05 mm，灌溉需水量依次為715.20、170.50、119.35、98.75 mm。馬鈴薯需水量較高的主要原因是其播種日期在4月份，由于該月份在該地區(qū)年內(nèi)蒸發(fā)量大，且月降雨量很少，造成作物需水量和灌溉需水量較大。小春作物需水量以油菜的為最高，其多年平均需水量為475.05 mm；其次為大豆，其多年平均需水量為372.95 mm。

4 結(jié)論與討論

昆明大春種植的主要作物水稻、玉米、馬鈴薯、花生多年平均需水量為400.05～701.75 mm，多年平均灌溉需水量為98.75～715.20 mm。大春作物多年平均作物需水量和灌溉需水量從高到低依次為水稻、馬鈴薯、花生、玉米，相應的作物需水量為701.75、488.10、434.00、400.05 mm，灌溉需水量依次為715.20、170.50、119.35、98.75 mm。小春作物需水量以油菜的為最高，其多年平均需水量為475.05 mm，其次為大豆，其多年平均需水量為372.95 mm。甘蔗生長期長，且根深葉茂，相應的作物需水量和灌溉需水量也較高。甘蔗的多年平均需水量分別為1 174.50 mm，多年平均灌溉需水量717.30 mm。

根據(jù)作物需水量及其生育期內(nèi)的有效降雨量，進行合理灌溉，科學地利用水資源，是水資源優(yōu)化配置的必然要求。但是，研究地作物灌溉試驗資料都很少，工程設計中，作物需水量基本上是采用彭曼公式并利用作物系數(shù)計算出來的，抗旱作物灌溉制度大都是根據(jù)當?shù)厝罕娚a(chǎn)習慣和豐產(chǎn)經(jīng)驗制訂，具有較大的隨意性，保證率概念不明確。虛擬水貿(mào)易歸根結(jié)底還是糧食貿(mào)易，依靠虛擬水研究，在水資源緊缺的地區(qū)，適當壓縮喜水作物的種植面積，多種植抗旱植物是最直接、最有效的途經(jīng)。同時加強國內(nèi)各地區(qū)的糧食貿(mào)易；由于水資源短缺導致的糧食供給不足地區(qū)，可以從國內(nèi)糧食生產(chǎn)富足的地區(qū)購進糧食，一方面緩解了區(qū)域水資源不足所帶來的問題，另一方面實現(xiàn)區(qū)域糧食供給平衡和水資源的可持續(xù)利用。在對農(nóng)產(chǎn)品種植結(jié)構(gòu)調(diào)整時，應該根據(jù)不同作物的作物需水量和灌溉需水量，結(jié)合當?shù)氐乃Y源具體情況作出合理的安排作物布局和灌溉，以淡化風險，保障糧食安全。

參考文獻

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