甄小麗　袁鴻猷　劉艷偉

摘要：為了探清豫西地區(qū)（三門(mén)峽、盧氏、欒川、西峽、洛陽(yáng)、孟津）近56年（1958—2013年）小麥需水量和凈灌溉需水量的變化和成因，采用單作物系數(shù)法計(jì)算小麥需水量和凈灌溉需水量，利用時(shí)間序列分析法、采用Mann-Kendall法分析小麥需水量變化趨勢(shì)，采用通徑分析法分析影響小麥需水量的主要?dú)庀笠蜃印＝Y(jié)果表明，豫西地區(qū)多年平均年參考作物蒸發(fā)蒸騰量為80766 mm，平均日蒸發(fā)蒸騰量為221 mmd，傾向率為-0745 mm年，呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，1979年以后下降趨勢(shì)明顯。豫西地區(qū)小麥的平均需水量、凈灌溉需水量分別為484、442 mm，孟津小麥的需水量和凈灌溉需水量均為最多，該地區(qū)小麥需要消耗更多的灌溉水。豫西地區(qū)小麥需水量持續(xù)下降在一定程度上減少了灌溉水利用量，影響豫西地區(qū)小麥需水量的主要?dú)庀笠蜃邮菤鉁亍?/p>

關(guān)鍵詞：小麥；需水量；氣候變化；Mann-Kendall法；通徑分析

中圖分類(lèi)號(hào)： S2744文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）21-0060-03

收稿日期：2017-04-11

基金項(xiàng)目：云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃（編號(hào)：KKSY201223076）；昆明理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃。

作者簡(jiǎn)介：甄小麗（1981—），女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，講師，主要從事巖土工程和農(nóng)業(yè)水土工程研究。E-mail：zhenxiaoli2005@163com。

通信作者：劉艷偉，博士，副教授，主要從事氣候變化及生態(tài)水文學(xué)研究。E-mail：liu-xiaocao@sohucom。

全球氣候變暖已是不爭(zhēng)的事實(shí)1]，氣候變化勢(shì)必對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生一定影響2]。農(nóng)業(yè)一直以來(lái)是用水大戶3]，Kahsay等預(yù)計(jì)到2030年發(fā)展中國(guó)家灌溉用水將增長(zhǎng)14%4]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)氣候變化條件下作物需水量和灌溉需水量的變化趨勢(shì)及其影響因子方面開(kāi)展了研究：Nkomozepi等對(duì)氣候變化條件下玉米需水量進(jìn)行分析預(yù)測(cè)5]；符娜等研究了西南地區(qū)水稻需水量變異特征6-7]；李闖等利用多年氣象資料分析計(jì)算了烤煙和小麥灌溉需水變化規(guī)律8]；王衛(wèi)光等模擬了氣候變化對(duì)2種灌溉模式下水稻需水量的影響9]；劉曉英等分析了近50年來(lái)華北地區(qū)主要作物的需水量的變化趨勢(shì)及其成因10]；劉鈺等對(duì)中國(guó)30年4種主要作物需水量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析11]。

豫西地區(qū)位于我國(guó)最主要的糧食生產(chǎn)區(qū)——河南，小麥?zhǔn)钱?dāng)?shù)刂饕募Z食作物之一，近年來(lái)，小麥單產(chǎn)穩(wěn)步上升12]。由于河南是嚴(yán)重缺水的地區(qū)之一1]，小麥生長(zhǎng)又受到降雨時(shí)空分布不均勻的影響，對(duì)氣候變化條件下小麥需水量變化規(guī)律分析顯得尤為重要。本研究根據(jù)豫西地區(qū)6個(gè)氣象站點(diǎn)1958—2013年的日氣象資料，研究豫西地區(qū)小麥需水量的變化趨勢(shì)，并采用通徑分析研究小麥需水量的變化成因，旨在研究豫西地區(qū)小麥蒸發(fā)蒸騰量的變化特征及其成因，并為豫西地區(qū)水資源優(yōu)化配置提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

BT1#]STHZ]1材料與方法

11資料來(lái)源

豫西地區(qū)地處溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，是河南省小麥主產(chǎn)區(qū)13]。本研究選取豫西地區(qū)6個(gè)代表站點(diǎn)（三門(mén)峽、盧氏、欒川、西峽、洛陽(yáng)、孟津），采用中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)上1958—2013年逐日地面氣象資料，包括降水量、氣溫、水汽壓、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速等數(shù)據(jù)。

12研究方法

121作物需水量

采用單作物系數(shù)法計(jì)算小麥需水量，計(jì)算公式如下：

JZ（]ETc=Kc ET0。JZ）]JY]（1）

JP2]式中：ETc為作物需水量（mmd）；ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量（mmd），采用FAO推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算；Kc為作物系數(shù)，采用宋妮等研究成果，冬小麥在播種至返青、返青至抽穗、抽穗至成熟的作物系數(shù)Kci分別為070、115、04014]。

122凈灌溉需水量

某種作物的凈灌溉需水量等于生育期內(nèi)需水量與有效降水量之差，是農(nóng)業(yè)灌溉用水和制定合理灌溉制度的依據(jù)15]。公式如下：

JZ（]IR=ETc-Pe。JZ）]JY]（2）

式中：IR為作物日凈灌溉需水量（mmd）；Pe為日有效降水量（mmd），采用美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤保持局推薦方法計(jì)算16]。

123時(shí)間序列法

以氣候趨勢(shì)系數(shù)和氣候傾向率17-18]為指標(biāo)，分析ET0和小麥生育期需水量的年際變化。

124Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法

ET0和小麥需水量的變化采用Mann-Kendall法判斷年際突變點(diǎn)，用MATLAB 70實(shí)現(xiàn)。

125通徑分析

通徑分析（path analysis）的實(shí)質(zhì)是標(biāo)準(zhǔn)化的多元線性回歸分析19]，采用通徑分析來(lái)量化研究各氣象因子對(duì)作物需水量的影響程度。

2結(jié)果與分析

21ET0的時(shí)間變化特征

豫西地區(qū)ET0的年際變化趨勢(shì)及M-K檢驗(yàn)見(jiàn)圖1、圖2。豫西地區(qū)多年平均年ET0為80766 mm，平均日ET0為 221 mmd。56年來(lái)豫西ET0呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，傾向率為 -0745 mm年。1964、1984、1989、1990、2003年ET0出現(xiàn)明顯低值，最小值65907 mm出現(xiàn)在1989年，峰值92264 mm出現(xiàn)在1959年。自1958年以來(lái)ET0呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，1966年之后ET0呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)，1979年之后下降趨勢(shì)明顯。

FK（W11]TPZXL1tif]

22小麥需水量年際變化趨勢(shì)

豫西地區(qū)小麥生育期需水量ETc和凈灌溉需水量IR的均值及其年際變化趨勢(shì)表1。結(jié)果表明，三門(mén)峽、盧氏小麥ETc和IR隨年份呈下降趨勢(shì)，而西峽、孟津小麥ETc和IR呈上CM（25]升趨勢(shì)；孟津小麥生育期ETc及IR的傾向率分別為endprint

FK（W11]TPZXL2tif]

130 mm年 和137 mm年，上升速率最高，ETc和IR均為最大，表明該地區(qū)小麥生長(zhǎng)需要更多的灌溉水。通過(guò)豫西地區(qū)平均ETc的M-K檢驗(yàn)曲線（圖3）可以看出，豫西地區(qū)小麥需水量在1966年以后呈下降趨勢(shì)，1984年之后下降趨勢(shì)明顯。

23氣象因子對(duì)小麥需水量的通徑分析

求解和分析9個(gè)氣象因子，包括氣壓、風(fēng)速、氣溫、水汽壓、濕度、日照時(shí)數(shù)、最低氣溫、最高氣溫對(duì)小麥需水量的直接作用（通徑系數(shù)）和間接作用，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

由氣象因子對(duì)豫西地區(qū)小麥需水量的通徑分析可知，氣溫對(duì)豫西地區(qū)小麥作物的通徑系數(shù)最大，為117，其次為日照時(shí)數(shù)和濕度分別為-055和-030。在間接的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)水汽壓是影響小麥需水量最大的氣象因子，而影響最小的為日照時(shí)數(shù)。

3討論與結(jié)論

本結(jié)論基于6個(gè)氣象站點(diǎn)56年的逐日氣象資料，分析了河南省豫西地區(qū)ET0及小麥生育期需水量的變化特征。利用時(shí)間序列法和Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法分析ET0及小麥生育期需水量的變化趨勢(shì)， 考慮到需水量受各氣象因子共同影響，利用通徑分析方法，研究各氣象因子對(duì)小麥需水量影響的直接和間接效應(yīng)，比較全面地反映了各個(gè)氣象因子對(duì)小麥需水量的綜合作用效應(yīng)。

本研究發(fā)現(xiàn)豫西地區(qū)近56年平均ET0呈波動(dòng)減少趨勢(shì)。南紀(jì)琴等利用1981—2010年河南省17個(gè)氣象站的資料，分析認(rèn)為多年平均ET0呈降低趨勢(shì)20]；宋妮等利用河南省17個(gè)氣象站52年氣象資料得出，冬小麥平均需水量盧氏站最低，孟津站最高14]；劉小剛等認(rèn)為，河南省氣溫對(duì)冬小麥需水量的影響最大21]。本研究認(rèn)為，影響豫西地區(qū)小麥需水量的氣象因素影響由大到小依次為氣溫、日照時(shí)數(shù)、濕度、最高氣溫和風(fēng)速。劉曉英等研究認(rèn)為，華北地區(qū)冬小麥、夏玉米的需水量隨年際變化而升高，作物需水量與環(huán)境因子密切相關(guān)10]?？梢?jiàn)，作物需水規(guī)律受多種氣象因素綜合作用影響，且各因子的貢獻(xiàn)存在區(qū)域差異22]。

1958—2013年豫西地區(qū)多年平均ET0在663～928 mm之間，平均ET0為80766 mm，呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，傾向率為 -0745 mm年。豫西地區(qū)ET0自1958年以來(lái)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，1979年之后呈明顯下降趨勢(shì)。

豫西地區(qū)小麥生育期需水量、凈灌溉需水量分別在 3907～5617、3517～ 5244 mm，孟津小麥生育期需水量、凈灌溉需水量的傾向率分別為130、137 mm年，上升速率最高，表明該地區(qū)小麥生長(zhǎng)需要更多的水分，而豫西其他地方的小麥需水量則呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。豫西地區(qū)小麥需水量在1966年后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，1984年后下降趨勢(shì)明顯。

氣象因子是導(dǎo)致豫西小麥需水量下降的主要原因，影響該地區(qū)小麥需水量的氣象因子主要是氣溫、日照時(shí)數(shù)、濕度、最高氣溫和風(fēng)速。在全球氣候變暖的情況下，小麥需水量呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，可以有效減少水資源的利用量。

參考文獻(xiàn)：

1]ZK（#]段居琦，徐新武，高清竹 IPCC第五次評(píng)估報(bào)告關(guān)于適應(yīng)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展的新認(rèn)知J] 氣候變化研究進(jìn)展，2014，10（3）：197-202

2]劉忠，黃峰，李保國(guó) 2003—2011年中國(guó)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)因素分析J] 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（23）：1-8

3]王道龍，羅旭 建設(shè)我國(guó)節(jié)水高效農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略對(duì)策J] 中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2001，11（3）：31-35

4]Kahsay G A，Hansen L G The effect of climate change and adaptation policy on agricultural production in Eastern AfricaJ] Ecological Economics，2016，121：54-64

5]Nkomozepi T，Chung S O Assessing the trends and uncertainty of maize net irrigation water requirement estimated from climate change projections for ZimbabweJ] Agricultural Water Management，2012，111：60-67

6]符娜，劉小剛，張巖，等 西南地區(qū)水稻灌溉需水量變化規(guī)律J] 生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（7）：1895-1901

7]符娜，李闖，劉艷偉，等 基于灌溉需求指數(shù)的滇中地區(qū)烤煙需水量時(shí)空變化分析J] 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47（4）：155-161

8]李闖，劉艷偉，符娜，等 基于作物水分盈虧指數(shù)的昆明水稻生長(zhǎng)季干旱特征及成因分析J] 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2016，34（3）：186-192

9]王衛(wèi)光，孫風(fēng)朝，彭世彰，等 水稻灌溉需水量對(duì)氣候變化響應(yīng)的模擬J] 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（14）：90-98

10]ZK（#]劉曉英，李玉中，郝衛(wèi)平 華北主要作物需水量近50年變化趨勢(shì)及原因J] 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（10）：155-159

11]劉鈺，汪林，倪廣恒，等 中國(guó)主要作物灌溉需水量空間分布特征J] 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（12）：6-12

12]成林，劉榮花，王信理 氣候變化對(duì)河南省灌溉小麥的影響及對(duì)策初探J] 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2012，23（5）：571-577HJ17mm]

13]魯向暉 基于氣候變化的豫西冬小麥保護(hù)性耕作效果模擬研究D] 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2010

14]宋妮，孫景生，王景雷，等 河南省冬小麥需水量的時(shí)空變化及影響因素J] 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25（6）：1693-1700

15]馬黎華，康紹忠，粟曉玲，等 農(nóng)作區(qū)凈灌溉需水量模擬及不確定性分析J] 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（8）：11-18

16]Smith M CROPWAT：a computer program for irrigation planning and managementM] Rome：Food and Agriculture Organization of the United Nations，1992

17]申雙和，盛瓊 45年來(lái)中國(guó)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的變化特征及其成因J] 氣象學(xué)報(bào)，2008，66（3）：452-460

18]欒兆擎，章光新，鄧偉，等 松嫩平原50年來(lái)氣溫及降水變化分析J] 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2007，28（4）：355-358，363

19]魏清順，孫西歡，劉在倫 導(dǎo)流器幾何參數(shù)對(duì)潛水泵性能影響的通徑分析J] 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，32（3）：202-207

20]南紀(jì)琴，肖俊夫，劉戰(zhàn)東，等 河南地區(qū)不同年代不同季節(jié)參考作物蒸發(fā)蒸騰量研究J] 灌溉排水學(xué)報(bào)，2013，32（5）：20-25

21]劉小剛，符娜，李闖，等 河南省主糧作物需水量變化趨勢(shì)與成因分析J] 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46（9）：188-197

22]楊琪，張勃，尹海霞，等 甘肅河?xùn)|地區(qū)近50年小麥需水量變化趨勢(shì)及影響因子J] 生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（11）：3074-3081endprint