何 斌

（江西省贛州市水利電力勘測設計研究院，江西 贛州 341000）

冬小麥是陜西省的典型糧食作物，大約占總播種面積的35%，關中地區(qū)是陜西省主要的糧食基地，2013 年關中地區(qū)冬小麥播種94.39 萬hm2，占陜西省冬小麥總播種面積的86.22%[1]。然而，干旱災害也逐漸成為限制該區(qū)域糧食產量的主要因素，2013 年關中地區(qū)農作物因干旱受災面積達83.2394.39 萬 hm2，占當年總播種面積的 37.61%[1]。試驗表明[2]，冬小麥在拔節(jié)期進行40%的虧水處理，干物質積累量比充分灌溉要低33.08%，主要原因是冬小麥抽穗開花前重度缺水，導致營養(yǎng)器官干物質的積累及向籽粒轉運的過程受到影響。由于冬小麥在該生長階段一旦受水分脅迫，將對產量產生巨大影響，于是通常把返青～拔節(jié)和拔節(jié)～抽穗2 個生育期稱為冬小麥的需水關鍵期[3]。因此，開展關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期干旱特征分析，對指導抗旱減災工作，保障糧食產量，具有重要意義。

目前，農業(yè)干旱風險評價指標很多，作物水分虧缺指數(CWDI)是一個常用的評價指標，它結合了土壤、植物、大氣等綜合因素，體現為農作物某時段累積水分虧缺的程度。該指標計算簡便，涉及資料較少，在不同地區(qū)和作物間得到了廣泛運用。黃晚華等[4]基于作物水分虧缺指數，分析了湖南省春玉米干旱時空分布特征；李雅善等[5]選取該指標對寧夏釀酒葡萄生育期內干旱程度進行了綜合分析；李闖等[6]同樣選取該指標對昆明地區(qū)水稻生長季干旱特征進行了研究。然而，作物水分虧缺指數在陜西省冬小麥干旱特征分析中卻很少看見?？准馕腫7]利用冬小麥產量和地理信息等資料，對陜西省冬小麥氣象災害進行了風險評估與區(qū)劃；繆淼[8]在考慮水分敏感系數與底墑期降水的基礎上，構建干旱指數對陜西省冬小麥進行了干旱風險評估及指數保險費厘定研究。然而，目前對陜西省冬小麥干旱風險評估的方法中，都不同程度存在所需資料較多，計算過程較為復雜的問題。

本文主要利用關中地區(qū)氣象資料，計算1994 年～2013年冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數，分析冬小麥生長面臨的各種干旱威脅；并在此基礎上，研究不同地區(qū)不同干旱等級的空間分布狀況，以期為相關部門抗旱減災工作提供科學依據。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

陜西關中地區(qū)位于秦嶺以北，北山以南，由寶雞、咸陽、西安、銅川、渭南5 個地市構成（圖1），素有“八百里秦川”之美譽，是陜西省工農業(yè)生產和經濟發(fā)展的重點地區(qū)。關中地區(qū)屬暖溫帶半干旱半濕潤氣候區(qū)，多年平均降水量為647.6 mm，年蒸發(fā)量為900 mm～1200 mm，年日照時數為1900 h～2400 h，土壤類型以塿土為主，土質疏松多孔，有機質含量高，保水保肥性能好，是陜西省最好的一種耕作土壤。2013 年末耕地面積為151.79 萬hm2，占全省耕地面積的52.87%，是陜西省糧食重要產區(qū)，主要種植小麥和玉米，兩者分別占全省的86.22%和60.18%，而干旱災害是該地區(qū)主要的自然災害之一。

圖1 關中地區(qū)高程與行政區(qū)劃

1.2 研究方法

作物水分虧缺指數（CWDI）是衡量作物需水量與實際供水能力平衡狀況的指標，反映農作物某時段累積水分虧缺的程度，一般需要連續(xù)累積5 旬的水分虧缺狀況，指標值越大，水分虧缺越嚴重。通常返青～拔節(jié)和拔節(jié)～抽穗2 個生育期是冬小麥的需水關鍵期，陜西關中冬小麥上述2 個生育期，一般在3月 ～5 月之間，本文選擇 3 月 1 日 ～4 月 19 日共 5 旬，作為冬小麥需水關鍵期來計算該時段的水分虧缺指數，所需氣象資料來源陜西省氣象局，計算公式如下：

式中：CWDI 為某 時段 累積水分虧缺指數；CWDIi、CWDIi-1、CWDIi-2、CWDIi-3、CWDIi-4分別為本旬和前 4 旬水分虧缺指數；a、b、c、d、e 為累積權重系數，本文采用黃晚華和張艷紅等[4,9]提供的參考系數，a 取值為 0.3，b 取值為 0.25，c 取值為 0.2，d 取值為 0.15，e 取值為 0.1。

其中第i 旬作物水分虧缺指數（CWDIi）采用下列公式計算：

式中：CWDIi為第i 旬作物水分虧缺指數；ETci是第i 旬作物需水量（mm）；Pi是第 i 旬降水量（mm）,i 取 1～5。

而作物需水量（ETc）采用如下公式計算：

式中：kc為作物系數，本文參考康紹忠教授研究的成果[10]，關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期kc取1.207；ET0為參考作物潛在蒸散量，采用FAO（聯合國糧農組織）推薦的ET0Calculator 軟件計算[11]。

2 結果與分析

利用陜西省氣象局提供的1994 年～2013 年氣象資料，采用(1)～(3)式計算關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數，結果見圖2。

圖2 1994 年～2013 年關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期水分虧缺指標變化特征

從圖2 可以看出，研究期間，陜西省關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數呈波動上升變化趨勢，表明該地區(qū)冬小麥需水關鍵期受水分脅迫日益嚴重，氣象干旱威脅不斷加劇。將1994 年～2013 年關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數進行線性擬合與顯著性檢驗，結果見表1。

表1 冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數線性擬合和t 檢驗結果

從表1 可以發(fā)現，研究期間，關中地區(qū)5 個地市冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數線性擬合方程的回歸系數均大于0，且西安、咸陽、寶雞3 個地市線性回歸系數較大，表明關中地區(qū)5 個地市冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數在不斷上升，且西安、咸陽和寶雞3 個地市上升速度較快。另外，從t 檢驗的結果可以看出，西安、寶雞2 個地市sig 值小于等于0.05，表明在α=0.05 水準下，這2 個地市冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數上升變化趨勢達到了顯著性水平。

為了分析關中地區(qū)冬小麥干旱特征空間分布情況，采用如表2 所示的冬小麥水分虧缺指數干旱等級劃分標準[12]，計算1994 年～2013 年共20 年，關中地區(qū)5 個地市發(fā)生輕旱、中旱、重旱、特旱的頻率，結果如表3 所示；并運用ArcGIS10.1 空間分析功能，得出關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期不同干旱等級的空間分布圖（圖3）。旱發(fā)生頻率相對較低，主要發(fā)生在寶雞、咸陽2 市，大約4 年左右發(fā)生1 次。

表2 冬小麥水分虧缺指數干旱等級標準

表3 1994 年～2013 年關中5 個地市冬小麥拔節(jié)～孕穗期的干旱情況

圖3 關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期輕旱、中旱、重旱與特旱發(fā)生頻率分布圖

3 討論

關中地區(qū)是陜西省主要的糧食生產基地，對保障全省糧食安全有著重要意義。從前文分析可以看出，該地區(qū)冬小麥需水關鍵期水分虧缺日益嚴重。那么，面對氣象干旱威脅不斷加劇帶來的挑戰(zhàn)，討論如何制定相應的抗旱減災策略措施，降低干旱災害風險，就顯得尤為迫切。1994 年～2013 年關中地區(qū)降水距平百分率指數計算結果見圖4。

從表3 和圖3 可以看出，關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期輕旱發(fā)生頻率較低，主要發(fā)生在西安、咸陽、銅川3 個地市，大約6 年～7 年發(fā)生1 次；中旱在銅川、咸陽2 市發(fā)生頻率較高，大約3 年發(fā)生1 次；而重旱在關中地區(qū)發(fā)生頻率最高，其中渭南、西安2 市發(fā)生頻率超過了50%，基本上2 年發(fā)生一次；特

圖4 1994 年～2013 年關中地區(qū)降水距平百分率指數變化特征

通過統計正負距平發(fā)生的次數發(fā)現，近20 年，關中地區(qū)負距平出現次數比正距平多，其中負距平發(fā)生頻率為65%，表明關中地區(qū)降水量有下降趨勢，可能加劇干旱災害的發(fā)生，與岳大鵬等[13]對關中地區(qū)近50 年降水變化特征研究結果基本一致。因此，為保證糧食安全，相關部門應重視田間輸水、灌溉設備設施的擴建和改造工作，確保農作物得到按時按需的灌溉。

4 結論

本文基于作物水分虧缺指數，分析了1994 年～2013年陜西省關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數變化趨勢，開展了干旱特征空間分布狀況分析，主要得出以下結論：

（1）研究期間，關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期水分虧缺指數呈上升趨勢，水分脅迫日益加重，其中西安、咸陽和寶雞3 個地市上升較快。

（2）關中地區(qū)冬小麥需水關鍵期發(fā)生輕旱頻率較低，各地區(qū)至少6 年才發(fā)生1 次；發(fā)生中旱頻率較高，局部3 年就能發(fā)生1 次；而重旱發(fā)生頻率最高，渭南、西安2 市每2 年就會發(fā)生1 次；發(fā)生特旱頻率同樣也較低，大約4 年以上局部地區(qū)才可能發(fā)生。

（3）關中地區(qū)降水量有下降趨勢，可能會加劇干旱災害的發(fā)生。建議相關部門重視田間灌溉工作，確保農作物得到按時按需灌溉，保障糧食安全。