贵州烤烟需水量及灌溉需求指数特征

为了合理配置烤烟的灌溉计划和提高水资源的利用效率,基于贵州省1961—2015年81个气象观测站逐日气象资料,采用美国农业部土壤保持局推荐的有效降水量和FAO推荐的Penman-Monteith公式分别计算研究区域内烤烟不同生育阶段的有效降水量和需水量,并分析了烤烟不同生育阶段灌溉需求指数的变化特征。结果表明:近55年,贵州省烤烟伸根期、旺长期、成熟期和大田生育期有效降水量分别为26.9~75.4 mm,45.2~88.9 mm,66.4~167.6 mm和152.8~284.8 mm;需水量分别为51.9~78.8 mm,148.8~202.2 mm,85.2~122.8 mm和332.5~412.6 mm,以旺长期日均需水量最大;多年平均灌溉需求指数分别为0.20,0.32,0.26,0.35;烤烟不同生育阶段有效降水量和需水量随时间变化均呈递减趋势,伸根期灌溉需求指数呈递增变化趋势,其他生育期呈递减趋势;空间分布上,烤烟伸根期有效降水量自东向西呈递减趋势;伸根期、旺长期灌溉需求指数自西南向东北递减的变化趋势,而成熟期和大田期呈相反趋势。

广西木薯需水量及灌溉需求指数分析

基于南宁、北海、玉林、龙州4个气象站的长系列气象资料以及2014-2015年木薯生育期的观测资料,采用Penman-Monteith公式计算了木薯主产区内参考作物和木薯各生育期的需水量,采用经验公式计算木薯主产区内木薯各生育期的有效降雨量,并进行排频得到不同水平年各主产区木薯生育期需水量与有效降雨量,计算分析各主产区内木薯的灌溉需求指数。结果表明:广西木薯主产区木薯多年平均需水量为770.18 mm,灌溉需求指数0.14,丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)木薯需水量分别为704.91、758.88和866.05 mm,灌溉需求指数分别为0、0.17和0.39。

云南省烤烟需水量及灌溉需求指数的时空特征

基于云南省124个农业气象站点1977—2010年逐日气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式,计算不同时空条件下云南省烤烟生育期的需水量和灌溉需求指数,分析云南省烤烟需水量和灌溉需求指数的时空特征和变化规律.结果表明：研究期间,云南省烤烟伸根期、旺长期、成熟期和大田生育期需水量分别为76.73~174.73、247.50~386.64、180.28~258.14和528.18~764.08 mm,以旺长期需水量最高;平均灌溉需求指数分别为-0.02、0.38、0.17和0.26,伸根期有效降雨量可以满足烤烟需求.云南省烤烟需水量呈逐年减少趋势,各生育期需水量气候变化趋势分别为-12.42、-21.46、-7.17和-47.15 mm·（10 a）-1.各生育期及大田生育期灌溉需求指数最小的地区为德宏,最大的为迪庆;大田生育期灌溉需求指数是负值的3个地区为德宏、西双版纳和普洱.参考作物蒸散量、需水量和有效降水量随纬度的升高而减少,而灌溉需水量和灌溉需求指数却随纬度的升高而加强;有效降水量随海拔的升高而减少,灌溉需水量和灌溉需求指数随海拔的升高而增加.

三亚市崖州区双季稻需水量与需求指数变化分析

为更精确地掌握海南省三亚市崖州区双季稻生育期内的灌溉需求,为双季稻种植的灌溉水量分配提供参考依据。本研究基于三亚市2002—2022年逐日气象资料和当地早、晚稻种植区作物生长的统计资料,分析了当地参考作物蒸散量(ET_(0))、双季稻生育期内的作物需水量(ET_(c))、有效降雨量(P_(e))、净灌溉需水量(IR)和灌溉需求指数(IRI)的变化,采用P_(e)nman-Monteith公式和单作物系数法,并结合年际变化倾向率以及Mann-Kendall趋势检验法,分析了2002—2022年三亚市ET_(0)、双季稻ET_(c)和IR的时间变化特征。结果表明:2002—2022年三亚市ET_(0)为1 115.8~1 213.5mm,呈不显著的增加趋势,变化率为0.72 mm/a,年均ET_(0)为1 152.9 mm;早稻全生育期ET_(c)、P_(e)、IR分别介于399.5~448.3 mm、94.4~200.9 mm、205.5~353.0 mm之间,ET_(c)呈不显著的增加趋势,变化率为0.28 mm/a,IR呈不显著的减少趋势,变化率为-0.18 mm/a;晚稻全生育期ET_(c)、P_(e)、IR分别介于357.1~402.9 mm、266.1~422.7 mm、-65.7~126.2 mm之间,ET_(c)呈显著的增加趋势,变化率为0.78 mm/a,IR呈不显著的增加趋势,变化率为2.04 mm/a。早稻各生育阶段作物需水量变化趋势为:拔节孕穗>分蘖后>分蘖期>乳熟期>抽穗开花>黄熟期>移植回青,晚稻各生育阶段作物需水量变化趋势为:拔节孕穗>分蘖期>乳熟期>分蘖后>抽穗开花>黄熟期>移植回青。三亚市崖州区早、晚稻灌溉需求指数分别介于0.51~0.79和-0.18~0.32之间,年均IRI分别为0.67和0.09。由此可知,三亚市崖州区早稻对灌溉的依赖程度远远高于晚稻,仅依靠有效降雨无法满足作物生长的需求,易发生干旱缺水现象,需在生育期进行补充灌溉。

降水对华北主要粮食作物灌溉需求影响特征

探明华北地区作物灌溉需求规律及主控因素是合理制定水资源规划,缓解该区地下水超采的重要依据。本文基于华北60个气象站近50年(1971—2020年)逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算作物需水量,并分析降水对主要粮食作物(冬小麦和夏玉米)灌溉需求时空特征的影响。结果表明:在降水丰水年(25%),冬小麦作物灌溉需求指数IRI以0.50~0.75区间的高度灌溉需求分布区为主,夏玉米则以0.25~0.50区间的中度灌溉需求分布区为主,分布面积比率分别为研究区的92%、86%;在平水年(50%),冬小麦IRI以大于0.75的极高灌溉需求分布区为主,分布面积比率占56%,夏玉米仍以0.25~0.50的中度灌溉需求分布区为主,但分布面积比率扩大至100%;在枯水年(75%),冬小麦极高灌溉需求分布面积比率增大至97%,夏玉米则以0.50~0.75的高度灌溉需求分布区为主。降水量是影响IRI的主控因素,随降水量的增大,不同区位IRI均呈直线下降趋势,但对降水量变化的敏感性存在较大差异,其中,冬小麦以燕山山前平原、太行山前-冀中平原、中部-冀中平原和滨海平原最为敏感,降水量每增大100 mm,IRI降低0.14,夏玉米则以中部-冀中平原最为敏感,降水量每增大100 mm,IRI降低0.26。不同区位冬小麦和夏玉米IRI均服从正态分布,但随降水量变化,分布参数变化明显。

中国主要作物灌溉需水量空间分布特征

作物需水量和灌溉需水量的时空分布是科学地制定不同地区灌溉用水定额的依据。该文基于全国范围200多个气象站近30a逐日的气象资料和不同地区作物生育阶段的调查统计资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith方法和作物系数法,计算了30种作物的需水量和净灌溉需水量,并用各地灌溉试验站的实测资料进行了检验。利用GIS的空间分析功能,采用反距离加权插值法得到主要作物多年平均作物需水量与净灌溉需水量的等值线图。选择种植面积最广的小麦、玉米、棉花和水稻4种作物,分析其作物需水量与净灌溉需水量的空间分布特征,得到不同地区主要作物的灌溉需求指数。研究表明:中国东北区、长江中下游区、华南区、川渝区和云贵区平均灌溉需求指数小于0.5,作物对灌溉的需求比较低;华北区、蒙宁区和晋陕甘区旱作物30%～50%的需水靠灌溉补充,水稻55%～80%的需水依靠灌溉;新疆地区主要作物的灌溉需求指数均在0.7以上,农业的发展完全依赖于灌溉。

灌溉水经济价值与粮棉作物种植布局

以我国十大区域灌溉需求指数为切入点,灌溉水经济价值为主要研究内容,在系统整编2000—2005年4种主要农产品成本收益资料的基础上,采用扣除非水成本法计算得出了十大区域4种主要作物灌溉水经济价值,研究了作物适应性种植的地域性特征和规律性,提出粮棉作物种植的优势地区、种植布局以及政策扶持和倾斜的品种,可为粮棉种植决策和维护国家粮食安全提供水资源方面的科学依据。

鄂西烟区烤烟生育期降水量及灌溉需水时空变化特征分析

为提高鄂西烟区水资源的合理分配和高效利用,选取湖北省西部烤烟种植区1975—2021年32个国家地面气象观测站逐日气象资料,计算烤烟各生育期有效降水量、需水量及灌溉需求指数,并对其时空变化进行研究。结果表明:近47年来,鄂西烟区烤烟伸根期平均有效降水量为52.0mm,呈递增趋势,旺长期、成熟期及大田期平均有效降水量分别为53.8mm、78.7mm、184.5mm,呈递减趋势,各烟区有效降水量总体表现为恩施烟区的>宜昌烟区的>十堰烟区的>襄阳烟区的;四个生育期平均需水量分别为55.2 mm、104.2mm、140.3mm、299.7mm,除旺长期变化趋势不明显,其余各生育期均呈递增趋势,各烟区需水量总体表现为襄阳烟区的>十堰烟区的>宜昌烟区的>恩施烟区的,旺长期变幅最大;四个生育期平均灌溉需求指数分别为0.06、0.47、0.42、0.38,均呈递增趋势,各烟区灌溉需求指数也呈缓慢递增,但变幅较小,总体表现为襄阳烟区的>十堰烟区的>宜昌烟区的>恩施烟区的,伸根期灌溉需求指数多在0值附近波动,其余各生育期的多处于0值以上。空间上,各生育期有效降水量呈南多北少分布,需水量分布则反之,灌溉需求指数北大南小,表明北部烟区对灌溉的依赖程度要远远高于南部烟区的。

黄淮海平原夏玉米需水量和缺水量时空分布特征

为提高黄淮海平原夏玉米的灌溉效率,优化农业资源配置,依据黄淮海平原27个站点70年的试验统计资料,在作物需水量模型、降雨频率分析、作物系数相关理论的基础上,分析不同水文年型夏玉米的需水量和缺水量(即需要补充灌溉的水量)的时空分布。首先,根据各代表点的多年降雨资料,利用皮尔逊—Ⅲ型曲线确定降雨频率分别为25%,50%,75%,95%的4种水文年型及其相应的有效降雨量;其次,利用Penman-Monteith模型计算参考作物需水量,并结合作物系数法估算作物需水量,进而求得在4种水文年型下夏玉米的需水量、缺水量和灌溉需求指数;最后,基于ArcMap 10.7软件对所得到的夏玉米各需水要素进行插值分析,直观地描述黄淮海平原地区夏玉米需水量、缺水量和灌溉需求指数的时空分布特征。结果表明,1951—2020年间,黄淮海平原夏玉米需水量的高值区分布受水文年型变化的影响不大,主要分布在平原中部呈带状分布的区域;缺水量与灌溉需求指数分布特征相似,高值区的范围随干旱程度的升高(水文年型由湿润到干旱)而扩大,且主要分布于平原中部偏北的区域;有效降雨量高值区主要集中在平原东南部,整体分布呈由南至北逐渐递减的趋势。鲁西、冀南、豫北地区夏玉米缺水量高,生产上应以提高水分利用效率为目标;与之相对应的鲁南、苏北和安徽等地,夏玉米对灌溉的依赖低,可以适当地扩大夏玉米种植面积,应以产量为目标。

东北地区春玉米需水量与缺水量时空分布特征

为分析东北地区春玉米需水量与缺水量时空分布特征,本研究以东北地区为区域界限,以水资源三级分区结果为基础,要求每个水资源三级分区至少有一个代表点,依据东北地区1951—2020年(70 a)分布于东北地区26个站点历年的试验统计资料,从不同水文年型春玉米的需水量、有效降雨量和缺水量计算入手,确定东北地区春玉米在不同水文年型下的需水量和缺水量数据,以建立东北地区春玉米节水灌溉发展所需的基础数据库;利用GIS技术对作物需水要素进行空间化处理并加以分析。结果表明:(1)各年型间春玉米需水量相差超过22 mm,各年型的春玉米平均灌溉需求指数分别为0.37(丰水年)、0.44(平水年)、0.50(枯水年)和0.55(特枯水年);(2)春玉米缺水量由东北向西南呈先增大再减小的趋势,同一水文年型对应的缺水量西高东低;春玉米需水量由东北向西南逐渐增大,同一水文年型对应的需水量西南部较大、东北部较小;同一地域春玉米需水量和缺水量均随干旱程度的升高(即经验频率增加)而增大。研究区域西部地区(内蒙古东部、黑龙江西南部、辽宁西北部)对灌溉的依赖程度最高,需要超过300 mm的灌溉水来保障春玉米的生产,必要时应适当调整种植结构、采用非充分灌溉制度,优先保证春玉米需水关键期的用水;辽东地区春玉米的需水量较高,但降雨充足,故缺水量和灌溉需求指数均低于平均水平,可以适度扩大春玉米种植面积,以最大化利用降雨并实现增产增收。

西南地区水稻灌溉需水量变化规律

研究作物需水变化规律是制订灌溉计划和水资源规划的重要依据。本文基于西南地区38个气象站点1951—2012年逐日气象观测资料,根据FAO推荐的Penman-Monteith公式计算水稻需水量,并分析了参考作物蒸散量分布及变化趋势、水稻生育期各阶段需水量变异性及灌溉需求指数分布。结果表明:近62年来西南地区参考作物蒸散量随时间变化不明显且随纬度增加而减少,各站点多年平均水稻生育期内参考作物蒸散量占到全年参考作物蒸散量的47.6%;对水稻生育期需水量分析发现,分蘖和抽穗阶段为水稻生长需水关键期,各阶段需水变化均为中等变异;西南地区水稻多年平均需水量、灌溉需水量和灌溉需求指数分别为304.5 mm、76.9 mm和0.24,需求指数分布自西向东呈逐渐增大,但均低于0.5,整体对灌溉依赖程度较低。