气候变化对河南省冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响

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1、灌溉排水学报２０１５年４月第３４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１５）０４－００１０－０４气候变化对河南省冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响黄仲冬，齐学斌，樊向阳，李中阳，梁志杰（中国农业科学院农田灌溉研究所／河南新乡农业水土环境野外科学观测试验站／农业水资源高效安全利用重点开放实验室，河南新乡４５３００２）摘要：利用河南省１７个站点１９６１—２０１２年的气象资料，分析了降雨和潜在蒸散对冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响效应。结果表明，河南省冬小麦多年平均灌溉需水量为５９．８～３３４．３ｍ

2、ｍ，夏玉米多年平均灌溉需水量为１４．５～１３１．２ｍｍ，自南向北逐渐增大；各站点冬小麦和夏玉米灌溉需水量普遍呈下降趋势，其主要原因是生育期潜在蒸散减少和降雨量增加。降雨是影响作物灌溉需水量的首要因素，降雨在雨量和时间分布上均对灌溉需水量产生显著影响；而潜在蒸散的影响小于降雨，但不容忽视。在降雨和潜在蒸散共同影响下，冬小麦和夏玉米灌溉需水量在年际间呈现出更大的波动趋势。关键词：气候变化；冬小麦；夏玉米；灌溉需水量中图分类号：Ｓ２７１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０４．００３黄仲冬，齐学斌，樊向阳，等．气候变化

3、对河南省冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１５，３４（４）：１０－１３．［１］在全球变化背景下，农田生态系统的水文循环过程正经历着深刻的变化。气候变化加剧了降水、蒸［２］散、径流、渗漏等农田水文要素的演变过程，进而对作物灌溉需水量产生影响。河南省是我国粮食生产大［３］省，主要种植模式为冬小麦夏玉米一年二熟，灌溉用水量约占总用水量的６３％。研究表明，气候变化对冬［４］小麦和夏玉米生产造成了影响。因此，开展气候变化对灌溉需水量的影响研究，对于更加准确地认识气候变化与河南省粮食生产和农业水资源的关系，采取适宜的应对措施减小气候变化的负

4、面影响，提高农业用水效率具有重要意义。［５－７］目前，在气候变化对灌溉需水量影响方面已经开展了相关研究，但大都是从作物需水（潜在蒸散）的角度，对降雨变化考虑不足，实际上灌溉需水量变化是降雨和作物需水的共同结果。降雨通过引起土壤水分的变化对灌溉需水量产生影响，降雨在雨量和时间分布上均具有较强的随机性。为充分考虑降雨的随机特性，基于土壤水分密度函数建立灌溉需水量与降雨和潜在蒸散的定量关系，利用河南省１７个站点１９６１—２０１２年的气象数据分析冬小麦和夏玉米生育期降雨、潜在蒸散和灌溉需水量的变化趋势，进而探讨降雨和潜在蒸散变化对灌溉需水量的影响。１材料与方

5、法１．１净灌溉需水量计算作物需水量指作物在土壤水分和养分适宜、管理良好、生长正常、大面积高产条件下的棵间土面（或水面）蒸发量与植株蒸腾量之和。净灌溉需水量反映的是作物在理想条件下达到高产需要灌溉的水量。根据［８］净灌溉需水量的定义，采用充分灌溉条件下的土壤水分密度函数建立净灌溉需水量与降雨和潜在蒸散的定量关系：收稿日期：２０１４－１２－２５基金项目：公益性行业（农业）科研专项经费资助项目（２０１２０３０７７）；国家自然科学基金项目（５１４７９２０１，５１２０９２０８）作者简介：黄仲冬（１９８１－），男。助理研究员，博士研究生，主要从事农业水资源方面的

6、研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｄｈｕａｎｇ＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：齐学斌（１９６３－），男。研究员，博士生导师，主要从事农业水资源与水环境方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｘｂ６３０１＠ｓｉｎａ．ｃｎ１０＊）ｐ（ｓ＊）Ｔ，（１）Ｖ＝ＥＴｐ（ｓｆｃ－ｓＣλ－（γ－λ／η）（ｓ－ｓ＊）＊ｐ（ｓ）＝［ｅ－γ］，ｓ≤ｓ≤ｓｆｃ，（２）ηγ－λη式中：Ｖ为净灌溉需水量（ｍｍ）；ｓ为田间持水量，以饱和度表示；ｓ＊为作物开始产生水分胁迫的临界土壤水ｆｃ分；ｓ为土壤水分，以饱和度表示；ｎ为土壤孔隙度；Ｚｒ为根系层深度（ｍｍ）；ｐ（ｓ）为充分灌溉条件下的土壤水分密度函数；ＥＴ

7、ｐ为作物潜在蒸散量（ｍｍ／ｄ）；α为作物生育期降雨事件的平均降雨量（ｍｍ）；λ为降雨事件的到达率（ｄ－１）；Ｔ为作物生育期历时（ｄ）；γ＝ｎＺ／α；／（ｎＺ）。降雨参数α和λ共同反映了降雨的特ｒη＝ＥＴｐｒ征，α反映了降雨在雨量上的特征，λ反映了降雨在时间上的分布特征。１．２数据来源和分析方法河南省１９６１—２０１２年气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网，作物潜在蒸散量根据参考作物蒸［９］散量和作物系数计算。冬小麦根系深度为１００ｃｍ，夏玉米根层深度为８０ｃｍ。所有数据采用Ｒ统计软件进行处理和分析。２结果与分析２．１灌溉需水量空间分布特征河南省冬

8、小麦和夏玉米多年平均灌溉需水量等值线图如图１所示。分析图１可知，河南省冬小麦多年平均灌溉需水量为５９．８～３