不同水文年太谷地區春玉米灌溉需水量特征分析

2024年2月20日發(作者：競選大隊長)

第1期圓園21年3月山西水土保持科技SoilandWater悅onrvationScienceandTechnologyinShanxiNo.1Mar.2021囗試驗研究不同水文年太谷地區春玉米灌溉需水量特征分析袁宇霞（晉中市水利勘測設計院）摘要：基于山西省太谷區玉米生長季氣象資料，通過ET0Calculator軟件計算參考作物蒸發蒸騰量，進一步確定了豐水年（P=25%）、平水年（P=50%）和枯水年（P=75%）三種年型下玉米生育季的需水量和灌溉需水量。結果表明，春玉米生育季多年平均需水量為522.5mm，灌溉需水量為218.7mm，多年平均灌溉需求指數為0.42，豐水年、平水年和枯水年玉米灌溉需水量分別為129.9、212.1和300.3mm。本研究可為科學制定玉米灌溉制度提供依據。關鍵詞：春玉米水文年需水量需求指數文章編號：1008-0120（2021）01-0012-031.2生育期的劃分中圖分類號：S274.4文獻標識碼：A太谷地區是山西省重要商品糧生產基地，也是山西“農谷”的核心區域。春玉米由于產量高效益好，但是農業生產中天然降雨難因此被農民廣泛種植[1]。以滿足作物全生育季對水分的需求[2,3]；因此，補充灌溉是實現玉米高產穩產的重要手段。在地表水資源日益短缺的大背景下，實施科學灌溉必須首先明確作物實際的需水量。估算作物需水量的方法很多，其中通過Penman-Monteith公式估算作物需水量是一種可行的方法[4,5,6]。目前，前人對作物需水量和灌溉需水量的研究多為多年平均統計結果[7,8]，實際上，受多變氣象因素影響，作物生育季降水量和作物需水量的年季差異很大。因此，有必要針對不同水文年份作物需水量和灌溉需水量進行統計分析。本研究基于研究區60a的降雨量、需水量和灌溉需水量數據，進一步量化了豐水年（P=25%）、平水年（P=50%）和枯水年（P=75%）的灌溉需水量。研究結果可為該地區玉米制定科學的灌溉制度提供依據。通過調研及查閱相關文獻[9]，本研究將太谷地區春玉米物候期大體劃分為5個生育階段：播種-出苗（5.1-5.13日）；出苗-拔節（5.14-6.20日）；拔節-抽穗（6.21-7.17日）；抽穗-乳熟（7.18-8.15日）；乳熟-成熟（8.16-9.10日），各生育階段依次用代碼玉、域、1.3芋、郁和吁表示。需水量指標及其方法1.3.1作物需水量采用單作物系數法進行逐日計算，玉米生育期內總需水量及各生育階段需水量由生育通過ET0Calculator軟件計算，進一步根據玉米（ET0）不同生長階段的作物系數（Kc）計算玉米需水量[6]：ETc=ET0伊Kc期內逐日需水量累加得出。其中參考作物蒸發蒸騰量式中：按照本地區春玉米生育期的劃分，本研究中上述幾個生育期的作物系數（Kc）依次為0.50、1.3.20.85、1.05、0.95和0.60[6]。灌溉需水量和灌溉需求指數11.1材料與方法本文所用氣象數據均來自于國家氣象局氣象信數據來源本研究將玉米劃分為5個生育階段，各階段的灌溉需水量等于該階段的ETc與P（降雨量）兩者的差值，若該生育階段P小于ETc，則需補充灌溉至ETc；生育期內總灌溉需水量等于各生育階段灌溉需水量之和[7]。將灌溉需水量與需水量的比值定義為灌1.3.3溉需求指數，反映作物生長對灌溉的依賴程度[5]。采用目估適線法[10]將作物生育季降雨量、需水降雨量、需水量和灌溉需水量的頻率分析息中心，數據以日為單位，數據區間為太谷區1960-2019年60a的相關氣象資料，具體包括日平均氣日平均風速、日平均相對濕度等資料。溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量、日照時數、收稿日期：2020-12-01量或灌溉需水量按數值大小從大到小依次排序，計窯12窯

圓園21年3月袁宇霞不同水文年太谷地區春玉米灌溉需水量特征分析算各數據點經驗頻率；并利用P-III型分布曲線計算需水量或灌溉需水量的理論頻率曲線[5]；通過頻率分析比較玉米生育期（降水量、需水量和灌溉需水量）的經驗頻率曲線與皮爾遜III型理論分布曲線的匹配程度，據此得出設計枯水年（P=75%）、平水年（P=50%）和豐水年（P=25%）玉米生育期的降水量、需水量和灌溉需水量。22.1結果與分析玉米生育季降雨量分配過程圖2近60a春玉米生育季內ET0變化過程在完成一個生育周期的需水量要高于過去，這勢必會對農業水資源的可持續供給提出新的挑戰。化過程2.3玉米需水量、灌溉需水量和灌溉需求指數的變確定玉米生育季作物需水量是實施科學補充灌溉的基礎，也是制定灌溉制度的先決條件。由表1可知，玉米全生育季需水量約為522.5mm，其變化過圖1多年平均春玉米生育季降雨量分配過程程總體呈“單峰型”變化趨勢；其中，出苗-乳熟期該階段的需水量和灌溉需水量均為全生育季最大，其累計值分別為427.0和204.2mm。總體而言，出苗-0.62，這與同期降雨稀少有關，拔節期是玉米需水臨乳熟-成界期，適時補灌是奠定玉米的高產基礎[9]；熟階段灌溉需求指數僅為0.08，這意味著一般情況下該階段的降雨基本可滿足作物對水分的需求，無需補灌。確定日均需水量和灌溉需水量可為精準實施定量灌溉提供依據，尤其是在滴灌條件下可據此2.4實施任意時段精準補灌[11,12]。不同水文年型下的降雨量及需水量拔節階段玉米生長對灌溉的依賴程度最大，其值為作物生育季內降雨量是作物重要的水源之一，降雨量在生育季內的分配過程同樣影響作物的生長發育過程。由圖1可知，春玉米生育季內的降雨量總體呈“單峰型”的分布過程，降雨量分布過程與作物的需水過程趨勢相匹配。其中播種-出苗；出苗-拔節；拔節-抽穗；抽穗-乳熟；乳熟-成熟各階段的降雨量依次為13.9，51.6，76.8，94.4和67.2mm。2.2參照作物需水量是對同期氣象條件的一種反參照作物需水量年際變化過程應，本研究基于太谷地區近60a的氣象數據計算了玉米生育季參考作物需水量（圖2）。該地多年平均年，其值為505.5mm，最大的一次發生在1997年，隨年份的增加總體呈現升高的趨勢，兩者之間的變其值為722mm。進一步通過線性回歸分析，可知ET0其中，ET0最小的一次發生在1964ET0為622.1mm，研究不同水文年份玉米生育季的降雨量、需水量和灌溉需水量可豐富灌溉制度。在枯水年份下，其生育季降雨量約為233.4mm，需水量為521.3mm，灌溉需水量約為300.3mm。而在豐水年條件下，其生育季降雨量約為367.6mm，需水量為497.2mm，灌溉需水量約為129.9mm。化規律可用y=-1908.3+1.27x表示，這意味作物現播種-出苗mm22.38.40.38mm/d1.70.6原出苗-拔節mm134.382.70.62mm/d3.52.2原表1春玉米生育期內多年平均需水量、灌溉需水量和需水指數需水特征參數需水量灌溉需水量灌溉需水指數拔節-抽穗mm143.066.20.46mm/d5.32.5原抽穗-乳熟mm149.755.30.37mm/d5.21.9原乳熟-成熟mm73.26.10.08mm/d2.80.2原全生育期mm522.5218.70.42mm/d3.91.6原窯13窯

山西水土保持科技圓園21年第1期表2春玉米生育期降雨量、需水量和灌溉需水量頻率分析結果觀測值統計參數均值CvCs/Cv枯水年平水年豐水年降雨量303.80.331.09233.4297.8367.6需水量522.50.072.86546.5521.3497.2灌溉需水量218.70.580.53300.3212.1129.92.5由玉米需圖2可水量知，和灌溉需ET為進一步量化這一漸0隨年份水量的每增加10呈a增加的變化的趨趨勢勢，變過程的突變時間點，我們10a一個時間段進一步分析玉米需水量和灌溉需水量的變化過程。由圖3可以看出，玉米需水量和灌溉需水量在1960-1989年期間其值低于1990-2019年，這可能與近猿園a的氣候因素有關。圖3玉米需水量和灌溉需水量每10年的變化過程3結論太數522.5約為mm谷0.42，地灌溉區玉。頻需米率分水生量析約育結果為季多表218.7年平明，該mm均地，需區灌溉水量枯水年需求約（P指為75%=期需）水、平水年量分別為（P=50%546.5）、和521.3豐水年和（497.2P=25%mm）玉米，灌溉生育需水量分別為300.3、212.1和129.9mm。本研究進一步量化了平水年條件下玉米的灌溉需水量，即在播種-出苗、出苗-拔節、拔節-抽穗和抽穗-乳熟階段分別補充灌溉8.4、82.7、66.2、55.3和6.1mm。參考文獻[J].種[1]子豈秀琴科技，2014，楊愛，32（民08.加）：快43-44.太谷縣玉米產業化發展的思考究[J].[2]山西趙水土保持志平.山西科省技近，201740（年4）來：干17-19.旱情況時空變化特征研窯14窯灌溉水[3]量李海軍分析[J].，劉海軍山西于參考水利，，張志作2018郡.物騰，汾發34河量（10灌預）區主報：7-9要的研究，16.作物需水量及水利科[4]技龔孟，2019梨.（關2）：78-81.進展[J].山西與灌溉[5][6]需劉張求玉春祖光指數，姜，郝分紅衛析安[J].，平，農業李存李昊儒工程東，，學等等報.河.山西，2013北省省，棉29花灌溉需水量春玉米（19）：生98-104.旱特征分析[J].中國農業氣象，2015，36（6）：754-761.育期干玉米[7]聶堂哲，張忠學，林彥宇，等217-227.需水量時空分布特征[J].農業.1959機械—學2015報，2018年黑，龍49（江7）省：境內[8]）夏李玉米尤亮需，王水量杰的，變曹化特言，征等[J]..金沙中國江農干村熱水利水河谷區電（，云南201910）：水[9]117-122孫璐，，高126.曉麗，劉明，等.貴州省夏玉米生育期內降14-18與需[10]，水22.量空間分布研究[J].中國農村水利水電，2015（5）：水利水[11]電葉嚴出守富版澤社，，詹2000.道江.工程水文學（第3版）[M].北京:中國玉米產量與氮來素，張吸富收倉利，用的范興影科響，等[J]..農業水氮互機械作對學報寧夏，2020沙土，51春7）：283-293.農業[12]工程李技術峰，.2020農業，水利工程中40（2）：46原49.的灌溉技術與節水措施[J].作者簡介袁宇霞（1986-），女，碩士研究生，中級工程師；通訊地址：山西省晉中市榆次區遼陽路晉中市水利局，030606（（