近50年氣候變化對黑龍港流域棉花需水規律的影響

顧晶　盧健　繳錫云　謝菊

摘要：針對氣候變化對作物需水量的影響，研究主要氣象因子和作物需水量的變化趨勢。應用黑龍港流域棉花試驗數據，對棉花需水量和主要氣象因子近50年的變化進行趨勢檢驗，分析該地區近50年的棉花需水量變化趨勢。結果表明，近50年黑龍港流域氣溫呈上升趨勢，相對濕度、日照時數和風速均呈不同幅度的下降趨勢，降水量變化趨勢不明顯。棉花全生育期需水量總體呈下降趨勢。在各生育階段中，苗期、蕾期和吐絮期需水量總體呈下降趨勢，花鈴期需水量呈顯著上升趨勢。風速和日照時數是影響黑龍港流域棉花全生育期需水量的主要氣象因子，氣溫和相對濕度是影響棉花花鈴期需水量的主要因子。

關鍵詞：棉花；作物需水量；氣候變化；黑龍港流域

中圖分類號： S162.5文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0115-03

收稿日期：2014-07-03

基金項目：水利部公益性行業科研專項（編號：201301014）。

作者簡介：顧晶（1990—），男，江蘇大豐人，碩士研究生，主要從事節水灌溉理論與技術研究。E-mail：dfgj8@163.com。

通信作者：繳錫云，教授，主要從事節水灌溉理論與技術研究。E-mail：xyjiao@hhu.edu.cn。黑龍港流域位于河北省東南部，是我國重要的農業種植區，同時也是全國水資源嚴重貧乏、資源性缺水的地區之一，水資源的短缺制約了該區域經濟可持續發展能力[1]。因此，開展包括農業節水在內的節水工程、制定科學灌溉制度、提高水資源利用效率對緩解黑龍港流域的水資源危機具有重要意義。近期，氣候的變化和作物需水量對氣候變化的響應成為人們關注水資源的一個重要方面[2-5]。目前對作物需水量變化趨勢及其與氣候變化關系的研究主要集中在小麥和玉米上[6-8]，但是這些研究的規律具有一定的地域性，而且對氣候變化下棉花需水規律的研究甚少，氣候變化條件下棉花需水規律的研究有必要進一步深入。區域水資源可以基于作物需水量進行合理配置[9-11]。掌握棉花需水量的演變規律關系到黑龍港流域水資源規劃的科學制定。本研究結合田間試驗，初步揭示黑龍港流域棉花需水量的變化規律，研究氣候變化對作物需水量的影響及其歷史變化、掌握未來農業用水走勢以及科學制定水資源規劃和建立合理灌溉制度具有重要的指導意義。

1材料與方法

1.1試驗區概況

棉花需水規律試驗于2008—2009年在中國科學院的南皮生態農業試驗站進行，試驗站位于河北省南皮縣馮家口鎮，屬于黑龍港流域，地處北緯38°06′、東經116°40′，屬于北暖溫帶半濕潤季風氣候，年均降水量480 mm，降雨一般集中在夏季。水面蒸發量1 900～2 200 mm，地下水埋深5～7 m，該區光熱資源豐富，太陽總輻射2.34 MJ/cm2年，平均日照時間 2 318 h。試驗區為典型環渤海缺水鹽漬化類型區，土壤多為脫鹽潮土，耕地土壤為輕質壤土，土壤干容重1.49 g/cm3。棉花騰發量試驗區位于試驗站的西南部，試驗區內建36個蒸滲儀，共4列，每列9個，呈南北走向。棉花供試品種為冀棉958。栽培方式設置覆膜平播，采用2膜4行的播種方式，行距55、80、55 cm，膜間距40 cm，株距40 cm，撒播后期定苗。

1.2作物需水量計算

聯合國糧農組織（the food and agriculture organization of the United Nations，FAO）推薦的參考作物蒸發蒸騰量-作物系數法[12]是目前估算作物需水量的主要方法。在土壤水分充足的條件下，作物需水量計算公式為

2結果與分析

2.1近50年氣候變化趨勢

利用黑龍港流域泊頭市、饒陽縣、邢臺市、南宮市4個國家氣象站近50年（1960—2009年）的主要氣象因子逐日氣象資料，包括最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、相對濕度、風速、日照時數和降水量，分析近50年來黑龍港流域氣候變化的規律，站點分布如圖1所示。

下降趨勢，由于輻射與日照時數成正比，日照時數的減少造成到達地面的太陽輻射能減少。邢臺市相對濕度呈下降趨勢，說明大氣在逐漸地變得干燥。風速呈下降趨勢，且下降趨勢顯著。降雨量呈不顯著變化趨勢。

2.2棉花需水量的變化特征

根據逐日的氣象資料，由式（2）計算出逐日參考作物需水量。本研究將棉花生育階段劃分為4個生育階段，采用試驗所得覆膜平播棉花的作物系數，即苗期Kc=0.731、蕾期Kc=0.910、花鈴期Kc=1.373、吐絮期Kc=0.800；再由根據式（1）計算逐日作物需水量，從而得到棉花全生育期需水量和生育期各階段需水量。

MK非參數統計檢驗棉花全生育期需水量和棉花生育期各階段需水量變化趨勢如表2所示。

由表2可知，近50年來黑龍港流域棉花需水量ET在全生育期及不同的生育階段呈不同的變化規律。棉花全生育期ET總體呈下降趨勢，其中泊頭市和南宮市站點的ET下降幅度最大，邢臺市上升趨勢不顯著。在棉花苗期、蕾期ET總體呈下降趨勢，而花鈴期除泊頭市、南宮市站點趨勢顯著外，其他站點均呈顯著上升趨勢。

2.3棉花需水量與氣候變化的關系

2.3.1棉花全生育期需水量對氣象因子的響應對主要氣象因子（氣溫、相對濕度、風速、日照時數）的年際變化和年內變化分別進行分析、檢驗，確定棉花全生育期需水量與氣候變化的關系，檢驗結果如表3。

由表3可知，泊頭市、饒陽縣、南宮市地區的相對濕度、風速和日照時數的降低趨勢及其下降幅度決定了該區域棉花全生育期需水量的下降趨勢；邢臺市雖然風速和日照時數都呈極顯著下降趨勢，但氣溫呈顯著上升和相對濕度下降引起需水量增加的幅度超過了風速和日照時數引起需水量下降的幅度，使邢臺地區棉花需水量呈不顯著變化趨勢。

2.3.2棉花各生育階段需水量與氣象因子的響應對棉花各生育階段氣象因子趨勢檢驗，結果見表4。

從表4可以看出，苗期的風速和日照時數極顯著下降趨勢決定了苗期ET的下降趨勢，雖然氣溫呈顯著或極顯著的上升趨勢，但風速和日照時數的減少引起ET降低的幅度比氣溫顯著上升和相對濕度的下降引起ET升高的幅度大，使黑龍港流域近50年來棉花苗期ET總體上呈下降趨勢。

在蕾期，泊頭市和南宮市的棉花ET呈顯著下降趨勢，相對濕度、風速和日照時數是主要氣象因子；饒陽縣和邢臺市因為相對濕度下降引起的棉花ET上升削弱了風速、日照時數的顯著下降引起棉花蕾期ET下降的幅度，使饒陽縣和邢臺市的蕾期ET呈不顯著變化趨勢。

在花鈴期，風速和日照時數是影響泊頭市棉花ET的主要氣象因子。氣溫和相對濕度是影響饒陽縣、邢臺市、南宮市棉花花鈴期ET的主要氣象因子，氣溫的上升和相對濕度顯著下降促使棉花花鈴期ET顯著上升，而風速和日照時數的影響作用不明顯。

在吐絮期，泊頭市和南宮市的棉花ET總和呈下降趨勢，風速和日照時數的下降是促使吐絮期棉花ET下降的主要原因，氣溫和相對濕度對饒陽縣和邢臺市吐絮期棉花ET的上升趨勢起到了決定性作用，是影響饒陽縣和邢臺市吐絮期ET的主要氣象因子。

3結論

近50年來，黑龍港流域氣溫呈上升趨勢，相對濕度、日照時數和風速均呈不同幅度的下降趨勢，降水量變化趨勢不明顯。

黑龍港流域棉花全生育期需水量總體呈下降趨勢。各生育階段中，苗期、蕾期和吐絮期需水量總體呈下降趨勢，花鈴期需水量總體呈上升趨勢。因此，今后可以通過適當減少棉花苗期、蕾期和吐絮期的灌溉量，增加花鈴期的灌溉量，達到合理、科學分配并節約灌溉水資源的目的。

風速和日照時數是影響黑龍港流域棉花全生育期需水量的主要氣象因子，氣溫和相對濕度是影響棉花花鈴期需水量的主要因子。

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