以減產損失為指標的農業(yè)干旱評價方法研究

沈洪政 馬青青 金建華

摘要：該文通過對山西省運城市30年的降雨、蒸發(fā)資料進行統(tǒng)計分析，先初步從降雨量及蒸發(fā)量判斷該地區(qū)的氣候情況，然后以冬小麥為例，通過作物的蒸發(fā)蒸騰量、水分生產函數計算減產損失（k=），并提出以減產損失為指標進行農業(yè)干旱評價，為今后的農業(yè)干旱預防、評價提供科學依據。經研究分析可得，當減產損失值為0～0.2500時為輕旱；減產損失值為0.2501～0.4709時為中旱；減產損失值為0.4710～0.7477為重旱；減產損失值大于0.7478為嚴重干旱。

關鍵詞：干旱 旱災 減產損失 干旱指標

中圖分類號：S16 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0161-03

近幾十年來，隨著全球氣候日趨變暖，干旱和旱災造成的損失和影響越來越嚴重。干旱不僅直接導致農業(yè)減產，食物短缺而且其持續(xù)累積會使土地資源退化、水資源耗竭和生態(tài)環(huán)境受到破壞，制約可持續(xù)發(fā)展[1]。預防和減輕旱災成為當今世界的重要課題之一。

農業(yè)干旱是指由外界環(huán)境因素造成作物體內水分失去平衡，發(fā)生虧缺，影響作物正常生長發(fā)育，進而導致減產或絕收的氣象災害現象。它涉及土壤、作物、大氣和人類對資源的利用等多方而因素，是各類干旱中最復雜的一種。氣象干旱是各種干旱的基礎和根本致因。但氣象干旱發(fā)生時并不一定就有農業(yè)干旱。農業(yè)干旱跟各地農業(yè)生產水平和地方經濟發(fā)展有關。農業(yè)干旱又分為生理干旱、土壤干旱和大氣干旱。目前對氣象干旱的研究較多，農業(yè)干旱研究有待進一步深入。該文提出以減產損失為指標進行農業(yè)旱情評價，以更好的反映農業(yè)干旱情況。

1 運城地區(qū)地理概況與資料簡介

1.1 運城地區(qū)地理概況

運城地區(qū)現轄運城市、永濟市、河津市及聞喜、繹縣、垣曲、夏縣、平陸、新絳、稷山、萬榮、臨猗、芮城等縣。總面積13968平方公里，總人口425萬，運城境內水資源比較年富。黃河、汾河、涑水河流經境內，境內總流長6百公里、境內平川占到總面積的58.3%。該區(qū)地理座標介于北緯～，東經～之間，屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候。其基本特征是，氣候溫和，冬寒夏暖，熱量資源充足，夏秋雨水豐沛，光能，風能較豐富。是山西省積溫較高的地區(qū)。

1.2 資料來源

該文資料來源于運城氣象站1971—2000年共30年的基本氣象資料。

2 計算方法

2.1 減產損失指標

作物減產損失指標為：k=

式中：k為減產損失，y為作物實際產量，為作物最大產量。作物受旱越嚴重減產損失越大，作物受旱越輕，減產損失越小。

y/ym采用Jensen模型進行計算。

2.2 Jensen模型

Jensen 模型以階段相對騰發(fā)量為自變量：

（1）

式中：為實際產量；為使用作物光溫生產潛力計算的最大產量；n為作物的生育階段；為作物在第i階段的水分敏感系數，反映不同生育期缺水對作物產量的影響程度；為非充分灌水條件下作物的蒸騰量；為充分灌水條件下的蒸騰量[2]。

根據以上計算模型需要對、和值進行求解。

2.2.1水分敏感指數

根據綜合分析，水分敏感指數選用王仰仁等的實驗數據，見表1。

2.2.2作物蒸散量ET

根據根區(qū)土壤水分大小可將作物蒸散的計算分為兩種情況：一種是充分供水條件下的作物蒸散量的計算：一種是非充分供水條件下的作物蒸散量的計算。用分段函數表示如下：

（2）

式中：為作物蒸散量，單位；為參考作物蒸散量，單位；為作物系數；為土壤水分修正系數。

土壤水分修正系數是根區(qū)水分土壤的函數，可用下式計[3]

（3）

式中：為作物根區(qū)實際含水率，單位：%（以體積含水率表示，下同）；為土壤凋萎點含水率，單位：%；為蒸散開始受土壤含水率影響時的臨界含水量，單位：%，令=，為作物根區(qū)最大田間持水率，單位：%；與相對應的系數；n為經驗指數，由實測資料分析求得。

2.2.3作物系數

全生育期冬小麥的作物系數的變化過程表達式為：

（4）

式中：為初始生長期的作物系數；為生育中期的作物系數；，，，為與作物系數變化相對應的累計天數，其中為全生育期生長天數；，，，，，，為模型參數，其中，，，和，，中的6個參數可利用作物生長連續(xù)性的特點由其他參數求得。

2.2.4作物蒸騰量的求解

充分供水條件下的冬小麥的蒸發(fā)蒸騰量用下式求解：

（5）

2.2.5參考作物需水量ET0的確定

參考作物蒸散采用FAO1998年推薦的FAO Penman-Menteith 公式[4]計算，（6）

式中：為作物冠層頂的凈輻射，單位：；G為土壤熱流強度，單位：；T為2 m高度處的日平均氣溫，單位：；為2 m高度處的風速，單位：；為濕度計常數，單位：；為飽和水汽壓-溫度曲線斜率，單位：；為氣溫為T時的飽和蒸汽壓，單位：；為氣溫為T時的實際蒸汽壓，單位：；其余符號意義同前。

3 以減產損失為指標的農業(yè)干旱評價標準

3.1 減產損失計算結果

根據運城30年的氣象資料，冬小麥的減產損失計算結果見表2。

將以上數據繪制成散點圖，如圖1所示。

3.2 農業(yè)干旱評價標準

根據30年的減產損失計算結果，按照減產損失設計保證率劃分干旱等級范圍，當設計保證率小于25%時即減產損失值為0～0.2500時為輕旱；當設計保證率為25%～50%時即減產損失值為0.2501～0.4709時為中旱；當設計保證率為50%～75%時即減產損失值為0.4710～0.7477時為重旱；當設計保證率大于75%時即減產損失值大于0.7478時為極重旱。

3.3 1971-2000年的降雨量情況

1971—2000年年平均降雨量如圖2所示。

將圖1和圖2進行對比可以看出：基本上當降雨量大時，減產損失小，降雨量小時減產損失大。但是降雨量相近的年份，減產損失值有一定的差別。這說明包括降雨在內的氣象災害是農業(yè)干旱的基礎和根本致因，農業(yè)干旱的影響因素非常復雜，還需要考慮到作物自身的影響因素。以減產損失為指標的旱情評價指標，不僅考慮了降雨和蒸發(fā)等的氣象因素，還考慮了作物自身的影響因素。可以較好的用于進行農業(yè)干旱評價。

4 結論

（1）減產損失值為0～0.2500時為輕旱；減產損失值為0.2501～0.4709時為中旱；減產損失值為0.4710-0.7477時為重旱；減產損失值大于0.7478時為極重旱；

（2）當降雨量大時，減產損失小，降雨量小時減產損失大。

（3）減產損失指標不僅考慮了降雨和蒸發(fā)等的氣象因素，還考慮了作物自身的影響因素。

參考文獻

[1]商彥蕊.農業(yè)旱災研究進展[J].地理與地理信息科學，2004，20（4）：101-104.

[2]Kang X Y，Gu G Q，Shi Y S，Tian G Q ，Gu Y L. Drought indices and prediction models for winter wheat.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2011，17（4）：860-865.

[3]雷志棟，楊詩秀，謝森傳.土壤水動力學[M].北京：清華大學出版社，1988：282-303.

[4]Allen R G，Pereira L S，Raes D，et al.Crop evapotranspiration guidelines for computing water requirements [J].FAO Irrigation and Drainage Paper 56，1998：161-173.