基于遙感監(jiān)測ET的館陶縣主要農(nóng)作物耗水規(guī)律研究

姚玉梅，付貴增，付曉亮，楊朝瀚

（1.海河流域水土保持監(jiān)測中心站，天津300170；2.水利部海河水利委員會，天津300170）

基于遙感監(jiān)測ET的館陶縣主要農(nóng)作物耗水規(guī)律研究

姚玉梅1，付貴增1，付曉亮2，楊朝瀚2

（1.海河流域水土保持監(jiān)測中心站，天津300170；2.水利部海河水利委員會，天津300170）

農(nóng)業(yè)節(jié)水管理的目標(biāo)之一是減少灌溉區(qū)無效水分蒸發(fā)，提高水分利用效率，增加農(nóng)作物產(chǎn)量。基于遙感監(jiān)測ET技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)灌區(qū)大范圍、高精度、連續(xù)性的水分消耗監(jiān)測。根據(jù)遙感監(jiān)測ET及有效降水?dāng)?shù)據(jù)，對河北省館陶縣冬小麥、夏玉米和棉花3種主要農(nóng)作物進(jìn)行耗水分析，獲得作物的耗水規(guī)律，為農(nóng)業(yè)節(jié)水管理提供依據(jù)。

遙感監(jiān)測；耗水量（ET）；耗水規(guī)律；有效降水

河北省館陶縣存在河道斷流、地下水位下降、水質(zhì)污染等一系列水資源開發(fā)利用引起的環(huán)境問題［1］，且館陶縣是典型農(nóng)業(yè)縣，耕地面積占其總面積的80%以上，為了充分開發(fā)和合理利用水資源，實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)利用，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)水管理，推動農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工作。農(nóng)業(yè)節(jié)水不僅要提高灌溉效率，而且要注重降低農(nóng)田水分蒸發(fā)蒸騰耗水量［2］。筆者以主要農(nóng)作物耗水為重點(diǎn)進(jìn)行研究，獲得主要農(nóng)作物的耗水情況和特點(diǎn)，為提出農(nóng)業(yè)節(jié)水管理措施建議提供依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

河北省館陶縣位于海河流域內(nèi)華北平原區(qū)的種植腹地，是河北省典型的農(nóng)業(yè)縣，耕地面積占全縣總面積的80%以上。縣域介于北緯36°27′～36°47′、東經(jīng)115°06′～115°28′，總面積456 km2。館陶縣境內(nèi)有衛(wèi)運(yùn)河通過，衛(wèi)運(yùn)河樞紐處有進(jìn)水閘，河水可引入衛(wèi)西干渠。館陶縣屬典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季溫和涼爽，冬季寒冷干燥，年均氣溫14℃，全年無霜期200 d，年日照2 557 h。

根據(jù)館陶縣2004—2012年統(tǒng)計(jì)年鑒，冬小麥、夏玉米和棉花的播種面積超過總播種面積的70%，以2012年館陶縣農(nóng)業(yè)用地種植結(jié)構(gòu)為例，見表1。

從表1可以看出，館陶縣主要作物類型為小麥、玉米、棉花，其播種面積占總播種面積的比例分別為36.84%、36.49%、5.86%。筆者選取冬小麥、夏玉米、棉花3種作物作為樣本進(jìn)行分析。根據(jù)館陶縣作物生長情況，3種典型作物的生育期劃分如下：冬小麥（10月—翌年6月）［3］、夏玉米（6—10月）［4］、棉花（5—10月）。

2　冬小麥耗水規(guī)律研究

根據(jù)遙感監(jiān)測ET數(shù)據(jù)分析館陶縣冬小麥各生育階段耗水，見表2，如圖1所示。

表2　2004—2012年館陶縣冬小麥各生育階段耗水量mm

圖1　2004—2012年館陶縣冬小麥各生育階段耗水變化趨勢

館陶縣冬小麥多年平均耗水為335mm。總體趨勢為10月—翌年2月耗水較低，5個(gè)月累計(jì)耗水僅占全生育期耗水的14%；隨著氣溫回升，至翌年3月耗水迅速增加，3個(gè)月的耗水占整個(gè)生育期耗水的12%；耗水在翌年4—5月達(dá)到生育期內(nèi)峰值，2個(gè)月的耗水占整個(gè)生育期耗水的66%。可見，為降低冬小麥耗水，翌年4—5月的水分管理是關(guān)鍵。因降水與氣溫差異，不同年份之間耗水變化較大。

根據(jù)年內(nèi)有效降水［5］分布情況，對主要農(nóng)作物耗水與同期降水匹配情況進(jìn)行分析，以研究主要農(nóng)作物降水滿足率。冬小麥耗水與同期有效降水的月變化情況，如圖2所示。

圖2　2004—2012年館陶縣冬小麥耗水與同期有效降水的月變化

冬小麥生育期內(nèi)降水嚴(yán)重不足，除11月與翌年6月外，其他月份耗水都大于同期有效降水量，表明該地區(qū)降水的時(shí)間分布與冬小麥需水的耦合性較差。冬小麥生育期內(nèi)有效降水133mm，而同期耗水量為335mm，表明全生育期內(nèi)冬小麥降水滿足率僅為40%，所以冬小麥生育期內(nèi)缺水嚴(yán)重。為保證該區(qū)域冬小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，必須依賴灌溉補(bǔ)充冬小麥生育期內(nèi)需水。

3　夏玉米耗水規(guī)律研究

根據(jù)遙感監(jiān)測ET數(shù)據(jù)分析館陶縣夏玉米各生育階段耗水，見表3，如圖3所示。

夏玉米多年平均耗水為277.62mm。生育期內(nèi)總體變化趨勢為單峰曲線，夏玉米苗期及生育后期耗水較小，6月為28.63mm，9月為65.68mm，2個(gè)月的耗水僅占整個(gè)生育期耗水總量的31%；而在7—8月夏玉米耗水為192.60mm，達(dá)到生育期內(nèi)峰值，2個(gè)月的耗水占整個(gè)生育期耗水總量超過69%。

表1　2012年館陶縣農(nóng)業(yè)用地種植結(jié)構(gòu)

表3　2004—2012年館陶縣夏玉米各生育階段耗水量mm

圖3　2004—2012年館陶縣夏玉米各生育階段耗水變化趨勢

夏玉米耗水與同期有效降水的月變化情況，如圖4所示。

圖4　2004—2012年館陶縣夏玉米耗水與同期有效降水的月變化

夏玉米生育期內(nèi)降水較豐富，除生育后期即9月降水低于同期耗水外，其他月份降水都遠(yuǎn)大于同期耗水；夏玉米全生育期耗水為278mm，而同期有效降水為329mm，表明全生育期降水滿足率達(dá)100%，所以夏玉米生育期內(nèi)基本不缺水。

4　棉花耗水規(guī)律研究

根據(jù)遙感監(jiān)測ET數(shù)據(jù)分析館陶縣棉花各生育階段耗水，見表4，如圖5所示。

表4　2004—2012年館陶縣棉花各生育階段耗水量mm

圖5　2004—2012年館陶縣棉花各生育階段耗水變化趨勢

棉花多年平均耗水為391.58mm。生育期內(nèi)總體變化趨勢為單峰曲線，棉花苗期及生育后期耗水較小，5、6及9月的多年平均耗水量分別為66.89、46.79、66.31mm，該3個(gè)月耗水占整個(gè)生育期耗水總量的46%；而在7—8月棉花耗水為211.48mm，達(dá)到生育期內(nèi)峰值，2個(gè)月的耗水占整個(gè)生育期耗水總量超過54%。

棉花耗水與同期有效降水的月變化情況，如圖6所示。

圖6　2004—2012年館陶縣棉花耗水與同期有效降水的月變化

棉花生育期內(nèi)降水較豐富，除5、9月降水低于同期耗水外，其他月份降水都遠(yuǎn)大于同期耗水；棉花全生育期耗水為391mm，而同期有效降水為409mm，表明全生育期降水滿足率達(dá)100%，所以棉花生育期內(nèi)缺水不明顯。

5　結(jié)語

（1）館陶縣主要農(nóng)作物生育期耗水量與氣溫、降水有關(guān)，年際間存在一定變化。

（2）根據(jù)冬小麥、夏玉米、棉花生育時(shí)段的耗水規(guī)律，館陶縣主要農(nóng)作物耗水峰值一般都出現(xiàn)在發(fā)育期和生育中期，而在苗期和生育末期耗水較小。冬小麥耗水峰值為4—5月，2個(gè)月的耗水總量占整個(gè)生育期耗水總量的66%；夏玉米與棉花耗水峰值都在7—8月，分別占整個(gè)生育期耗水總量的69%、54%。

（3）作物耗水來源主要是有效降雨和灌溉用水。從有效降雨分析結(jié)果來看，夏玉米、棉花生育期降水滿足率較高，在生育期這兩種作物基本都不缺水；冬小麥生育期降水滿足率較夏玉米和棉花低，全生育期內(nèi)冬小麥降水滿足率僅為40%，為保證小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，必須依賴灌溉補(bǔ)充冬小麥生育期內(nèi)需水。

（4）館陶縣要發(fā)展“兩高一優(yōu)農(nóng)業(yè)”，必須實(shí)行科學(xué)的灌溉管理，改善和加強(qiáng)田間水管理。為保證冬小麥的生長，必須通過灌溉或其他水源進(jìn)行補(bǔ)充。4—5月是冬小麥需水關(guān)鍵期，必須對其進(jìn)行合理灌溉。為優(yōu)化館陶縣種植結(jié)構(gòu)、節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水量，館陶縣可適度減少冬小麥等作物的播種面積，充分挖掘棉花等雨熱同期秋糧作物的增產(chǎn)潛力。

［1］王素芬，王韶華，田園.河北省館陶縣農(nóng)業(yè)節(jié)水綜合措施探討［J］.中國農(nóng)村水利水電，2002（12）：25-27.

［2］張召召，張鳳泉.河北省利用世行資款發(fā)展節(jié)水灌溉二期項(xiàng)目實(shí)施工作回顧［J］.河北水利，2013（6）：26-27.

［3］姬興杰，朱業(yè)玉，劉曉迎，等.氣候變化對北方冬麥區(qū)冬小麥生育期的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)氣象，2011，32（4）：576-581.

［4］白莉萍.夏玉米不同生育期對干旱的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制［D］.北京：中國科學(xué)院植物研究所，2005.

［5］劉戰(zhàn)東，段愛旺，肖俊夫，等.旱作物生育期有效降水量計(jì)算模式研究進(jìn)展［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2007，26（3）：27-34.

Law ofW ater Consumption ofMain Crops in Guantao County Based on Remote Sensing M onitoring ET

YAO Yu-mei1，F(xiàn)U Gui-zeng1，F(xiàn)U Xiao-liang2，YANGChao-han2
（1.HaiheBasin SoilandWater Conservation Monitor Centre，Tianjin 300170，China；2.HaiheRiverWater Conservancy Comm ission.MWR，Tianjin 300170，China）

One of the objectives of agriculturalwater savingmanagement is to reduce irrigated areas invalid evaporation，improve water use efficiency and increase crop yields.The technology of remote sensing monitoring ET can achieve large-scale，high-precision，continuousmonitoring ofwater consumption.According to the ET remote sensingmonitoring and effective precipitation data of Guantao County，it is analyzed of the three crops selected with winter wheat，summer maize and cotton to calculate themain crop water consumption law，and to provide essential evidence for agriculturalwater savingmanagement.

remote sensingmonitoring；evapotranspiration（ET）；water consumption law；effective precipitation

TV213.4；S274.4

A

1004-7328（2016）05-0004-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.05.002

2016—07—25

姚玉梅（1988—），女，碩士，工程師，主要從事水土保持監(jiān)測工作。