自然降雨與旱地谷子單產水平關系研究*
——以武安市為例

劉 猛，劉 斐，夏雪巖，宋世佳，王慧軍，李順國※，張德榮

(1.河北省農林科學院谷子研究所/河北省雜糧研究實驗室/國家谷子改良中心，石家莊 050035； 2武安市農牧局，河北邯鄲 056300)

?

·糧食安全·

自然降雨與旱地谷子單產水平關系研究*
——以武安市為例

劉 猛1，劉 斐1，夏雪巖1，宋世佳1，王慧軍1，李順國1※，張德榮2

(1.河北省農林科學院谷子研究所/河北省雜糧研究實驗室/國家谷子改良中心，石家莊 050035； 2武安市農牧局，河北邯鄲 056300)

谷子抗旱性強，水分利用效率高，是我國北方干旱半干旱雨養(yǎng)旱作區(qū)的主要雜糧作物。文章主要研究干旱雨養(yǎng)旱作區(qū)降雨量對谷子單產的變化規(guī)律，從而為提高谷子降水利用效率以及實際生產提供理論依據(jù)。基于武安市1983～2012年期間30年的降雨數(shù)據(jù)和谷子單產數(shù)據(jù)，研究自然降雨與谷子單產水平關系。采用散點圖、建立線性方程、線性回歸顯著性分析等研究方法，通過統(tǒng)計、對比描述等方式進行分析。結果顯示：武安近30年的自然降雨量與谷子的單產之間具有正相關關系，且谷子7、8月份降雨量對其單產具有顯著性影響。主要結論：谷子的單產隨著降雨量的增加而增加，但不是無限增加，而是有一個最佳降雨臨界點490mm； 當降雨量在490mm以內變化時，谷子單產隨著降雨量的增加呈現(xiàn)增長的趨勢； 當降雨量超過490mm時，谷子的單產與降雨量負相關； 谷子的單產受7月和8月的降雨量影響顯著，且2個月降雨量之和占全生育期的63.1%時，谷子的單產較高。

降雨量 單產 線性方程 谷子

0 引言

谷子起源于我國，曾長期在我國北方占據(jù)主糧地位，隨著我國水利條件的改善以及小麥、玉米栽培輕簡化和單產的提高，小麥、玉米種植面積不斷擴大，谷子種植面積逐步縮小，并逐漸淪為雜糧作物。谷子具有較低的蒸騰系數(shù)和較高的蒸騰效率[1]，水分利用效率高，因而具有較強的抗旱性，是我國北方干旱半干旱雨養(yǎng)旱作區(qū)的主要雜糧作物。已有文獻研究表明，雨養(yǎng)旱作區(qū)小麥、玉米、燕麥等作物的產量與生育期降雨量密切相關[3-4]，隨著干旱的日趨嚴重，降雨量已成為雨養(yǎng)旱作區(qū)作物產量的重要影響因子。但降雨量與谷子單產關系的研究較少[5-9]，在干旱日趨嚴重，谷子等雜糧市場需求增加的形勢下，研究雨養(yǎng)旱作區(qū)降雨量與谷子單產的關系，對于合理利用水資源[10-15]、提高自然降水利用率[16-19]，穩(wěn)定谷子產量具有重要意義。武安位于河北省南部，太行山東麓，處于太行山隆起與華北平原沉降的接觸部，丘陵山區(qū)占全市面積的74.7%，屬于典型的雨養(yǎng)旱作區(qū)，全年平均降雨量約560mm，但谷子生長期降雨不穩(wěn)定。因此文章以武安市為例，通過分析降雨量和谷子單產的關系，探索降雨量對谷子單產的變化規(guī)律[20]，從而指導干旱地區(qū)谷子的實際生產，為穩(wěn)定雨養(yǎng)干旱區(qū)的谷子生產以及有針對性地制定旱作栽培技術具有重要的指導意義。采用的數(shù)據(jù)來源于武安市農牧局及氣象部門。其結構框架為：首先以武安市降雨量和谷子單產的變化為依據(jù)，發(fā)現(xiàn)1983～2012年降雨量與谷子單產之間存在一定的關系； 然后采用散點圖和建立線性方程的方法分析降雨量與谷子單產之間的變化規(guī)律； 再次通過回歸方程對1983～2012年谷子生長期的降雨量進行了回歸，分析谷子單產在不同生長期的顯著性水平，最后得出結論及其建議。

1 近30年武安市降雨量與谷子單產的變化

圖1 武安市谷子單產與自然降雨的關系

圖1中的折線顯示武安市谷子的單產變化與生

長期降雨量(5～9月份下同)變化基本符合正相關關系，降雨量越高，單產越高。具體以1984年、1986年、1992年、1999年、2005年及以后的情況介紹武安市降雨量與谷子單產的變化關系。1984年武安降雨量發(fā)生拐點，相對應的谷子的單產也出現(xiàn)拐點，且降雨量大，單產也高； 到1986年，降雨量下降，對應的谷子的單產降到30年內的最低； 同樣1992年武安降雨量又出現(xiàn)下降，谷子單產也相應地下降； 到2005年，武安降雨量增長，谷子的單產也相應地增長； 之后從2006年開始，武安降雨量變化較穩(wěn)定，相應的谷子的單產也逐漸趨于穩(wěn)定。從以上的分析可以看出，武安市谷子的單產與降雨量的變化基本上保持一致，也就是說單產受降雨量的影響非常大，關系十分密切。但是武安市谷子的單產是否隨著降雨量的增加(降低)而增加(降低)，下文繼續(xù)對30年的散點圖和趨勢圖進行分析。

2 武安市降雨量與谷子單產的關系

該文根據(jù)1983～2012年武安市降雨量與谷子單產的數(shù)據(jù)繪制成降雨量與單產的散點圖(圖2)，其中豎線是降雨量為490mm時的分界線。從圖2中可看出小于490mm降雨量時，谷子的單產隨著降雨量的變化呈現(xiàn)一定關系，初步確定降雨量增加，谷子的單產也增加，但大于490mm降雨量時谷子的單產明顯較低，且無規(guī)律變化，均在231kg/667m2以下。下面對小于490mm降雨量范圍內的谷子單產變化建立線性方程，作進一步分析。

圖2 近30年來武安市降雨量對谷子單產的影響變化散點分布

圖3 武安市490mm以內降雨量對谷子單產影響趨勢

通過對降雨量在490mm以內的各年的谷子單產散點分布，模擬了圖3所示的線性方程。該線性方程的R2值為0.7316，說明方程的擬合度較好，可以代表單產的變化趨勢。圖3顯示谷子的單產在降雨量小于490mm的范圍內，隨著降雨量的增加而增加，根據(jù)目前的數(shù)據(jù)顯示降雨量484.1mm時，谷子單產最大，為310kg/667m2。

3 武安市生長季降雨量對谷子單產的影響

上文分析了谷子的單產受降雨量的影響變化情況，降雨量在490mm范圍以內谷子的單產隨降雨量的增加而增加，但是谷子的單產在哪一個具體時期受降雨量的影響顯著尚不清楚，因此采用線性回歸分析方法進一步對谷子不同生長期的降雨量進行分析。

3.1 研究方法

根據(jù)武安市農牧局提供的1983～2012年的各年降雨量(5～9月份)數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸方程，測算生長期各月的降雨量對單產的關系。最后判斷哪個月降雨量對單產的影響顯著性較大。回歸方程基本形式：

Y=C+A1X1+A2X2+….+AiXi

其中C是常數(shù)，A是系數(shù)，在該文中Y是單產，X是生長期各月的降雨量。運用DPS軟件進行回歸結果如下。

3.2 生長季各月份降雨量對谷子單產的影響

從表1的回歸結果看，回歸系數(shù)顯示6～8月份的影響是正向關系，說明在這個時期內降雨量越大單產越高，且影響較顯著的是7月份和8月份； 5月份和9月份的影響是負向關系，說明在這個時期內降雨量越大，單產越低。

表1 谷子單產受降雨量的回歸分析結果

上文生長期各月的降雨量中影響單產較大的是7月份和8月份，且均是正向關系。在武安市谷子生長過程中， 7月中下旬是谷子的拔節(jié)期和孕穗期，該時期是快速營養(yǎng)生長和關鍵生殖生長階段，因此需要大量水分。另外8月中旬正是谷子的灌漿期，該生長期是植株從外界環(huán)境吸收大量水分以供籽實灌漿的重要階段，因此需要充足水分。經計算，近30年的7月份和8月份降雨量之和平均是278mm，占谷子生育期降雨量的63.1%時。以2011年和1993年為例， 2011年7、8月份的降雨量之和294.8mm占生育期降雨量的66.9%， 7月份降雨量166.2mm， 8月份降雨量128.6mm，谷子產量達到280kg/667m2， 1993年7月份降雨量207.6mm， 8月份降雨量223.9mm，兩個月之和431.5mm，占生育期降雨量的76.9%。因此7月和8月的降雨量是影響谷子單產顯著的月份，如果在兩個時期出現(xiàn)適當?shù)慕涤辏旧暇湍軌虮ＷC谷子的產量。

5、6、9月份的降雨量對谷子單產的影響不顯著，且5月和9月是負向影響關系，不需較多的水分。武安市5月和9月是谷子生長的苗期和成熟期， 5月適當?shù)慕涤瓯ＷC谷子出苗以后，基本不需要降水； 9月是谷子成熟后期，水分不宜過多，適當?shù)慕涤昃涂梢詽M足谷子成熟； 6月是武安市谷子生長期，這個時期是蹲苗期，且不需要太大的降雨量，因此6月的降雨量對谷子單產影響不重要。

4 結論與討論

4.1 結論

研究自然降雨與谷子單產之間的關系，對谷子實際生產具有指導意義。根據(jù)該文的分析得出以下結論：谷子的單產隨著降雨量的增加而增加，但不是無限增加，而是有一個最佳降雨臨界點490mm； 當降雨量在490mm以內變化時，谷子單產隨著降雨量的增加呈現(xiàn)增長的趨勢。當降雨量超過490mm時，谷子的單產與降雨量負相關； 谷子的單產受7月和8月的降雨量影響顯著，且2個月降雨量之和占谷子生育期降雨量的63.1%時，谷子的單產較高。

4.2 討論

谷子是耐旱耐瘠薄的作物，蒸騰系數(shù)較小，但不是絕對的抗旱，而是相對耐旱，比較節(jié)水的雜糧作物。以武安的氣候環(huán)境看， 5月底至者6月中旬谷子種植、出苗，不需要的太多的水分，滿足苗期的正常水分供應即可； 7、8月份屬于拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期，這幾個時期需要較多的水分供應，張喜文研究了孕穗期土壤水分充足，田間濕度較大，有利于氣生根的發(fā)生[1]； 9月是谷子成熟后期，基本不需要水分。該文確定的490mm降雨量臨界值實際是一個約數(shù)，是根據(jù)近30年的谷子生產數(shù)據(jù)，總結出的基本規(guī)律，該文得出的谷子生長期7、8月份降雨量影響產量較顯著，與吳國忠[6]在1984年研究的觀點是一致的，因此在實際的谷子生產中具有指導意義。氣象部門做好突發(fā)氣象災害的預警工作以及防范措施，在5、6、9月份谷子需水量較少時期，遇降雨量大時做好排水工作，在7、8月份谷子需水較多時期，及時做好供水準備，合理利用水資源[21]，以滿足農作物的生長。農民及時收聽氣象預報，做好谷子生產準備工作，避免氣象災害造成的經濟損失。

該文結論中在490mm降水量范圍以內，谷子單產隨著降雨量的增加呈現(xiàn)增長的趨勢， 2012年自然降雨量484.1mm時谷子單產310kg/667m2，這個觀點不是說谷子的單產達到310kg/667m2時，就不會再增產，而是在降雨量達到490mm左右時，水分促進增產的作用以充分表現(xiàn)出來，若想再提高產量，需要通過更換高產品種、栽培技術方面提高谷子單產[22-23]，這些方面已有很多研究。另外谷子單產變化還與科技進步有一定關系，該文的降雨量與單產的關系分析中，科技進步對谷子單產的作用，基本可以通過30年的數(shù)據(jù)趨勢予以消除，因此科技進步對單產的作用基本不影響該文的結果。進一步研究谷子集雨高效生產技術，確保雨養(yǎng)旱作區(qū)谷子穩(wěn)產、高產。重點是研究、引進膜側溝播技術、全膜穴播技術等地膜谷子栽培技術，篩選適合地膜栽培的谷子品種，研究地膜條件下的施肥技術等。

[1] 張喜文， 武釗.谷子栽培生理.北京：中國農業(yè)科技出版社， 1993，131～132

[2] 馬愷， 池寶亮，常勃，等.降水量對旱地冬小麥產量的影響.山西農業(yè)科學， 2013， 41(4)： 358～360， 365

[3] 趙京考， 盧靜，谷思玉，等.降雨量和氮素對黑土區(qū)春玉米產量的影響.農業(yè)工程學報， 2011, 27(12): 74～78

[4] 鄭克寬， 趙樹林.自然降水量利用與旱地裸燕麥產量形成的關系.內蒙古農牧學院學報， 1994, 15(3): 24～29

[5] 何少斌， 王殿瀛，郭桂蘭.谷子產量與氣象條件的關系.山西農業(yè)科學, 1985，(5)： 5～9

[6] 吳國忠. 干旱地區(qū)雨量等氣象因素的變化對谷子產量的影響.甘肅農業(yè)科科技, 1984，(5)： 21～23

[7] 郭天財， 李春喜，賈緒初.濟源縣夏谷產量與氣象要素關系的統(tǒng)計分析.河南農業(yè)大學學報，1988, 22(1): 49～57

[8] 薛景軒， 王琎.隴東谷子的氣象條件分析.甘肅農業(yè)， 2005(2)： 88

[9] 張榮， 班勝林，馮艷霞，等.大同市近50年谷子產量與氣象條件關系分析.陜西氣象, 2013，(1)： 26～29

[10]李桂花， 張艷萍，胡克林.不同降雨和灌溉模式對作物產量及農田氮素淋失的影響.中國農業(yè)科學， 2013, 46(3): 545～554

[11]馬波， 馬璠，李占斌，等.模擬降雨條件下作物植株對降雨再分配過程的影響.農業(yè)工程學報， 2014, 30(16): 136～146

[12]王心星， 榮湘民，張玉平，等.自然降雨條件下玉米與不同作物間套作的氮損失特征.水土保持學報， 2014, 28(5): 113～118

[13]張旭東， 孫仕軍，閆瀛，等.阜新地區(qū)主要糧食作物產量與降水量關系分析.農業(yè)科技與裝備， 2009，(6)： 71～74， 77

[14]戶艷領， 陳志國，劉振國.基于熵值法的河北省農業(yè)用水利用效率研究.中國農業(yè)資源與區(qū)劃， 2015, 36(3): 136～142

[15]劉海啟， 王迎春.我國西北干旱區(qū)農牧業(yè)綜合開發(fā)潛力分子及水資源支撐能力研究.中國農業(yè)資源與區(qū)劃， 2015, 36(3): 1～9

[16]朱瑞昌. 江漢平原降水量對小麥產量的影響.湖北農業(yè)科學, 1979，(9)： 1～5

[17]肖繼兵， 孫占祥，蔣春光，等.壟膜溝種條件下品種和密度對玉米生長的影響.水土保持研究， 2013, 20(1): 134～140

[18]張旭東， 孫仕軍，付玉娟，等.阜新地區(qū)降水量對主要糧食作物單產的影響.人民黃河， 2011, 33(2): 93～96

[19]任玉梅. 降雨與花生產量關系的初步探討.花生學報, 1983，(4)： 9～12

[20]盧其垚. 華北平原區(qū)降水量對冬小麥產量的影響.氣象學報， 1963， 33(3)： 392～398

[21]馮海發(fā)，王征南.我國農用水資源利用及其政策調整.中國農業(yè)資源與區(qū)劃， 2001， 22(3)： 25～29

[22]夏雪巖，李順國，劉恩魁，等，程汝宏.武安半干旱區(qū)冀谷31微集水種植增產機理研究.干旱地區(qū)農業(yè)研究， 2015， 33(3)： 184～189

[23]夏雪巖，師志剛，程汝宏.谷子簡化栽培增產的生理機制研究.華北農學報， 2010， 52(S2)： 79～83

RELATIONSHIP BETWEEN NATURAL RAINFALL AND YIELD OF DRY FOXTAIL MILLET*——TAKING WU′AN CITY FOR EXAMPLE

Liu Meng1，Liu Fei1，Xia Xueyan1，Song Shijia1，Wang Huijun1，Li Shunguo1※，Zhang Derong2

(1.Institute of Millet Crops，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Cereal Crops Research Laboratory of Hebei Province/National Foxtail Millet Improvement Center，Shijiazhuang 050035,China；2.Bureau of agricultural and animal husbandry in Wu an city，Handan, Hebei 056300,China)

As a drought crop with high water use efficiency, foxtail millet is the main miner crop in the dry and rain-fed area of China, and also an important income source of farmers. The purpose of this article is to study the impact of variation of rainfall on foxtail millet yield in arid region, so as to guide actual production of foxtail millet. Based on the data of rainfall and foxtail millet yield of Wu′an county in 1983-2012, this paper analyzed the relationship between natural rainfall and foxtail millet yield using the methods of scatter diagram, linear equations and linear regression etc. The results showed that the relationship between rainfall and yields of foxtail millet was positive. The rainfall in July and August had a significant influence on the yield. Millet yields increased with the rainfall increasing but not indefinite. The best rainfall critical point was 490mm. When the rainfall was less than 490mm, the yield of foxtail millet increased with the increase of the rainfall, but it decreased when the rainfall was more than 490mm. The foxtail millet had the highest yield when the sum of rainfall in July and August accounted for 63.1% of the whole millet growth period.

rainfall; yield; linear equation; foxtail millet

10.7621/cjarrp.1005-9121.20160909

2015-10-20

劉猛(1982—)，男，河北滄縣人，碩士、助理研究員。研究方向：農業(yè)經濟及產業(yè)經濟。

※通訊作者：李順國(1976—)，男，河北徐水人，研究員。研究方向：谷子栽培與產業(yè)經濟。Email：lishunguo76@163.com

*資助項目：農業(yè)部/財政部“現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系專項資金”(CARS-07-13.5-A18)； 公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項(201303133-1-6)； 河北省渤海糧倉科技示范工程項目

S515; S165+.27

A

1005-9121[2016]09-0048-05