華北平原糧食作物需水量對氣候變化的響應特征

汪明霞

（黃河水利職業(yè)技術學院，河南開封 475003）

在我國，華北平原作為我國主要糧食生產(chǎn)基地，糧食產(chǎn)量占據(jù)全國產(chǎn)量的10.73%，在糧食生產(chǎn)過程中，對水資源的需求非常大，據(jù)統(tǒng)計，華北平原農(nóng)田灌溉總量每年平均能達到261.3億m3/a，地下水供應量高達60%[1]。

1 華北平原的簡單概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 華北平原的簡單概況 華北平原是我國主要產(chǎn)糧基地，以冬小麥、夏玉米一季兩輪為主要種植方式，糧食年產(chǎn)量越5 700萬t/a，在農(nóng)田灌溉時，灌溉用水主要以地下水為主[2]。華北平原的主要水系是海灤河水系、黃河中下游水系。本次采用的數(shù)據(jù)主要來源于氣象局監(jiān)控數(shù)據(jù)，隨機選擇了三義寨、大功、廣利灌區(qū)近20年的數(shù)據(jù)進行計算，盡可能地保證計算數(shù)據(jù)能代表華北平原整個區(qū)域。

1.2 糧食作物需水量對氣候變化響應特征的研究方法 采用聯(lián)合國FAO研發(fā)的彭曼公式的EToCalculatorV32軟件，對糧食作物需水量ET0進行計算[3]。在計算過程中，空氣濕度（%）、風速（m/s）、日照時間和輻射強度等均可直接利用自帶軟件計算，并進行統(tǒng)計評價，計算數(shù)值的準確性有保障。

WR表示糧食作物的需水量（mm），ET0表示參照作物的需水量（mm），KC表示作物的需水系數(shù)。IR表示糧食灌溉的需水量（mm），Pe表示作物生育期間的降水量（mm）。

在糧食生長期間，降水量與時間段有關，若以旬為時段進行計算，利用以下公式能夠保障計算的精度。

其中，P表示農(nóng)作物在剩余期間內的降雨量（mm）。

采用以下公式，能夠計算作物的自然缺水率。

其中，Wa表示糧食作物的自然缺水率。

2 糧食需水量對氣候變化響應特征的結果分析

在天氣發(fā)生器（NCC/GU-WG）生成現(xiàn)狀的條件下，本次研究中三個灌區(qū)的逐日最高氣溫、逐日最低氣溫、逐日降水量可直接由統(tǒng)計軟件得出。由相關軟件分析得出，三義寨、大功、廣利灌區(qū)三個地區(qū)逐日最高溫的系數(shù)為0.874 6、0.862 8、0.867 3，逐日最低溫的系數(shù)為0.916 2、0.902 3、0.904 7，數(shù)據(jù)顯示，所應用的統(tǒng)計軟件可信度較高。

利用上述公式計算三義寨、大功、廣利灌區(qū)內糧食作物的需水量、灌溉需水量，分析發(fā)現(xiàn)，年作物需水量與年均最高氣溫關系較大，具體可見圖1。由計算可知，在華北平原現(xiàn)狀條件下，三義寨地區(qū)年最高氣溫增高1 ℃，則需水量會相應增長38.80 mm；大功灌區(qū)年最高氣溫增高1 ℃，則需水量會相應增長44.83 mm；廣利灌區(qū)年最高氣溫增高1 ℃，則需水量會相應增長50.54 mm，三個區(qū)域需水量呈現(xiàn)出三義寨＜大功＜廣利灌區(qū)的趨勢，由三個地區(qū)的區(qū)域顯示，需水量呈現(xiàn)出增大趨勢。

圖1 年均最高氣溫與作物年均需水量間的關系圖

之后，相關人員在RCP4.5氣候下，再次對三個區(qū)域的需水量展開測量，結果顯示，當每年最高氣溫增高1 ℃時，三義寨灌區(qū)的需水量會相應增長29.12 mm，大功灌區(qū)的需水量會相應增長44.24 mm，廣利灌區(qū)的需水量會相應增長39.59 mm，三個區(qū)域需水量呈現(xiàn)出三義寨＜廣利灌區(qū)＜大功的趨勢。由此可見，氣候變化的情況下，糧食作物的需水量也相應變化。通過計算，最終結果顯示，在華北平原地帶，年均氣溫每升高1 ℃，則農(nóng)作物的需水量平均增大38.8 mm。

3 結論

由上文可知，糧食作物需水量與當?shù)啬昃罡邭鉁叵⑾⑾嚓P，現(xiàn)狀氣候條件下，年最高氣溫每升高1 ℃，則三義寨灌區(qū)糧食作物的需水量增長了38.80 mm，大功灌區(qū)增長44.83 mm，廣利灌區(qū)增長了50.54 mm；在RCP4.5氣候條件下，年最高氣溫每升高1 ℃，作物三義寨灌區(qū)糧食作物的需水量增長了29.12 mm，大功灌區(qū)增長了44.24 mm，廣利灌區(qū)增長了39.59 mm。