項城市冬小麥需水量的時空分布及其氣候影響分析

龔局

摘 要：基于項城市氣象站1961～2018年逐日氣象數(shù)據(jù)，采用FAO推薦的彭曼公式計算參考作物需水量，并采用一元線性回歸法、相關(guān)分析法和多元線性回歸模擬等，分析項城市冬小麥需水量近55年來的時空分布特征、變化規(guī)律及其主要影響因素。結(jié)果表明： 項城市1962～2018年冬小麥平均需水量在382.7～403.1mm，呈弱增長趨勢，研究區(qū)域內(nèi)，空間變異較小，東部需水量較少、西部較多。項城市冬小麥全生育期降水量呈弱減少趨勢，平均氣溫呈顯著升高趨勢，相對濕度、日照時數(shù)和風(fēng)速均呈顯著減少趨勢。冬小麥全生育期需水量與平均氣溫、日照時數(shù)和風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系，與降水量和相對濕度呈顯著負相關(guān)關(guān)系。風(fēng)速和平均氣溫對需水量的貢獻最大。

關(guān)鍵詞：冬小麥 需水量 時空分布 氣候影響

作物需水量的變化是各氣象因素綜合作用的效果，且各因子的貢獻存在區(qū)域差異。孫爽等對中國356個站點1961～2010年冬小麥需水量數(shù)據(jù)分析后認為，冬小麥全生育期需水量近50年來呈下降趨勢。宋妮等分析河南省17個站點中，新鄉(xiāng)、欒川、開封、西峽、南陽、信陽、固始7站冬小麥需水量隨年份呈上升趨勢，其余10個站點需水量均呈下降趨勢。姬興杰等認為，1971～2010年，風(fēng)速減小是導(dǎo)致河南省需水量呈顯著減小的主要原因。采用時間不同的數(shù)據(jù)和不同的分析方法可能會導(dǎo)致不同的結(jié)論。

本文利用項城市1961～2018年日氣象資料，采用彭曼公式和作物系數(shù)法估算冬小麥全生育期需水量，對項城市冬小麥需水量的時空分布及其影響因素進行分析，為項城市農(nóng)業(yè)合理用水、積極應(yīng)對氣候變化、調(diào)整種植區(qū)劃和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局具有重要意義。

一、資料來源與方法

氣象資料來源于項城市國家氣象觀測站，時間序列為1961～2018年共56a的逐日觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)主要包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水、日照、相對濕度和平均風(fēng)速。冬小麥全生育內(nèi)需水量采用FAO推薦的彭曼公式計算。

分析冬小麥需水量和氣候要素時間變化時采用氣候傾向率法和一元線性回歸法，分析氣候要素與冬小麥需水量相關(guān)關(guān)系時利用Pearson相關(guān)分析法，顯著性檢驗均使用相關(guān)系數(shù)檢驗法進行。

二、冬小麥需水量時空變化特征

（一） 冬小麥需水量隨時間變化特征

通過分析可知：項城市1962～2018年冬小麥平均需水量呈弱增長趨勢，氣候傾向率為2.6mm·10a^-1，與時間相關(guān)系數(shù)為0.17，未通過顯著性檢驗。項城市1962～2018年需水量低值年在1964年，高值年在2011年，平均需水量為394.1mm。并通過了0.05水平的顯著性檢驗。需水量的變異系數(shù)變化范圍為6.83%～8.98%，55a平均需水量的變異系數(shù)為6.1%。

（二） 冬小麥需水量隨空間變化特征

項城市1962～2018年平均需水量空間變異系數(shù)僅為1.9%，空間變異較小，項城市多年平均需水量在382.7～403.1mm，大致分布為東部少、西部多。較其他年代相比，項城市1960年和1970年冬小麥需水量較少，1960年多數(shù)站點不超過389.5mm，1980年多數(shù)站點不超過395.5mm。項城市1980年和1990年冬小麥需水量呈現(xiàn)一定的帶狀分布。項城市2001～2018年冬小麥需水量最多，在395.5mm以上。項城市冬小麥需水量1990年空間差異較大，其余年代差異較小。

三、冬小麥需水量氣候影響因素

（一） 冬小麥生育期內(nèi)氣候影響因素變化

參與冬小麥全生育期需水量計算的氣候因子主要包括降水量、最高氣溫、最低氣溫、日照時數(shù)、風(fēng)速和相對濕度這6項要素，其中，最高氣溫、最低氣溫可用平均氣溫來代表。

分析可知，項城市1962～2018年降水量呈弱減少趨勢，氣候傾向率為-12.1mm·10a^-1。平均氣溫呈顯著升高趨勢，其氣候傾向率為0.29℃·10a^-1（P<0. 01）。相對濕度、日照時數(shù)和風(fēng)速均呈顯著減少趨勢，氣候傾向率分別為-1.2%·10a^-1（P<0. 01）、-31.4h·10a^-1（P<0. 01）、-0.21m·s^-1·10a^-1（P<0. 01）。總之，需水量年際波動不大，其氣候傾向率為正，但未呈現(xiàn)明顯的線性趨勢變化，而同期的相對濕度、日照時數(shù)和風(fēng)速呈顯著下降趨勢，平均氣溫呈顯著上升趨勢。

（二）冬小麥生育期內(nèi)氣候影響因素與需水量相關(guān)分析

分析項城市1962～2018年冬小麥全生育期需水量與同期降水量、平均氣溫、相對濕度、日照時數(shù)和平均風(fēng)速等主要氣候要素之間的相關(guān)關(guān)系可知：冬小麥全生育期需水量與平均氣溫、日照時數(shù)和風(fēng)速呈不同顯著程度的正相關(guān)關(guān)系，與降水量和相對濕度呈顯著負相關(guān)關(guān)系。

項城市需水量同平均氣溫、日照時數(shù)和風(fēng)速均呈顯著正相關(guān)，與降水量和相對濕度均呈顯著負相關(guān)，表明氣溫顯著升高、相對濕度顯著下降和降水量減少對需水量的正效應(yīng)超過了風(fēng)速和日照時數(shù)的顯著下降對需水量的負效應(yīng)，受其綜合影響，項城市冬小麥全生育期需水量才呈上升趨勢。

為進一步定量描述各因子對冬小麥全生育期需水量的綜合影響，以需水量與各氣候因子分別為因變量和自變量，利用SPSS統(tǒng)計軟件進行多元逐步回歸分析方法建立統(tǒng)計模型，其中標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)表示各自變量對因變量的相對重要性。統(tǒng)計結(jié)果表明，風(fēng)速和平均氣溫的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)最大，分別為32.29和29.29，其次是相對濕度和日照時數(shù)，分別是-1.18和0.11，降水量標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)最小為-0.02;風(fēng)速、平均氣溫和日照時數(shù)的貢獻為正，而降水量和相對濕度的貢獻為負。標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)消除了不同指標(biāo)不同計量單位帶來的影響，從標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)看，風(fēng)速和平均氣溫對需水量的貢獻最大。

四、結(jié)論

項城市1962～2018年區(qū)域平均需水量在382.7～403.1mm，呈弱增長趨勢，空間變異較小，東部需水量較少、西部較多。項城市1960年和1970年冬小麥需水量較少;1980年和1990年冬小麥需水量呈現(xiàn)一定的帶狀分布，大致分布為東部少、西部多;2001～2018年冬小麥需水量最多。項城市冬小麥需水量1990年空間差異較大，其余年代差異較小。

項城市1962～2018年降水量呈弱減少趨勢，氣候傾向率為-12.1mm·10a^-1。平均氣溫呈顯著升高趨勢，其氣候傾向率為0.29℃·10a^-1（P<0. 01），這與全球氣候變暖是一致的。相對濕度、日照時數(shù)和風(fēng)速均呈顯著減少趨勢，氣候傾向率分別為-1.2%·10a^-1（P<0. 01）、-31.4h·10a^-1（P<0. 01）、-0.21m·s^-1·10a^-1（P<0. 01） ，相對濕度氣候傾向率為負值，表明大氣在干化。因此，冬小麥全生育期需水量微弱增加，主要是由于日照時數(shù)的顯著減少和風(fēng)速的顯著下降，可能削弱了由氣溫顯著升高和相對濕度顯著減少所引起的需水量的增量。

冬小麥全生育期需水量與平均氣溫、日照時數(shù)和風(fēng)速呈不同顯著程度的正相關(guān)關(guān)系，與降水量和相對濕度呈顯著負相關(guān)關(guān)系。風(fēng)速和平均氣溫對需水量的貢獻最大。

參考文獻

[1]孫爽，楊曉光，李克南等.中國冬小麥需水量時空特征分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29（15）：72—82.

[2]宋妮，孫景生，王景雷等.河南省冬小麥需水量的時空變化及影響因素[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2014，25（6）：1693—1700.

[3]姬興杰，成林，朱業(yè)玉等.河南省冬小麥需水量和缺水量的時空格局[J].生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（12）：3268—3277.