建三江主要作物需水量變化趨勢(shì)與關(guān)鍵影響因子識(shí)別

邢貞相 喻 熠 李鳳昱 王麗娟 付 強(qiáng) 王紅利

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 150030)

0 引言

我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，有限的水資源嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，水資源供需矛盾突出仍是可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸[1-3]。農(nóng)業(yè)是水資源消耗最大的行業(yè)，作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)70%以上水資源用于農(nóng)業(yè)，且農(nóng)業(yè)用水量中有90%以上用于農(nóng)業(yè)灌溉[4-5]。提高農(nóng)業(yè)用水效率是節(jié)約用水的關(guān)鍵，而分析和揭示作物需水量的變化特征可為提高農(nóng)業(yè)用水效率提供科技支撐。此外，氣象條件是作物需水量的影響因素，因此，探討作物需水量的變化特征離不開氣象條件的影響分析，識(shí)別作物需水量變化的關(guān)鍵氣象因子，為作物需水量的計(jì)算和分析提供重要的協(xié)變量。

近年來，作物需水量在不同地區(qū)的分布特征及其對(duì)不同區(qū)域氣候變化響應(yīng)是研究的熱點(diǎn)[6-8]。JIA等[9]采用Penman-Monteith結(jié)合單作物系數(shù)法及水平衡模型分析了氣候變化下冬小麥需水量的變化及其決定因素。LI等[10]基于TFPW的Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)分析了陜北黃土高原主要?dú)庀髤?shù)的時(shí)空演變過程和特征，發(fā)現(xiàn)參考作物蒸散發(fā)量(ET0)對(duì)相對(duì)濕度敏感性最高和日最高氣溫對(duì)潛在蒸散量貢獻(xiàn)率最高。尹海霞等[4]通過相關(guān)分析法和R/S分析法得出相對(duì)濕度、日照時(shí)長(zhǎng)和平均風(fēng)速是作物需水量的主要影響因子以及未來一段時(shí)間作物需水量與過去基本一致。劉小剛等[11]基于時(shí)間序列分析法和通徑分析法對(duì)河南省主糧作物需水量變化趨勢(shì)與成因進(jìn)行分析。

建三江墾區(qū)有15個(gè)大中型國(guó)有現(xiàn)代化農(nóng)場(chǎng)，是我國(guó)重要的糧食儲(chǔ)備基地和商品糧生產(chǎn)基地[12]。近年來隨著大面積開墾以及旱田改為水田面積大量增加，致使農(nóng)業(yè)用水量也大幅度增加，一度出現(xiàn)了水資源利用效率低下及水資源短缺等問題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源的高效利用和優(yōu)化配置已經(jīng)成為本區(qū)域現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的研究重點(diǎn)。目前，關(guān)于建三江墾區(qū)作物需水量變化趨勢(shì)及影響因子已有相關(guān)研究[13-14]，但大多采用傳統(tǒng)的趨勢(shì)分析法、相關(guān)分析法等對(duì)作物需水量的變化成因進(jìn)行分析，難以定量分析各因子的影響程度及因子之間的相互影響，同時(shí)對(duì)未來作物需水量的變化趨勢(shì)研究較少。本研究基于長(zhǎng)時(shí)間序列(1995—2018年)逐日氣象資料，采用Penman-Monteith模型結(jié)合單作物系數(shù)法，對(duì)建三江墾區(qū)種植面積大且種植結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的3種主要作物(水稻、玉米和大豆)生長(zhǎng)季內(nèi)(5—9月)的日作物需水量進(jìn)行估算，利用TFPW-MK法分析3種主要作物需水量的趨勢(shì)性變化，并通過R/S分析法預(yù)測(cè)作物需水量未來變化趨勢(shì)，借助通徑分析法研究3種主要作物需水量的變化成因，探討建三江墾區(qū)主要作物需水量變化特征以及未來趨勢(shì)預(yù)測(cè)，為建三江墾區(qū)科學(xué)灌溉和水資源高效利用提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域概況

建三江墾區(qū)(圖1)位于三江平原腹地，系黑龍江、松花江、烏蘇里江匯流的河間地帶，與同江、富錦、撫遠(yuǎn)、饒河三市一縣相鄰，坐標(biāo)為東經(jīng)132°31′26″～134°22′26″，北緯46°49′47″～48°12′58″。建三江墾區(qū)總面積1.24×104km2，占黑龍江墾區(qū)總面積的22%，其中耕地面積7.9×103km2，沼澤濕地面積2.7×103km2。建三江墾區(qū)屬寒溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，全年溫差大，年平均氣溫為1～2℃，年內(nèi)平均氣溫大于10℃的活動(dòng)積溫為2 267～2 415℃[15]，日照時(shí)長(zhǎng)為2 260～2 449 h，平均降水量為550～600 mm，且降水年內(nèi)分布不均，多集中在6—9月，無霜期為110～135 d。建三江墾區(qū)地勢(shì)平坦、土質(zhì)肥沃，土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，主要土壤為棕壤、白漿土、黑土、草甸土、沼澤土等。該區(qū)域的熱量、日照時(shí)長(zhǎng)、雨量、土質(zhì)是水稻、玉米、大豆及其他經(jīng)濟(jì)作物的最佳生長(zhǎng)區(qū)帶的重要天然條件。

圖1 研究區(qū)域示意圖Fig.1 Schematic of study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

所用日平均近地面(2 m)氣壓、近地面(2 m)氣溫、近地面(10 m)全風(fēng)速、近地面(2 m)空氣比濕、地面降水率等氣象要素來自從國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心下載的中國(guó)區(qū)域地面氣象要素?cái)?shù)據(jù)集[16]，其時(shí)間分辨率為3 h、空間分辨率為0.1°。日照時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)來自《黑龍江省農(nóng)墾總局農(nóng)業(yè)局氣象資料》。

1.3 研究方法

1.3.1Penman-Monteith公式

采用聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)推薦的Penman-Monteith公式結(jié)合單作物系數(shù)法計(jì)算逐日作物需水量[17-18]，其表達(dá)式為

(1)

式中ET0——逐日參考作物蒸散發(fā)量，mm/d

Δ——飽和水汽壓與溫度關(guān)系曲線的斜率

Rn——冠層表面凈輻射，MJ/(m2·d)

G——土壤熱通量，MJ/(m2·d)

γ——濕度計(jì)常數(shù)

T——空氣的平均溫度，℃

U2——地面以上2 m處的風(fēng)速，m/s

es——空氣飽和水汽壓，kPa

ea——空氣實(shí)際水汽壓，kPa

單作物需水量表達(dá)式為

ETc=KcET0

(2)

式中ETc——逐日某單一作物需水量，mm/d

Kc——單作物的作物系數(shù)

建三江墾區(qū)主要作物生育期的劃分及各作物的作物系數(shù)(Kc)是根據(jù)FAO提供的資料并結(jié)合前人研究基礎(chǔ)[14,19-21]和建三江墾區(qū)氣象條件得出，見表1～3。

表1 水稻生育期及作物系數(shù)Tab.1 Growth period and crop coefficient of rice

表2 玉米生育期及作物系數(shù)Tab.2 Growth period and crop coefficient of maize

表3 大豆生育期及作物系數(shù)Tab.3 Growth period and crop coefficient of soyben

1.3.2TFPW-MK趨勢(shì)性檢驗(yàn)法

TFPW-MK是一種改進(jìn)的Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法。通過TFPW方法，剔除原始數(shù)據(jù)序列中顯性趨勢(shì)對(duì)自相關(guān)系數(shù)估計(jì)的影響，可更加準(zhǔn)確地對(duì)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)。該方法通過統(tǒng)計(jì)值Z來判別序列的整體變化趨勢(shì)和Sen斜率值來估算序列的變化量，當(dāng)Z>0時(shí)，序列整體呈上升趨勢(shì)；當(dāng)Z<0時(shí)，序列整體呈下降趨勢(shì)。TFPW-MK方法的計(jì)算過程見文獻(xiàn)[22-24]。本文中采用TFPW-MK趨勢(shì)性檢驗(yàn)法對(duì)建三江墾區(qū)1995—2018年時(shí)間序列內(nèi)水稻、玉米、大豆需水量在生育期不同階段的趨勢(shì)性變化進(jìn)行分析，并通過氣象因子在時(shí)間序列中各作物生育期內(nèi)的變化量對(duì)水稻、玉米、大豆需水量變化趨勢(shì)進(jìn)行驗(yàn)證。

1.3.3R/S分析法

R/S分析法是一種時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)方法，用來處理時(shí)間序列的分形結(jié)構(gòu)，分析時(shí)間序列的分形特征和長(zhǎng)期記憶過程，可以反映出時(shí)間序列的可持續(xù)性。對(duì)于某時(shí)間序列{x(t)},t=1,2,…,n，當(dāng)任意正整數(shù)τ≥1時(shí)，計(jì)算均值序列，累計(jì)離差序列，極差R(τ)序列和標(biāo)準(zhǔn)極差S(τ)序列。對(duì)于R(τ)/S(τ)=R/S，如果存在R/S∝τH關(guān)系(該關(guān)系中的H稱為H指數(shù))，說明時(shí)間序列{x(t)}存在Hurst現(xiàn)象[25]。根據(jù)分析得出的H(Hurst)指數(shù)來判斷這種趨勢(shì)是隨機(jī)的還是存在一定趨勢(shì)的。其具體計(jì)算方法見文獻(xiàn)[26]。對(duì)于不同的H指數(shù)(0

1.3.4通徑分析法

通徑分析法是探究多個(gè)自變量x1、x2、…、xn和因變量間線性關(guān)系的一種重要統(tǒng)計(jì)方法[27-30]。根據(jù)通徑分析，獲得自變量對(duì)因變量影響的直接作用和自變量通過其他自變量對(duì)因變量的間接作用，克服了相關(guān)分析和多元回歸分析的不足，具有直觀、精確等優(yōu)點(diǎn)[11]。本文利用通徑分析法量化分析建三江墾區(qū)氣象因子對(duì)水稻、玉米和大豆需水量的影響。

通徑分析法中多個(gè)自變量xi(i=1,2,…,n)與因變量y的線性回歸方程為

y=b0+b1x1+b2x2+…+bnxn

(3)

式中bn——非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)

線性回歸方程經(jīng)過數(shù)學(xué)變換可建立正規(guī)矩陣

(4)

式中rij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)為xi和xj的相關(guān)系數(shù)；bi(i=1,2,…,n)為直接通徑系數(shù)，即自變量xi對(duì)因變量y的直接作用；rijbj為間接通徑系數(shù)，即自變量xi通過自變量xj對(duì)因變量y的間接作用；riy為自變量xi通過其他自變量對(duì)因變量y的總間接影響效應(yīng)。

決策系數(shù)計(jì)算式為

(5)

回歸方程估測(cè)的可靠程度E為

E=r1yb1+r2yb2+…+rnybn

(6)

本文利用該方法分析建三江墾區(qū)主要?dú)庀笠蜃訉?duì)作物需水量的影響，并識(shí)別3種主要作物需水量的關(guān)鍵影響因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物需水量計(jì)算與分析

采用Penman-Monteith公式結(jié)合單作物系數(shù)法，依據(jù)式(1)、(2)計(jì)算的建三江墾區(qū)1995—2018年的參考作物蒸散發(fā)量及水稻、玉米、大豆的全生育期作物需水量，結(jié)果如圖2所示。從圖2a可以看出，建三江墾區(qū)參考作物年蒸散發(fā)量變化范圍為549.86～670.60 mm，多年平均年蒸散發(fā)量為606.68 mm。年蒸散發(fā)量明顯高于多年平均年蒸散發(fā)量的年份有1998、2001、2007、2008、2017、2018年，年蒸散發(fā)量分別為670.60、640.77、663.53、650.28、649.63、636.12 mm。年蒸散發(fā)量明顯低于多年平均年蒸散發(fā)量的年份有2000、2010、2011、2012、2013年，年蒸散發(fā)量分別為563.57、576.77、575.25、549.86、566.63 mm。

從圖2b可以看出，水稻、玉米、大豆全生育期需水量的年際變化不明顯，同年3種作物需水量之間存在顯著差異。根據(jù)圖2b對(duì)應(yīng)的1995—2018年同種作物需水量不難得出其多年平均全生育期的需水量，其中水稻需水量最大，多年平均需水量為484.84 mm；玉米需水量次之，多年平均需水量為425.91 mm，為水稻多年平均需水量的88%；大豆需水量最小，多年平均需水量為319.11 mm，為水稻多年平均需水量的66%。

圖2 建三江墾區(qū)1995—2018年作物需水量年際變化Fig.2 Inter-annual variations of crop water demand in Jiansanjiang Reclamation Area from 1995 to 2018

根據(jù)式(2)計(jì)算得到的逐日需水量可求出各生育期的需水量，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，水稻、玉米、大豆3種作物在生育期內(nèi)需水量均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)；在水稻各生育期中，分蘗期(分蘗初期、分蘗盛期、分蘗末期)需水量達(dá)到最大值，總計(jì)為164.31 mm，其次為拔節(jié)孕穗期和乳熟期，需水量分別為94.01 mm和84.88 mm，其他階段需水量相對(duì)較少；日需水量最大值出現(xiàn)在7月11日(分蘗末期)，為5.26 mm。在玉米生育期各階段中，七葉期需水量達(dá)到最大值，為88.57 mm，其次為拔節(jié)期和吐絲期，需水量分別為86.99、67.68 mm。其他階段需水量相對(duì)較少，日需水量最大值出現(xiàn)在7月15日(拔節(jié)期)，為4.79 mm。在大豆生育期各階段中，結(jié)莢期需水量達(dá)到最大值，為95.15 mm，其次為三葉期、開花期和鼓粒期，需水量分別為49.34、58.72、49.04 mm。其他階段需水量相對(duì)較少，日需水量最大值出現(xiàn)在8月2日(開花期)，為3.19 mm。

圖3 不同生育期多年平均作物需水量及日需水量Fig.3 Annual average and daily water demand of crops in different growth periods

2.2 作物需水量趨勢(shì)性分析

采用TFPW-MK法計(jì)算1995—2018年水稻、玉米和大豆生育期需水量的Z統(tǒng)計(jì)值(圖4)，由圖4可知，水稻在插秧期、返青期、分蘗末期、抽穗開花期、乳熟期和全生育期對(duì)應(yīng)的Z值分別為1.02、1.41、0.47、0.72、0.02、0.22，故其需水量呈增加趨勢(shì)；在分蘗初期、分蘗盛期、拔節(jié)孕穗期和黃熟期對(duì)應(yīng)的Z值分別為-0.72、-0.42、-0.47、-0.17，故其需水量呈減少趨勢(shì)。同理，可以分析出：玉米在出苗期、抽雄期、吐絲期和乳熟期需水量呈增加趨勢(shì)；在播種期、七葉期、拔節(jié)期、成熟期和全生育期需水量呈減少趨勢(shì)。大豆在播種期、出苗期、分支期、結(jié)莢期和全生育期的需水量呈增加趨勢(shì)；三葉期、開花期、鼓粒期和成熟期的需水量呈減少趨勢(shì)。

圖4 水稻、玉米、大豆生育期Z統(tǒng)計(jì)值Fig.4 Z-statistic values of growth period of rice, maize and soybean

2.3 作物需水量趨勢(shì)預(yù)測(cè)

利用1.3.3節(jié)的方法對(duì)主要作物不同生育期的需水量進(jìn)行R/S預(yù)測(cè)分析，得到的Hurst指數(shù)(H)見表4～6。從表4可看出，水稻需水量的Hurst指數(shù)在返青期、分蘗初期、分蘗末期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期和乳熟期均小于0.5，表明未來水稻這6個(gè)生育階段的需水量變化呈與現(xiàn)階段(2.2節(jié)的變化趨勢(shì))相反的變化趨勢(shì)，在插秧期、分蘗盛期和黃熟期需水量的H大于0.5，表明這3個(gè)生育階段的未來水稻需水量變化呈與過去一致的變化趨勢(shì)，即未來水稻需水量在插秧期、分蘗初期、拔節(jié)孕穗和全生育期呈增加趨勢(shì)；在返青期、分蘗盛期、分蘗末期、抽穗開花期、乳熟期和黃熟期呈減少趨勢(shì)。同理，未來玉米需水量在出苗期和吐絲期呈增加趨勢(shì)；在播種期、七葉期、拔節(jié)期、乳熟期、成熟期和全生育期呈減少趨勢(shì)；在抽雄期存在隨機(jī)性。未來大豆需水量在出苗期、分支期、開花期、結(jié)莢期和全生育期呈增加趨勢(shì)；播種期、三葉期、鼓粒期、成熟期呈減少趨勢(shì)。

表4 水稻不同生育期R/S分析的Hurst指數(shù)Tab.4 Hurst index of R/S analysis of rice in different growth stages

表5 玉米不同生育期R/S分析的Hurst指數(shù)Tab.5 Hurst index of R/S analysis of maize in different growth stages

表6 大豆不同生育期R/S分析的Hurst指數(shù)Tab.6 Hurst index of R/S analysis of soybean in different growth stages

2.4 作物需水量主要影響因子分析

為揭示氣象因素對(duì)作物需水量的影響機(jī)制，采用通徑分析法研究平均氣溫、凈輻射、日照時(shí)長(zhǎng)、風(fēng)速、降水量和相對(duì)濕度等氣象因子對(duì)作物需水量的影響程度，并識(shí)別其關(guān)鍵影響因子。經(jīng)過正態(tài)檢驗(yàn)，作物需水量滿足正態(tài)分布，可進(jìn)行通徑分析[31]。依據(jù)式(6)計(jì)算6個(gè)氣象因子在水稻、玉米、大豆全生育期需水量的通徑分析中得到的回歸方程估測(cè)可靠程度E分別為0.923、0.951、0.941，剩余項(xiàng)通徑系數(shù)分別為0.277、0.221、0.243，都很小。依據(jù)通徑分析的原理，可以認(rèn)為這6個(gè)因子已考慮了作物需水量全部影響較大的氣象因子，故選取這6個(gè)因子作為上述3種作物需水量關(guān)鍵因子分析的備選集，開展關(guān)鍵影響因子的識(shí)別研究。

表7為通徑分析法得出的各氣象影響因子的通徑系數(shù)。從表7可知，平均氣溫、凈輻射、日照時(shí)長(zhǎng)、風(fēng)速、降水量、相對(duì)濕度對(duì)水稻需水量的直接通徑系數(shù)分別為0.571、0.878、0.427、0.102、-0.060、-0.147。其中，凈輻射對(duì)水稻需水量的直接通徑系數(shù)在各影響因子中最大；平均氣溫、日照時(shí)長(zhǎng)對(duì)水稻需水量的直接通徑系數(shù)相對(duì)較大；而風(fēng)速、降水量、相對(duì)濕度3個(gè)因子對(duì)水稻需水量的直接通徑系數(shù)相對(duì)很小；這說明風(fēng)速、降水量、相對(duì)濕度對(duì)水稻需水量的直接影響不明顯。平均氣溫通過凈輻射對(duì)水稻需水量的貢獻(xiàn)最大(間接通徑系數(shù)0.632)；凈輻射通過平均氣溫對(duì)水稻需水量的貢獻(xiàn)最大(間接通徑系數(shù)0.411)，表明平均氣溫與凈輻射相互作用對(duì)水稻需水量影響程度最大；日照時(shí)長(zhǎng)通過凈輻射對(duì)水稻需水量的貢獻(xiàn)最大(間接通徑系數(shù)0.378)，凈輻射通過日照時(shí)長(zhǎng)對(duì)水稻需水量的貢獻(xiàn)(間接通徑系數(shù)0.184)也較大，表明日照時(shí)長(zhǎng)與凈輻射相互作用對(duì)水稻需水量影響也很大；另外，日照時(shí)長(zhǎng)通過平均氣溫對(duì)水稻需水量的貢獻(xiàn)(間接通徑系數(shù)0.143)、平均氣溫通過日照時(shí)長(zhǎng)對(duì)水稻需水量的貢獻(xiàn)(間接通徑系數(shù)0.107)均較大，表明日照時(shí)長(zhǎng)與平均氣溫相互作用對(duì)水稻需水量的影響也較明顯。綜合以上分析，平均氣溫、凈輻射、日照時(shí)長(zhǎng)3個(gè)氣象因子對(duì)水稻需水量的影響顯著。風(fēng)速通過平均氣溫對(duì)水稻需水量的抑制作用最大(間接通徑系數(shù) -0.194)；降水量通過平均氣溫對(duì)水稻需水量的貢獻(xiàn)最大(間接通徑系數(shù)0.240)，通過日照時(shí)長(zhǎng)對(duì)水稻需水量的抑制作用最大(間接通徑系數(shù)-0.144)；相對(duì)濕度通過平均氣溫對(duì)水稻需水量的貢獻(xiàn)最大(間接通徑系數(shù)0.399)，通過日照時(shí)長(zhǎng)對(duì)水稻需水量抑制作用最大(間接通徑系數(shù)-0.132)。從決策系數(shù)可知凈輻射、平均氣溫、日照時(shí)長(zhǎng)決策系數(shù)絕對(duì)值均很大，為水稻需水量關(guān)鍵影響因子且對(duì)水稻需水量起增進(jìn)作用，降水量對(duì)水稻需水量起增進(jìn)作用但不明顯，風(fēng)速和相對(duì)濕度對(duì)水稻需水量起一定限制作用。

表7 水稻、玉米、大豆需水量的通徑分析Tab.7 Path analysis of water demand of rice, maize and soybean

同理，凈輻射、平均氣溫、日照時(shí)長(zhǎng)為玉米需水量關(guān)鍵影響因子且對(duì)大豆需水量起增進(jìn)作用，降水量對(duì)玉米需水量起增進(jìn)作用但不明顯，風(fēng)速和相對(duì)濕度對(duì)玉米需水量起一定限制作用；凈輻射、平均氣溫、日照時(shí)長(zhǎng)為大豆需水量關(guān)鍵影響因子且對(duì)大豆需水量起增進(jìn)作用，降水量對(duì)大豆需水量起增進(jìn)作用但不明顯，風(fēng)速和相對(duì)濕度對(duì)大豆需水量起一定限制作用。

從通徑分析結(jié)果可知，平均氣溫、凈輻射、日照時(shí)長(zhǎng)是影響建三江墾區(qū)作物需水量的關(guān)鍵影響因子，并與風(fēng)速、降水量、相對(duì)濕度共同作用于建三江墾區(qū)主要作物需水量，因此建三江墾區(qū)水稻、玉米和大豆的需水量受各影響因子共同作用。

利用TFPW-MK法計(jì)算1995—2018年作物全生育期內(nèi)氣象因子的Sen斜率結(jié)果如表8所示。由表8可知，建三江墾區(qū)水稻全生育期平均氣溫、凈輻射、日照時(shí)長(zhǎng)的增加和降水量的減少會(huì)導(dǎo)致水稻生育期需水量的增加；玉米生育期凈輻射和日照時(shí)長(zhǎng)的明顯減少和降水量的顯著增加會(huì)導(dǎo)致玉米生育期需水量的減少；大豆生育期平均氣溫、凈輻射、日照時(shí)長(zhǎng)的增加會(huì)導(dǎo)致大豆生育期需水量的增加。氣象因子在全生育期內(nèi)的變化趨勢(shì)所導(dǎo)致作物需水量的變化與前文作物需水量趨勢(shì)分析結(jié)論一致。

表8 1995—2018年全生育期內(nèi)各氣象因子年變化量Tab.8 Annual changes of various meteorological factors during whole growth period from 1995 to 2018

3 結(jié)論

(1)建三江墾區(qū)參考作物年蒸散發(fā)量變化范圍為549.86～670.60 mm，多年平均年蒸散發(fā)量為606.68 mm；主要作物水稻、玉米、大豆的生育期需水量存在顯著差異，作物需水量分別為484.84、425.91、319.11 mm。

(2)水稻在插秧期、返青期、分蘗末期、抽穗開花期、乳熟期和全生育期的需水量年際間均呈增加趨勢(shì)；而在分蘗初期、分蘗盛期、拔節(jié)孕穗期和黃熟期的需水量年際間均呈下降趨勢(shì)。玉米在出苗期、抽雄期、吐絲期和乳熟期的需水量年際間均呈增加趨勢(shì)；而在播種期、七葉期、拔節(jié)期、成熟期和全生育期需水量年際間均呈下降趨勢(shì)。大豆在播種期、出苗期、分支期、結(jié)莢期和全生育期的需水量年際間均呈增加趨勢(shì)；三葉期、開花期、鼓粒期和成熟期的需水量年際間均呈下降趨勢(shì)。

(3)未來水稻需水量在返青期、分蘗初期、分蘗末期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期和乳熟期的年際變化趨勢(shì)與過去相反，其余生育期需水量變化趨勢(shì)與過去保持一致。玉米需水量在乳熟期與過去趨勢(shì)相反；在抽雄期存在隨機(jī)性，其余生育期需水量與過去保持一致。大豆在播種期和開花期與過去趨勢(shì)相反，其余生育期與過去保持一致。

(4)從通徑分析結(jié)果可知，平均氣溫、凈輻射、日照時(shí)長(zhǎng)是影響建三江墾區(qū)作物需水量的關(guān)鍵影響因子，對(duì)需水量有增進(jìn)作用，降水量對(duì)需水量有增進(jìn)作用但不明顯，風(fēng)速、相對(duì)濕度的協(xié)同作用對(duì)需水量增加有一定限制作用，且生育期內(nèi)氣象因子變化趨勢(shì)與主要作物需水量變化趨勢(shì)一致。