項(xiàng)城市冬小麥需水量的時(shí)空分布及其氣候影響分析

龔局

摘 要：基于項(xiàng)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(jì)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(xiàng)城市冬小麥需水量近55年來(lái)的時(shí)空分布特征、變化規(guī)律及其主要影響因素。結(jié)果表明： 項(xiàng)城市1962～2018年冬小麥平均需水量在382.7～403.1mm，呈弱增長(zhǎng)趨勢(shì)，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(xiàng)城市冬小麥全生育期降水量呈弱減少趨勢(shì)，平均氣溫呈顯著升高趨勢(shì)，相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速均呈顯著減少趨勢(shì)。冬小麥全生育期需水量與平均氣溫、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系，與降水量和相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。風(fēng)速和平均氣溫對(duì)需水量的貢獻(xiàn)最大。

關(guān)鍵詞：冬小麥 需水量 時(shí)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(xiàn)存在區(qū)域差異。孫爽等對(duì)中國(guó)356個(gè)站點(diǎn)1961～2010年冬小麥需水量數(shù)據(jù)分析后認(rèn)為，冬小麥全生育期需水量近50年來(lái)呈下降趨勢(shì)。宋妮等分析河南省17個(gè)站點(diǎn)中，新鄉(xiāng)、欒川、開封、西峽、南陽(yáng)、信陽(yáng)、固始7站冬小麥需水量隨年份呈上升趨勢(shì)，其余10個(gè)站點(diǎn)需水量均呈下降趨勢(shì)。姬興杰等認(rèn)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(shí)間不同的數(shù)據(jù)和不同的分析方法可能會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)論。

本文利用項(xiàng)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(duì)項(xiàng)城市冬小麥需水量的時(shí)空分布及其影響因素進(jìn)行分析，為項(xiàng)城市農(nóng)業(yè)合理用水、積極應(yīng)對(duì)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(lái)源與方法

氣象資料來(lái)源于項(xiàng)城市國(guó)家氣象觀測(cè)站，時(shí)間序列為1961～2018年共56a的逐日觀測(cè)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(duì)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(jì)算。

分析冬小麥需水量和氣候要素時(shí)間變化時(shí)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(shí)利用Pearson相關(guān)分析法，顯著性檢驗(yàn)均使用相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)法進(jìn)行。

二、冬小麥需水量時(shí)空變化特征

（一） 冬小麥需水量隨時(shí)間變化特征

通過(guò)分析可知：項(xiàng)城市1962～2018年冬小麥平均需水量呈弱增長(zhǎng)趨勢(shì)，氣候傾向率為2.6mm·10a^-1，與時(shí)間相關(guān)系數(shù)為0.17，未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。項(xiàng)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(guò)了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)城市1960年和1970年冬小麥需水量較少，1960年多數(shù)站點(diǎn)不超過(guò)389.5mm，1980年多數(shù)站點(diǎn)不超過(guò)395.5mm。項(xiàng)城市1980年和1990年冬小麥需水量呈現(xiàn)一定的帶狀分布。項(xiàng)城市2001～2018年冬小麥需水量最多，在395.5mm以上。項(xiàng)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(jì)算的氣候因子主要包括降水量、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速和相對(duì)濕度這6項(xiàng)要素，其中，最高氣溫、最低氣溫可用平均氣溫來(lái)代表。

分析可知，項(xiàng)城市1962～2018年降水量呈弱減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-12.1mm·10a^-1。平均氣溫呈顯著升高趨勢(shì)，其氣候傾向率為0.29℃·10a^-1（P<0. 01）。相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速均呈顯著減少趨勢(shì)，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(dòng)不大，其氣候傾向率為正，但未呈現(xiàn)明顯的線性趨勢(shì)變化，而同期的相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速呈顯著下降趨勢(shì)，平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)。

（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(xiàng)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(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和平均風(fēng)速等主要?dú)夂蛞刂g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(shí)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(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

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

為進(jìn)一步定量描述各因子對(duì)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(jì)軟件進(jìn)行多元逐步回歸分析方法建立統(tǒng)計(jì)模型，其中標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)表示各自變量對(duì)因變量的相對(duì)重要性。統(tǒng)計(jì)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(duì)濕度和日照時(shí)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(shí)數(shù)的貢獻(xiàn)為正，而降水量和相對(duì)濕度的貢獻(xiàn)為負(fù)。標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)消除了不同指標(biāo)不同計(jì)量單位帶來(lái)的影響，從標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)看，風(fēng)速和平均氣溫對(duì)需水量的貢獻(xiàn)最大。

四、結(jié)論

項(xiàng)城市1962～2018年區(qū)域平均需水量在382.7～403.1mm，呈弱增長(zhǎng)趨勢(shì)，空間變異較小，東部需水量較少、西部較多。項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)城市1962～2018年降水量呈弱減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-12.1mm·10a^-1。平均氣溫呈顯著升高趨勢(shì)，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(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速均呈顯著減少趨勢(shì)，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(duì)濕度氣候傾向率為負(fù)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(shí)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(duì)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(shí)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(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。風(fēng)速和平均氣溫對(duì)需水量的貢獻(xiàn)最大。

參考文獻(xiàn)

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

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[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(shí)空格局[J].生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（12）：3268—3277.