廣西木薯需水量及灌溉需求指數分析

吳衛熊，黃 奕

(1.河北工程大學水利水電學院，河北 邯鄲 056038；2.廣西水工程重點實驗室，南寧 530023；3.河海大學，南京 210098)

廣西木薯的種植面積23.3 萬hm2，產量700 萬t，面積和產量均居全國第一。目前，廣西共有83個縣(市、區)、近800萬人種植木薯，木薯已成為當地農民增收和地方財政收入的重要來源。目前，廣西木薯灌溉面積較少，產量較低。試驗表明，合理灌溉和施肥能大幅提高木薯單產[1]。部分學者對木薯的需水規律和灌溉制度開展了研究，提出木薯需水量為600～900 mm[2]。總體而言，木薯是比較耐旱的作物，但在塊根形成期和塊根膨大期仍然需要充足的水肥才能得到較高的產量。廣西木薯種植區分布較廣，區域內降雨和氣候存在一定的差異，特別是不同水文年，灌溉需求差別更大。為制定更加科學合理的木薯灌溉制度，有必要開展不同水平年條件下木薯主產區需水量和灌溉需求指數分析。

本文采用1958-2015年南寧、北海、玉林、龍州4個氣象站的氣象資料，以及2014-2015年木薯生育期的觀測資料，研究不同水平年木薯主產區內木薯各生育期的需水量和灌溉需求指數，為廣西木薯生產中的科學灌溉提供基礎數據服務。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文使用的氣象數據為：1958-2015年南寧、北海、玉林、龍州4個氣象站的氣象資料，含降雨量、氣溫、風速、日照時數、相對濕度等；2014-2015年木薯生育期的氣象資料、生長形態、產量等觀測資料。

1.2 木薯種植分區及代表站點選擇

廣西主要木薯種植區可分為桂中區(含南寧、貴港、來賓)、桂南區(北海、防城港、欽州)、桂西區(百色、河池、崇左)和桂東南區(玉林、梧州)4個分區。在研究過程中，桂中區以南寧站，桂南區以北海站，桂西區以龍州站，桂東南區以玉林站為代表進行分析。

1.3 木薯生育期

木薯全生育期劃分為苗期、塊根形成期、塊根膨大期、塊根成熟期4個時期。以木薯華南205品種為例，4個主產區木薯各生育期的起始時間見表1。

表1 廣西木薯主產區木薯全生育期日期Tab.1 Stages of the whole growth period of cassava in main production regions in Guangxi

1.4 有效降雨量

有效降雨量Pe采用下式進行計算：

Pe=αP

式中：P為單次降雨量，mm；α為單次降雨有效利用系數，根據黃凱[3]針對廣西主要土壤和作物有效降雨的研究，采用下式進行計算：

1.5 參考作物騰發量

參考作物騰發量采用Penman-Monteith公式計算[4]，公式如下：

式中：ET0為參考作物騰發量，mm/d；Rn為地表凈輻射，MJ/(m2·d)；G為土壤熱通量，MJ/(m2·d)；Tmean為日平均氣溫，℃；u2為2 m高處風速，m/s；es為飽和水氣壓，kPa；ea為實際水氣壓，kPa；Δ為飽和水氣壓曲線斜率，kPa/℃；γ為濕度計常數，kPa/℃。

1.6 木薯需水量計算

木薯需水量由維持木薯正常生長發育的蒸騰水量和棵間土壤蒸發量組成。本文通過參考作物騰發量(ET0)和木薯不同生育階段的作物系數(Kc)計算木薯需水量，計算公式如下[4]：

ETc=KcET0

式中：ETc為木薯需水量；Kc為木薯不同生育階段的作物系數，根據聯合國糧農組織出版的《FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56：Crop Evapotranspiration》，結合國內相關學者開展的木薯灌溉試驗，Kc值在苗期、塊根形成期、塊根膨大期和塊根成熟期分別取0.3、0.5、1.0和0.5。

1.7 灌溉需求指數

灌溉需求指數是指需水量與有效降雨量的差值再除以需水量，反映作物對灌溉的依賴程度。灌溉需求指數IDI計算公式如下[5]：

2 結果與分析

2.1 木薯生育期內有效降雨量

廣西木薯主產區木薯生育期有效降雨量詳見表2。由表2可知：廣西木薯主產區多年平均降雨量1 291.68～1 706.88 mm，平均值為1 445.38 mm。木薯生育期內有效降雨量656.90 mm，占生育期內降雨量的68.61%，占年降雨量的45.45%。桂南區木薯生育期內有效降雨量最大，達到776.42 mm，桂東南區次之，為673.33 mm，桂西區591.24 mm，桂中區最小，為586.63 mm，整體呈東南高、西北低的分布特點。塊根膨大期有效降雨量最大，為341.58 mm，占全生育期有效降雨量的52%；其次是塊根形成期和苗期，分別為170.26和101.23 mm，分別占全生育期有效降雨量的26%和15%；塊根成熟期最小，僅為43.84 mm，占全生育期有效降雨量的7%。

表2 廣西木薯生育期內有效降雨量統計 mm

廣西木薯主產區在豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)木薯生育期內有效降雨量分別為775.38、635.50和530.40 mm，具體結果詳見表3。

2.2 木薯需水量

廣西木薯生育期內需水量統計詳見表4。由表4可知：廣西木薯主產區木薯全生育期內需水量710.49～871.14 mm(折算成每日需水量2.37～2.90 mm/d)，均值770.18 mm(折算成每日需水量2.57 mm/d)；桂南區最大，全生育期內需水量871.14 mm，折算成每日需水量2.90 mm/d；桂西區最小，全生育期內需水量710.49 mm，折算成每日需水量2.37 mm/d；總體呈東南高、西北低的趨勢。

表3 廣西木薯生育期內各水平年有效降雨量統計 mm

表4 廣西木薯生育期內需水量統計Tab.4 Frequency analysis results of annual effective rainfall in cassava growing period

各木薯主產區不同水平年木薯生育期內需水量統計詳見表5。由表5可知：桂南區(北海站)木薯全生育期需水量最大，多年平均需水量871.14 mm，豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別為801.45、862.43和975.68 mm；桂東南區次之，多年平均需水量770.03 mm，豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別為770.72、762.33和854.73 mm；桂中區第三，多年平均需水量729.06 mm，豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別為678.03、714.48和823.84 mm；桂西區最小，多年平均需水量710.49 mm，豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別為639.44、696.28和809.96 mm；總體呈現東南高、西北低的分布特點。

表5 不同水平年廣西木薯生育期內需水量統計 mm

2.3 木薯灌溉需求指數

不同水平年各木薯主產區各生育期木薯灌溉需求指數計算成果見表6。由表6可知：廣西木薯主產區多年平均、豐水年、平水年和枯水年的木薯全生育期灌溉需求指數分別為0.14、0、0.17和0.39(4個分區的自述平均)。其中桂南區(北海站)、桂中區(南寧站)、桂東南區(玉林站)和桂西區(龍州站)的多年平均全生育期灌溉需求指數分別是0.10、0.19、0.11和0.16，豐水年全生育期灌溉需求指數都是0，平水年全生育期灌溉需求指數分別是0.13、0.20、0.15和0.18，枯水年全生育期灌溉需求指數分別是0.36、0.42、0.37和0.42，整體呈現西北大、東南小的趨勢。廣西木薯主產區除豐水年(P=25%)全生育期灌溉需求指數為0(即不需要灌溉)外，其他水平年均為正值，意味著生育期有效降雨量不足維持木薯生長發育。具體到生育期，灌溉需求指數較大的是塊根形成期和塊根膨大期，如：桂南區(北海站)豐、平和枯水年的塊根形成期灌溉需求指數分別是0.02、0.25和0.45，桂中區(南寧站)豐、平和枯水年的塊根膨大期灌溉需求指數分別是0、0.25和0.46，說明了塊根形成期和塊根膨大期需要補充灌溉，才能維持木薯塊根的形成和膨大。

表6 不同水平年廣西木薯灌溉需求指數計算結果 mm

3 結 語

本文基于廣西長系列的氣象資料和大田試驗數據，通過彭曼公式等計算和分析了木薯的灌溉水量和灌溉需求指數，得出以下幾點結論。

(1)廣西木薯主產區多年平均需水量770.18 mm，生育期內有效降雨量656.90 mm，需要灌溉水量113.28 mm，灌溉需求指數0.14；豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分別是704.91、758.88和866.05 mm，生育期內有效降水量分別是775.38、635.50和530.40 mm，灌溉需求指數分別是0、0.17和0.39。

(2)氣象是影響木薯凈灌溉需水量和灌溉需求指數的主要因素，其中在木薯生育期內形成的有效降雨是灌溉需求指數的主導因素。

(3)廣西共有83個縣(市、區)種植木薯，地形地貌、氣象等也差距較大，木薯品種也有近10種，但本文僅以4個氣象站的氣象資料和華南205品種為例進行計算，如能增加氣象站和木薯品種，得出的結論將會更加貼近實際。

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