北京地區冬小麥—夏玉米需水量與降雨量分析

孟范玉 李 超 岳煥芳 朱 岳 劉滿滿 王夢然 王克武

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北京地區水資源嚴重緊缺，供需矛盾日益尖銳，水資源已成為北京經濟、 生態和社會發展的重要影響因素之一。 農業一直是北京市用水大戶，農業用水量對全市水資源配置和生產效益具有巨大影響。 為科學有效地節約水資源，提高農業用水效率，北京市于2014 年出臺了《關于調結構轉方式、發展高效節水農業的意見》［京發 （2014）16 號］， 調整種植業結構，壓縮高需水作物，發展高效節水灌溉；2017 年出臺《北京市推進“兩田一園”高效節水工作方案》［京政辦發（2017）32 號］，明確冬小麥—夏玉米周年畝灌溉量限定在200 m3， 對冬小麥—夏玉米周年灌溉提出了更高的要求。 筆者通過匯總1959-2018 年北京地區降水氣象資料，分析60 年間北京地區不同降水年型出現的概率， 解析冬小麥—夏玉米不同生長發育階段的降水量與需水量關系， 以及主要的需水階段及需水量， 為制定冬小麥—夏玉米周年節水灌溉制度提供參考。

1 北京地區冬小麥—夏玉米生產降水年型分布

分析了1959-2018 年間北京冬小麥—夏玉米主產區（房山、大興、順義和通州）的降水量，按照氣象降雨年型劃分標準， 將降水年型歸納于表1 和表2。從60 年間降水年型分布看（表1），降水正常年出現的概率最高，達到73%，降水偏多年為13%，降水偏少年為12%，顯著偏多年為2%，顯著偏少、異常偏少和異常偏多年未出現。 縱觀60 年間年降水年型的變化，年降水達到或高于正常年的總概率為88%。

從冬小麥生長季 （9 月下旬至次年6 月中旬）降水年型分布看（表2），冬小麥生長季降水量占年總降水量的比例均為29%左右，降水正常年占主導地位，概率為55%， 降水偏多年和顯著偏多年概率均為10%，降水偏少年為18%，顯著偏少年為7%，異常偏少和異常偏多年未出現。 降水偏少時期主要發生在4 月、5 月、12 月， 出現的概率分別為 43%、51%和59%，4 月和5 月是小麥拔節到開花灌漿初期， 正值小麥營養生長向生殖生長轉變的關鍵時期， 也是小麥需水臨界期；12 月是小麥越冬初期，要滿足這兩個關鍵階段冬小麥的水分需求，必須進行灌溉。

從夏玉米（6 月下旬至9 月中旬）生長季降水年型分布看（表3），北京地區夏玉米生長季降水量占年總降水量的比例均為71%左右， 降水正常年占主導地位，概率為52%，降水偏多年概率為22%，顯著偏多年為3%，異常偏多年為2%，降水偏少年為18%，顯著偏少為3%，異常偏少年未出現。 降水偏少時期主要發生在7 月和9 月， 這2 個月分別是夏玉米苗期和灌漿期，苗期干旱影響營養生長，灌漿期干旱影響籽粒灌漿和產量形成， 因此要滿足夏玉米生長的水分需求，也需要適當灌溉。

表1 1959-2018 年北京冬小麥—夏玉米生產降水年型分布

表2 1959-2018 年北京冬小麥生長季降水年型分布

表3 1959-2018 年北京夏玉米生長季降水年型分布

2 北京地區冬小麥—夏玉米需水量與降雨分布的關系

北京市1959-2018 年降雨量平均為570 mm 左右，降雨量受季風影響，季節分布極不均勻，雨季一般始于 7 月上旬，終止于 8 月中旬，7 月、8 月 2 個月占全年總降水量的 65%左右；5 月、6 月、9 月 3 個月占25%左右，其他幾個月占10%左右。 從冬小麥、夏玉米需水規律與降雨資源分布來看， 冬小麥需水與降雨分布差異較大， 夏玉米需水與降雨分布吻合程度較高。

2.1 冬小麥需水量與降水分布差異較大

北京地區處于我國冬麥區的最北部， 生育期從上一年度的9 月下旬持續到次年的6 月20 日左右，橫跨秋、冬、春、夏，全生育期在260 d 左右。冬小麥全生育期需水量年度間是變化的，在一定范圍內波動，宋振偉、 張海林等2009 年利用FAO 56 灌溉分冊推薦的作物系數法計算了京郊地區20 個站點近46 年10 種主要農作物的需水量，結果表明，在自然狀態下，冬小麥的需水量歷年變化量在373.2～523.1 mm 之間，年際間變化較大，最大值與最小值相差149.9 mm，平均為452.4 mm。 根據中國科學院禹城綜合試驗站大型土壤蒸滲儀（Lysime-ter）的觀測（1986-2009 年），冬小麥整個生育期需水量為459.5 mm， 孫宏勇，張喜英等[1-4]在河北欒城用大型蒸滲儀對1995-2000 年5 個省的冬小麥需水量進行了測定，平均為453.0 mm，而近60 年間冬小麥生育期內平均年降雨量僅為167.0 mm， 且與小麥不同階段的需水需求吻合度較低（表4），表明北京常年降雨量滿足不了冬小麥生產需求。 出苗至越冬期、越冬至返青、返青至拔節、拔節至開花和灌漿期，降水量分別比需水量偏少35.6 mm、36.2 mm、23.9 mm、105.2 mm 和 91.6 mm。 特別是春季返青期以后，60 年平均降雨量僅107.0 mm， 而同階段需水量327.7 mm，偏少220.7 mm，日供水量少2.23 mm。 因此，北京地區冬小麥生產的主要技術難點是如何解決春季缺水的問題。

2.2 夏玉米需水量與降水分布基本吻合

北京地區的降雨量及分布與夏玉米需水規律配合較好： 夏季高溫多雨有利于旺盛生長， 秋季氣溫穩定下降、 日較差大， 天晴干燥有利于正常成熟。在1959-2018 年的60 年間， 夏玉米生育期內平均年降雨量為407.0 mm（表5）。 將北京地區夏玉米生育期內平均年降雨量與夏玉米需水量[4－5]進行比較，多出20.4 mm，表明京郊平原區常年降雨量可滿足夏玉米生產需求。 從京郊夏玉米不同生育期階段降水與需水情況看， 前兩個生育階段的降雨量與需水量高度吻合，日供水量均略高于需水量，降雨條件十分有利于產量形成。 降水不足主要發生在吐絲到成熟階段，常年平均降雨量僅104.0 mm，較同階段需水量偏少近80.0 mm左右， 日供水量少2.03 mm。 因此，京郊夏玉米生產的主要技術難點是如何解決玉米后期缺水的問題。

3 限額灌溉條件下北京地區冬小麥—夏玉米灌溉量分析

綜上所述， 北京地區冬小麥—夏玉米上下兩茬的需水量與降雨量的差值為371.7 mm（表6），相當于畝灌溉量247.8 m3，而2017 年北京市出臺《北京市推進“兩田一園” 高效節水工作方案》［京政辦發（2017）32 號］ 中規定冬小麥—夏玉米周年畝灌溉量限定在200 m3（相當于300 mm 降水量），因此如何在限額條件下合理制定上下兩茬的灌溉分配制度顯得尤為 重要。

表4 北京冬小麥各生育階段需水量與降雨量的關系

表5 北京夏玉米各生育階段需水量與降雨量關系

表6 北京冬小麥、夏玉米不同生長階段灌溉分析

從2 種作物的需水情況來看， 玉米缺水階段主要集中在吐絲到成熟期，也是籽粒灌漿、提高粒重的關鍵時期，需要補充灌溉。 小麥最缺水的時期是拔節到灌漿期，也是畝穗數、穗粒數和千粒重形成的關鍵期，這個時期的需水量占全生育期的63.1%，而降水量僅占55.7%，因此必須進行補充灌溉。另外，北京地處冬麥區的北部邊緣，越冬前必須灌凍水，其目的主要是保苗安全越冬，適宜的畝灌溉量為30～40 m3；小麥播種時一般要足墑或適墑播種， 因此苗期一般不灌溉；返青到拔節期是小麥春季恢復生長的時期，這一階段氣溫和地溫均較低，灌溉量不宜過多。 因此，在降水正常的年份，小麥應重點保證越冬水、拔節水和灌漿水，玉米應密切關注灌漿期的土壤含水量，及時補充灌溉，確保玉米正常生長。