锦州地区春旱频率分析与对策

2014-01-21于德龙高淑梅

黑龙江水利科技 2014年6期

关键词：播种期锦州雨量

于德龙，高淑梅

(葫芦岛市建昌县凌河保护区管理局，辽宁葫芦岛125300)

锦州地区春旱频率分析与对策

于德龙，高淑梅

(葫芦岛市建昌县凌河保护区管理局，辽宁葫芦岛125300)

春旱的发生主要与气候、土地因素有关，其干旱程度则主要取决于土地水份与农作物的需水要求。锦州地区属于温带季风型大陆性气候，降水量集中在7-8月份。文章首先分析了锦州地区春季气候干旱规律和春季土壤干旱规律，最后提出了缓解锦州地区春季干旱的5点对策。

气候干旱规律;土壤干旱规律;气候要素;对策

0 前言

春旱的发生主要与气候、土地因素有关，其干旱程度则主要取决于土地水份与农作物的需水要求。

1 春季气候干旱规律

锦州属于温带季风型大陆性气候，降水量集中在7—8月份，秋雨不多变化大，冬季少雨干燥。本文将利用1952—2002年的气象资料分析锦州地区春季气候干旱规律。由于锦州目前农业生产大部分以一季旱作物为主，主要农作物高粱、玉米、大豆、棉花、花生等适宜播种期是4月中下旬，因此本文将着重分析4月11日—5月10日的气候特点和干旱频率［1］。

1.1 各季主要气候要素

气候要素的多年平均值见表1。

在一年的各季中，以春季风速最大，日照最多，相对湿度冬春二季都很小。

1.2 各季降水的年际变化及年内分配规律

影响气候干湿的最重要因素是降水。锦州降水的多年变化规律见表2。

表1 各地气候要素(多年平均值)

表2 降雨年际变化

锦州各季降雨的年际变化都是较大的。从表2中可以看出春雨少而变化大，最多年与最少年相差40倍。对于P=50%的水平年，春季3个月的总雨量仅有74.7 mm，P=75%的一般干旱年(相当于4 a一遇干旱)仅有50.9 mm，满足不了农业生产的需要。降雨年内分配规律如表3。

表3 雨季多年平均分配率

一年之中冬季雨量最少，多年平均仅有11.8 mm，占全年雨量的2%。春季雨量次之，多年平均雨量82.1 mm，占全年雨量的13.7%。

1.3 干旱指数

干旱指数是反映气候干旱程度的综合指标。其值为蒸发能力与同期降雨之比。当干旱指数大于1，即蒸发能力大于降雨时，表示为干旱气候，指数越大干旱程度越严重。反之亦然。本文用E601型蒸发皿代替蒸发能力，其蒸发量值由20公分小皿蒸发的蒸发量乘以0.7系数换算而来。锦州季、月多年平均干旱指数计算成果见表4。

表4 锦州干旱指数多年平均值

从表4可以看出，在一年之中只有7、8二月干旱指数＜1，属湿润气候，其他各月均为干旱气候，其中以冬季最干，春季次之。在适宜播种期4月11日—5月10日，多年平均的干旱指数高达5.79，即此期间的最大可能蒸发力比降雨几乎大6倍。

1.4 适宜播种期间的降雨特点

1.4.1 水量小年际变化大

此期间多年平均降水量是31 mm，偏差系数Cv=0.83，年际变化大。P=90%10 a一遇大旱年雨量仅有6 mm;P=75%4 a一遇旱年雨量仅有12.6 mm;P=50%平水年雨量也不过24.3 mm。

1.4.2 大部分年份雨量小于多年平均值

对比播种期和夏季多年降水的经验机率密度图就可以发现，在夏季，多年之中接近平均雨量的年份多，集中在图形的中部;而在播种期，则小于平均值的年份偏多［2］。从1952年至今的54 a播种期，降雨＜30 mm的年份达29 a，占60%。

1.4.3 在播种期内对播种有效的降水次数少

4.11—5.10期间分级降雨次数及雨量多年平均值见表5。

表5 4.11—5.10期间分级降雨次数及雨量多年平均值

从表5中可以看出:在4月11日—5月10日的30 d中，多年平均每年有5.9 d雨日，其中以小雨雨日为主。日雨量＞5 mm和10 mm的有效降水日数一共才有1.9 d。但是＞10 mm和5 mm的雨量占此期间总雨量的81.3%。可见对播种真正有意义的只是日雨量＞5 mm，特别是日雨量＞10 mm的一、二次降雨。

1.5 适宜播种期的气候干旱频繁

在4月11日—5月10日期间，自1952年以来的54 a中，各种降水量的发生年数和＞10 mm的降雨次数见表6。

表6 播种期内不同降水量的出现机率

表7 播种期内＞10mm雨日的出现机率

如果播种期内雨量以＜40 mm为旱，＜20 mm为大旱。则春旱频率为77.1%，其中大旱频率为37.5%。

如果播种期内仅有1次＜10 mm降雨为旱，没有为大旱，则春旱频率为72.9%，其中大旱频率为45.8%。

如果将上述两种标准都考虑:即在播种期内降雨＜40 mm或仅有一次中雨为旱，降雨＜20 mm或没有中雨为大旱，则春旱频率为83.3%，其中大旱频率为50%。也就是说在锦州的适宜播种期内，5 a之中有4 a发生干旱。而严重干旱平均每2 a就有一次。

通过以上分析可以看出，锦州春季特别是在播种期内，风速大，蒸发能力强，而且雨量小，变化大，这些都充分说明锦州春季气候干旱是频繁的严重的。

2 春季土壤干旱规律

春季直接影响农作物播种的是土壤干旱。土壤干旱不仅与气候因素有关，而且在很大程度上取决于土壤的构成。主要讨论20 cm以内耕作层的土壤干旱规律。

2.1 锦州土壤类别及特点

在土壤区划上锦州属于辽西走廊黄土及草甸土区。市内耕地可化为五类。其中黄沙土占43%，河淤土占26%，黄土占19%，黑土占9%，碱土占3%。

黄沙土主要分布在全市山区岗地，母质以花岗岩为主，属沙壤土性质，土层薄保水保肥差，有机质含量＜1%，水土流失严重。

河淤土主要分布在平原区沿河两岸，母质为冲积物，属壤土性质，土层厚保水保肥，有机质含量为1.5～2%，地下水位一般3～4 m，具有旱涝保收的优点。

黄土和黑土在山丘和平原都有分布。母质为洪积及坡积次生黄土黏土性质，具有一定保水保肥能力，但因土质黏重，地下水补给条件差，怕旱而且春季一般不返浆。只是黑土较黄土有机质含量高。

锦州各种土壤的耐旱能力以北宁平原区河淤土最好，黑山黄土次之。凌海、义县山丘区黄沙土最差。山丘区与平原区土壤的耐旱差异有着明显的地域分带性。

2.2 锦州土壤水分年内变化规律

根据“锦州土壤水分变化规律的探讨”一文论证土壤水分年内变化有如下规律:

夏季6—8月，降水量396.5 mm(占全年雨量的66%)，蒸发能力409.4 mm，干旱指数为1.03。其中7、8两月降水量更为集中，干旱指数最小为0.71。此时期土壤水分积累大于消耗，是全年之中土壤的高湿阶段。土壤水分的全年最高值一般出现在8月上旬。此时期又是土壤水分最活跃时期，一方面，土壤补水最多，另一方面，因气温高，作物需水多，土壤蒸发，作物蒸腾损耗也最大，同时土壤下渗水对于地下水的补给也很活跃。

秋季9—11月，降水量110 mm(占全年雨量的18.3%)蒸发能力351 mm，干旱指数2.23。10月以后土壤裸露，土壤水分蒸发较多。此时期土壤水分消耗大于积累，但仍是土壤湿润时间。秋季土壤水分主要取决于秋雨的多少以及时段上的分布。秋雨的大部分补充了土壤水分，而且通过封冻将水分保存下来。秋雨的时段分配特点是前期多，后期少，如果封冻前有较大降雨，则封冻期土壤水分就明显增加，对农业生产十分有利。总之，秋季土壤水分及秋雨对来年春季土壤水分影响较大。

冬季12—2月，降水量11.8 mm(占全年雨量的2%)，蒸发能力99.4 mm，干旱指数8.42。在全年中，冬季是最干旱的季节，降雨最少，蒸发也最少，再加上土壤封冻，土壤水分消耗也最少，因此是土壤水分的稳定时期。冬季降水少，多为固态而且又分为数次降落，一般年份积雪厚度小，经风吹日晒几天就融化蒸发了，不能直接补充土壤水分，对冬墒春墒影响不大，冬季土壤水分另一个特点是上、下层土壤含水量变化很小。40 cm以内各层土壤含水量变化一般不超过1%。历年平均兴城开始结冻日期是11月20日—12月10日。

春季3—5月，降水量82.1 mm(占全年雨量的13.7%)，蒸发能力429.5 mm，干旱指数5.23，平均风速4.1 m/s，其中适宜播种期4月11日—5月10日，降水量31 mm(占全年 5.2%)，蒸发能力179.4 mm，干旱指数5.8，平均风速4.4 m/s。春季的风速蒸发能力都是全年最大的，但降雨少而且变化大，春季土壤水分特点是:①消耗大于积累。在一年之中，春季土壤水分是最低的。一般年份土壤含水量低于5%的干土层3～4 cm，严重干旱年份可超过8～10 cm。②春雨雨量小，多被截流在耕作层内，底墒补不上水。对于壤土，当干土层厚在10 cm以内时，大约每1 mm降雨可消除1 cm干土层。③上下层土壤水分梯度差比冬秋季大2～3倍。耕层土壤水分在降雨后消耗很快，一般＜20 mm降雨，五、六天就被蒸发掉。④春墒的好坏不仅与春雨有关，还直接与秋雨和封冻时土壤水分状况有密切关系。而春雨对春墒的影响。随底墒不同而异。当底墒不好时，春雨较好也可能出现旱象。⑤早春土壤返浆时期上层水分重新分配，不受降雨影响。锦州历年平均5～20 cm解冻时期是3月12日—3月30日。化通期3月31日，返浆期一般在3月中旬至4月上旬，此期间土壤中固态水变成液态水，在蒸发因子影响下，水分向地表移动，使表土层墒情好转，使表层干土层由厚变薄。

2.3 春季土壤水分的年际变化

据锦州气象站1991—2004年平原壤土墒情资料分析，4月份土壤含水量平均值的年际变化见表8。

表8 锦州4月份土壤含水量平均值的年际变化

对山区沙壤土目前因无长期观测资料，还难以进行年际变化的定量分析。但据短期资分料析，山区墒情仅是平地墒情的1/2～2/3，山地墒情的年际变化大更是无疑的。

据锦州农科院测定，种子出苗最低土壤水分界限见表9。

表9 种子出苗最低土壤水分界限

据锦州农业气象试验站测定:沙质壤土不同水分与高粱、玉米的出苗关系见表10。

表10 沙质壤土不同水分与高梁玉米的出苗关系

从表8～表10对比看，锦州平原壤土区P=50%春季耕层土壤含水量为14.9%，对高粱玉米在出苗最低水份界限以上，但不能满足出苗需水要求。而山区沙壤土耕层含水量则大部分年份不能满足种子需水要求。

2.4 春季土壤水分与春雨及上年秋雨的关系

春旱的主要标志是耕层土壤水份偏低。影响土壤水分多少的因素除了土壤的构成外，主要与春雨和上年秋雨的多少及其时段分布有关。为了找出影响春雨发生的主导因素，1991—2004年14 a的锦州平原壤土的4月份耕层墒情，同期雨量，上年秋雨雨量及由综合指数法确定的春旱顺序按大小年份分别进行了排列(序号小的表示旱情重，墒情低，雨量小)，见表 11。

表11 锦州春旱按重、轻排行的年份顺序

从表11看，用综合指数法分析，2003年春旱最严重，除5公分墒情好于2001、2004年外，其他耕层墒情都低。但2003年的春雨不是最少的，而上年秋雨很少。因此2003年春旱主要是由上年秋雨少引起的。排在第二位的2004年春旱是春雨和上年秋雨都少，但主要是由于春雨偏少而引起的。排在第三位的2001年春旱则主要是春雨稀少而引起的。因此对于保水能力较好的壤土，春雨和秋雨都可能是引起春旱的主导因素。但是对于保水能力差的沙壤土，引起春旱的主导因素则是主要是春雨。

春雨及秋雨对各层土壤春季墒情的影响是不同的。根据1991年以来的春墒与春雨、春墒与上年秋雨的相关分析成果，春雨主要影响10 cm以内的土壤水分，而秋雨则主要影响10 cm以下的土壤水份，见表12。

表12 春季墒情与降雨相关系数(r)成果表

对4月份各旬墒情与秋雨进行相关分析不仅进一步证明了上述情况，而且还证明在4月上旬的土壤返浆期内，各层土壤均与秋雨相关不密切(与春雨也无关)，见表13。

表13 各时期春墒与秋雨相关系数(r)成果表

2.5 春季土壤干旱的类型及发生频率

春季土壤水份与春雨和上年秋雨都有关，因此土壤春旱有3种类型:①春雨和上年秋雨都偏少，土壤表墒都差的春旱;②春雨差、秋雨好，土壤表墒差底墒好的春旱;③春雨好、秋雨差，土壤表墒好而底墒差的春旱。根据雨量资料分析，自1952年以来的54 a中，锦州各类形式春旱的发生年数及机率，见表14。

表14 锦州各类形式春旱的发生年数及机率

在54 a间，3种类型干旱共发生了46 a，占95%。因此可以说春旱是几乎年年发生。

在3种类型中，以秋春雨都少的春旱最为严重。秋雨好春雨差类型的春旱，由于平原壤土有保水能力，表墒不足可以由底墒补给，相对来说旱情较轻。但这种类型的春旱对于山丘沙壤土区的影响则是很严重的。因此平原沙壤土区的严重春旱频率是31%，即3 a一次严重春旱。而山丘沙壤土区的严重春旱频率是68%，即3 a之中有2 a是严重春旱。

3 锦州地区春季干旱的对策

3.1 春旱必抗

1)锦州春旱既频又严重，义县山区及凌海北部丘陵地区差不多10 a十春旱。平原区黑山、北宁也是3 a一旱，春旱严重影响了农业生产。

2)锦州的花生、棉花等经济作物面积较大，而且大部分集中在山丘区。这些作物种子萌发期需水较多，而且种子成本高，用量大，只有经过抗旱，一次播种保全苗才有保证。

3)随着农业科技的发展，要求作物在适宜播种期内播完。锦州的适播期:春小麦3月中旬，玉米是4月中下旬，高粱、棉花是四月下旬，花生是5月上旬。这段春雨和土地墒情不能满足各种作物在播种期内的需水要求，必须通过抗旱播种获得粮食的增产。

3.2 春旱能抗

首先锦州地区的节水灌溉技术发展较快，近年来通过国家投资群众自酬修建低压管灌工程几万亩，喷灌2万hm2(包括移动式)，发展水浇地13.33万hm2。山丘区发展库、塘、井、窑工程累计1200项。这些措施对于春播抗旱用水，经过努力是完全可以解决的。

据调查，春播期土地需要补充水分主要是10 cm以内的表土层。对于壤土、沙壤土，10 cm内土层每亩耕地提高1%的含水量大约需要补水1 t左右。在一般年份，提高土地表层含水量4% ～5%。即可满足播种需要。抗旱用水一般是75 t/hm2左右。

3.3 山丘地区是抗旱的重点

锦州大部分为丘陵地区、山丘区面积较大、土地差、旱情重、水源少、经济作物多是抗旱的重点区域。抗旱的重点作物是棉花、花生，其次是大豆、高粱。玉米应适时早播，尽量抢早春墒，争取少抗旱。

山丘区的沙地土一般难保住秋墒，同时山丘区水利工程少，水源也不足，一般不具备冬灌条件。因此山丘区春季抗旱措施应以补水为主。同时注意保住早春返浆水。

山丘区抗旱补水方法，由于水源工程少，目前主要靠车拉、人提，因此加强山丘缺水区的抗旱水源建设是很重要的。

用大口井小机泵抗旱的经济效果也是明显的，几种抗旱办法的比较见表15。

表15 锦州常见的几种抗旱方法

大口井和小机泵除了用于抗旱外，还能用于山区果树灌溉，效果同样很好。

3.4 平原壤土区抗旱应以保水为主、补水为辅

锦州的北宁、黑山平原壤土区，土质好，保水能力强，一般地下水位在3 m左右，而且机械化程度较高。这些地区的抗旱，对于充分利用土壤水分自然资源有着重要意义。在一般年份如果把保水搞好了就不需要进行补水抗旱。因此抗旱应采取保水为主、补水为辅的方针。

在保水措施中，首先要保住秋墒。秋雨约占全年雨量的18.3%，秋墒一般也较好，由于秋雨一般集中在前期，因此保秋墒要抓“早”字。秋收前可以放大垄除大草;秋收后应及时秋翻和耙压整地，切断耕层土壤的毛细管，减少土壤水分的蒸发。为了保墒要注意整地质量，绝不能只翻不压。在秋墒很差的年份实行冬灌(封冻前灌水)对增加底墒抗御来年春旱有一定作用，但一般年份实行冬灌意义不大。

做好早春保墒也十分重要。这就要保住早春化冻水和充分利用返浆水。当地化1～2寸时就应进行耙压，当耕层化透时就立即顶浆塌垄。播种时要充分利用底墒，通过踩格子，压碾子使土地密实，引导底墒上移。