基于遥感监测ET的馆陶县主要农作物耗水规律研究

姚玉梅，付贵增，付晓亮，杨朝瀚

（1.海河流域水土保持监测中心站，天津300170；2.水利部海河水利委员会，天津300170）

基于遥感监测ET的馆陶县主要农作物耗水规律研究

姚玉梅1，付贵增1，付晓亮2，杨朝瀚2

（1.海河流域水土保持监测中心站，天津300170；2.水利部海河水利委员会，天津300170）

农业节水管理的目标之一是减少灌溉区无效水分蒸发，提高水分利用效率，增加农作物产量。基于遥感监测ET技术，可实现灌区大范围、高精度、连续性的水分消耗监测。根据遥感监测ET及有效降水数据，对河北省馆陶县冬小麦、夏玉米和棉花3种主要农作物进行耗水分析，获得作物的耗水规律，为农业节水管理提供依据。

遥感监测；耗水量（ET）；耗水规律；有效降水

河北省馆陶县存在河道断流、地下水位下降、水质污染等一系列水资源开发利用引起的环境问题［1］，且馆陶县是典型农业县，耕地面积占其总面积的80%以上，为了充分开发和合理利用水资源，实现水的可持续利用，应加强农业节水管理，推动农业节水灌溉工作。农业节水不仅要提高灌溉效率，而且要注重降低农田水分蒸发蒸腾耗水量［2］。笔者以主要农作物耗水为重点进行研究，获得主要农作物的耗水情况和特点，为提出农业节水管理措施建议提供依据。

1　研究区概况

河北省馆陶县位于海河流域内华北平原区的种植腹地，是河北省典型的农业县，耕地面积占全县总面积的80%以上。县域介于北纬36°27′～36°47′、东经115°06′～115°28′，总面积456 km2。馆陶县境内有卫运河通过，卫运河枢纽处有进水闸，河水可引入卫西干渠。馆陶县属典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷干燥，年均气温14℃，全年无霜期200 d，年日照2 557 h。

根据馆陶县2004—2012年统计年鉴，冬小麦、夏玉米和棉花的播种面积超过总播种面积的70%，以2012年馆陶县农业用地种植结构为例，见表1。

从表1可以看出，馆陶县主要作物类型为小麦、玉米、棉花，其播种面积占总播种面积的比例分别为36.84%、36.49%、5.86%。笔者选取冬小麦、夏玉米、棉花3种作物作为样本进行分析。根据馆陶县作物生长情况，3种典型作物的生育期划分如下：冬小麦（10月—翌年6月）［3］、夏玉米（6—10月）［4］、棉花（5—10月）。

2　冬小麦耗水规律研究

根据遥感监测ET数据分析馆陶县冬小麦各生育阶段耗水，见表2，如图1所示。

表2　2004—2012年馆陶县冬小麦各生育阶段耗水量mm

图1　2004—2012年馆陶县冬小麦各生育阶段耗水变化趋势

馆陶县冬小麦多年平均耗水为335mm。总体趋势为10月—翌年2月耗水较低，5个月累计耗水仅占全生育期耗水的14%；随着气温回升，至翌年3月耗水迅速增加，3个月的耗水占整个生育期耗水的12%；耗水在翌年4—5月达到生育期内峰值，2个月的耗水占整个生育期耗水的66%。可见，为降低冬小麦耗水，翌年4—5月的水分管理是关键。因降水与气温差异，不同年份之间耗水变化较大。

根据年内有效降水［5］分布情况，对主要农作物耗水与同期降水匹配情况进行分析，以研究主要农作物降水满足率。冬小麦耗水与同期有效降水的月变化情况，如图2所示。

图2　2004—2012年馆陶县冬小麦耗水与同期有效降水的月变化

冬小麦生育期内降水严重不足，除11月与翌年6月外，其他月份耗水都大于同期有效降水量，表明该地区降水的时间分布与冬小麦需水的耦合性较差。冬小麦生育期内有效降水133mm，而同期耗水量为335mm，表明全生育期内冬小麦降水满足率仅为40%，所以冬小麦生育期内缺水严重。为保证该区域冬小麦稳产高产，必须依赖灌溉补充冬小麦生育期内需水。

3　夏玉米耗水规律研究

根据遥感监测ET数据分析馆陶县夏玉米各生育阶段耗水，见表3，如图3所示。

夏玉米多年平均耗水为277.62mm。生育期内总体变化趋势为单峰曲线，夏玉米苗期及生育后期耗水较小，6月为28.63mm，9月为65.68mm，2个月的耗水仅占整个生育期耗水总量的31%；而在7—8月夏玉米耗水为192.60mm，达到生育期内峰值，2个月的耗水占整个生育期耗水总量超过69%。

表1　2012年馆陶县农业用地种植结构

表3　2004—2012年馆陶县夏玉米各生育阶段耗水量mm

图3　2004—2012年馆陶县夏玉米各生育阶段耗水变化趋势

夏玉米耗水与同期有效降水的月变化情况，如图4所示。

图4　2004—2012年馆陶县夏玉米耗水与同期有效降水的月变化

夏玉米生育期内降水较丰富，除生育后期即9月降水低于同期耗水外，其他月份降水都远大于同期耗水；夏玉米全生育期耗水为278mm，而同期有效降水为329mm，表明全生育期降水满足率达100%，所以夏玉米生育期内基本不缺水。

4　棉花耗水规律研究

根据遥感监测ET数据分析馆陶县棉花各生育阶段耗水，见表4，如图5所示。

表4　2004—2012年馆陶县棉花各生育阶段耗水量mm

图5　2004—2012年馆陶县棉花各生育阶段耗水变化趋势

棉花多年平均耗水为391.58mm。生育期内总体变化趋势为单峰曲线，棉花苗期及生育后期耗水较小，5、6及9月的多年平均耗水量分别为66.89、46.79、66.31mm，该3个月耗水占整个生育期耗水总量的46%；而在7—8月棉花耗水为211.48mm，达到生育期内峰值，2个月的耗水占整个生育期耗水总量超过54%。

棉花耗水与同期有效降水的月变化情况，如图6所示。

图6　2004—2012年馆陶县棉花耗水与同期有效降水的月变化

棉花生育期内降水较丰富，除5、9月降水低于同期耗水外，其他月份降水都远大于同期耗水；棉花全生育期耗水为391mm，而同期有效降水为409mm，表明全生育期降水满足率达100%，所以棉花生育期内缺水不明显。

5　结语

（1）馆陶县主要农作物生育期耗水量与气温、降水有关，年际间存在一定变化。

（2）根据冬小麦、夏玉米、棉花生育时段的耗水规律，馆陶县主要农作物耗水峰值一般都出现在发育期和生育中期，而在苗期和生育末期耗水较小。冬小麦耗水峰值为4—5月，2个月的耗水总量占整个生育期耗水总量的66%；夏玉米与棉花耗水峰值都在7—8月，分别占整个生育期耗水总量的69%、54%。

（3）作物耗水来源主要是有效降雨和灌溉用水。从有效降雨分析结果来看，夏玉米、棉花生育期降水满足率较高，在生育期这两种作物基本都不缺水；冬小麦生育期降水满足率较夏玉米和棉花低，全生育期内冬小麦降水满足率仅为40%，为保证小麦高产稳产，必须依赖灌溉补充冬小麦生育期内需水。

（4）馆陶县要发展“两高一优农业”，必须实行科学的灌溉管理，改善和加强田间水管理。为保证冬小麦的生长，必须通过灌溉或其他水源进行补充。4—5月是冬小麦需水关键期，必须对其进行合理灌溉。为优化馆陶县种植结构、节约农业灌溉用水量，馆陶县可适度减少冬小麦等作物的播种面积，充分挖掘棉花等雨热同期秋粮作物的增产潜力。

［1］王素芬，王韶华，田园.河北省馆陶县农业节水综合措施探讨［J］.中国农村水利水电，2002（12）：25-27.

［2］张召召，张凤泉.河北省利用世行资款发展节水灌溉二期项目实施工作回顾［J］.河北水利，2013（6）：26-27.

［3］姬兴杰，朱业玉，刘晓迎，等.气候变化对北方冬麦区冬小麦生育期的影响［J］.中国农业气象，2011，32（4）：576-581.

［4］白莉萍.夏玉米不同生育期对干旱的响应与适应机制［D］.北京：中国科学院植物研究所，2005.

［5］刘战东，段爱旺，肖俊夫，等.旱作物生育期有效降水量计算模式研究进展［J］.灌溉排水学报，2007，26（3）：27-34.

Law ofW ater Consumption ofMain Crops in Guantao County Based on Remote Sensing M onitoring ET

YAO Yu-mei1，FU Gui-zeng1，FU Xiao-liang2，YANGChao-han2
（1.HaiheBasin SoilandWater Conservation Monitor Centre，Tianjin 300170，China；2.HaiheRiverWater Conservancy Comm ission.MWR，Tianjin 300170，China）

One of the objectives of agriculturalwater savingmanagement is to reduce irrigated areas invalid evaporation，improve water use efficiency and increase crop yields.The technology of remote sensing monitoring ET can achieve large-scale，high-precision，continuousmonitoring ofwater consumption.According to the ET remote sensingmonitoring and effective precipitation data of Guantao County，it is analyzed of the three crops selected with winter wheat，summer maize and cotton to calculate themain crop water consumption law，and to provide essential evidence for agriculturalwater savingmanagement.

remote sensingmonitoring；evapotranspiration（ET）；water consumption law；effective precipitation

TV213.4；S274.4

A

1004-7328（2016）05-0004-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.05.002

2016—07—25

姚玉梅（1988—），女，硕士，工程师，主要从事水土保持监测工作。