自然降雨与旱地谷子单产水平关系研究*——以武安市为例

刘 猛，刘 斐，夏雪岩，宋世佳，王慧军，李顺国※，张德荣

(1.河北省农林科学院谷子研究所/河北省杂粮研究实验室/国家谷子改良中心，石家庄 050035； 2武安市农牧局，河北邯郸 056300)



·粮食安全·

自然降雨与旱地谷子单产水平关系研究*
——以武安市为例

刘 猛1，刘 斐1，夏雪岩1，宋世佳1，王慧军1，李顺国1※，张德荣2

(1.河北省农林科学院谷子研究所/河北省杂粮研究实验室/国家谷子改良中心，石家庄 050035； 2武安市农牧局，河北邯郸 056300)

谷子抗旱性强，水分利用效率高，是我国北方干旱半干旱雨养旱作区的主要杂粮作物。文章主要研究干旱雨养旱作区降雨量对谷子单产的变化规律，从而为提高谷子降水利用效率以及实际生产提供理论依据。基于武安市1983～2012年期间30年的降雨数据和谷子单产数据，研究自然降雨与谷子单产水平关系。采用散点图、建立线性方程、线性回归显著性分析等研究方法，通过统计、对比描述等方式进行分析。结果显示：武安近30年的自然降雨量与谷子的单产之间具有正相关关系，且谷子7、8月份降雨量对其单产具有显著性影响。主要结论：谷子的单产随着降雨量的增加而增加，但不是无限增加，而是有一个最佳降雨临界点490mm； 当降雨量在490mm以内变化时，谷子单产随着降雨量的增加呈现增长的趋势； 当降雨量超过490mm时，谷子的单产与降雨量负相关； 谷子的单产受7月和8月的降雨量影响显著，且2个月降雨量之和占全生育期的63.1%时，谷子的单产较高。

降雨量 单产 线性方程 谷子

0 引言

谷子起源于我国，曾长期在我国北方占据主粮地位，随着我国水利条件的改善以及小麦、玉米栽培轻简化和单产的提高，小麦、玉米种植面积不断扩大，谷子种植面积逐步缩小，并逐渐沦为杂粮作物。谷子具有较低的蒸腾系数和较高的蒸腾效率[1]，水分利用效率高，因而具有较强的抗旱性，是我国北方干旱半干旱雨养旱作区的主要杂粮作物。已有文献研究表明，雨养旱作区小麦、玉米、燕麦等作物的产量与生育期降雨量密切相关[3-4]，随着干旱的日趋严重，降雨量已成为雨养旱作区作物产量的重要影响因子。但降雨量与谷子单产关系的研究较少[5-9]，在干旱日趋严重，谷子等杂粮市场需求增加的形势下，研究雨养旱作区降雨量与谷子单产的关系，对于合理利用水资源[10-15]、提高自然降水利用率[16-19]，稳定谷子产量具有重要意义。武安位于河北省南部，太行山东麓，处于太行山隆起与华北平原沉降的接触部，丘陵山区占全市面积的74.7%，属于典型的雨养旱作区，全年平均降雨量约560mm，但谷子生长期降雨不稳定。因此文章以武安市为例，通过分析降雨量和谷子单产的关系，探索降雨量对谷子单产的变化规律[20]，从而指导干旱地区谷子的实际生产，为稳定雨养干旱区的谷子生产以及有针对性地制定旱作栽培技术具有重要的指导意义。采用的数据来源于武安市农牧局及气象部门。其结构框架为：首先以武安市降雨量和谷子单产的变化为依据，发现1983～2012年降雨量与谷子单产之间存在一定的关系； 然后采用散点图和建立线性方程的方法分析降雨量与谷子单产之间的变化规律； 再次通过回归方程对1983～2012年谷子生长期的降雨量进行了回归，分析谷子单产在不同生长期的显著性水平，最后得出结论及其建议。

1 近30年武安市降雨量与谷子单产的变化

图1 武安市谷子单产与自然降雨的关系

图1中的折线显示武安市谷子的单产变化与生

长期降雨量(5～9月份下同)变化基本符合正相关关系，降雨量越高，单产越高。具体以1984年、1986年、1992年、1999年、2005年及以后的情况介绍武安市降雨量与谷子单产的变化关系。1984年武安降雨量发生拐点，相对应的谷子的单产也出现拐点，且降雨量大，单产也高； 到1986年，降雨量下降，对应的谷子的单产降到30年内的最低； 同样1992年武安降雨量又出现下降，谷子单产也相应地下降； 到2005年，武安降雨量增长，谷子的单产也相应地增长； 之后从2006年开始，武安降雨量变化较稳定，相应的谷子的单产也逐渐趋于稳定。从以上的分析可以看出，武安市谷子的单产与降雨量的变化基本上保持一致，也就是说单产受降雨量的影响非常大，关系十分密切。但是武安市谷子的单产是否随着降雨量的增加(降低)而增加(降低)，下文继续对30年的散点图和趋势图进行分析。

2 武安市降雨量与谷子单产的关系

该文根据1983～2012年武安市降雨量与谷子单产的数据绘制成降雨量与单产的散点图(图2)，其中竖线是降雨量为490mm时的分界线。从图2中可看出小于490mm降雨量时，谷子的单产随着降雨量的变化呈现一定关系，初步确定降雨量增加，谷子的单产也增加，但大于490mm降雨量时谷子的单产明显较低，且无规律变化，均在231kg/667m2以下。下面对小于490mm降雨量范围内的谷子单产变化建立线性方程，作进一步分析。

图2 近30年来武安市降雨量对谷子单产的影响变化散点分布

图3 武安市490mm以内降雨量对谷子单产影响趋势

通过对降雨量在490mm以内的各年的谷子单产散点分布，模拟了图3所示的线性方程。该线性方程的R2值为0.7316，说明方程的拟合度较好，可以代表单产的变化趋势。图3显示谷子的单产在降雨量小于490mm的范围内，随着降雨量的增加而增加，根据目前的数据显示降雨量484.1mm时，谷子单产最大，为310kg/667m2。

3 武安市生长季降雨量对谷子单产的影响

上文分析了谷子的单产受降雨量的影响变化情况，降雨量在490mm范围以内谷子的单产随降雨量的增加而增加，但是谷子的单产在哪一个具体时期受降雨量的影响显著尚不清楚，因此采用线性回归分析方法进一步对谷子不同生长期的降雨量进行分析。

3.1 研究方法

根据武安市农牧局提供的1983～2012年的各年降雨量(5～9月份)数据，采用多元线性回归方程，测算生长期各月的降雨量对单产的关系。最后判断哪个月降雨量对单产的影响显著性较大。回归方程基本形式：

Y=C+A1X1+A2X2+….+AiXi

其中C是常数，A是系数，在该文中Y是单产，X是生长期各月的降雨量。运用DPS软件进行回归结果如下。

3.2 生长季各月份降雨量对谷子单产的影响

从表1的回归结果看，回归系数显示6～8月份的影响是正向关系，说明在这个时期内降雨量越大单产越高，且影响较显著的是7月份和8月份； 5月份和9月份的影响是负向关系，说明在这个时期内降雨量越大，单产越低。

表1 谷子单产受降雨量的回归分析结果

上文生长期各月的降雨量中影响单产较大的是7月份和8月份，且均是正向关系。在武安市谷子生长过程中， 7月中下旬是谷子的拔节期和孕穗期，该时期是快速营养生长和关键生殖生长阶段，因此需要大量水分。另外8月中旬正是谷子的灌浆期，该生长期是植株从外界环境吸收大量水分以供籽实灌浆的重要阶段，因此需要充足水分。经计算，近30年的7月份和8月份降雨量之和平均是278mm，占谷子生育期降雨量的63.1%时。以2011年和1993年为例， 2011年7、8月份的降雨量之和294.8mm占生育期降雨量的66.9%， 7月份降雨量166.2mm， 8月份降雨量128.6mm，谷子产量达到280kg/667m2， 1993年7月份降雨量207.6mm， 8月份降雨量223.9mm，两个月之和431.5mm，占生育期降雨量的76.9%。因此7月和8月的降雨量是影响谷子单产显著的月份，如果在两个时期出现适当的降雨，基本上就能够保证谷子的产量。

5、6、9月份的降雨量对谷子单产的影响不显著，且5月和9月是负向影响关系，不需较多的水分。武安市5月和9月是谷子生长的苗期和成熟期， 5月适当的降雨保证谷子出苗以后，基本不需要降水； 9月是谷子成熟后期，水分不宜过多，适当的降雨就可以满足谷子成熟； 6月是武安市谷子生长期，这个时期是蹲苗期，且不需要太大的降雨量，因此6月的降雨量对谷子单产影响不重要。

4 结论与讨论

4.1 结论

研究自然降雨与谷子单产之间的关系，对谷子实际生产具有指导意义。根据该文的分析得出以下结论：谷子的单产随着降雨量的增加而增加，但不是无限增加，而是有一个最佳降雨临界点490mm； 当降雨量在490mm以内变化时，谷子单产随着降雨量的增加呈现增长的趋势。当降雨量超过490mm时，谷子的单产与降雨量负相关； 谷子的单产受7月和8月的降雨量影响显著，且2个月降雨量之和占谷子生育期降雨量的63.1%时，谷子的单产较高。

4.2 讨论

谷子是耐旱耐瘠薄的作物，蒸腾系数较小，但不是绝对的抗旱，而是相对耐旱，比较节水的杂粮作物。以武安的气候环境看， 5月底至者6月中旬谷子种植、出苗，不需要的太多的水分，满足苗期的正常水分供应即可； 7、8月份属于拔节期、孕穗期、灌浆期，这几个时期需要较多的水分供应，张喜文研究了孕穗期土壤水分充足，田间湿度较大，有利于气生根的发生[1]； 9月是谷子成熟后期，基本不需要水分。该文确定的490mm降雨量临界值实际是一个约数，是根据近30年的谷子生产数据，总结出的基本规律，该文得出的谷子生长期7、8月份降雨量影响产量较显著，与吴国忠[6]在1984年研究的观点是一致的，因此在实际的谷子生产中具有指导意义。气象部门做好突发气象灾害的预警工作以及防范措施，在5、6、9月份谷子需水量较少时期，遇降雨量大时做好排水工作，在7、8月份谷子需水较多时期，及时做好供水准备，合理利用水资源[21]，以满足农作物的生长。农民及时收听气象预报，做好谷子生产准备工作，避免气象灾害造成的经济损失。

该文结论中在490mm降水量范围以内，谷子单产随着降雨量的增加呈现增长的趋势， 2012年自然降雨量484.1mm时谷子单产310kg/667m2，这个观点不是说谷子的单产达到310kg/667m2时，就不会再增产，而是在降雨量达到490mm左右时，水分促进增产的作用以充分表现出来，若想再提高产量，需要通过更换高产品种、栽培技术方面提高谷子单产[22-23]，这些方面已有很多研究。另外谷子单产变化还与科技进步有一定关系，该文的降雨量与单产的关系分析中，科技进步对谷子单产的作用，基本可以通过30年的数据趋势予以消除，因此科技进步对单产的作用基本不影响该文的结果。进一步研究谷子集雨高效生产技术，确保雨养旱作区谷子稳产、高产。重点是研究、引进膜侧沟播技术、全膜穴播技术等地膜谷子栽培技术，筛选适合地膜栽培的谷子品种，研究地膜条件下的施肥技术等。

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RELATIONSHIP BETWEEN NATURAL RAINFALL AND YIELD OF DRY FOXTAIL MILLET*——TAKING WU′AN CITY FOR EXAMPLE

Liu Meng1，Liu Fei1，Xia Xueyan1，Song Shijia1，Wang Huijun1，Li Shunguo1※，Zhang Derong2

(1.Institute of Millet Crops，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Cereal Crops Research Laboratory of Hebei Province/National Foxtail Millet Improvement Center，Shijiazhuang 050035,China；2.Bureau of agricultural and animal husbandry in Wu an city，Handan, Hebei 056300,China)

As a drought crop with high water use efficiency, foxtail millet is the main miner crop in the dry and rain-fed area of China, and also an important income source of farmers. The purpose of this article is to study the impact of variation of rainfall on foxtail millet yield in arid region, so as to guide actual production of foxtail millet. Based on the data of rainfall and foxtail millet yield of Wu′an county in 1983-2012, this paper analyzed the relationship between natural rainfall and foxtail millet yield using the methods of scatter diagram, linear equations and linear regression etc. The results showed that the relationship between rainfall and yields of foxtail millet was positive. The rainfall in July and August had a significant influence on the yield. Millet yields increased with the rainfall increasing but not indefinite. The best rainfall critical point was 490mm. When the rainfall was less than 490mm, the yield of foxtail millet increased with the increase of the rainfall, but it decreased when the rainfall was more than 490mm. The foxtail millet had the highest yield when the sum of rainfall in July and August accounted for 63.1% of the whole millet growth period.

rainfall; yield; linear equation; foxtail millet

10.7621/cjarrp.1005-9121.20160909

2015-10-20

刘猛(1982—)，男，河北沧县人，硕士、助理研究员。研究方向：农业经济及产业经济。

※通讯作者：李顺国(1976—)，男，河北徐水人，研究员。研究方向：谷子栽培与产业经济。Email：lishunguo76@163.com

*资助项目：农业部/财政部“现代农业产业技术体系专项资金”(CARS-07-13.5-A18)； 公益性行业(农业)科研专项(201303133-1-6)； 河北省渤海粮仓科技示范工程项目

S515; S165+.27

A

1005-9121[2016]09-0048-05