贵州番茄需水量时空分布特征

2018-05-25赵晨曦袁淑杰郝建萍

中低纬山地气象 2018年2期

赵晨曦，袁淑杰，郝建萍

(1.云南大学，云南昆明 650500；2.成都信息工程大学，四川成都 610225；3.山西省气象科学研究所，山西太原 030006)

1 引言

作物需水量指生长在大面积农田上的无病虫害作物群体，当土壤水分和肥力适宜时，在给定环境中正常生长发育，并能达到高产潜力值的条件下，植株蒸腾、棵间土壤蒸发等生理过程所需水分之和[1]。作物需水量是农业使用水的重要部分，也是国民经济中消耗水分的最主要部分。目前全世界的用水量不断增长，水资源不足日益突出，对作物需水量及其分布特征的研究和估算，已成为一个重要研究课题[2]。本文研究的贵州省番茄需水量的时空分布特征，对缓解该地农业水资源供需矛盾，合理利用水资源有重要意义。

2 资料方法与研究区域概况

2.1 资料来源

观测资料来源于贵州省气象局，主要包括2011—2015年贵州省52个常规地面气象观测站观测的逐日降水、平均气温、平均风速、日照时数、平均相对湿度的资料。

2.2 研究区域概况

贵州省位于中国西南部，介于103°36′～109°36′E，24°37′～29°13′N之间，属于典型喀斯特区域。生态环境脆弱且不稳定，平均海拔在1 100 m左右，可用于农业开发的土地资源不多，属亚热带湿润季风气候，常年受云贵准静止锋影响，多持续性阴雨天气，日照短少，气温较低，降水多集中于夏季。

2.3 研究方法

2.3.1 参考作物需水量计算方法经研究，本文选取联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物需水量，公式如下：

(1)

式中物理量分别为：ET0为参考作物需水量(mm/d)；Rn为作物表面的净辐射量(MJ·m-1·d-1)；G为土壤热通量(MJ·m-2·d-1)；Tmean为日平均气温(℃);u2为2 m高处风速(m/s)；es为饱和水汽压(kPa)；ea为实际水汽压(kPa)；Δ为饱和水汽压曲线斜率(kPa·℃-1)；γ为干湿表常数(kPa·℃-1)。

2.3.2 作物系数的确定方法本文选取番茄进行研究，表1是番茄全生育期各个阶段的时间分布。

表1 贵州省番茄生育期各阶段时间分布(单位：d)Tab.1 The Distribution of Tomato in Guizhou Province during Different Stages(unit:d)

番茄春淡季和冬淡季全生育期天数相同，共135 d。初始生长期及快速发育期(70 d)的KC值为0.6，生育中期(40 d)的KC值为1.15，成熟期(25 d)的KC值为0.80。

番茄夏秋淡季全生育期共155 d。初始生长期及快速发育期(75 d)的KC值为0.6，生育中期(50 d)的KC值为1.15，成熟期(25 d)的KC值为0.80。

2.3.3 作物需水量的计算方法本文先计算作物各阶段的需水量，再累加，得到整个生育期的需水量。作物需水量的计算公式如下：

ETC=KC×ET0

(2)

式中：ETC为作物需水量(mm),KC为作物系数,ET0为参考作物需水量(mm)。

2.3.4 播种日期的确定方法为了保证淡季蔬菜的正常供应及创造更好的经济效益，利用错季栽培技术[7]，使番茄、辣椒的春淡季上市时间延迟到3—5月，夏秋淡季上市时间延迟到8月下旬—11月上旬，冬淡季上市时间延迟到11月—次年3月。将具体的日期确定如表2。

表2 番茄种植各阶段时间安排Tab.2 Tomato cultivation stages of the timetable

3 番茄需水量时空分布

利用资料，由公式(2)计算出番茄逐日需水量，将5 a平均的生育期内需水量累加，进行插值分析。

3.1 不同季节番茄需水量空间分布

图1(a)中贵州春淡季5 a平均的番茄需水量介于180～300 mm之间，从空间分布上看，呈西南—东北走向，贵州西部如威宁地区和西南部如册享、望谟等地区为需水量的大值区，生育期内需水量在280～300 mm之间，中部、北部及东部地区需水量相对较小，习水、江口、凤冈、开阳为需水量的小值区，生育期内需水量在180～200 mm之间。

图1(b)中2011—2015年平均夏秋淡季番茄需水量介于425～485 mm之间，从空间分布上看，贵州中部及西部地区需水量偏小，南部及东北部地区需水量较大。西部威宁、赫章为需水量的小值区，生育期内需水在425～440 mm之间，北部习水、仁怀、桐梓等地及东部沿河、思南、江口、铜仁为需水量的大值区，生育期内需水量在470～480 mm之间。

图1(c)中冬淡季5 a平均番茄需水量介于210～270 mm之间，从空间分布上看，呈西南—东北走向，贵州西南部如册享、望谟等地区为需水量的大值区，生育期内需水量在250～270 mm之间，往东北部，需水量值逐渐减小，在西部如赫章、毕节等地，中部如开阳、修文等地及北部如习水、务川等地出现需水量的小值区，生育期内需水量在210～220 mm之间。

图1 贵州不同季节多年平均番茄需水量(mm)(2011—2015年)(a)春淡季 (b)夏秋淡季 (c)冬淡季Fig.1 Average annual tomato water requirement (mm) (2011—2015 years) in different seasons in Guizhou(a)Spring off-season (b) Summer and autumn off-season (c)Winter off-season

综上，2011—2015年平均番茄需水量夏秋淡季最大，为425～485 mm，春淡季(180～300 mm)及冬淡季(210～270 mm)番茄需水量较小，且需水量分布与春淡季相反，东北部需水量较大，西南部需水量较小。空间分布上，全省范围内春淡季和冬淡季番茄需水量走势相似，呈现由西南到东北逐渐减小的趋势。西南部册享、普安等地为需水量大值区，累计需水量在250 mm以上；中部、北部如开阳、习水为小值区，累计需水量在220 mm以下。③贵州西部地区如威宁等地在春淡季属于大值区，需水量在280 mm以上，但在冬淡季却较小，需水量在220～230 mm之间。

3.2 不同季节番茄需水量时间变化

为了进一步分析贵州不同农业气候区(图2)2011—2015年平均不同季节番茄各生育期需水量和降水量，分别在温热、温暖、温和、温凉和高寒农业气候区选取1～3个代表站。表3、4、5分别为2011—2015年平均不同季节番茄各生育期需水量和降水量。

图2 贵州省综合农业气候区划图Fig.2 Comprehensive agricultural climate zoning map of Guizhou Province

表3中可看出：春淡季番茄需水量在初始生长期最小，快速发育期略微增加，在发育中期达到最大，成熟期需水量又略微下降。初始生长期各地降水量基本满足番茄需水量，只有威宁站水分亏缺；快速发育期大部分站点均水分亏缺，亏缺量在10～20 mm之间，只有江口、榕江站降水量大于需水量；发育中期各地降水量的值远远小于需水量；成熟期只有江口、榕江、绥阳降水量大于需水量。

表3 番茄春淡季各生育阶段作物需水量、降水量变化(单位：mm)Tab.3 Change of water demand and precipitation in different growth stages of Tomato in spring off-season(unit:mm)

由表4可看出：夏秋淡季番茄需水量在初始生长期(63～91 mm)最小，快速发育期(81～96 mm)略微增加，在发育中期(193～250 mm)达到最大，成熟期(60～76 mm)的值与初始生长期的值相近。降水量在初始生长期(116～284 mm)和快速发育期(195～274 mm)相差不大，但因为处在夏季，降水量值同一地区为春淡季的2～3倍。降水量在发育中期(175～357 mm)达到最大，成熟期(70～220 mm)的值与初始生长期的值相近。整体趋势与番茄需水量的趋势类似。夏秋淡季初始生长期和快速发育期各地降水量远大于番茄需水量；发育中期由于各地需水量的急剧增加，大部分地区需水量的值仅略微小于降水量，只有罗甸、榕江、绥阳三地降水量的值小于需水量；成熟期各地需水量的值仍旧小于该地降水量的值。

表5可看出：冬淡季番茄需水量在初始生长期、快速发育期和发育中期的值相近，成熟期的值较小，远小于前3个发育期需水量的值。冬淡季初始生长期和快速发育期各地需水量均小于降水量；发育中期大部分地区需水量与降水量值相近，而在威宁、毕节等地降水量值较小，远小于需水量，出现水分亏缺；成熟期番茄需水量与各地降水量值均较小，在10～30 mm之间。

表4 番茄夏秋淡季各生育阶段作物需水量、降水量变化(单位：mm)Tab.4 Change of water demand and precipitation in different growth stages of Tomato in summer and autumn off-season(nuit:mm)

表5 番茄冬淡季各生育阶段作物需水量、降水量变化(单位：mm)Tab.5 Change of water demand and precipitation in different growth stages of Tomato in winter off-season(nuit:mm)

3.3 不同季节番茄需水量逐年变化

将每年生育期内逐日需水量累加，与相应时段降水量相比较，进行如下分析。

表6中显示：春淡季，2011年10个代表站点的番茄需水量在175～223 mm之间，2012年番茄需水量在160～281 mm之间，2013年番茄需水量在197～344 mm之间，2014年番茄需水量在184～316 mm之间，2015年番茄需水量在196～340 mm之间。可看出：时间变化上，2011—2015年春淡季番茄需水量大体呈增加趋势，2013年和2015年各个站点需水量均为该地5 a中的偏大值。空间分布上，由统计可知册享、威宁站为番茄需水量的大值区，江口、绥阳站为番茄需水量的小值区。

表7中显示：夏秋季，2011年10个代表站点的番茄需水量在464～579 mm之间，2012年番茄需水量在350～435 mm之间，2013年番茄需水量在454～528 mm之间，2014年番茄需水量在405～517 mm之间，2015年番茄需水量在379～488 mm之间。可看出：时间变化上，2011—2015年夏秋季的番茄需水量大体呈波动减少趋势，且在2012年和2015年需水量的值明显偏小。空间变化上，由统计可知榕江、册享、江口站为夏秋季番茄需水量的大值区，威宁、贵定、普安、毕节站为夏秋季番茄需水量的小值区。对比春淡季番茄需水量，夏秋季番茄的需水量远高于春淡季，且2011—2015年内，年与年之间的需水量值波动较大。

表8中显示：冬季，2011年10个代表站点的番茄需水量在230～295 mm之间，2012年番茄需水量在186～247 mm之间，2013年番茄需水量在218～266 mm之间，2014年番茄需水量在202～286 mm之间，2015年番茄需水量在194～264 mm之间。可看出：时间变化上，2011—2015年冬淡季番茄需水量大体呈波动趋势，且在2012年和2015年需水量的值明显偏小。空间分布上，由统计可知榕江、册享、普安站为冬季番茄需水量的大值区，绥阳、纳雍、江口、毕节站为冬季番茄需水量的小值区。③全省范围内冬季番茄需水量的值相差不大，与其他两季相比各地差异性较小。

表6 2011—2015年贵州省春淡季番茄全生育期作物需水量、降水量分布特征(单位：mm)Tab.6 The distribution characteristics of water demand and precipitation in the whole growth period of Tomato during the 2011—2015 year of spring off-season in Guizhou Province(unit:mm)

表7 2011—2015年贵州省夏秋季番茄全生育期作物需水量、降水量分布特征(单位：mm)Tab.7 The distribution characteristics of water demand and precipitation in the whole growth period of Tomato during the 2011—2015 year of summer and autumn off-season in Guizhou Province(unit:mm)

表8 2011—2015年贵州省冬季番茄全生育期作物需水量、降水量分布特征(单位：mm)Tab.8 The distribution characteristics of water demand and precipitation in the whole growth period of Tomato during the 2011—2015 year of winter off-season in Guizhou Province(unit:mm)