近50年攀西地区烤烟水分盈亏变化特征分析

张玉芳，陈 超，刘琰琰，庞艳梅

（1.中国气象局成都高原气象研究所/高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，四川成都 610072；2.四川省农业气象中心，四川成都 610072；3.南方丘区节水农业重点实验室，四川成都 610066；4.成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室气候与环境变化联合实验室，四川成都 610225）

攀西地区地处四川省西南部，热量丰富，光照充足，光热资源得天独厚，水资源总量丰富，但降水资源时空分布不均，水热矛盾十分突出［1］，近年来攀西地区烤烟播种面积约60 000 hm2，稳定占据整个四川烤烟种植面积的60%左右。攀西烤烟种植区主要为安宁河上中下游宽谷区、低中山丘陵区、越西河、漫滩河流域以及攀枝花境内流域的二半山区，位于凉山州西昌、德昌、会理、会东、宁南、普格、冕宁、越西以及攀枝花各县境内的流域两岸少部地区［1-2］。但是，随着气候变化和社会经济发展，水资源已经不能很好满足工农业发展和人类需求，攀西烤烟已大面积实行灌溉，如何提高灌溉水的利用效率，合理利用水资源俨然已成为该区发展烤烟种植业的一个重要方面。

研究表明，气候变化已经使得作物参考蒸散量和需水量都发生了明显变化，但不同区域、不同作物变化存在差异［3-4］，前人对四川省攀西地区烤烟移栽—成熟期及不同生育期参考蒸散量、需水量、有效降水量和缺水率的时空分布特征、变化规律及随气候变暖发生的变化趋势研究几乎为空白［5］。本研究基于1961—2017年共计57年15个烤烟种植县气象资料及近些年烤烟生育期资料，比较分析了攀西烤烟种植区移栽—成熟期及不同生育阶段水资源时空分布状况，包括烤烟移栽—成熟期及不同生育期参考蒸散量、需水量、有效降水量和缺水率的时空分布特征、变化规律及变化趋势，研究可为种植结构调整、灌溉定量及时间优化、水资源合理利用对策提供科学参考［6-7］。

1 资料与方法

1.1 数据来源

本研究所采用数据为攀西地区，主要包括攀枝花和凉山州15个烤烟种植县气象站（图1）1961—2017年烤烟生长发育阶段逐日气象资料，如平均气温、最低气温、最高气温、降水量、平均相对湿度等。

1.2 攀西烤烟生育期

本研究从烤烟全生育期（指大田生长期，从烤烟移栽至成熟期）和分生育期来分析不同阶段水分的变化状况。由于攀西地区没有精确的烤烟物候观测站点，烤烟各生育阶段大致划分情况见表1。

1.3 研究方法

1.3.1 参考蒸散量 采用联合国粮食及农业组织（FAO）推荐的Penman-Monteith公式［8-9］计算。

式中：Rn表示地表净辐射，MJ/（m2·d）；G表示土壤热通量，MJ/（m2·d）；T表示日平均气温，℃；u2表示2 m高处风速，m/s；es表示饱和水汽压，kPa；ea表示实际水汽压，kPa；Δ表示饱和水汽压曲线斜率，kPa/℃；γ表示干湿表常数，kPa/℃。其中Rn、Δ和γ可利用公式计算，其他变量为气象站观测所得。

1.3.2 烤烟需水量 利用FAO推荐的单作物系数法计算烤烟生育期需水量［10］，公式为：

式中：W是作物需水量，mm/d；Kc是作物系数。由于四川省大多数地区的实际情况与上述特定标准条件有一定差距，因此王明田等根据四川当地土壤和气候条件对Kc值进行了订正［11］，本研究采用订正后的Kc值。

1.3.3 有效降水量 根据美国农业部土壤保持局推荐的方法计算有效降水量，该方法［12-14］是目前有效降水量计算得到公认的普遍推广方法，很多学者都用该方法作了分析，公式如下：

式中：Pe为有效降水量，mm/d；P为总降水量，mm/d。

1.3.4 缺水率 缺水率是缺水量与作物需水量的比值。缺水量表示为烤烟移栽—成熟期及各生育期需水量与同期有效降水量差值，当需水量大于有效降水量则表现为缺水，不能满足烤烟对水分需求，若为负值则表示能满足烤烟需水要求［15］。

1.3.5 气候倾向率 在计算变化趋势时，采用最小二乘法，计算样本Xt时间t的线性回归系数（a），从而要素的变化可用一次线性方程计算［16］：

Xt＝at+b，t＝1，2，3，…，n年。

以线性回归系数a的10倍作为气候倾向率。

2 结果与分析

2.1 烤烟生育期参考作物蒸散量变化特征

由图2可知，1961—2017年四川省攀西地区烤烟移栽—成熟期参考蒸散量为510～700 mm，平均598.98 mm，攀西农区呈现由南至北逐渐降低的分布特点（图2-a）。近50年来烤烟移栽—成熟期参考蒸散量的变化趋势在-10～20mm/10年之间，平均值1.28 mm/10年（图2-f）；攀西农区北部、东部及盐源县部分区域呈下降趋势，其余区域呈上升趋势。

1961—2017年烤烟各生育期参考蒸散量的分布在移栽—蹲苗期分布特征是西南高、东北低；蹲苗—旺长期作物参考蒸散量的分布特征是西南高、东北低；旺长—开始成熟期攀西农区总体呈现南高、北低；开始成熟—成熟期攀西农区呈现南高、北低。由于生育期长度及时段的差异，烤烟各生育阶段的参考蒸散量不同；移栽—蹲苗期的参考蒸散量为95～175 mm，研究区域内平均值157.94 mm（图2-b）；蹲苗—旺长期参考蒸散量为93～147 mm，平均为117.94 mm（图2-c）；旺长—开始成熟期为100～122 mm，平均为107.86 mm（图2-d）。开始成熟—成熟期为215～260 mm，平均为234.24 mm（图2-e）。比较烤烟各生育阶段参考蒸散量的分布情况可知，开始成熟—成熟期参考蒸散量最大，旺长—开始成熟期参考蒸散量最小。

近50年来，烤烟移栽—蹲苗期参考蒸散量气候倾向率在-4.0～6.0 mm/10年，平均值为-0.059 mm，正值区域主要集中在北部、东南部大部及盐源部分区域（图2-g）；蹲苗—旺长期参考蒸散量气候倾向率在-2.0～7.0 mm/10年，平均值为1.27 mm/10年，负值主要出现在攀西北部、宁南及雷波县部分区域（图2-h）；旺长-开始成熟期参考蒸散量气候倾向率在-3.0～1.3 mm/10年，平均值-1.10 mm/10年，正值主要分布在木里及盐边县部分区域（图2-i）；开始成熟—成熟期参考蒸散量气候倾向率在-2.5～6.0 mm/10年，平均值1.17 mm/10年，负值主要出现在攀西北部、宁南及雷波县部分区域（图2-j）。由此可见，1961—2017年研究区域内各生育阶段的参考蒸散量总体正常。

2.2 烤烟生育期需水量变化特征

由图3可知，1961—2017年，四川省攀西地区烤烟移栽—成熟期需水量为440～600 mm，平均512.4 mm，攀西西南部农区需水量最多（图3-a）。近50年来，烤烟移栽—成熟期需水量的变化趋势在-8.5～16.0 mm/10年之间，平均值0.79 mm/10年；除北部、东部局部及盐源县部分区域呈减少趋势，其余呈增加趋势；攀西西部增多趋势明显（图3-f）。

1961—2017年烤烟各生育期需水量的分布在移栽—蹲苗期呈现南高、北低的分布特点；蹲苗—旺长期作物需水量分布特征是从西南到东北逐渐递减；旺长—开始成熟期作物需水量分布特征是南高、北低；开始成熟—成熟期作物需水量分布特征是南高、北低。由于生育期长度及时段的差异，烤烟各生育阶段的需水量不同；移栽—蹲苗期的需水量为77.0～140.0 mm，研究区域内平均值111.15 mm（图3-b）；蹲苗—旺长期需水量为65.0～103.0 mm，平均为82.56 mm（图3-c）；旺长—开始成熟期为100.0～123.0 mm，平均为107.86 mm（图3-d）；开始成熟—成熟期为190.0～235.0 mm，平均为210.8 mm（图3-e）。比较烤烟各生育阶段需水量的分布情况可知，开始成熟—成熟期需水量最大，蹲苗—旺长期需水量最小。

近50年来烤烟移栽—蹲苗期需水量气候倾向率在-3.0～5.0 mm/10年，平均值为-0.047 mm/10年，正值区域主要集中在中部部分区域及盐边部分区域（图3-g）；蹲苗— 旺长期需水量气候倾向率在-1.0～5.0 mm/10年，平均值为0.89 mm/10年，负值主要出现在北部及东部局部（图3-h）；旺长—开始成熟期需水量气候倾向率在-3.0～1.3 mm/10年，平均值-1.10 mm/10年，正值主要分布在木里、盐边部分区域（图3-i）；开始成熟—成熟期需水量气候倾向率在-2.0～6.0mm/10年，平均值1.05mm/10年，负值主要分布在北部及宁南部分区域（图3-j）。由此可见，1961—2017年研究区域内各生育阶段的需水量总体正常。

2.3 烤烟生育期有效降水量变化特征

由图4可知，1961—2017年，四川省攀西地区烤烟移栽—成熟期有效降水量为270.0～370.0 mm，平均321.03 mm，攀西农区大体呈现从南到北逐渐升高的特点，攀西东部有效降水量最低（图4-a）。近50年来烤烟移栽—成熟期有效降水量的变化趋势在-15.0～5.0 mm/10年之间，平均值-3.0 mm/10年；农区除甘洛、雷波、西昌及宁南县部分区域为正值，其余大部是负值（图4-f）。

1961—2017年烤烟各生育期有效降水量的分布在移栽— 蹲苗期总体呈现从西南到东北逐渐升高的趋势；蹲苗—旺长期作物有效降水量较小区域主要集中在攀西西南部，较大值区域集中在攀西中部及北部局部；旺长—开始成熟期攀西农区东部值较小，较大值集中在攀西西北部；开始成熟—成熟期的分布特征是西高、东低。由于生育期长度及时段的差异，烤烟各生育阶段的有效降水量不同；移栽—蹲苗期的有效降水量为17.0～52.0 mm，研究区域内平均值33.2 mm（图4-b）；蹲苗—旺长期有效降水量为52.0～81.0 mm，平均为65.3 mm（图4-c）；旺长—开始成熟期为58.0～88.0 mm，平均为75.4 mm（图4-d）；开始成熟—成熟期为119.0～169.0 mm，平均为147.0 mm（图4-e）。比较烤烟各生育阶段有效降水量的分布情况可知，开始成熟—成熟期有效降水量最大，移栽—蹲苗期有效降水量最小。

近50年来烤烟移栽—蹲苗期有效降水量气候倾向率在-0.4～1.5 mm/10年，平均值为0.79 mm，攀西农区除冕宁及金阳县部分区域是负值，其他地区大部为正值（图4-g）；蹲苗—旺长期有效降水量气候倾向率在-2.8～1.8 mm/10年，平均值为-0.12 mm/10年，负值主要出现在攀西南部大部及中部部分区域（图4-h）；旺长—开始成熟期有效降水量气候倾向率在-1.8～1.7mm/10年，平均值0.52mm/10年，负值主要分布在木里大部区域（图4-i）；开始成熟—成熟期有效降水量气候倾向率在-13.0～0.7 mm/10年，平均值-4.17 mm/10年，正值主要分布在甘洛部分区域（图4-j）。由此可见，1961—2017年研究区域内各生育阶段的有效降水量大体正常，开始成熟—成熟期下降明显。

2.4 烤烟生育期缺水率的变化特征

由图5可知，1961—2017年，四川省攀西地区烤烟移栽— 成熟期缺水率为20.0%～48.0%，平均36.36%，攀西农区大体呈现从南到北逐渐降低的特点（图5-a）。近50年来烤烟移栽—成熟期缺水率的变化趋势在-2.0%～4.0%/10年之间，平均值0.67%/10年；攀西农区北部局部及雷波、宁南县部分区域为负值，其余大部是正值（图5-f）。

1961—2017年烤烟各生育期缺水率的分布在移栽—蹲苗期等分布特征是西南高、东北低；蹲苗—旺长期作物缺水率大体呈现西南高、东北低；旺长—开始成熟期攀西农区较小值集中在攀西西部及中部；开始成熟—成熟期作物缺水率呈东高、西低。由于生育期长度及时段的差异，烤烟各生育阶段的缺水率不同；移栽—蹲苗期的缺水率为44.4%～86.0%，研究区域内平均值66.95%（图5-b）；蹲苗—旺长期缺水率为-14.1%～46.2%，平均为16.17%（图5-c）；旺长—开始成熟期为12.0%～40.0%，平均为27.6%（图5-d）；开始成熟—成熟期为12.0%～43.0%，平均为28.77%（图5-e）。比较烤烟各生育阶段缺水率的分布情况可知，移栽—蹲苗期缺水率最大，蹲苗—旺长期缺水率最小。

近50年来烤烟移栽—蹲苗期缺水率气候倾向率在-2.0%～0.80%/10年，平均值为-0.66%，攀西农区北部部分区域及盐边县局部为正值，其余大部为负值（图5-g）；蹲苗—旺长期缺水率气候倾向率在-4.0%～5.0%/10年，平均值为0.96%/10年，负值主要出现在攀西北部大部区域（图5-h）；旺长—开始成熟期缺水率气候倾向率在-3.0%～3.0%/10年，平均值-1.30%/10年，正值主要分布在木里及盐边县部分区域（图5-i）；开始成熟—成熟期缺水率气候倾向率在-1.0%～9.0%/10年，平均值2.24%/10年，负值主要出现在甘洛县部分区域（图5-j）。由此可见，1961—2017年研究区域内各生育阶段的缺水率总体正常。

3 结论与讨论

该研究基于1961—2017年近57年气象资料及烤烟生育期资料，分析了攀西烤烟种植区移栽—成熟期及不同生育阶段水资源时空分布状况，具体结果如下：移栽—成熟期需水量攀西西南部农区需水量最多；各生育阶段需水量开始成熟—成熟期最多，蹲苗—旺长期最少。移栽—成熟期需水量的变化趋势除北部、东部局部及盐源部分区域呈减少趋势，其余呈增加趋势，攀西西部增多趋势明显；各生育阶段的需水量变化趋势总体正常。移栽—成熟期参考蒸散量攀西农区呈现由南至北逐渐降低的分布特点；各生育阶段参考蒸散量开始成熟—成熟期最大，旺长—开始成熟期最小。移栽—成熟期参考蒸散量的变化趋势攀西农区北部、东部及盐源部分区域呈下降趋势，其余区域呈上升趋势；各生育阶段的参考蒸散量变化趋势总体正常。移栽—成熟期有效降水量攀西农区大体呈现从南到北逐渐升高的特点；各生育阶段有效降水量开始成熟—成熟期最大，移栽—蹲苗期最小。移栽—成熟期有效降水量的变化趋势农区除甘洛、雷波、西昌及宁南县部分区域为正值，其余大部是负值；各生育阶段的有效降水量变化趋势大体正常，开始成熟—成熟期下降明显。移栽—成熟期缺水率攀西农区大体呈现从南到北逐渐降低的特点；各生育阶段中移栽—蹲苗期缺水率最大，蹲苗—旺长期缺水率最小。移栽—成熟期缺水率的变化趋势攀西农区北部局部及雷波、宁南县部分区域为负值，其余大部是正值；各生育阶段的缺水率变化趋势总体正常。

未来气候变化会导致灾害性天气日趋频发、重发，致使烤烟生育期间遭受不同程度的损害，攀西烤烟种植区降水时空分布不均，特别是11月至次年5月降水量仅占全年降水量的10%～20%，致使4—5月烤烟大田移栽期降水不足，而烤烟移栽时应充分供水，最好为晴间多云或有小阵雨的天气。移栽时必须有水源保证，不然将受到干旱的威胁而影响成活。若遇雨季较迟年份，则需较长时期的人工灌溉，当水源不能保证或其他原因不能满足进入旺长期烟株对水分的要求，就会对烟叶产量和质量造成较大影响。加强烟田水利设施建设，加快以骨干水利工程为中心的水利建设，完善灌溉系统，在工程建设上，以配套挖潜为主，以小型为重点，大力发展蓄水工程，并有计划地新建一批骨干蓄水工程，增加烟田灌溉面积。推广节水措施，根据不同区域干旱类型的强度，引种、选育抗旱品种，以期在有限的供水条件下获得最大限度的经济产量，网管式间歇灌溉浇灌等节水措施，提高水资源利用率。