冀北地区近50 a马铃薯需水量及水分盈亏时空变化特征*

马凤莲, 温永菁, 李春强, 刘园园

冀北地区近50 a马铃薯需水量及水分盈亏时空变化特征*

马凤莲1,2, 温永菁3, 李春强1,4**, 刘园园5

(1. 河北省气象与生态环境重点实验室 石家庄 050021; 2. 河北雄安新区气象局 雄安 071700; 3. 天津市静海区气象局 静海 301600; 4. 河北省气象科学研究所 石家庄 050021; 5. 河北省承德市气象局 承德 067000)

为高效利用水资源, 提高农业生产效益, 根据联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸散计算方法和相关作物系数法, 利用河北省马铃薯主要种植区域(冀北地区)23个地面气象站的资料, 计算了冀北地区近50 a(1969—2018年)马铃薯生育期内的需水量和缺水量, 并分析了马铃薯生育期内降水量、有效降水量、需水量、缺水量变化趋势, 以及不同区域不同生育期马铃薯需水量、缺水量的变化特征。结果表明: 1)近50 a冀北地区马铃薯生育期内降水量、有效降水量年际变化可分为2个阶段: 1969—2003年呈减少趋势, 气候倾向率分别为–15.68 mm∙(10a)–1、–6.61 mm∙(10a)–1; 而2004—2018年呈显著增加趋势, 气候倾向率分别为60.07 mm∙(10a)–1、9.68 mm∙(10a)–1。近50 a平均降水量、有效降水量分别为356.5 mm和148.6 mm; 空间上均呈自西向东逐渐递减的带状特征。2)近50 a马铃薯生育期需水量和缺水量年际变化也表现出1969—2003年减少、2004—2018年增多的趋势, 且需水量多的年份缺水量也多, 近50 a平均需水量和缺水量分别为497.8 mm、349.1 mm; 空间分布上均呈自坝上高原向坝下山地增多特点, 且需水量大的地区缺水量也多。3)马铃薯块茎膨大期需水量最多, 期间也是缺水量最多的时期。研究结果显示1969—2018年冀北地区马铃薯生育期内水资源一直处于严重亏缺状态, 在生产中需充分考虑马铃薯需水量对气象要素变化的响应, 加强水分管理, 确保水资源高效利用。

冀北地区; 马铃薯; 有效降水量; 需水量; 缺水量; 水分盈亏指数

河北省平均水资源为3 120 m3∙hm–2, 人均水资源仅为311 m3, 按照联合国人均1 000 m3为缺水、500 m3为极度缺水的标准, 河北省已成为水资源严重危机的地区之一[1-2]。河北省又是我国主要粮食产区, 目前, 在河北省的水资源利用中, 农业灌溉用水已占河北省总用水量的70%以上[3]。开展区域作物需水量研究, 科学确定主要农作物的需水量, 对水资源优化管理, 高效利用水资源, 合理安排灌溉制度, 提高农业生产效益等均有着重要的指导意义。

作物需水量是指在最适宜的土壤水分和肥力条件下, 在田间作物正常生长发育、无病害并达到高产水平的农田蒸散量, 即作物生长发育所需要消耗的水量。作物需水量的多少与气候条件关系密切, 并随气候条件的变化而变化。近些年来, 我国学者对作物需水量与气候的关系进行了诸多研究, 取得了大量成果。钟兆站等[4]分析了中国北方主要旱地作物需水量, 指出不同作物在不同发育期的需水量明显不同; 刘晓英等[5-6]分析了华北地区主要作物需水量变化特征以及气候变化对作物需水量的影响, 指出未来气候变暖将使华北地区业已紧张的水资源供需矛盾更加突出; 刘宏谊等[7]分析了甘肃省主要农作物需水量的变化特征, 认为作物需水量在近40年呈下降趋势; 郭晓丽等[8]分析了内蒙古中部地区春玉米(L.)水分亏缺时空特征; 李喜平[9]分析了河南省夏玉米生长季水分供需时空变化特征; 曹永强等[10]、杜玲等[11]、吴云龙等[12]分别利用单站气象资料分析了河北省典型区域内的冬小麦(L.)、玉米等主要作物的需水量特征; 李春强等[13]、曹永强等[14]、康西言等[15]、刘玉春等[16]分别对河北省中南部的冬小麦、玉米、棉花(spp.)的需水量和缺水量进行了相关研究, 确定了上述几种作物需水量指标。整体看来, 河北省对作物需水量的研究较多, 且各地作物需水量研究多以冬小麦、玉米为主[17-21]。当前对马铃薯(L.)的研究大多侧重于其生理特性和光合特性[22-23]、适宜播种期和品种变化[24-27]、不同种植模式[28-31]、以及关键生长期的气象条件[32]等对马铃薯产量的影响, 而有关马铃薯生育期需水量的相关研究却鲜见报道[33-35], 且目前多数研究主要针对作物全生育期水分盈亏及灌溉需水量的时空变化, 对各生育阶段的研究相对较少, 同时研究结果因区域和作物不同而有差异。

马铃薯是世界性粮食作物, 其种植面积和产量仅次于水稻(L.)、小麦、玉米[36]。近年来, 河北省马铃薯种植面积在20万km2左右, 总产量(鲜薯)360多万t。马铃薯在河北省各地都有种植, 但以张家口、承德(即冀北地区)最为集中。2015年冀北地区马铃薯种植面积为16.47万km2, 占全省马铃薯播种面积的79%, 冀北地区已成为全国主要的商品薯生产基地、脱毒种薯繁育基地和销售集散地。承德市围场满族蒙古族自治县和张家口市沽源县先后被命名为“中国马铃薯之乡”。冀北地区地处干旱半干旱地区, 受大陆性季风气候影响, 同样面临着气候变化与水资源短缺这一严峻问题。所以, 有必要针对不同水文年份的作物需水量、缺水量进行分析, 为优化作物水分管理提供更为详实、有针对性的基础数据。本文根据冀北地区的历史气象资料, 采用联合国粮食与农业组织(FAO)推荐的彭曼公式和作物系数法, 计算了近50 a(1969—2018年)马铃薯需水量, 并分析马铃薯生育期内降水量、有效降水量、需水量和缺水量的时空变化规律, 以及不同地域不同发育期马铃薯需水量和缺水量特征, 以期为该地马铃薯生产和水资源利用提供科学依据。

1 研究区域概况与研究方法

1.1 研究区域概况

本文以河北省马铃薯主产区(张家口、承德)为研究区域, 该区域内地形分为坝上高原和坝下山地两种类型。高原分布于河北省西北部, 系内蒙古高原的南缘, 俗称坝上高原, 面积约1.6万km2, 海拔1 200~1 500 m, 包含张家口市的康保、沽源、张北、尚义4个县和承德市的围场、丰宁的部分区域; 坝下为燕山山地, 海拔500~1 000 m。该研究区域属中温带向寒温带, 半湿润、半干旱向半湿润过渡的大陆季风性高原山地气候, 坝上高原、坝下山地气候差异明显, 同时坝下地区因海拔高度不同, 受山地地形影响, 不同地区温度、降水等分布也存在较大差异(图1)。

1.2 资料来源

本文所用气象资料和农业气象资料均来自河北省气象信息中心。其中, 气象资料选取河北省马铃薯主要种植区内(冀北地区)23个气象站1969—2018年的地面气象观测资料, 包括逐日降水量、平均气温、最高气温、日照时数、平均风速和相对湿度等。农业气象资料主要为马铃薯各发育期的多年出现日期(表1)。

图1 河北省马铃薯主要种植区域及地形特征

表1 河北省北部不同区域马铃薯多年平均发育期(月-日)

1.3 研究方法

1.3.1 需水量计算

采用参考作物蒸散量和作物系数法计算马铃薯需水量, 即:

ET=cET0(1)

式中:ET为作物需水量,c为作物系数, ET0为参考作物蒸散量。作物系数c与作物生育阶段有关, 不同作物在不同发育阶段的作物系数不同。根据马铃薯的需水规律, 将其划分为3个生长阶段[33](表2): 初期阶段, 即出苗期; 块茎形成和块茎膨大期为生长中期; 淀粉积累期为生长后期。本研究采用文献[37]提供的马铃薯不同生育阶段c取值结果, 即马铃薯生长初期取值0.4, 生长中期1.15, 后期0.75, 马铃薯作物最大高度为0.8 m。

表2 河北省北部不同区域马铃薯各生长阶段(月-日)

参考作物蒸散量采用FAO推荐的Penman- Monteith方程(FAO-PM)计算, 其公式为:

1.3.2 有效降水量计算

有效降水量即作物某一生育阶段内, 降水中实际补充到作物根层土壤的净水量, 代表总降水量中的有效部分, 本文利用美国农业部土壤保持局推荐的有效降水量分析方法[20,38-39], 即:

式中:e为有效降水量,为降水量(mm∙d–1)

1.3.3 缺水量和水分盈亏指数计算

缺水量(w)是作物全生育期或各个生育阶段需水量与同期有效降水量之差[40]。正值表示作物需水量大于有效降水量, 表明有效降水不能满足作物需水要求; 负值表示有效降水可以满足作物需水要求。即:

w=ET–e(4)

水分盈亏指数(crop water surplus deficit index, CWSDI)表征了作物各生育期的水分盈亏程度, 通过下式计算:

CWSDI=(e–ET)/ET (5)

1.3.4 统计方法

利用Microsoft Excel和SPSS统计软件, 采用Pearson相关分析及线性回归等方法对各统计量进行时间序列分析, 并进行显著性检验。利用气候倾向率分析气象要素随时间的变化趋势, 用X表示样本量为的某气象变量, 用t表示X所对应的时间, 建立X与t之间的一元线性回归方程[41]:

X=at+(6)

式中:为回归系数,为常数项,和用最小二乘法进行估计, 以的10倍作为每10 a气候倾向率。>0表示各指标随时间的增加而增加,<0表示各指标随时间的增加而减少。

各要素的空间分布特征主要采用Surfer软件对各站点要素数据进行空间插值, 生成空间变化分布图。

2 结果与分析

2.1 马铃薯生育期内降水量、有效降水量的时空变化

2.1.1 降水量、有效降水量的年际变化

从图2可以看出, 近50 a冀北地区马铃薯生育期内降水量、有效降水量的年际变化大致分为2个阶段: 1969—2003年降水量、有效降水量均呈减少趋势, 气候倾向率分别为-15.68 mm×(10a)-1、-6.61 mm×(10a)-1; 2004—2018年降水量、有效降水量均呈显著增加趋势(<0.05), 气候倾向率分别为60.07 mm×(10a)-1、9.68 mm×(10a)-1。

图2 1969—2018年冀北地区马铃薯生育期内平均降水量、有效降水量的年际变化趋势

马铃薯全生育期内降水量的年际变化较大, 最高值为499.5 mm(1978年), 最低值为244.2 mm (2009年), 降水量最多年份与最少年份相差255.3 mm, 近50 a平均降水量为356.5 mm。马铃薯生育期内平均有效降水量仅为148.6 mm, 且年际间变化较大, 最高值为185.1 mm(1979年), 最低值为109.7 mm(2002年), 有效降水量最多年份与最少年份相差75.4 mm。

近50 a冀北地区23个站点降水量、有效降水量年际变化趋势大体一致, 所有站点降水量均呈减少趋势(图3a), 其中承德市中南部6个站点和张家口市中部4个站点平均每10 a减少10~24 mm, 其他站点平均每10 a减少2~9 mm, 但均未达显著水平。23个站点有效降水量均呈减少趋势(图3b), 其中张家口市中西部6个站点和承德市中南部5个站点呈显著减少趋势(<0.05), 平均每10 a减少5~9 mm, 其他12个站点则平均每10 a减少2~4 mm, 未达显著水平。

图3 1969—2018年冀北地区马铃薯生育期内降水量(a)和有效降水量(b)年际变化趋势的空间分布

2.1.2 降水量、有效降水量的空间变化

近50 a冀北地区马铃薯全生育期内平均降水量、有效降水量在空间分布上表现为自坝上高原向坝下山地增多的带状分布, 坝下山地则表现为北少南多的特征(图4)。其中张家口市的西北部及西南部的站点降水量不足300 mm, 张家口中东部及承德市北部等11个站点降水量为300~400 mm; 承德市中南部的6个站点降水量达400 mm以上, 其中兴隆、宽城两地降水量分别为588.9 mm、516.4 mm。

崇礼、赤城及承德市各站点有效降水量达150 mm以上, 其中兴隆最多, 为187.1 mm; 尚义、张北、沽原、赤城等地有效降水量为140 mm左右, 康保及张家口中南部站点为130 mm左右, 其中宣化最少, 为128.8 mm。

图4 1969—2018年冀北地区马铃薯生育期内平均降水量(a)和有效降水量(b)的空间分布

综上分析, 降水量、有效降水量多的地区, 其近50 a降水量、有效降水量减少趋势更为明显。

2.2 马铃薯需水量、缺水量的时空变化

2.2.1 需水量、缺水量的年际变化

根据1.3.1和1.3.3给出的方法计算得出冀北地区1969—2018年马铃薯生育期内平均需水量、缺水量, 整体上看其变化趋势分为两个阶段(图5): 1969—2003年马铃薯全生育期内需水量呈减少趋势, 平均每10 a减少5.0 mm, 此前李春强等[13]研究表明, 1965—1999年河北省冬小麦和玉米的需水量呈减少趋势, 其结论与本研究结果一致, 但马铃薯需水量的减少幅度较冬小麦、玉米偏小。2004—2018年马铃薯需水量呈显著增加趋势(<0.05), 平均每10 a增加24.2 mm。

图5 1969—2018年冀北地区马铃薯全生育期内平均需水量、缺水量年际变化趋势

缺水量年际变化趋势与需水量变化趋势一致, 即1969—2003年马铃薯全生育期内缺水量呈减少趋势, 平均每10 a减少1.3 mm; 2004—2018年马铃薯缺水量则呈增加趋势(<0.05), 平均每10 a增加20.0 mm。

马铃薯全生育期需水量年际间差异相对较小, 需水量最高达554.6 mm(1972年), 最低为462.7 mm(1979), 需水量最高年与最低年差值为91.9 mm, 近50 a平均需水量为497.8 mm。相对于需水量, 马铃薯全生育期缺水量年际间变化较大, 最高为441.2 mm(1972年), 最低为273.7 mm(1979年), 近50 a平均缺水量为349.1 mm。缺水量与需水量呈正相关, 需水量多的年份也是缺水量多的年份, 反之需水量少时对应的年份缺水量也少。

近50 a马铃薯种植区内23个站点需水量的变化趋势如图6a所示, 承德市的8个站点(丰宁除外)及张家口的宣化、尚义、怀来3个站点的需水量呈减少趋势, 气候趋势倾向率为-1.2~-10.3 mm×(10a)-1; 其他各站则呈增加趋势, 气候倾向率为0.5~ 7.0 mm×(10a)-1, 但其变化趋势均未达显著水平。

进一步分析马铃薯种植区域内各站点缺水量变化趋势得出(图6b), 承德市中东部6个站点缺水量呈减少趋势, 气候倾向率为-1.0~-4.9 mm×(10a)-1; 其他各站点均呈增加趋势, 气候倾向率为0.2~ 10.1 mm×(10a)-1。但各站点的年际变化趋势均未达显著水平。

近50 a马铃薯全生育期平均需水量呈增加趋势的地区, 其缺水量也呈增加趋势, 反之需水量呈减少趋势的地区, 其缺水量也呈减少趋势。

2.2.2 需水量、缺水量的空间变化

近50 a冀北地区马铃薯全生育期平均需水量为430.9~570.0 mm。由图7a可见, 近50 a平均需水量在空间分布上呈从坝上高原向坝下山地增多的特征, 其中坝上地区需水量为430~460 mm, 而坝下的承德市各站点以及张家口的赤城县等地需水量为460~500 mm, 坝上高原南麓地区5个站点需水量达500 mm以上。

马铃薯全生育期平均缺水量的空间分布特征与需水量分布一致, 即需水量大的地区表现出缺水量多的明显特征, 坝上高原南麓的6个站点缺水量达400 mm以上, 其他大部分站点缺水量为300~350 mm(图7b)。

2.3 马铃薯各生育期需水量、缺水量变化

将近50 a马铃薯全生育期内逐日平均需水量进行统计分析(图8), 马铃薯出苗期(坝上5月1日—6月8日,坝下4月24日—5月25日)植株生长所需水分一部分来源于种块本身, 所以日均需水量较少, 为1.4~1.9 mm。块茎形成和块茎膨大期(坝上6月9日—8月20日, 坝下5月26日—8月15日)是马铃薯植株生长和块茎生长并进期, 块茎膨大期对水分需求尤为旺盛, 所以该阶段马铃薯日均需水量明显增多, 为3.8~5.5 mm。马铃薯淀粉积累期(坝上8月21日—9月11日, 坝下8月16日—9月6日)为干物质积累期, 马铃薯植株生长基本停止, 日均需水量逐渐减少, 为2.3~2.7 mm。

马铃薯不同生育阶段的需水量、缺水量如图9所示, 马铃薯出苗期即作物生长初期需水量坝上为65.1 mm、坝下为53.3 mm, 缺水量坝上为38.4 mm、坝下为35.1 mm。随着作物生长, 需水量开始迅速增加, 马铃薯块茎形成和块茎膨大期需水量坝上为338.8 mm、坝下为403.3 mm, 缺水量坝上为241.5 mm、坝下为293.2 mm。到作物成熟收获期, 需水量下降, 马铃薯淀粉积累期需水量坝上为47.1 mm、坝下为55 mm, 缺水量坝上为24.5 mm、坝下为31.6 mm。总体来看, 马铃薯生长发育中需水量最多的时期也是缺水量最多的时期, 且马铃薯生长发育中后期, 坝下地区缺水量大于坝上地区。

2.4 马铃薯水分盈亏指数变化特征

水分盈亏指数不仅考虑了降水和作物蒸散量两项因子, 也反映了实际供水情况与最大水分需要量的平衡关系, 可以较好地表征农田湿润度和作物旱涝情况。根据公式(5), 冀北地区近50 a马铃薯全生育期内的水分盈亏指数如图10所示, 1969—2018年逐年水分盈亏指数为-60%~-80%, 表现出近50 a冀北地区马铃薯生育期内水资源一直处于严重亏缺状态。

图6 1969—2018年冀北地区马铃薯生育期内需水量(a)和缺水量(b)年际变化趋势的空间分布

图7 1969—2018年冀北地区马铃薯生育期内平均需水量(a)、缺水量(b)的空间分布

图8 1969—2018年冀北不同区域马铃薯生育期内逐日平均需水量

不同区域不同发育阶段的水分盈亏指数表明(图11), 坝上、坝下地区马铃薯块茎形成和块茎膨大期水分亏缺最多, 水分盈亏指数分别为-71%、-73%, 出苗期和淀粉积累期水分盈亏指数在-52%~-66%; 且坝下地区水分亏缺较坝上地区严重, 坝下地区水分盈亏指数较坝上地区平均低4.7%, 标准误差为2.9%。尤其在典型水分亏缺年份两个地区的水分盈亏差异更为明显, 例如2007年沽源县(坝上)马铃薯全生育期水分盈亏指数为-76.4%, 怀来县(坝下)则为-84.3%, 出苗期分别为-70.1%、-69.6%, 块茎形成和块茎膨大期分别为-76.9%、-85.6%, 淀粉积累期则分别达-80.6%、-90.2%。

图9 冀北不同地区马铃薯不同生育期内平均需水量和缺水量的变化

图10 1969—2018年冀北地区马铃薯生育期内水分盈亏指数

图11 1969—2018年冀北不同地区马铃薯不同发育期的水分盈亏指数

3 讨论与结论

3.1 讨论

马铃薯需水量可分为由天气气候决定的参考作物蒸散量和作物系数两部分, 其中参考作物蒸散量受气温、空气湿度、风速、日照时数等气象因素影响。由表3可知马铃薯需水量、缺水量分别与平均气温、风速、日照时数呈正相关, 与空气相对湿度、降水量、有效降水量呈负相关, 且除缺水量与风速的相关系数未通过显著性检验外, 其他相关系数均通过了<0.01水平的显著性检验。

对各气象要素的年际变化分析发现, 近15 a(2004—2018年)气象要素较前35 a(1969—2003年)表现出不同的变化趋势, 尤其是风速变化由明显下降趋势(平均每10 a下降0.33 m×s-1)转为明显上升趋势(平均每10 a上升0.17 m×s-1), 日照时数由平均每10 a减少14.6 h, 转为平均每10 a增加72.5 h, 且空气相对湿度近15 a下降趋势较前35 a明显。

气象因子对作物需水量的影响有两个方面: 一方面气温上升会增加潜在蒸散量, 从而使马铃薯需水量增加; 另一方面日照时数、风速的增加以及空气相对湿度下降也会增加潜在蒸散量, 从而使需水量增加。马铃薯需水量的变化趋势与日照、风速的变化趋势一致, 表明日照和风速对其影响更为显著, 这在生态需水量和气象要素相关分析中也有所证明[15]。

表3 马铃薯全生育期需水量、缺水量与气象要素的相关系数

*表示通过<0.01水平的显著性检验。* indicates significant correlation at the level of< 0.01.

缺水量与降水量、有效降水量呈负相关, 即降水量、有效降水量多的年份, 缺水量则少, 反之降水量、有效降水量少的年份, 缺水量则大。

综上, 近50 a冀北地区马铃薯生育期内水资源一直处于严重亏缺状态, 除马铃薯自身生理生态特点影响需水量外, 环境气象要素对作物需水量起着主要作用, 马铃薯全生育期需水量、缺水量的年际变化与空气相对湿度、风速、日照时数等密切相关, 尤其是近15 a空气相对湿度减小、风速增加、日照时数增加导致需水量、缺水量呈增加趋势, 表现出与前35 a不同的变化特征。所以, 在马铃薯生产中, 需充分考虑马铃薯需水量对气象要素变化的响应, 充分利用自然降水, 以同步提高自然降水与灌溉水的利用率, 确保水资源高效利用。

3.2 结论

1)近50 a冀北地区马铃薯生育期内降水量和有效降水量均由前35 a的减少趋势转为近15 a年的增多趋势, 且近15 a降水量、有效降水量的增多趋势通过信度为0.05的显著水平检验。近50 a平均降水量、有效降水量分别为356.5 mm和148.6 mm, 在空间分布上均表现为坝上高原少、坝下山地多的特征, 且自西向东呈逐渐递减的带状分布。

2)近50 a冀北地区马铃薯全生育期内需水量、缺水量均由前35 a的减少趋势转为近15 a的增多趋势, 但其变化趋势均未达显著水平。近50 a平均需水量、缺水量分别为497.8 mm、349.1 mm, 在空间分布上均表现为自坝上高原向坝下山地增多, 且需水量大的地区表现出缺水量多的明显特征, 坝上高原南麓地区需水量达500 mm以上, 缺水量达400 mm以上。

3)马铃薯不同发育期对水分需求不同, 块茎形成和块茎膨大期对水分需求旺盛, 需水量最多, 但此阶段也是缺水量最多的时期, 水分盈亏指数为-70%~-80%, 且坝下地区水分亏缺相对坝上地区更为严重, 究其原因, 一是坝上与坝下地区气候差异所致, 另一方面也与坝上、坝下两地的马铃薯生长期不同有关。

4)冀北地区马铃薯全生育期内缺水量与降水量、有效降水量呈负相关, 即降水量、有效降水量多的年份, 缺水量则少, 反之降水量、有效降水量少的年份, 缺水量则大。

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Spatial-temporal characteristics of water demand, water surplus and deficit of potato in northern Hebei Province in the past 50 years*

MA Fenglian1,2,WEN Yongjing3, LI Chunqiang1,4**, LIU Yuanyuan5

(1. Key Laboratory of Meteorology and Ecological Environment of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China; 2. Meteorological Bureau of Xiong’an New Area, Xiong’an 071700, China; 3. Jinghai District Meteorological Bureau, Jinghai 301600, China; 4. Hebei Institute of Meteorological Science, Shijiazhuang 050021, China; 5. Chengde Meteorological Bureau of Hebei Province, Chengde 067000, China)

In order to efficiently use water resources and increase the agricultural production efficiency, the data from 23 meteorological stations in the main potato growing areas of Hebei Province (northern Hebei Province)were analyzed to calculate the water demand and water shortage during the growing period of potato from 1969 to 2018. The analyses involved the reference crop evapotranspiration calculation method and the related crop coefficient method recommended by the Food and Agriculture Organization of the United Nations. The changing trend of precipitation, effective precipitation, water demand, and water shortage during the 50-year potato growing period, and the changing characteristics of water demand and water shortage in different regions and different growing periods were analyzed. There were three main results. Firstly, the annual variation of precipitation and effective precipitation during the growing period of potato in northern Hebei Province in the past 50 years could be divided into two stages. In one stage, there was a decreasing trend from 1969 to 2003. The climatic tendency rates of precipitation and effective precipitation were –15.68 mm∙(10a)–1and –6.61 mm∙(10a)–1. In the stage from 2004 to 2018, the tendency rates was significantly increased, which were 60.07 mm∙(10a)–1and 9.68 mm∙(10a)–1. The average precipitation and effective precipitation in recent 50 years were 356.5 mm and 148.6 mm, respectively. Their spatial characteristics showed the zonal feature of decreasing gradually from west to east. Secondly, the interannual variation of water demand and water shortage during the growth period of potato in the past 50 years also showed a decreasing trend from 1969 to 2003 and an increasing trend from 2004 to 2018. In years of high water demand, there was also a great shortage of water. In the past 50 years, the average water requirement and water shortage were 497.8 mm and 349.1 mm, respectively. The spatial distribution showed an increase from Bashang plateau to the Baxia mountain area. In the region of high water demand, there was also a great shortage of water. Thirdly, the water demand of potato was largest during the expansion period, when the water shortage also reached its maximum. The water resources of potato in northern Hebei Province have been in a serious deficit state during the past 50 years. It is necessary to fully consider the response of potato water demand to the changes of meteorological factors in order to strengthen water management and ensure the efficient utilization of water resources.

Northern Hebei Province;Potato;Effective precipitation;Water demand;Water shortage;Water profit and loss index

, E-mail: 402724417@qq.com

Oct. 16, 2019;

10.13930/j.cnki.cjea.190730

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S532

* 公益性行业(气象)科研专项(GYHY201506001)资助

李春强, 主要从事农业气象和气象灾害研究。E-mail: 402724417@qq.com

马凤莲, 主要从事生态与农业气象服务工作。E-mail: mflian@126.com

2019-10-16

2020-01-03

* This study was supported by the Special Fund for Meteorology-scientific Research in the Public Interest of China (GYHY201506001).

Jan. 3, 2020