以減產(chǎn)損失為指標(biāo)的農(nóng)業(yè)干旱評(píng)價(jià)方法研究

沈洪政 馬青青 金建華

摘要：該文通過對(duì)山西省運(yùn)城市30年的降雨、蒸發(fā)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，先初步從降雨量及蒸發(fā)量判斷該地區(qū)的氣候情況，然后以冬小麥為例，通過作物的蒸發(fā)蒸騰量、水分生產(chǎn)函數(shù)計(jì)算減產(chǎn)損失（k=），并提出以減產(chǎn)損失為指標(biāo)進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱評(píng)價(jià)，為今后的農(nóng)業(yè)干旱預(yù)防、評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。經(jīng)研究分析可得，當(dāng)減產(chǎn)損失值為0～0.2500時(shí)為輕旱；減產(chǎn)損失值為0.2501～0.4709時(shí)為中旱；減產(chǎn)損失值為0.4710～0.7477為重旱；減產(chǎn)損失值大于0.7478為嚴(yán)重干旱。

關(guān)鍵詞：干旱 旱災(zāi) 減產(chǎn)損失 干旱指標(biāo)

中圖分類號(hào)：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（a）-0161-03

近幾十年來，隨著全球氣候日趨變暖，干旱和旱災(zāi)造成的損失和影響越來越嚴(yán)重。干旱不僅直接導(dǎo)致農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，食物短缺而且其持續(xù)累積會(huì)使土地資源退化、水資源耗竭和生態(tài)環(huán)境受到破壞，制約可持續(xù)發(fā)展[1]。預(yù)防和減輕旱災(zāi)成為當(dāng)今世界的重要課題之一。

農(nóng)業(yè)干旱是指由外界環(huán)境因素造成作物體內(nèi)水分失去平衡，發(fā)生虧缺，影響作物正常生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而導(dǎo)致減產(chǎn)或絕收的氣象災(zāi)害現(xiàn)象。它涉及土壤、作物、大氣和人類對(duì)資源的利用等多方而因素，是各類干旱中最復(fù)雜的一種。氣象干旱是各種干旱的基礎(chǔ)和根本致因。但氣象干旱發(fā)生時(shí)并不一定就有農(nóng)業(yè)干旱。農(nóng)業(yè)干旱跟各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展有關(guān)。農(nóng)業(yè)干旱又分為生理干旱、土壤干旱和大氣干旱。目前對(duì)氣象干旱的研究較多，農(nóng)業(yè)干旱研究有待進(jìn)一步深入。該文提出以減產(chǎn)損失為指標(biāo)進(jìn)行農(nóng)業(yè)旱情評(píng)價(jià)，以更好的反映農(nóng)業(yè)干旱情況。

1 運(yùn)城地區(qū)地理概況與資料簡(jiǎn)介

1.1 運(yùn)城地區(qū)地理概況

運(yùn)城地區(qū)現(xiàn)轄運(yùn)城市、永濟(jì)市、河津市及聞喜、繹縣、垣曲、夏縣、平陸、新絳、稷山、萬榮、臨猗、芮城等縣?？偯娣e13968平方公里，總?cè)丝?25萬，運(yùn)城境內(nèi)水資源比較年富。黃河、汾河、涑水河流經(jīng)境內(nèi)，境內(nèi)總流長(zhǎng)6百公里、境內(nèi)平川占到總面積的58.3%。該區(qū)地理座標(biāo)介于北緯～，東經(jīng)～之間，屬暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。其基本特征是，氣候溫和，冬寒夏暖，熱量資源充足，夏秋雨水豐沛，光能，風(fēng)能較豐富。是山西省積溫較高的地區(qū)。

1.2 資料來源

該文資料來源于運(yùn)城氣象站1971—2000年共30年的基本氣象資料。

2 計(jì)算方法

2.1 減產(chǎn)損失指標(biāo)

作物減產(chǎn)損失指標(biāo)為：k=

式中：k為減產(chǎn)損失，y為作物實(shí)際產(chǎn)量，為作物最大產(chǎn)量。作物受旱越嚴(yán)重減產(chǎn)損失越大，作物受旱越輕，減產(chǎn)損失越小。

y/ym采用Jensen模型進(jìn)行計(jì)算。

2.2 Jensen模型

Jensen 模型以階段相對(duì)騰發(fā)量為自變量：

（1）

式中：為實(shí)際產(chǎn)量；為使用作物光溫生產(chǎn)潛力計(jì)算的最大產(chǎn)量；n為作物的生育階段；為作物在第i階段的水分敏感系數(shù)，反映不同生育期缺水對(duì)作物產(chǎn)量的影響程度；為非充分灌水條件下作物的蒸騰量；為充分灌水條件下的蒸騰量[2]。

根據(jù)以上計(jì)算模型需要對(duì)、和值進(jìn)行求解。

2.2.1水分敏感指數(shù)

根據(jù)綜合分析，水分敏感指數(shù)選用王仰仁等的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表1。

2.2.2作物蒸散量ET

根據(jù)根區(qū)土壤水分大小可將作物蒸散的計(jì)算分為兩種情況：一種是充分供水條件下的作物蒸散量的計(jì)算：一種是非充分供水條件下的作物蒸散量的計(jì)算。用分段函數(shù)表示如下：

（2）

式中：為作物蒸散量，單位；為參考作物蒸散量，單位；為作物系數(shù)；為土壤水分修正系數(shù)。

土壤水分修正系數(shù)是根區(qū)水分土壤的函數(shù)，可用下式計(jì)[3]

（3）

式中：為作物根區(qū)實(shí)際含水率，單位：%（以體積含水率表示，下同）；為土壤凋萎點(diǎn)含水率，單位：%；為蒸散開始受土壤含水率影響時(shí)的臨界含水量，單位：%，令=，為作物根區(qū)最大田間持水率，單位：%；與相對(duì)應(yīng)的系數(shù)；n為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，由實(shí)測(cè)資料分析求得。

2.2.3作物系數(shù)

全生育期冬小麥的作物系數(shù)的變化過程表達(dá)式為：

（4）

式中：為初始生長(zhǎng)期的作物系數(shù)；為生育中期的作物系數(shù)；，，，為與作物系數(shù)變化相對(duì)應(yīng)的累計(jì)天數(shù)，其中為全生育期生長(zhǎng)天數(shù)；，，，，，，為模型參數(shù)，其中，，，和，，中的6個(gè)參數(shù)可利用作物生長(zhǎng)連續(xù)性的特點(diǎn)由其他參數(shù)求得。

2.2.4作物蒸騰量的求解

充分供水條件下的冬小麥的蒸發(fā)蒸騰量用下式求解：

（5）

2.2.5參考作物需水量ET0的確定

參考作物蒸散采用FAO1998年推薦的FAO Penman-Menteith 公式[4]計(jì)算，（6）

式中：為作物冠層頂?shù)膬糨椛?，單位：；G為土壤熱流強(qiáng)度，單位：；T為2 m高度處的日平均氣溫，單位：；為2 m高度處的風(fēng)速，單位：；為濕度計(jì)常數(shù)，單位：；為飽和水汽壓-溫度曲線斜率，單位：；為氣溫為T時(shí)的飽和蒸汽壓，單位：；為氣溫為T時(shí)的實(shí)際蒸汽壓，單位：；其余符號(hào)意義同前。

3 以減產(chǎn)損失為指標(biāo)的農(nóng)業(yè)干旱評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 減產(chǎn)損失計(jì)算結(jié)果

根據(jù)運(yùn)城30年的氣象資料，冬小麥的減產(chǎn)損失計(jì)算結(jié)果見表2。

將以上數(shù)據(jù)繪制成散點(diǎn)圖，如圖1所示。

3.2 農(nóng)業(yè)干旱評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)30年的減產(chǎn)損失計(jì)算結(jié)果，按照減產(chǎn)損失設(shè)計(jì)保證率劃分干旱等級(jí)范圍，當(dāng)設(shè)計(jì)保證率小于25%時(shí)即減產(chǎn)損失值為0～0.2500時(shí)為輕旱；當(dāng)設(shè)計(jì)保證率為25%～50%時(shí)即減產(chǎn)損失值為0.2501～0.4709時(shí)為中旱；當(dāng)設(shè)計(jì)保證率為50%～75%時(shí)即減產(chǎn)損失值為0.4710～0.7477時(shí)為重旱；當(dāng)設(shè)計(jì)保證率大于75%時(shí)即減產(chǎn)損失值大于0.7478時(shí)為極重旱。

3.3 1971-2000年的降雨量情況

1971—2000年年平均降雨量如圖2所示。

將圖1和圖2進(jìn)行對(duì)比可以看出：基本上當(dāng)降雨量大時(shí)，減產(chǎn)損失小，降雨量小時(shí)減產(chǎn)損失大。但是降雨量相近的年份，減產(chǎn)損失值有一定的差別。這說明包括降雨在內(nèi)的氣象災(zāi)害是農(nóng)業(yè)干旱的基礎(chǔ)和根本致因，農(nóng)業(yè)干旱的影響因素非常復(fù)雜，還需要考慮到作物自身的影響因素。以減產(chǎn)損失為指標(biāo)的旱情評(píng)價(jià)指標(biāo)，不僅考慮了降雨和蒸發(fā)等的氣象因素，還考慮了作物自身的影響因素。可以較好的用于進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

（1）減產(chǎn)損失值為0～0.2500時(shí)為輕旱；減產(chǎn)損失值為0.2501～0.4709時(shí)為中旱；減產(chǎn)損失值為0.4710-0.7477時(shí)為重旱；減產(chǎn)損失值大于0.7478時(shí)為極重旱；

（2）當(dāng)降雨量大時(shí)，減產(chǎn)損失小，降雨量小時(shí)減產(chǎn)損失大。

（3）減產(chǎn)損失指標(biāo)不僅考慮了降雨和蒸發(fā)等的氣象因素，還考慮了作物自身的影響因素。

參考文獻(xiàn)

[1]商彥蕊.農(nóng)業(yè)旱災(zāi)研究進(jìn)展[J].地理與地理信息科學(xué)，2004，20（4）：101-104.

[2]Kang X Y，Gu G Q，Shi Y S，Tian G Q ，Gu Y L. Drought indices and prediction models for winter wheat.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2011，17（4）：860-865.

[3]雷志棟，楊詩秀，謝森傳.土壤水動(dòng)力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1988：282-303.

[4]Allen R G，Pereira L S，Raes D，et al.Crop evapotranspiration guidelines for computing water requirements [J].FAO Irrigation and Drainage Paper 56，1998：161-173.