近50年攀西地區(qū)烤煙水分盈虧變化特征分析

張玉芳，陳 超，劉琰琰，龐艷梅

（1.中國(guó)氣象局成都高原氣象研究所/高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610072；2.四川省農(nóng)業(yè)氣象中心，四川成都 610072；3.南方丘區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610066；4.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院高原大氣與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室氣候與環(huán)境變化聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610225）

攀西地區(qū)地處四川省西南部，熱量豐富，光照充足，光熱資源得天獨(dú)厚，水資源總量豐富，但降水資源時(shí)空分布不均，水熱矛盾十分突出［1］，近年來(lái)攀西地區(qū)烤煙播種面積約60 000 hm2，穩(wěn)定占據(jù)整個(gè)四川烤煙種植面積的60%左右。攀西烤煙種植區(qū)主要為安寧河上中下游寬谷區(qū)、低中山丘陵區(qū)、越西河、漫灘河流域以及攀枝花境內(nèi)流域的二半山區(qū)，位于涼山州西昌、德昌、會(huì)理、會(huì)東、寧南、普格、冕寧、越西以及攀枝花各縣境內(nèi)的流域兩岸少部地區(qū)［1-2］。但是，隨著氣候變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水資源已經(jīng)不能很好滿足工農(nóng)業(yè)發(fā)展和人類需求，攀西烤煙已大面積實(shí)行灌溉，如何提高灌溉水的利用效率，合理利用水資源儼然已成為該區(qū)發(fā)展烤煙種植業(yè)的一個(gè)重要方面。

研究表明，氣候變化已經(jīng)使得作物參考蒸散量和需水量都發(fā)生了明顯變化，但不同區(qū)域、不同作物變化存在差異［3-4］，前人對(duì)四川省攀西地區(qū)烤煙移栽—成熟期及不同生育期參考蒸散量、需水量、有效降水量和缺水率的時(shí)空分布特征、變化規(guī)律及隨氣候變暖發(fā)生的變化趨勢(shì)研究幾乎為空白［5］。本研究基于1961—2017年共計(jì)57年15個(gè)烤煙種植縣氣象資料及近些年烤煙生育期資料，比較分析了攀西烤煙種植區(qū)移栽—成熟期及不同生育階段水資源時(shí)空分布狀況，包括烤煙移栽—成熟期及不同生育期參考蒸散量、需水量、有效降水量和缺水率的時(shí)空分布特征、變化規(guī)律及變化趨勢(shì)，研究可為種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、灌溉定量及時(shí)間優(yōu)化、水資源合理利用對(duì)策提供科學(xué)參考［6-7］。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所采用數(shù)據(jù)為攀西地區(qū)，主要包括攀枝花和涼山州15個(gè)烤煙種植縣氣象站（圖1）1961—2017年烤煙生長(zhǎng)發(fā)育階段逐日氣象資料，如平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、降水量、平均相對(duì)濕度等。

1.2 攀西烤煙生育期

本研究從烤煙全生育期（指大田生長(zhǎng)期，從烤煙移栽至成熟期）和分生育期來(lái)分析不同階段水分的變化狀況。由于攀西地區(qū)沒(méi)有精確的烤煙物候觀測(cè)站點(diǎn)，烤煙各生育階段大致劃分情況見(jiàn)表1。

1.3 研究方法

1.3.1 參考蒸散量 采用聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）推薦的Penman-Monteith公式［8-9］計(jì)算。

式中：Rn表示地表凈輻射，MJ/（m2·d）；G表示土壤熱通量，MJ/（m2·d）；T表示日平均氣溫，℃；u2表示2 m高處風(fēng)速，m/s；es表示飽和水汽壓，kPa；ea表示實(shí)際水汽壓，kPa；Δ表示飽和水汽壓曲線斜率，kPa/℃；γ表示干濕表常數(shù)，kPa/℃。其中Rn、Δ和γ可利用公式計(jì)算，其他變量為氣象站觀測(cè)所得。

1.3.2 烤煙需水量 利用FAO推薦的單作物系數(shù)法計(jì)算烤煙生育期需水量［10］，公式為：

式中：W是作物需水量，mm/d；Kc是作物系數(shù)。由于四川省大多數(shù)地區(qū)的實(shí)際情況與上述特定標(biāo)準(zhǔn)條件有一定差距，因此王明田等根據(jù)四川當(dāng)?shù)赝寥篮蜌夂驐l件對(duì)Kc值進(jìn)行了訂正［11］，本研究采用訂正后的Kc值。

1.3.3 有效降水量 根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤保持局推薦的方法計(jì)算有效降水量，該方法［12-14］是目前有效降水量計(jì)算得到公認(rèn)的普遍推廣方法，很多學(xué)者都用該方法作了分析，公式如下：

式中：Pe為有效降水量，mm/d；P為總降水量，mm/d。

1.3.4 缺水率 缺水率是缺水量與作物需水量的比值。缺水量表示為烤煙移栽—成熟期及各生育期需水量與同期有效降水量差值，當(dāng)需水量大于有效降水量則表現(xiàn)為缺水，不能滿足烤煙對(duì)水分需求，若為負(fù)值則表示能滿足烤煙需水要求［15］。

1.3.5 氣候傾向率 在計(jì)算變化趨勢(shì)時(shí)，采用最小二乘法，計(jì)算樣本Xt時(shí)間t的線性回歸系數(shù)（a），從而要素的變化可用一次線性方程計(jì)算［16］：

Xt＝at+b，t＝1，2，3，…，n年。

以線性回歸系數(shù)a的10倍作為氣候傾向率。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙生育期參考作物蒸散量變化特征

由圖2可知，1961—2017年四川省攀西地區(qū)烤煙移栽—成熟期參考蒸散量為510～700 mm，平均598.98 mm，攀西農(nóng)區(qū)呈現(xiàn)由南至北逐漸降低的分布特點(diǎn)（圖2-a）。近50年來(lái)烤煙移栽—成熟期參考蒸散量的變化趨勢(shì)在-10～20mm/10年之間，平均值1.28 mm/10年（圖2-f）；攀西農(nóng)區(qū)北部、東部及鹽源縣部分區(qū)域呈下降趨勢(shì)，其余區(qū)域呈上升趨勢(shì)。

1961—2017年烤煙各生育期參考蒸散量的分布在移栽—蹲苗期分布特征是西南高、東北低；蹲苗—旺長(zhǎng)期作物參考蒸散量的分布特征是西南高、東北低；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期攀西農(nóng)區(qū)總體呈現(xiàn)南高、北低；開(kāi)始成熟—成熟期攀西農(nóng)區(qū)呈現(xiàn)南高、北低。由于生育期長(zhǎng)度及時(shí)段的差異，烤煙各生育階段的參考蒸散量不同；移栽—蹲苗期的參考蒸散量為95～175 mm，研究區(qū)域內(nèi)平均值157.94 mm（圖2-b）；蹲苗—旺長(zhǎng)期參考蒸散量為93～147 mm，平均為117.94 mm（圖2-c）；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期為100～122 mm，平均為107.86 mm（圖2-d）。開(kāi)始成熟—成熟期為215～260 mm，平均為234.24 mm（圖2-e）。比較烤煙各生育階段參考蒸散量的分布情況可知，開(kāi)始成熟—成熟期參考蒸散量最大，旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期參考蒸散量最小。

近50年來(lái)，烤煙移栽—蹲苗期參考蒸散量氣候傾向率在-4.0～6.0 mm/10年，平均值為-0.059 mm，正值區(qū)域主要集中在北部、東南部大部及鹽源部分區(qū)域（圖2-g）；蹲苗—旺長(zhǎng)期參考蒸散量氣候傾向率在-2.0～7.0 mm/10年，平均值為1.27 mm/10年，負(fù)值主要出現(xiàn)在攀西北部、寧南及雷波縣部分區(qū)域（圖2-h）；旺長(zhǎng)-開(kāi)始成熟期參考蒸散量氣候傾向率在-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鹽邊縣部分區(qū)域（圖2-i）；開(kāi)始成熟—成熟期參考蒸散量氣候傾向率在-2.5～6.0 mm/10年，平均值1.17 mm/10年，負(fù)值主要出現(xiàn)在攀西北部、寧南及雷波縣部分區(qū)域（圖2-j）。由此可見(jiàn)，1961—2017年研究區(qū)域內(nèi)各生育階段的參考蒸散量總體正常。

2.2 烤煙生育期需水量變化特征

由圖3可知，1961—2017年，四川省攀西地區(qū)烤煙移栽—成熟期需水量為440～600 mm，平均512.4 mm，攀西西南部農(nóng)區(qū)需水量最多（圖3-a）。近50年來(lái)，烤煙移栽—成熟期需水量的變化趨勢(shì)在-8.5～16.0 mm/10年之間，平均值0.79 mm/10年；除北部、東部局部及鹽源縣部分區(qū)域呈減少趨勢(shì)，其余呈增加趨勢(shì)；攀西西部增多趨勢(shì)明顯（圖3-f）。

1961—2017年烤煙各生育期需水量的分布在移栽—蹲苗期呈現(xiàn)南高、北低的分布特點(diǎn)；蹲苗—旺長(zhǎng)期作物需水量分布特征是從西南到東北逐漸遞減；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期作物需水量分布特征是南高、北低；開(kāi)始成熟—成熟期作物需水量分布特征是南高、北低。由于生育期長(zhǎng)度及時(shí)段的差異，烤煙各生育階段的需水量不同；移栽—蹲苗期的需水量為77.0～140.0 mm，研究區(qū)域內(nèi)平均值111.15 mm（圖3-b）；蹲苗—旺長(zhǎng)期需水量為65.0～103.0 mm，平均為82.56 mm（圖3-c）；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期為100.0～123.0 mm，平均為107.86 mm（圖3-d）；開(kāi)始成熟—成熟期為190.0～235.0 mm，平均為210.8 mm（圖3-e）。比較烤煙各生育階段需水量的分布情況可知，開(kāi)始成熟—成熟期需水量最大，蹲苗—旺長(zhǎng)期需水量最小。

近50年來(lái)烤煙移栽—蹲苗期需水量氣候傾向率在-3.0～5.0 mm/10年，平均值為-0.047 mm/10年，正值區(qū)域主要集中在中部部分區(qū)域及鹽邊部分區(qū)域（圖3-g）；蹲苗— 旺長(zhǎng)期需水量氣候傾向率在-1.0～5.0 mm/10年，平均值為0.89 mm/10年，負(fù)值主要出現(xiàn)在北部及東部局部（圖3-h）；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期需水量氣候傾向率在-3.0～1.3 mm/10年，平均值-1.10 mm/10年，正值主要分布在木里、鹽邊部分區(qū)域（圖3-i）；開(kāi)始成熟—成熟期需水量氣候傾向率在-2.0～6.0mm/10年，平均值1.05mm/10年，負(fù)值主要分布在北部及寧南部分區(qū)域（圖3-j）。由此可見(jiàn)，1961—2017年研究區(qū)域內(nèi)各生育階段的需水量總體正常。

2.3 烤煙生育期有效降水量變化特征

由圖4可知，1961—2017年，四川省攀西地區(qū)烤煙移栽—成熟期有效降水量為270.0～370.0 mm，平均321.03 mm，攀西農(nóng)區(qū)大體呈現(xiàn)從南到北逐漸升高的特點(diǎn)，攀西東部有效降水量最低（圖4-a）。近50年來(lái)烤煙移栽—成熟期有效降水量的變化趨勢(shì)在-15.0～5.0 mm/10年之間，平均值-3.0 mm/10年；農(nóng)區(qū)除甘洛、雷波、西昌及寧南縣部分區(qū)域?yàn)檎?，其余大部是?fù)值（圖4-f）。

1961—2017年烤煙各生育期有效降水量的分布在移栽— 蹲苗期總體呈現(xiàn)從西南到東北逐漸升高的趨勢(shì)；蹲苗—旺長(zhǎng)期作物有效降水量較小區(qū)域主要集中在攀西西南部，較大值區(qū)域集中在攀西中部及北部局部；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期攀西農(nóng)區(qū)東部值較小，較大值集中在攀西西北部；開(kāi)始成熟—成熟期的分布特征是西高、東低。由于生育期長(zhǎng)度及時(shí)段的差異，烤煙各生育階段的有效降水量不同；移栽—蹲苗期的有效降水量為17.0～52.0 mm，研究區(qū)域內(nèi)平均值33.2 mm（圖4-b）；蹲苗—旺長(zhǎng)期有效降水量為52.0～81.0 mm，平均為65.3 mm（圖4-c）；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期為58.0～88.0 mm，平均為75.4 mm（圖4-d）；開(kāi)始成熟—成熟期為119.0～169.0 mm，平均為147.0 mm（圖4-e）。比較烤煙各生育階段有效降水量的分布情況可知，開(kāi)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年來(lái)烤煙移栽—蹲苗期有效降水量氣候傾向率在-0.4～1.5 mm/10年，平均值為0.79 mm，攀西農(nóng)區(qū)除冕寧及金陽(yáng)縣部分區(qū)域是負(fù)值，其他地區(qū)大部為正值（圖4-g）；蹲苗—旺長(zhǎng)期有效降水量氣候傾向率在-2.8～1.8 mm/10年，平均值為-0.12 mm/10年，負(fù)值主要出現(xiàn)在攀西南部大部及中部部分區(qū)域（圖4-h）；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期有效降水量氣候傾向率在-1.8～1.7mm/10年，平均值0.52mm/10年，負(fù)值主要分布在木里大部區(qū)域（圖4-i）；開(kāi)始成熟—成熟期有效降水量氣候傾向率在-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區(qū)域（圖4-j）。由此可見(jiàn)，1961—2017年研究區(qū)域內(nèi)各生育階段的有效降水量大體正常，開(kāi)始成熟—成熟期下降明顯。

2.4 烤煙生育期缺水率的變化特征

由圖5可知，1961—2017年，四川省攀西地區(qū)烤煙移栽— 成熟期缺水率為20.0%～48.0%，平均36.36%，攀西農(nóng)區(qū)大體呈現(xiàn)從南到北逐漸降低的特點(diǎn)（圖5-a）。近50年來(lái)烤煙移栽—成熟期缺水率的變化趨勢(shì)在-2.0%～4.0%/10年之間，平均值0.67%/10年；攀西農(nóng)區(qū)北部局部及雷波、寧南縣部分區(qū)域?yàn)樨?fù)值，其余大部是正值（圖5-f）。

1961—2017年烤煙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、東北低；蹲苗—旺長(zhǎng)期作物缺水率大體呈現(xiàn)西南高、東北低；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期攀西農(nóng)區(qū)較小值集中在攀西西部及中部；開(kāi)始成熟—成熟期作物缺水率呈東高、西低。由于生育期長(zhǎng)度及時(shí)段的差異，烤煙各生育階段的缺水率不同；移栽—蹲苗期的缺水率為44.4%～86.0%，研究區(qū)域內(nèi)平均值66.95%（圖5-b）；蹲苗—旺長(zhǎng)期缺水率為-14.1%～46.2%，平均為16.17%（圖5-c）；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期為12.0%～40.0%，平均為27.6%（圖5-d）；開(kāi)始成熟—成熟期為12.0%～43.0%，平均為28.77%（圖5-e）。比較烤煙各生育階段缺水率的分布情況可知，移栽—蹲苗期缺水率最大，蹲苗—旺長(zhǎng)期缺水率最小。

近50年來(lái)烤煙移栽—蹲苗期缺水率氣候傾向率在-2.0%～0.80%/10年，平均值為-0.66%，攀西農(nóng)區(qū)北部部分區(qū)域及鹽邊縣局部為正值，其余大部為負(fù)值（圖5-g）；蹲苗—旺長(zhǎng)期缺水率氣候傾向率在-4.0%～5.0%/10年，平均值為0.96%/10年，負(fù)值主要出現(xiàn)在攀西北部大部區(qū)域（圖5-h）；旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期缺水率氣候傾向率在-3.0%～3.0%/10年，平均值-1.30%/10年，正值主要分布在木里及鹽邊縣部分區(qū)域（圖5-i）；開(kāi)始成熟—成熟期缺水率氣候傾向率在-1.0%～9.0%/10年，平均值2.24%/10年，負(fù)值主要出現(xiàn)在甘洛縣部分區(qū)域（圖5-j）。由此可見(jiàn)，1961—2017年研究區(qū)域內(nèi)各生育階段的缺水率總體正常。

3 結(jié)論與討論

該研究基于1961—2017年近57年氣象資料及烤煙生育期資料，分析了攀西烤煙種植區(qū)移栽—成熟期及不同生育階段水資源時(shí)空分布狀況，具體結(jié)果如下：移栽—成熟期需水量攀西西南部農(nóng)區(qū)需水量最多；各生育階段需水量開(kāi)始成熟—成熟期最多，蹲苗—旺長(zhǎng)期最少。移栽—成熟期需水量的變化趨勢(shì)除北部、東部局部及鹽源部分區(qū)域呈減少趨勢(shì)，其余呈增加趨勢(shì)，攀西西部增多趨勢(shì)明顯；各生育階段的需水量變化趨勢(shì)總體正常。移栽—成熟期參考蒸散量攀西農(nóng)區(qū)呈現(xiàn)由南至北逐漸降低的分布特點(diǎn)；各生育階段參考蒸散量開(kāi)始成熟—成熟期最大，旺長(zhǎng)—開(kāi)始成熟期最小。移栽—成熟期參考蒸散量的變化趨勢(shì)攀西農(nóng)區(qū)北部、東部及鹽源部分區(qū)域呈下降趨勢(shì)，其余區(qū)域呈上升趨勢(shì)；各生育階段的參考蒸散量變化趨勢(shì)總體正常。移栽—成熟期有效降水量攀西農(nóng)區(qū)大體呈現(xiàn)從南到北逐漸升高的特點(diǎn)；各生育階段有效降水量開(kāi)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變化趨勢(shì)農(nóng)區(qū)除甘洛、雷波、西昌及寧南縣部分區(qū)域?yàn)檎?，其余大部是?fù)值；各生育階段的有效降水量變化趨勢(shì)大體正常，開(kāi)始成熟—成熟期下降明顯。移栽—成熟期缺水率攀西農(nóng)區(qū)大體呈現(xiàn)從南到北逐漸降低的特點(diǎn)；各生育階段中移栽—蹲苗期缺水率最大，蹲苗—旺長(zhǎng)期缺水率最小。移栽—成熟期缺水率的變化趨勢(shì)攀西農(nóng)區(qū)北部局部及雷波、寧南縣部分區(qū)域?yàn)樨?fù)值，其余大部是正值；各生育階段的缺水率變化趨勢(shì)總體正常。

未來(lái)氣候變化會(huì)導(dǎo)致災(zāi)害性天氣日趨頻發(fā)、重發(fā)，致使烤煙生育期間遭受不同程度的損害，攀西烤煙種植區(qū)降水時(shí)空分布不均，特別是11月至次年5月降水量?jī)H占全年降水量的10%～20%，致使4—5月烤煙大田移栽期降水不足，而烤煙移栽時(shí)應(yīng)充分供水，最好為晴間多云或有小陣雨的天氣。移栽時(shí)必須有水源保證，不然將受到干旱的威脅而影響成活。若遇雨季較遲年份，則需較長(zhǎng)時(shí)期的人工灌溉，當(dāng)水源不能保證或其他原因不能滿足進(jìn)入旺長(zhǎng)期煙株對(duì)水分的要求，就會(huì)對(duì)煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量造成較大影響。加強(qiáng)煙田水利設(shè)施建設(shè)，加快以骨干水利工程為中心的水利建設(shè)，完善灌溉系統(tǒng)，在工程建設(shè)上，以配套挖潛為主，以小型為重點(diǎn)，大力發(fā)展蓄水工程，并有計(jì)劃地新建一批骨干蓄水工程，增加煙田灌溉面積。推廣節(jié)水措施，根據(jù)不同區(qū)域干旱類型的強(qiáng)度，引種、選育抗旱品種，以期在有限的供水條件下獲得最大限度的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，網(wǎng)管式間歇灌溉澆灌等節(jié)水措施，提高水資源利用率。