降水量變化規(guī)律及旱作農(nóng)業(yè)應(yīng)對措施

郭奇旺，金彥兆

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省水利科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730000)

降水是地表水和地下水資源的補給源[1]。雖然降水量變化具有一定的隨機性，但總體而言，對于一個特定的地區(qū)，降水量的年際、年代、季節(jié)、月際變化仍具有一定規(guī)律。安定區(qū)夏秋兩季降水量較多，占年降水的76%左右；春冬兩季降水量較少，僅占年降水的24%左右。降水量的多少尤其是季節(jié)分配直接影響著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展，影響著人民生活質(zhì)量提高，降水量的變化成為人們?nèi)找骊P(guān)注的熱點[2]。因此，依據(jù)安定區(qū)1958—2015年58年天然降水系列資料，科學(xué)了解天然降水變化特征和分布規(guī)律，有針對性地提出旱作農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的對策措施具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

安定區(qū)位于甘肅省中部，地勢自西南向東北傾斜，氣候類型屬于中溫帶干旱、半干旱區(qū)，大陸性季風(fēng)氣候十分明顯。年平均太陽輻射量141.4kcal/cm2，年平均日照時數(shù)2500h，年均氣溫6.3℃，無霜期141天。全區(qū)多年平均降水量398.5mm，多集中在夏秋季節(jié)，最大降水量(6—9月)占全年降水量的67.2%，蒸發(fā)量高達1500mm。降水稀少，水資源極為短缺，形成了安定區(qū)旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的基本現(xiàn)狀，也造就了區(qū)域旱作特色農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。

2 天然降水變化特征與規(guī)律

2.1 降水年變化特征與規(guī)律

依據(jù)安定區(qū)1958—2015年降水量系列降水資料，采用線性回歸法分析安定區(qū)降水量變化趨勢，并計算5a滑動平均值[3- 4]。經(jīng)統(tǒng)計資料分析，1958—2015年平均降水量398.5mm，整體呈現(xiàn)逐年下降趨勢，趨勢方程為y=-1.0433x+429.25，多年平均降水量以10.433mm/10a的速率下降。降水量年際變化大，最大值為1967年的720.1mm，是多年平均降水量的1.81倍；最小值為1982年的245.7mm，是多年平均降水量的0.62倍，兩者相差474.4mm，最大、最小年降水量比值2.93。安定區(qū)1958—2015年降水量分析成果見表1。

根據(jù)表1繪制安定區(qū)逐年降水量過程線、5年滑動平均曲線及年平均降水量線性關(guān)系如圖1[5-8]所示。從圖1可看出，20世紀(jì)50年代末到70年代末，5a滑動平均值高于多年平均值，年降水量高于年平均降水量；80年代5a滑動平均值與多年平均值基本持平；90年代開始5a滑動平均值較多低于多年平均值，年降水量低于年平均降水量。由此可見，20世紀(jì)80年代開始，安定區(qū)降水量開始減少，干旱天氣增多，進入90年代干旱進一步加劇[9]。

2.2 降水年代變化特征與規(guī)律

安定區(qū)年代際降水量分析結(jié)果見表2。由此可

表1 安定區(qū)1958—2015年年降水量及距平百分率

圖1 安定區(qū)逐年降水量過程線、5年滑動平均曲線及年平均降水量線性

見，20世紀(jì)50、60、70年代降水量較高，分別為410.83、447.63、404.33mm，比多年平均分別高出12.36、49.16、5.86mm；80、90年代及本世紀(jì)初降水量較低，分別是389.87、365.68、375.81mm，比多年平均分別低8.6、32.79、22.66mm。20世紀(jì)80年代為降水量變化的分界線，50年代和60年代降水量高于平均降水量，70年代年降水量比年均降水量多5.86mm，進入80年代以后，降水量開始逐年減少。表明1958—2015年安定區(qū)降水量呈逐年減少趨勢，氣候向變暖方向發(fā)展[10-12]。

表2 安定區(qū)年代際平均降水量分析成果

安定區(qū)年代平均降水量變化從20世紀(jì)50年代末到60年代開始逐漸下降，但仍高于歷史同期水平；70年代降水量變化基本與多年平均降水量持平；80年代降水量變化略低于多年平均降水量；90年代絕大部分年降水量低于多年平均降水量，僅1998年和1999年高于年平均降水量；進入21世紀(jì)后的15年期間有8年的降水量低于年平均降水量。說明自20世紀(jì)80年代以來，安定區(qū)的降水量減少，干旱日益增加[13]。

2.3 安定區(qū)降水季節(jié)變化特征與規(guī)律

安定區(qū)季節(jié)降水量見表3。從降水量季節(jié)分布來看，春季：1991～2000年平均降水量最少，比平均少11.76mm；1961—1970年最多，比平均多12.61mm。夏季：2000—2010年平均降水量最少，比平均少17.4mm；1958—1960年平均降水量最多，比平均多16.4mm。秋季：1991—2000年平均降水量最少，比平均少22.53mm；1961—1970年最多，比平均多35.24mm。冬季：1961—1970年平均降水量最少，比平均少2.93mm，2011—2015年最多，比平均多3.68mm[14- 15]。

圖2 1958—2015年安定區(qū)季節(jié)降水量

時段春季/mm距平變化/%夏季/mm距平變化/%秋季/mm距平變化/%冬季/mm距平變化/%1958—196090.875.59229.8716.477.57-14.312.533.611961—197097.8912.61216.644.23127.1135.245.99-2.931971—198076.43-8.85220.828.4198.156.288.930.011981—199094.39.02207.28-5.1379.14-12.739.150.231991—200073.52-11.76214.862.4569.34-22.537.96-0.962000—201083.09-2.19195.01-17.488.07-3.89.640.722011—201584.22-1.06216.784.3795.483.6112.63.68

表4 安定區(qū)1958—2015年逐月平均降水量

圖3 安定區(qū)歷年月平均降水量

季節(jié)降水量過程如圖2所示[4]。從安定區(qū)季節(jié)平均降水量分析來看，該地區(qū)春、夏、秋三個季節(jié)均表現(xiàn)出降水量下降趨勢，但各個季節(jié)的下降趨勢略有差異，冬季表現(xiàn)出降水量增加趨勢。通過對比分析：該地區(qū)秋季降水量下降速率最快，線性下降幅度為5.823mm/10a；夏季次之，線性下降幅度為2.996mm/10a；春季最小，線性下降幅度為2.11mm/10a；冬季線性增加幅度為4.96mm/10a。表明安定區(qū)降水量較少的主要原因是夏、秋季降水量減少造成的，而這兩個季節(jié)恰恰是本區(qū)農(nóng)作物生長旺盛期，降水量的減少會造成農(nóng)作物產(chǎn)量的大幅度下降。安定區(qū)年代際季節(jié)降水量及距平變化分析見表3。

2.4 月際降水特征與變化規(guī)律

安定區(qū)歷年逐月平均降水量見表4。從安定區(qū)降水量季節(jié)和月際的變化中，我們分析發(fā)現(xiàn)：年降水量的53.3%集中在6、7、8月，春季3、4、5月的總降水量僅有85.29mm，占全年降水的21.4%，特別是3月份，降水量僅有11.16mm，冬季降水量最少，僅有8.62mm，占全年降水的2.2%。綜合分析全年的天然降水多集中在6—9月，這四個月的降水量為267.64mm，占全年降水的67.2%。正好這段時間處于農(nóng)作物生長的需水量大的生育期，有效的天然降水可以幫助農(nóng)作物充分的生長。

圖4 1958—2015年春季各月降水量

安定區(qū)歷年月平均降水量如圖3所示，由圖3可知8月降水量最多，為83.37mm，7月次之，為77.26mm；1、12月降水量最少，分別只有2.91、1.58mm。5月份之前降水一般較少，只占年均降水量的11.5%，尤其在干旱的年份，天然降水量更少，難以保證春播作物的正常播種出苗，而6—9月降水較多，占年均降水量的67.2%，相對有利于玉米、馬鈴薯等秋作物的正常生長發(fā)育。

3 春季降水特性

1958—2015年安定區(qū)春季降水情況見表5。通過對1958—2015年天然降水資料統(tǒng)計和分析，得出3月降水量大于歷年平均值的有23年，大于平均值70%的有14年，其中4月降水量大于歷年平均值的有21年，大于平均值70%的有17年。5月降水量大于歷年平均值的有28年，大于平均值70%的有9年。安定區(qū)農(nóng)作物耕種多數(shù)在4月下旬和5月上旬，根據(jù)相關(guān)資料，在降水較少地區(qū)的低水平來看，將近有38年春季的降水能夠基本滿足春耕的需要。

表5 安定區(qū)春季降水分析結(jié)果

安定區(qū)歷年春季平均降水量為85.28mm，占年均降水量的21.4%，整體呈現(xiàn)逐年下降趨勢，趨勢方程為y=-0.211x+504.5，以2.11mm/10a的速率下降。3月平均降水量為11.16mm，占年降水量的2.81%，整體呈現(xiàn)下降趨勢，趨勢方程為y=-0.0551x+120.57，以0.551mm/10a的速率下降；4月平均降水量為27.24mm，占年降水量的6.84%，整體呈現(xiàn)下降趨勢，趨勢方程為y=-0.1048x+235.35，以1.048mm/10a的速率下降；5月平均降水量為46.88mm，占年降水量的11.77%，整體呈現(xiàn)下降趨勢，趨勢方程為y=-0.0512x+148.58，以0.512mm/10a的速率下降。整體來看，春季是播種的季節(jié)，降水量較少，抗旱保苗仍是春季播種的主要問題。

1958—2015年春季各月降水量如圖4所示，由圖4可見，在58年中，春季降水量超過平均值的共有30年，占51.7%。在春季降水量超過平均值的30年，有20年的年降水量大于多年平均降水量，占66.7%，也就是說，只要春季降水量超過多年平均春季降水量，則年降水量超過多年平均降水量的概率達到66.7%。同時，在春季降水量超過100mm的23年中，其中有15年的年降水量大于多年平均降水量，占65.2%，也就是說，只要春季降水量超過100mm，則年降水量超過多年平均降水量的概率達到65.2%。通過分析得出，春季降水多則預(yù)示著全年降水也多；春季降水較少的年份，在春季降水量不足平均值的28年中，有16年的全年降水量超過或接近平均值，占42.1%，即如果春季少雨，則全年降水50%以上會出現(xiàn)干旱天氣。

4 春季耕作建議

干旱少雨的現(xiàn)實決定了安定區(qū)靠天吃飯的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀。因此，正確認(rèn)識和準(zhǔn)確預(yù)測年降水變化情況，科學(xué)合理地采取有效應(yīng)對措施，對指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民春季耕作有重要作用意義[16]。

(1)基于對安定區(qū)將降水量分布、變化過程的認(rèn)識，有計劃地引導(dǎo)農(nóng)民實施“壓夏擴秋”，即壓縮夏作物面積，擴大秋作物面積。

(2)基于對春節(jié)降水的觀測分析，準(zhǔn)確預(yù)測全年降水變化，及時調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，最大限度做到農(nóng)業(yè)耕作、播種與年度降水量變化過程的相適應(yīng)。

(3)修建集流水窖，將路面、山坡、大棚等產(chǎn)流雨水貯存起來，在作物需水的關(guān)鍵時期實施雨水補充灌溉。

(4)為達到正常出苗和抗旱保苗，對于需水要求較高的作物，可實施隨水播種和點澆點灌等精準(zhǔn)灌溉。

(5)實施秋覆膜保墑技術(shù)，可以有效的減少冬春季水分蒸發(fā)，提高春季播種時的土壤含水量，提高作物的水分利用率，從而有利于正常的播種和出苗。

5 結(jié)語

安定區(qū)年降水量在1958—2015年整體呈下降趨勢，下降速率為10.433mm/10a，由于降水量逐年減少，干旱日益加重，氣候向變暖方向發(fā)展。春季降水量以2.11mm/10a的速率下降，春季降水對全年影響較大，春季降水多則預(yù)示全年降水多，春季少雨則全年可能出現(xiàn)干旱天氣。對此提出了相應(yīng)的春耕服務(wù)建議，其實影響春季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的因素很多，如氣溫起伏大、霜凍、大風(fēng)、病蟲害等，本文暫未考慮。