贵州番茄需水量时空分布特征

赵晨曦，袁淑杰，郝建萍

(1.云南大学，云南 昆明 650500；2.成都信息工程大学，四川 成都 610225；3.山西省气象科学研究所，山西 太原 030006)

1 引言

作物需水量指生长在大面积农田上的无病虫害作物群体，当土壤水分和肥力适宜时，在给定环境中正常生长发育，并能达到高产潜力值的条件下，植株蒸腾、棵间土壤蒸发等生理过程所需水分之和[1]。作物需水量是农业使用水的重要部分，也是国民经济中消耗水分的最主要部分。目前全世界的用水量不断增长，水资源不足日益突出，对作物需水量及其分布特征的研究和估算，已成为一个重要研究课题[2]。本文研究的贵州省番茄需水量的时空分布特征，对缓解该地农业水资源供需矛盾，合理利用水资源有重要意义。

2 资料方法与研究区域概况

2.1 资料来源

观测资料来源于贵州省气象局，主要包括2011—2015年贵州省52个常规地面气象观测站观测的逐日降水、平均气温、平均风速、日照时数、平均相对湿度的资料。

2.2 研究区域概况

贵州省位于中国西南部，介于103°36′～109°36′E，24°37′～29°13′N之间，属于典型喀斯特区域。生态环境脆弱且不稳定，平均海拔在1 100 m左右，可用于农业开发的土地资源不多，属亚热带湿润季风气候，常年受云贵准静止锋影响，多持续性阴雨天气，日照短少，气温较低，降水多集中于夏季。

2.3 研究方法

2.3.1 参考作物需水量计算方法 经研究，本文选取联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物需水量，公式如下：

(1)

式中物理量分别为：ET0为参考作物需水量(mm/d)；Rn为作物表面的净辐射量(MJ·m-1·d-1)；G为土壤热通量(MJ·m-2·d-1)；Tmean为日平均气温(℃);u2为2 m高处风速(m/s)；es为饱和水汽压(kPa)；ea为实际水汽压(kPa)；Δ为饱和水汽压曲线斜率(kPa·℃-1)；γ为干湿表常数(kPa·℃-1)。

2.3.2 作物系数的确定方法 本文选取番茄进行研究，表1是番茄全生育期各个阶段的时间分布。

表1 贵州省番茄生育期各阶段时间分布(单位：d)Tab.1 The Distribution of Tomato in Guizhou Province during Different Stages(unit:d)

番茄春淡季和冬淡季全生育期天数相同，共135 d。初始生长期及快速发育期(70 d)的KC值为0.6，生育中期(40 d)的KC值为1.15，成熟期(25 d)的KC值为0.80。

番茄夏秋淡季全生育期共155 d。初始生长期及快速发育期(75 d)的KC值为0.6，生育中期(50 d)的KC值为1.15，成熟期(25 d)的KC值为0.80。

2.3.3 作物需水量的计算方法 本文先计算作物各阶段的需水量，再累加，得到整个生育期的需水量。作物需水量的计算公式如下：

ETC=KC×ET0

(2)

式中：ETC为作物需水量(mm),KC为作物系数,ET0为参考作物需水量(mm)。

2.3.4 播种日期的确定方法 为了保证淡季蔬菜的正常供应及创造更好的经济效益，利用错季栽培技术[7]，使番茄、辣椒的春淡季上市时间延迟到3—5月，夏秋淡季上市时间延迟到8月下旬—11月上旬，冬淡季上市时间延迟到11月—次年3月。将具体的日期确定如表2。

表2 番茄种植各阶段时间安排Tab.2 Tomato cultivation stages of the timetable

3 番茄需水量时空分布

利用资料，由公式(2)计算出番茄逐日需水量，将5 a平均的生育期内需水量累加，进行插值分析。

3.1 不同季节番茄需水量空间分布

图1(a)中贵州春淡季5 a平均的番茄需水量介于180～300 mm之间，从空间分布上看，呈西南—东北走向，贵州西部如威宁地区和西南部如册享、望谟等地区为需水量的大值区，生育期内需水量在280～300 mm之间，中部、北部及东部地区需水量相对较小，习水、江口、凤冈、开阳为需水量的小值区，生育期内需水量在180～200 mm之间。

图1(b)中2011—2015年平均夏秋淡季番茄需水量介于425～485 mm之间，从空间分布上看，贵州中部及西部地区需水量偏小，南部及东北部地区需水量较大。西部威宁、赫章为需水量的小值区，生育期内需水在425～440 mm之间，北部习水、仁怀、桐梓等地及东部沿河、思南、江口、铜仁为需水量的大值区，生育期内需水量在470～480 mm之间。

图1(c)中冬淡季5 a平均番茄需水量介于210～270 mm之间，从空间分布上看，呈西南—东北走向，贵州西南部如册享、望谟等地区为需水量的大值区，生育期内需水量在250～270 mm之间，往东北部，需水量值逐渐减小，在西部如赫章、毕节等地，中部如开阳、修文等地及北部如习水、务川等地出现需水量的小值区，生育期内需水量在210～220 mm之间。

图1 贵州不同季节多年平均番茄需水量(mm)(2011—2015年)(a)春淡季 (b)夏秋淡季 (c)冬淡季Fig.1 Average annual tomato water requirement (mm) (2011—2015 years) in different seasons in Guizhou(a)Spring off-season (b) Summer and autumn off-season (c)Winter off-season

综上，2011—2015年平均番茄需水量夏秋淡季最大，为425～485 mm，春淡季(180～300 mm)及冬淡季(210～270 mm)番茄需水量较小，且需水量分布与春淡季相反，东北部需水量较大，西南部需水量较小。空间分布上，全省范围内春淡季和冬淡季番茄需水量走势相似，呈现由西南到东北逐渐减小的趋势。西南部册享、普安等地为需水量大值区，累计需水量在250 mm以上；中部、北部如开阳、习水为小值区，累计需水量在220 mm以下。③贵州西部地区如威宁等地在春淡季属于大值区，需水量在280 mm以上，但在冬淡季却较小，需水量在220～230 mm之间。

3.2 不同季节番茄需水量时间变化

为了进一步分析贵州不同农业气候区(图2)2011—2015年平均不同季节番茄各生育期需水量和降水量，分别在温热、温暖、温和、温凉和高寒农业气候区选取1～3个代表站。表3、4、5分别为2011—2015年平均不同季节番茄各生育期需水量和降水量。

图2 贵州省综合农业气候区划图Fig.2 Comprehensive agricultural climate zoning map of Guizhou Province

表3中可看出：春淡季番茄需水量在初始生长期最小，快速发育期略微增加，在发育中期达到最大，成熟期需水量又略微下降。初始生长期各地降水量基本满足番茄需水量，只有威宁站水分亏缺；快速发育期大部分站点均水分亏缺，亏缺量在10～20 mm之间，只有江口、榕江站降水量大于需水量；发育中期各地降水量的值远远小于需水量；成熟期只有江口、榕江、绥阳降水量大于需水量。

表3 番茄春淡季各生育阶段作物需水量、降水量变化(单位：mm)Tab.3 Change of water demand and precipitation in different growth stages of Tomato in spring off-season(unit:mm)

由表4可看出：夏秋淡季番茄需水量在初始生长期(63～91 mm)最小，快速发育期(81～96 mm)略微增加，在发育中期(193～250 mm)达到最大，成熟期(60～76 mm)的值与初始生长期的值相近。降水量在初始生长期(116～284 mm)和快速发育期(195～274 mm)相差不大，但因为处在夏季，降水量值同一地区为春淡季的2～3倍。降水量在发育中期(175～357 mm)达到最大，成熟期(70～220 mm)的值与初始生长期的值相近。整体趋势与番茄需水量的趋势类似。夏秋淡季初始生长期和快速发育期各地降水量远大于番茄需水量；发育中期由于各地需水量的急剧增加，大部分地区需水量的值仅略微小于降水量，只有罗甸、榕江、绥阳三地降水量的值小于需水量；成熟期各地需水量的值仍旧小于该地降水量的值。

表5可看出：冬淡季番茄需水量在初始生长期、快速发育期和发育中期的值相近，成熟期的值较小，远小于前3个发育期需水量的值。冬淡季初始生长期和快速发育期各地需水量均小于降水量；发育中期大部分地区需水量与降水量值相近，而在威宁、毕节等地降水量值较小，远小于需水量，出现水分亏缺；成熟期番茄需水量与各地降水量值均较小，在10～30 mm之间。

表4 番茄夏秋淡季各生育阶段作物需水量、降水量变化(单位：mm)Tab.4 Change of water demand and precipitation in different growth stages of Tomato in summer and autumn off-season(nuit:mm)

表5 番茄冬淡季各生育阶段作物需水量、降水量变化(单位：mm)Tab.5 Change of water demand and precipitation in different growth stages of Tomato in winter off-season(nuit:mm)

3.3 不同季节番茄需水量逐年变化

将每年生育期内逐日需水量累加，与相应时段降水量相比较，进行如下分析。

表6中显示：春淡季，2011年10个代表站点的番茄需水量在175～223 mm之间，2012年番茄需水量在160～281 mm之间，2013年番茄需水量在197～344 mm之间，2014年番茄需水量在184～316 mm之间，2015年番茄需水量在196～340 mm之间。可看出：时间变化上，2011—2015年春淡季番茄需水量大体呈增加趋势，2013年和2015年各个站点需水量均为该地5 a中的偏大值。空间分布上，由统计可知册享、威宁站为番茄需水量的大值区，江口、绥阳站为番茄需水量的小值区。

表7中显示：夏秋季，2011年10个代表站点的番茄需水量在464～579 mm之间，2012年番茄需水量在350～435 mm之间，2013年番茄需水量在454～528 mm之间，2014年番茄需水量在405～517 mm之间，2015年番茄需水量在379～488 mm之间。可看出：时间变化上，2011—2015年夏秋季的番茄需水量大体呈波动减少趋势，且在2012年和2015年需水量的值明显偏小。空间变化上，由统计可知榕江、册享、江口站为夏秋季番茄需水量的大值区，威宁、贵定、普安、毕节站为夏秋季番茄需水量的小值区。对比春淡季番茄需水量，夏秋季番茄的需水量远高于春淡季，且2011—2015年内，年与年之间的需水量值波动较大。

表8中显示：冬季，2011年10个代表站点的番茄需水量在230～295 mm之间，2012年番茄需水量在186～247 mm之间，2013年番茄需水量在218～266 mm之间，2014年番茄需水量在202～286 mm之间，2015年番茄需水量在194～264 mm之间。可看出：时间变化上，2011—2015年冬淡季番茄需水量大体呈波动趋势，且在2012年和2015年需水量的值明显偏小。空间分布上，由统计可知榕江、册享、普安站为冬季番茄需水量的大值区，绥阳、纳雍、江口、毕节站为冬季番茄需水量的小值区。③全省范围内冬季番茄需水量的值相差不大，与其他两季相比各地差异性较小。

表6 2011—2015年贵州省春淡季番茄全生育期作物需水量、降水量分布特征(单位：mm)Tab.6 The distribution characteristics of water demand and precipitation in the whole growth period of Tomato during the 2011—2015 year of spring off-season in Guizhou Province(unit:mm)

表7 2011—2015年贵州省夏秋季番茄全生育期作物需水量、降水量分布特征(单位：mm)Tab.7 The distribution characteristics of water demand and precipitation in the whole growth period of Tomato during the 2011—2015 year of summer and autumn off-season in Guizhou Province(unit:mm)

表8 2011—2015年贵州省冬季番茄全生育期作物需水量、降水量分布特征(单位：mm)Tab.8 The distribution characteristics of water demand and precipitation in the whole growth period of Tomato during the 2011—2015 year of winter off-season in Guizhou Province(unit:mm)

4 结论

分析贵州省番茄需水量的时空分布特征，最终得出以下结论：

4.1 番茄需水量的空间分布

贵州春淡季和冬淡季番茄需水量空间分布相似，呈现由西南到东北逐渐减小的趋势。夏秋淡季番茄需水量的值最大(425～485 mm)，约为春淡季(180～300 mm)和冬淡季(210～270 mm)的1～2倍，且需水量分布与春淡季相反，东北部需水量较大，西南部需水量较小。

4.2 番茄需水量的时间变化

春淡季、夏秋淡季和冬淡季番茄需水量变化趋势类似，均在前两个阶段较小，在发育中期达到最大值，在成熟期值有所下降。番茄的发育中期为需水量的关键阶段。夏秋淡季需水量明显大于其他两季。成熟期冬淡季的需水量远远小于春淡季和夏秋淡季。

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