广西木薯需水量及灌溉需求指数分析

吴卫熊，黄 奕

(1.河北工程大学水利水电学院，河北 邯郸 056038；2.广西水工程重点实验室，南宁 530023；3.河海大学，南京 210098)

广西木薯的种植面积23.3 万hm2，产量700 万t，面积和产量均居全国第一。目前，广西共有83个县(市、区)、近800万人种植木薯，木薯已成为当地农民增收和地方财政收入的重要来源。目前，广西木薯灌溉面积较少，产量较低。试验表明，合理灌溉和施肥能大幅提高木薯单产[1]。部分学者对木薯的需水规律和灌溉制度开展了研究，提出木薯需水量为600～900 mm[2]。总体而言，木薯是比较耐旱的作物，但在块根形成期和块根膨大期仍然需要充足的水肥才能得到较高的产量。广西木薯种植区分布较广，区域内降雨和气候存在一定的差异，特别是不同水文年，灌溉需求差别更大。为制定更加科学合理的木薯灌溉制度，有必要开展不同水平年条件下木薯主产区需水量和灌溉需求指数分析。

本文采用1958-2015年南宁、北海、玉林、龙州4个气象站的气象资料，以及2014-2015年木薯生育期的观测资料，研究不同水平年木薯主产区内木薯各生育期的需水量和灌溉需求指数，为广西木薯生产中的科学灌溉提供基础数据服务。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本文使用的气象数据为：1958-2015年南宁、北海、玉林、龙州4个气象站的气象资料，含降雨量、气温、风速、日照时数、相对湿度等；2014-2015年木薯生育期的气象资料、生长形态、产量等观测资料。

1.2 木薯种植分区及代表站点选择

广西主要木薯种植区可分为桂中区(含南宁、贵港、来宾)、桂南区(北海、防城港、钦州)、桂西区(百色、河池、崇左)和桂东南区(玉林、梧州)4个分区。在研究过程中，桂中区以南宁站，桂南区以北海站，桂西区以龙州站，桂东南区以玉林站为代表进行分析。

1.3 木薯生育期

木薯全生育期划分为苗期、块根形成期、块根膨大期、块根成熟期4个时期。以木薯华南205品种为例，4个主产区木薯各生育期的起始时间见表1。

表1 广西木薯主产区木薯全生育期日期Tab.1 Stages of the whole growth period of cassava in main production regions in Guangxi

1.4 有效降雨量

有效降雨量Pe采用下式进行计算：

Pe=αP

式中：P为单次降雨量，mm；α为单次降雨有效利用系数，根据黄凯[3]针对广西主要土壤和作物有效降雨的研究，采用下式进行计算：

1.5 参考作物腾发量

参考作物腾发量采用Penman-Monteith公式计算[4]，公式如下：

式中：ET0为参考作物腾发量，mm/d；Rn为地表净辐射，MJ/(m2·d)；G为土壤热通量，MJ/(m2·d)；Tmean为日平均气温，℃；u2为2 m高处风速，m/s；es为饱和水气压，kPa；ea为实际水气压，kPa；Δ为饱和水气压曲线斜率，kPa/℃；γ为湿度计常数，kPa/℃。

1.6 木薯需水量计算

木薯需水量由维持木薯正常生长发育的蒸腾水量和棵间土壤蒸发量组成。本文通过参考作物腾发量(ET0)和木薯不同生育阶段的作物系数(Kc)计算木薯需水量，计算公式如下[4]：

ETc=KcET0

式中：ETc为木薯需水量；Kc为木薯不同生育阶段的作物系数，根据联合国粮农组织出版的《FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56：Crop Evapotranspiration》，结合国内相关学者开展的木薯灌溉试验，Kc值在苗期、块根形成期、块根膨大期和块根成熟期分别取0.3、0.5、1.0和0.5。

1.7 灌溉需求指数

灌溉需求指数是指需水量与有效降雨量的差值再除以需水量，反映作物对灌溉的依赖程度。灌溉需求指数IDI计算公式如下[5]：

2 结果与分析

2.1 木薯生育期内有效降雨量

广西木薯主产区木薯生育期有效降雨量详见表2。由表2可知：广西木薯主产区多年平均降雨量1 291.68～1 706.88 mm，平均值为1 445.38 mm。木薯生育期内有效降雨量656.90 mm，占生育期内降雨量的68.61%，占年降雨量的45.45%。桂南区木薯生育期内有效降雨量最大，达到776.42 mm，桂东南区次之，为673.33 mm，桂西区591.24 mm，桂中区最小，为586.63 mm，整体呈东南高、西北低的分布特点。块根膨大期有效降雨量最大，为341.58 mm，占全生育期有效降雨量的52%；其次是块根形成期和苗期，分别为170.26和101.23 mm，分别占全生育期有效降雨量的26%和15%；块根成熟期最小，仅为43.84 mm，占全生育期有效降雨量的7%。

表2 广西木薯生育期内有效降雨量统计 mm

广西木薯主产区在丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)木薯生育期内有效降雨量分别为775.38、635.50和530.40 mm，具体结果详见表3。

2.2 木薯需水量

广西木薯生育期内需水量统计详见表4。由表4可知：广西木薯主产区木薯全生育期内需水量710.49～871.14 mm(折算成每日需水量2.37～2.90 mm/d)，均值770.18 mm(折算成每日需水量2.57 mm/d)；桂南区最大，全生育期内需水量871.14 mm，折算成每日需水量2.90 mm/d；桂西区最小，全生育期内需水量710.49 mm，折算成每日需水量2.37 mm/d；总体呈东南高、西北低的趋势。

表3 广西木薯生育期内各水平年有效降雨量统计 mm

表4 广西木薯生育期内需水量统计Tab.4 Frequency analysis results of annual effective rainfall in cassava growing period

各木薯主产区不同水平年木薯生育期内需水量统计详见表5。由表5可知：桂南区(北海站)木薯全生育期需水量最大，多年平均需水量871.14 mm，丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分别为801.45、862.43和975.68 mm；桂东南区次之，多年平均需水量770.03 mm，丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分别为770.72、762.33和854.73 mm；桂中区第三，多年平均需水量729.06 mm，丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分别为678.03、714.48和823.84 mm；桂西区最小，多年平均需水量710.49 mm，丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分别为639.44、696.28和809.96 mm；总体呈现东南高、西北低的分布特点。

表5 不同水平年广西木薯生育期内需水量统计 mm

2.3 木薯灌溉需求指数

不同水平年各木薯主产区各生育期木薯灌溉需求指数计算成果见表6。由表6可知：广西木薯主产区多年平均、丰水年、平水年和枯水年的木薯全生育期灌溉需求指数分别为0.14、0、0.17和0.39(4个分区的自述平均)。其中桂南区(北海站)、桂中区(南宁站)、桂东南区(玉林站)和桂西区(龙州站)的多年平均全生育期灌溉需求指数分别是0.10、0.19、0.11和0.16，丰水年全生育期灌溉需求指数都是0，平水年全生育期灌溉需求指数分别是0.13、0.20、0.15和0.18，枯水年全生育期灌溉需求指数分别是0.36、0.42、0.37和0.42，整体呈现西北大、东南小的趋势。广西木薯主产区除丰水年(P=25%)全生育期灌溉需求指数为0(即不需要灌溉)外，其他水平年均为正值，意味着生育期有效降雨量不足维持木薯生长发育。具体到生育期，灌溉需求指数较大的是块根形成期和块根膨大期，如：桂南区(北海站)丰、平和枯水年的块根形成期灌溉需求指数分别是0.02、0.25和0.45，桂中区(南宁站)丰、平和枯水年的块根膨大期灌溉需求指数分别是0、0.25和0.46，说明了块根形成期和块根膨大期需要补充灌溉，才能维持木薯块根的形成和膨大。

表6 不同水平年广西木薯灌溉需求指数计算结果 mm

3 结 语

本文基于广西长系列的气象资料和大田试验数据，通过彭曼公式等计算和分析了木薯的灌溉水量和灌溉需求指数，得出以下几点结论。

(1)广西木薯主产区多年平均需水量770.18 mm，生育期内有效降雨量656.90 mm，需要灌溉水量113.28 mm，灌溉需求指数0.14；丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)需水量分别是704.91、758.88和866.05 mm，生育期内有效降水量分别是775.38、635.50和530.40 mm，灌溉需求指数分别是0、0.17和0.39。

(2)气象是影响木薯净灌溉需水量和灌溉需求指数的主要因素，其中在木薯生育期内形成的有效降雨是灌溉需求指数的主导因素。

(3)广西共有83个县(市、区)种植木薯，地形地貌、气象等也差距较大，木薯品种也有近10种，但本文仅以4个气象站的气象资料和华南205品种为例进行计算，如能增加气象站和木薯品种，得出的结论将会更加贴近实际。

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