1971-2018年黑龙江省玉米需水量演变特征

王冬冬，项婷婷，王 铭，翟 墨，刘 丹，曲辉辉

（1.黑龙江省气象局机关服务中心，黑龙江 哈尔滨150030；2.海林市气象局，黑龙江 牡丹江157100；3.黑龙江省气象科学研究所，黑龙江 哈尔滨150030）

1 引言

黑龙江省是中国重要玉米产区，全国15%以上玉米产自黑龙江[1]。受气候变化影响，黑龙江省农业气候资源变化明显[2]，导致玉米需水量时空分布发生较大变化[3]。目前学者多利用Penman-Monteith公式和单作物系数法开展作物需水量研究[4]，研究结果对农田水分管理具有较强指导性。以往对黑龙江省玉米需水研究中，或以东北乃至全国为研究对象[5]，针对黑龙江省空间精度尚显不足，或以黑龙江省部分地区为研究对象，研究范围不够全面[6]。

本研究基于黑龙江省玉米产区69个气象站点1971-2018年逐日气象资料，分析玉米需水量时空演变特征，为指导农田水分管理、实现玉米稳产提供理论依据。

2 资料与方法

2.1 资料来源

本文使用黑龙江省69个台站1971-2018年逐日气象观测数据，包括降水、平均气温、最高气温、最低气温、日照时数、平均气压、平均水汽压、平均相对湿度和风速等，来源为黑龙江省气象局整编资料，玉米发育期为农业气象试验站1981-2018年观测资料。

气象资料以10 a为一时段，1971-2018年划分为1971-1980、1981-1990、1991-2000、2001-2010和2011-2018年5个时段，分别以1970s、1980s、1990s、2000s及2010s代表。

2.2 玉米需水量计算

（1）参考作物蒸散量（ET0）

采用1998年FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量，计算公式如下[7]：

式中：ET0为参考作物蒸散量（mm·d-1）Rn为到达作物表面的净辐射（MJ·m-2·d-1），G为土壤热通量密度（MJ·m-2·d-1），t为2 m高处的空气温度（℃），U2为2 m高处的风速（m·s-1），ed为饱和水汽压（kPa），ea为实际水汽压（kPa），△为水汽压对温度的斜率（kPa·℃-1），γ为干湿球常数。

（2）作物系数（KC）

本文采用“中国主要农作物需水量等值线图研究”推荐的作物系数。

（3）作物需水量（ETC）

采用FAO推荐的“参考作物蒸散量乘以作物系数法”计算作物需水量。计算公式如下[8]：

式中：ETC为某一时段的作物需水量（mm），ET0为对应时段的参考作物蒸散量（mm），KC为同一时段的作物系数。

2.3 空间分析

本文采用ArcGIS10.2反距离权重法插值实现研究对象的空间表达。

3 结果与分析

3.1 不同生育阶段玉米需水量变化

从玉米不同生育阶段需水量全省48 a均值来看，吐丝-乳熟期需水量最大，全省平均可达82mm，播种-出苗期、三叶-七叶期、七叶-拔节期、拔节-抽穗期和乳熟-成熟期的需水量相差不明显，全省平均需水量为63-75mm，出苗-三叶期、抽穗-吐丝期需水量相对较小，为12-29mm。玉米需水量除与玉米不同发育阶段的生理特性及天气条件有关，还与生育阶段的持续天数有关，持续天数越多，累积需水量越大。

3.2 1971-2018年玉米需水量变化趋势

玉米生长季内需水量总体呈下降趋势，1970s-1980s下降22mm，下降趋势显著，1980s-2000s先下降1mm后增加3mm，变化趋势不显著，2000s-2010s再次显著下降15mm；2010s较1970s玉米需水量下降达35mm。

3.3 玉米需水量空间演变特征

图1 黑龙江省玉米不同发育阶段需水量空间分布

图1为不同发育阶段玉米需水量48 a均值空间分布。从整个生长季来看，西南部玉米需水量最大，达500mm以上，局部可达540mm以上，向东和向北玉米需水量递减，黑河东北部需水量不足420mm；总体上来看，玉米需水量南部多于北部，西部多于东部，需水量最大地区（杜尔伯特，588mm）与最小地区（孙吴，350mm）差值为238mm。播种-出苗期玉米需水量为50（孙吴）-79（勃利）mm，西南部和东南部需水量大，东南小部分地区及个别零星县（市）需水量超过70mm，中部和北部需水量较小，黑河局部需水量低于55mm。出苗-三叶期玉米需水量为18（穆棱）-47（杜尔伯特）mm，西南部和东北部玉米需水量较大，西南小部分地区需水量＞35mm，北部和东南部需水量较少，东南小部分地区及其他个别县（市）需水量低于20mm。三叶-七叶期玉米需水量为43（孙吴）-88（杜尔伯特）mm，西南部需水量最大，为70mm以上，向东和向北递减，北部小部分地区需水最少，需水量低于55mm。七叶-拔节期玉米需水量为35（孙吴）-99（宁安）mm，西南部和东南部需水量超过80mm，北部小部分地区需水不足50mm。拔节-抽穗期玉米需水量为46（海林）-92（绥滨）mm，东部大部和中部需水量最大，达80mm以上，东南部最少，需水量低于65mm。抽穗-吐丝期玉米需水量为14（饶河）-44（肇源）mm，西南部需水量最大，达30mm以上，东南部最少，不足20mm。吐丝-乳熟期玉米需水量为56（孙吴）-97（杜尔伯特）mm，西南部和东部地区中部需水量最大，达85mm，东北部和西北部需水量小，低于70mm。乳熟-成熟期玉米需水量为49（海林）-85（抚远）mm，东北部和西部个别县（市）需水量最大，需水超过75mm，东南部需水量最低，不足66mm。

各发育期中，除播种-出苗期、拔节-抽穗期和乳熟-成熟期玉米需水东部多于西部或东、西部相当外，其余大部发育时段均为西部多于东部。

4 结论与讨论

本文基于黑龙江省69个气象台站48 a逐日气象资料，采用FAO推荐方法计算玉米需水量，并应用数理统计方法和ArcGIS画图功能分析玉米需水时间和空间分布特征。结果表明：（1）在玉米生长季内，吐丝-乳熟期需水量最大，出苗-三叶期、抽穗-吐丝期需水量相对较小；（2）1970s-2010s玉米需水量总体呈下降趋势，其中1970s-1980s和2000s-2010s下降趋势显著；（3）各发育阶段玉米需水量空间变化趋势不一，播种-出苗期、拔节-抽穗期和乳熟-成熟期玉米需水东部多于西部或东、西部相当，其余发育时段均为西部多于东部，全生长季玉米需水量南部多于北部，西部多于东部。

本研究明确了玉米需水时空演变特征，结论可为农田水分管理提供理论依据。实际生产中，还需结合降水量、玉米发育特性及农事管理需要（如苗期蹲苗）等因素合理灌溉，在保证玉米高产稳产的前提下提高水分利用效率。