北京地区冬小麦—夏玉米需水量与降雨量分析

孟范玉 李 超 岳焕芳 朱 岳 刘满满 王梦然 王克武

（1.北京市农业技术推广站 北京100029；2.北京市气候中心 北京100086；3.北京市密云区农业技术推广站 北京101500；4.北京市房山区种植业技术推广站 北京102400）

北京地区水资源严重紧缺，供需矛盾日益尖锐，水资源已成为北京经济、 生态和社会发展的重要影响因素之一。 农业一直是北京市用水大户，农业用水量对全市水资源配置和生产效益具有巨大影响。 为科学有效地节约水资源，提高农业用水效率，北京市于2014 年出台了《关于调结构转方式、发展高效节水农业的意见》［京发 （2014）16 号］， 调整种植业结构，压缩高需水作物，发展高效节水灌溉；2017 年出台《北京市推进“两田一园”高效节水工作方案》［京政办发（2017）32 号］，明确冬小麦—夏玉米周年亩灌溉量限定在200 m3， 对冬小麦—夏玉米周年灌溉提出了更高的要求。 笔者通过汇总1959-2018 年北京地区降水气象资料，分析60 年间北京地区不同降水年型出现的概率， 解析冬小麦—夏玉米不同生长发育阶段的降水量与需水量关系， 以及主要的需水阶段及需水量， 为制定冬小麦—夏玉米周年节水灌溉制度提供参考。

1 北京地区冬小麦—夏玉米生产降水年型分布

分析了1959-2018 年间北京冬小麦—夏玉米主产区（房山、大兴、顺义和通州）的降水量，按照气象降雨年型划分标准， 将降水年型归纳于表1 和表2。从60 年间降水年型分布看（表1），降水正常年出现的概率最高，达到73%，降水偏多年为13%，降水偏少年为12%，显著偏多年为2%，显著偏少、异常偏少和异常偏多年未出现。 纵观60 年间年降水年型的变化，年降水达到或高于正常年的总概率为88%。

从冬小麦生长季 （9 月下旬至次年6 月中旬）降水年型分布看（表2），冬小麦生长季降水量占年总降水量的比例均为29%左右，降水正常年占主导地位，概率为55%， 降水偏多年和显著偏多年概率均为10%，降水偏少年为18%，显著偏少年为7%，异常偏少和异常偏多年未出现。 降水偏少时期主要发生在4 月、5 月、12 月， 出现的概率分别为 43%、51%和59%，4 月和5 月是小麦拔节到开花灌浆初期， 正值小麦营养生长向生殖生长转变的关键时期， 也是小麦需水临界期；12 月是小麦越冬初期，要满足这两个关键阶段冬小麦的水分需求，必须进行灌溉。

从夏玉米（6 月下旬至9 月中旬）生长季降水年型分布看（表3），北京地区夏玉米生长季降水量占年总降水量的比例均为71%左右， 降水正常年占主导地位，概率为52%，降水偏多年概率为22%，显著偏多年为3%，异常偏多年为2%，降水偏少年为18%，显著偏少为3%，异常偏少年未出现。 降水偏少时期主要发生在7 月和9 月， 这2 个月分别是夏玉米苗期和灌浆期，苗期干旱影响营养生长，灌浆期干旱影响籽粒灌浆和产量形成， 因此要满足夏玉米生长的水分需求，也需要适当灌溉。

表1 1959-2018 年北京冬小麦—夏玉米生产降水年型分布

表2 1959-2018 年北京冬小麦生长季降水年型分布

表3 1959-2018 年北京夏玉米生长季降水年型分布

2 北京地区冬小麦—夏玉米需水量与降雨分布的关系

北京市1959-2018 年降雨量平均为570 mm 左右，降雨量受季风影响，季节分布极不均匀，雨季一般始于 7 月上旬，终止于 8 月中旬，7 月、8 月 2 个月占全年总降水量的 65%左右；5 月、6 月、9 月 3 个月占25%左右，其他几个月占10%左右。 从冬小麦、夏玉米需水规律与降雨资源分布来看， 冬小麦需水与降雨分布差异较大， 夏玉米需水与降雨分布吻合程度较高。

2.1 冬小麦需水量与降水分布差异较大

北京地区处于我国冬麦区的最北部， 生育期从上一年度的9 月下旬持续到次年的6 月20 日左右，横跨秋、冬、春、夏，全生育期在260 d 左右。冬小麦全生育期需水量年度间是变化的，在一定范围内波动，宋振伟、 张海林等2009 年利用FAO 56 灌溉分册推荐的作物系数法计算了京郊地区20 个站点近46 年10 种主要农作物的需水量，结果表明，在自然状态下，冬小麦的需水量历年变化量在373.2～523.1 mm 之间，年际间变化较大，最大值与最小值相差149.9 mm，平均为452.4 mm。 根据中国科学院禹城综合试验站大型土壤蒸渗仪（Lysime-ter）的观测（1986-2009 年），冬小麦整个生育期需水量为459.5 mm， 孙宏勇，张喜英等[1-4]在河北栾城用大型蒸渗仪对1995-2000 年5 个省的冬小麦需水量进行了测定，平均为453.0 mm，而近60 年间冬小麦生育期内平均年降雨量仅为167.0 mm， 且与小麦不同阶段的需水需求吻合度较低（表4），表明北京常年降雨量满足不了冬小麦生产需求。 出苗至越冬期、越冬至返青、返青至拔节、拔节至开花和灌浆期，降水量分别比需水量偏少35.6 mm、36.2 mm、23.9 mm、105.2 mm 和 91.6 mm。 特别是春季返青期以后，60 年平均降雨量仅107.0 mm， 而同阶段需水量327.7 mm，偏少220.7 mm，日供水量少2.23 mm。 因此，北京地区冬小麦生产的主要技术难点是如何解决春季缺水的问题。

2.2 夏玉米需水量与降水分布基本吻合

北京地区的降雨量及分布与夏玉米需水规律配合较好： 夏季高温多雨有利于旺盛生长， 秋季气温稳定下降、 日较差大， 天晴干燥有利于正常成熟。在1959-2018 年的60 年间， 夏玉米生育期内平均年降雨量为407.0 mm（表5）。 将北京地区夏玉米生育期内平均年降雨量与夏玉米需水量[4－5]进行比较，多出20.4 mm，表明京郊平原区常年降雨量可满足夏玉米生产需求。 从京郊夏玉米不同生育期阶段降水与需水情况看， 前两个生育阶段的降雨量与需水量高度吻合，日供水量均略高于需水量，降雨条件十分有利于产量形成。 降水不足主要发生在吐丝到成熟阶段，常年平均降雨量仅104.0 mm，较同阶段需水量偏少近80.0 mm左右， 日供水量少2.03 mm。 因此，京郊夏玉米生产的主要技术难点是如何解决玉米后期缺水的问题。

3 限额灌溉条件下北京地区冬小麦—夏玉米灌溉量分析

综上所述， 北京地区冬小麦—夏玉米上下两茬的需水量与降雨量的差值为371.7 mm（表6），相当于亩灌溉量247.8 m3，而2017 年北京市出台《北京市推进“两田一园” 高效节水工作方案》［京政办发（2017）32 号］ 中规定冬小麦—夏玉米周年亩灌溉量限定在200 m3（相当于300 mm 降水量），因此如何在限额条件下合理制定上下两茬的灌溉分配制度显得尤为 重要。

表4 北京冬小麦各生育阶段需水量与降雨量的关系

表5 北京夏玉米各生育阶段需水量与降雨量关系

表6 北京冬小麦、夏玉米不同生长阶段灌溉分析

从2 种作物的需水情况来看， 玉米缺水阶段主要集中在吐丝到成熟期，也是籽粒灌浆、提高粒重的关键时期，需要补充灌溉。 小麦最缺水的时期是拔节到灌浆期，也是亩穗数、穗粒数和千粒重形成的关键期，这个时期的需水量占全生育期的63.1%，而降水量仅占55.7%，因此必须进行补充灌溉。另外，北京地处冬麦区的北部边缘，越冬前必须灌冻水，其目的主要是保苗安全越冬，适宜的亩灌溉量为30～40 m3；小麦播种时一般要足墒或适墒播种， 因此苗期一般不灌溉；返青到拔节期是小麦春季恢复生长的时期，这一阶段气温和地温均较低，灌溉量不宜过多。 因此，在降水正常的年份，小麦应重点保证越冬水、拔节水和灌浆水，玉米应密切关注灌浆期的土壤含水量，及时补充灌溉，确保玉米正常生长。