石羊河流域作物气候生产潜力及灌溉对策的研究

石羊河流域作物气候生产潜力及灌溉对策的研究

作物气候生产潜力是指作物在充分利用当地的太阳辐射、热量、水分等气候资源,而其它条件(如土壤肥力、二氧化碳含量和耕作水平等)处于最适状况时,单位面积土地上可能获得的作物最高产量。对作物气候生产潜力进行估算可以客观评价在一定的气候、土壤肥力及农业技术水平下某种作物可能达到的最大产量,其结果可为估算人口承载力、制定区域农业发展规划提供依据,并对指导农业生产及合理利用气候资源也具有重要的意义。 本文根据“机制法”的原理,按照对作物生产潜力进行光合、温度、水分逐级“衰减”的过程,分别估算了石羊河流域春小麦、玉米的光合生产潜力、光温生产潜力和气候生产潜力。利用GIS软件将春小麦及玉米的光合、光温、气候生产潜力导入属性数据库,并利用GIS的空间分析功能制成石羊河流域光合、光温、气候生产潜力空间分布专题图,分析其空间变化规律。根据对石羊河流域光合、光温和气候生产潜力的分析,找出影响石羊河流域春小麦、玉米生产潜力的主要限制因素,并提出相应的对策和建议。然后,根据石羊河流域气象资料,利用FAO的CROPWAT模型计算流域春小麦、玉米蒸发蒸腾量和生育期有效降水量,进而得到春小麦、玉米灌溉需水量。结合ArcGIS和Arcview软件分析石羊河流域春小麦、玉米作物蒸发蒸腾量、有效降水量和灌溉需水量的空间分布,为流域春小麦、玉米灌溉提供参考依据,提高流域作物现实产量。 本文得到以下主要结论: (1)石羊河流域各地春小麦光合、光温和气候生产潜力分别在15500.71~17186.60 kg/hm2,7643.59~10841.88 kg/hm2和301.76~2863.29 kg/hm2之间;而玉米的光合、光温和气候生产潜力分别为22704.79~25732.44 kg/hm2、10665.73~17189.27 kg/hm2和360.97~3947.91kg/hm2。综合分析认为,石羊河流域有着较好的太阳辐射资源,限制春小麦、玉米生产潜力的主要因素是水分条件。石羊河流域春小麦、玉米的光合、光温生产潜力大致呈现北高南低的空间分布规律,而气候生产潜力呈现出北低南高的分布规律,这与反映流域光合、光温和气候生产潜力的各项气象参数,如太阳辐射、日照时数、温度和降水等气候资源的空间分布相一致。 (2)通过对民勤和古浪地区的气候生产潜力年际变化的分析显示,民勤、古浪地区春小麦的光合生产潜力值年际变化分别在15544.63~18142.72kg/hm2和14470.26~16899.42 kg/hm2之间,相对变率分别为3.67%和3.33%;民勤、古浪地区春小麦的光温生产潜力值年际变化分别在9429.11~12234.60kg/hm2和5671.58~8257.28 kg/hm2之间,相对变率分别为5.38%和8.71%之间;民勤、古浪地区春小麦的气候生产潜力值年际变化分别在119.64~529.53 kg/hm2和1744.08~3617.42 kg/hm2之间,相对变率分别为34.97%和18.96%,说明流域太阳辐射和热量条件的年际间变化幅度较小,降水量的年际波动是影响流域作物产量波动的主要因素。 (3)石羊河流域各地春小麦年蒸发蒸腾量在353.55~452.60mm之间,春小麦生育期内降水量为46.77~174.26mm;玉米年蒸发蒸腾量为463.73~561.75mm,玉米生育期降水量在87.11~257.87mm之间。春小麦、玉米生育期降水量占春小麦生育期蒸发蒸腾量的比重分别为10.33~46.98%和15.51~52.55%,远不能满足春小麦、玉米整个生育期的需水量。因此,仅靠降水,将会造成流域春小麦、玉米大幅度减产,为了保证流域春小麦、玉米产量须进行补充灌溉。利用CROPWAT模型计算流域各地春小麦、玉米多年平均灌溉需水量分别为202.79~407.47mm和248.33~479.87mm。 (4)石羊河流域的春小麦、玉米光合资源利用率在18~40%之间,其中高值区集中在石羊河流域的北部,其次是石羊河流域的中部,光合利用率为30%左右;低值区集中在流域南部,如古浪地区的春小麦光合资源利用率只有18.60%。石羊河流域的光温资源利用率由于各地热量资源条件有所不同,导致其与光合资源利用率的分布规律稍有不同,石羊河北部等地区春小麦、玉米光温资源利用率为50~70%;石羊河流域南部地区光温资源利用率较低,多为30~50%左右。流域地区春小麦、玉米的光合生产潜力分别是实际产量的3.06和3.01倍,说明流域农业生产水平还较低;春小麦、玉米潜力指数平均分别为40.16%和41.84%,这显示流域可挖掘的作物生产潜力还相当大,通过提高可控资源的利用率,如改善水利条件,改良土壤,培育并推广优良品种,提高农田管理水平和化肥、农药等物质投入,可使流域气候资源利用率得到提高。 (5)针对石羊河流域光合、光温和气候生产潜力的分析,认为可以从以下几方面提高流域气候资源利用率,进而提高现实产量。1)加强农田水利建设,保障作物生育期灌溉用水;2)选用和培育适宜的作物品种;3)提高作物降水生产潜力;4)充分利用土地自然资源,提高复种指数;5)发展设施农业。