灌溉論文玉米灌溉水資源優化配置

　　黑山縣為我國農業商品糧生產基地，但水資源匱乏。這篇灌溉論文認為近些年來大力發展節水灌溉技術，節水灌溉得到了普及，但在灌溉方式上未做到統籌考慮導致水資源的極大浪費。《節水灌溉》雜志是中國節水灌溉專業領域唯一向國內外公開發行的技術類刊物。創辦的宗旨是：在中國大力宣傳、推廣節水灌溉技術，準確及時地傳遞國內外有關節水灌溉技術研究的新動態、新成果和新信息;既能滿足廣大科技人員獲取信息指導其科學研究的要求，又能滿足廣大管理人員和操作人員學習理論應用于實際工作的要求。

　　[摘要]黑山縣是我國主要商品糧生產基地，現有灌溉配置模式較為單一，水資源分配不均。對玉米作物產量與需水量關系分析得出，當需水量達到一定數值，過多灌水量不對產量造成太大影響，當水量缺乏時，拔節期灌水量對作物產量影響較大;對長系列降水資料分析得出中等干旱年(降水頻率75%)降水量及年內分配系數;對地下水水位變化及開采量變化分析，得出近年來地下水開采量趨于穩定，儲量呈波形變化。并針對黑山地區玉米灌溉提出農業灌溉水資源優化配置建議。

　　[關鍵詞]作物產量;灌溉;降水;生育階段

　　黑山縣位于遼寧省西部，是我國主要商品糧生產基地縣，全縣水資源貧乏，人均水資源占有量不足全國均值的一半。黑山縣現有的灌溉配置模式較為單一，水資源分配不均，浪費水資源的情況比較嚴重，對作物產量的提高和品質提升有較大影響。本文通過對作物產量、生長特性與作物需水量的分析，弄清地區種植作物的需水量及需水規律(本文以玉米為例)。結合現有水文系列資料，對中等干旱年(75%)條件的降水量、歷年地下水進行了分析，對制定科學合理的灌溉模式和采取相應的節水措施至關重要。

　　1作物灌溉概況

　　黑山縣位于遼寧省西部，錦州市東北部。東與新民市、遼中縣接壤，西與北鎮市、阜蒙縣毗連，南接臺安縣，北鄰彰武縣。黑山縣總人口62.5萬人，其中農業人口45.6萬人，城鎮人口16.9萬人。全縣總土地面積2487km2，其中耕地面積216萬畝，占土地面積58%，耕地主要作物是玉米、豆類、花生等，其中玉米、豆類、谷物類等147萬畝�？偣喔让娣e74.21萬畝，有效灌溉面積66.23萬畝，其中節水灌溉面積9.33萬畝(其中管灌1.39萬畝、噴灌1.8萬畝、滴灌6.14萬畝)�，F狀年實際灌溉面積55.83萬畝，其中水田6.26萬畝、菜田16.53萬畝、水澆地33.04萬畝。本文主要根據已有文獻敘述(以玉米為例)作物產量、作物生長階段與需水量之間的關系。

　　1.1作物產量與需水量

　　玉米的產量都是先隨著需水量的增加而快速增加，當需水量達到一定程度時，產量增加緩慢，開始呈現出“報酬遞減”現象。作物產量(籽粒)與全生育需水量的模型為:Y=aET2+bET+c其中:玉米:a=-2.6×10-3，b=23.701，c=-46607，R=0.9554。作物產量與全生育期需水量的函數關系，在不同的試驗年份之間有所不同，作物與全生育期需水量之間存在著一種相對比較穩定的關系[1]。作物水分生產效率與全生育期需水量。水分生產效率(WUE)定義為作物每消耗1m3誰所能生產的籽粒產量，即:WUE=Y/ET。在途中WUE的最高點與總產量的最高點并不一致，相應于WUE最高點的需水量ET要低于產量Y的最高點ET。玉米的水粉生產效率與需水量有以下關系式:WUE=-7.676×10-7ET2+0.0065ET-11.926圖1玉米產量和水分生產效率與需水量之間的關系由圖1可以看出，作物產量與需水量之間關系較為穩定，當需水量達到一定數值時，產量也趨近平穩。

　　1.2作物生長階段與灌水期

　　根據已有文獻得出結論，對動態規劃的數學模型及模型求解過程并非本文重點，不做過多敘述。表1主要列舉在不同水文年情況下的優化灌溉制度。根據資料不難看出在一般的年份(平水年)，不灌水時的產量相當于充分灌水時產量的65%左右。灌一次水可達85%左右。灌兩次水可達90%左右。由此可見，節水灌溉可以保證在不減產的情況下有較大的節水效果，且灌水時間也起著比較重要的作用，在相同的灌水次數情況下，科學合理確定模式灌水定額及優化灌水時間對增加糧食產量起著重要的作用。根據黑山縣“節水增糧行動”總體實施方案中，描述該地區玉米生育階段各項指標情況如下表2。按照遼寧地區常年玉米播種大致在4月11日開始起算始到9月灌溉，覆蓋全生育期，具體生育階段時間如圖2所示，每月天數如表3所示。綜上所述，當玉米生育時達到一定需水量時，產量會達到峰值，當地區水量匱乏時，保證拔節期灌水，能相對提高玉米產量。即6月份降水對作物影響尤為重要。

　　2水資源狀況分析

　　根據《遼寧省水資源》1956～2000年系列評價成果，黑山縣多年平均水資源總量37405萬m3。其中，地表水資源量14138萬m3，地下水資源量24973萬m3，重復量1706萬m3，可開采量21216萬m3[2]。按用水總量控制分配指標分析，農業灌溉可用水量為13303萬m3，其中地表可用水量為655萬m3，地下可用水量為12648萬m3。作物生長需水供給主要分為自然降水、河道引水及地下水提水灌溉等三種方式。由于黑山地區河流較少且徑流較小，地表供水忽略不計。下面著重對黑山地區降水與地下水儲量進行分析。

　　2.1降雨量狀況分析

　　黑山縣屬北溫帶大陸性季風氣候，四季分明。春季多風少雨，夏季炎熱多雨，秋季涼爽宜人，冬季干燥寒冷。黑山縣處于繞陽河流域，根據《遼寧省水資源》1956～2000年系列評價成果，年平均降水量為561.6mm，年降水量最多的為1994年，降水量達到1058.6mm。年降水量最少的年份為1999年，年降水量只有267.6mm。多年平均降水量為561.6mm，不同頻率年降水量分別為:頻率20%年均降水量為687mm，頻率50%年均降水量為551.2mm，頻率75%年均降水量為456.0mm，頻率95%年均降水量為339.0mm。該區降水量的分布呈現出由北向南逐漸增加的特點。全年降水量主要集中在夏季，6～8月降水量約占全年總降水量的65%左右，蒸發量1737.9mm(見圖3)。玉米灌溉用不同降水頻率表示典型年的干旱程度，一般為平水年(降雨量頻率為50%)、中等干旱年(降雨量頻率為75%)以及干旱年(降雨量頻率為95%)。通過黑山縣司屯、沙嶺崗、白廠門等六處長系列雨量站降雨資料，推算出，黑山縣中等干旱年(降雨量頻率為75%)降雨量年內分配系數，如表4所示�？梢缘贸鲋械雀珊的�(降雨量頻率75%)黑山地區4至8月降雨量多年均值為29.8mm、38.4mm、73.4mm、122mm、93mm。降雨量按照月份天數平均，計算各生育階段降雨量如表5所示。由表3可以看出，在中等干旱年時，黑山地區玉米作物在播種-拔節、拔節-抽穗階段缺水較為嚴重，分別占到階段需水量的51%、36.6%。其他階段相差較小。由于自然降水隨機性較強，此處對各生育階段降水量與需水量之間做了理想狀態下的對比，具有一定參考意義。

　　2.2地下水狀況分析

　　2.2.1地下水補給與排泄區域地下水補給主要來源為大氣降水入滲補給、河道滲漏補給、側向補給、井灌回歸補給等。地下水排泄主要是開采量排泄、側向流出、河道排泄、潛水蒸發等2.2.2近10a地下水開采量及水位變化近10年地下水平均年開采量14275萬m3，最大年開采量為14888萬m3、最小年開采量為12375萬m3，區間變化幅度在-13.3%～4.3%之間，現狀年與2002年相比總體開采量增加了768萬m3，近幾年開采量基本穩定。詳見表6及圖4。從黑山縣代表站(以半拉門為例，其他多處地下水站情況類似)地下水位變化過程線圖可以看出，地下水位近年變化有所上升，主要因為近2年降水較多，如圖5所示。黑山縣地下水開采量近年來趨于穩定，地下水儲量變化較大，通過大氣降水入滲補給、河道滲漏補給、側向補給、井灌回歸補給等方式，以及開采量排泄、側向流出、河道排泄、潛水蒸發等排泄項等綜合因素，使得地下水儲量大致呈波型變化。

　　3結論與建議

　　3.1結論

　　黑山縣農業用水缺乏，灌溉模式較為單一，從支持灌區管理科學決策的角度出發，通過對作物的生長習性及地區自然水資源狀況進行分析，得出以下結論:(1)作物產量與需水量之間的關系，當需水量達到一定數值時，產量逐漸達到峰值，過多的灌水量不對產量造成太大的影響;當水量缺乏時，拔節期灌水量對作物產量影響較大，在干旱時應保證拔節期灌水量;得出黑山地區玉米各個生育階段的時間，為科學灌溉提供參考意義。(2)通過對黑山地區長系列降水資料的分析，得出中等干旱年(降水頻率75%)年內月分配;通過作物在各個生育階段的需水量與降水量的分析，得出在中等干旱年時，作物在播種-拔節、拔節-抽穗期間缺水較為嚴重，需要地下水灌溉補給。(3)通過對黑山地區長系列地下水水位變化及近年來地下水開采量變化分析，得出近年來地下水開采量趨于穩定，地下水儲量呈波形變化。

　　3.2建議

　　(1)建議灌區與水文、氣象等部門積極聯動，實時獲得降水、墑情、地下水水位及氣象預報等資料，根據作物生長規律，科學安排灌溉及水量控制。(2)加強對開采區的地下水動態監測，每月初監測一次地下水位，跟蹤地下水開采前后的動態變化，根據區域地下水的動態變化，科學調配開采量。

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