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作物需水量(Crop water requirement)是农田水分循环系统中最重要的因素之一,其准确计算是水利工程规划设计及节水农业研究必不可少的组成部分,是进行合理灌溉和水资源管理的重要依据,具有重要的意义。国内学者对作物需水量的研究主要是引进经验公式,而缺乏地区实用性研究。本文以半湿润半干旱地区-黑龙江省农垦总局九三分局鹤山农场为研究区,基于实测大豆需水量和作物系数,分析评价了Penman-Monteith公式、Hargreaves公式、Priestly-Taylor公式三种方法计算参考作物蒸散的精度,并基于大豆需水量与降水量的对比分析,初步研究了不同降水年型对大豆产量的影响。主要得出以下结论:
1、2010年大豆全生育期需水量为443mm。出苗期、分枝期、开花期、结荚期、鼓粒期、成熟期六个阶段的作物需水量分别为12.3、69.7、155.5、53.9、69.9、82.8mm,此研究结果与李彩霞研究沈阳地区(出苗期16.8mm、分枝期82.9m、开花期119.9mm、结荚-鼓粒期127.3mm、成熟期84.5m)相比,出苗期、分枝期相对较小。
2、根据小区实验计算出的大豆全生育期的作物系数为0.89,初期的作物系数为0.50,中期1.16,后期0.32全生育期为0.89。FAO推荐的作物系数初期为0.60,中期为1.19,后期为0.25。与FAO推荐相比,初期较小,后期较大。与陈玉明的研究结果(生育期:0.58-0.99,初期:0.3-0.7,中期1.10-1.28,后期0.7—0.9)相比,后期实测值较小。与李彩霞等人的究结果(初期0.83,中期1.14,后期O.25)相比,初期相对较小。
3、利用蒸渗仪实测参考作物蒸散结果,分析比较了Penman—Mortteith公式、Hargreaves公式、Priestly—Taylor公式的计算精度。在月、旬、日三种尺度下,Penman—Monteith精度最大,Priestly—Taylor居中,Hargreaves最小。因此Penman—Monteith公式在东北地区适用性最好。以Penman—gonteith公式为准,比较研究区1980—2009年共30年生育期(5—9月)、逐月、逐句三种尺度下的参考作物蒸散量结果发现:Priestly-Taylor公式计算精度高于Hargreaves公式。如果缺乏湿度、日照时数、风速等数据,可以采用PT公式和H公式但需要校正。
4、研究区1980-2009年5-9月多年平均降水量为456mm,占全年降水量的85.5％。30年内,5-9月降水量有减少趋势,减少速率为6.6mm/a。1998年之前降水量围绕均值上下波动,1998年之后降水量下降明显。80年代以来,气温迅速上升,5-9月月均温累计距平上升速率为0.4℃/a,导致大豆生育期需水量有增加的趋势,递增速率为2.06mm/a。1980-2009年间,生育期大豆需水量平均为466mm,最多为551mm(2000年);最少为392mm(1983年)。
5、与降水量多寡相比,降水的年内分布类型对大豆产量影响更大。前期、后期降水对大豆产量影响不如中期影响大。7月份是大豆生长的关键时期,此时期降水少,不能满足作物需水量,则减产；如果降水过多,则形成涝灾。