基于SPEI辽宁地区干旱分区及春玉米灌溉制度研究

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辽宁地区的降水、蒸发等自然特征具有很明显的空间差异性,不同区域同一作物的灌溉管理也必然存在差异。为了掌握辽宁地区不同区域的干旱程度并获得不同区域的春玉米灌溉管理模式,基于辽宁地区24个典型气象站点1951~2018年的逐日气象数据,利用R语言编程计算春玉米生育期内月时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),并利用Arc GIS自然间断点分级法对辽宁地区进行干旱分区;同时利用Arc GIS克里金空间插值法对春玉米全育期以及各生育阶段内的有效降水量、参考作物蒸发蒸腾量、春玉米作物系数、春玉米需水量和春玉米灌溉需水量的空间分布特征进行分析;利用MATLAB选取了水文代表年,结合辽宁地区干旱分区以及生育期内春玉米灌溉需水量,制定辽宁地区不同水文年不同区域春玉米灌溉制度。主要结论如下:(1)基于月时间尺度SPEI计算的辽宁地区春玉米生育期内轻度干旱频率为12.64~22.37%,中度干旱频率为6.91~13.77%,重度以上干旱频率为5.06~7.36%。轻度干旱频率和中度干旱频率自西向东总体表现为逐步递减的趋势,重度以上干旱频率主要分布在辽宁西部地区。基于春玉米生育期内的SPEI均值可将辽宁地区春玉米干旱分区为:特旱地区、重旱地区、中旱地区和轻旱地区。(2)辽宁地区春玉米全育期内有效降水量为261.38~572.65mm,自西向东总体表现为逐步递增的趋势;辽宁地区春玉米全育期内参考作物蒸发蒸腾量为436.03~619.56mm,自西向东总体表现为逐步递减的趋势;辽宁地区全育期内春玉米作物系数为0.696~0.725,自西向东总体表现为先增大后减小的趋势;辽宁地区全育期内春玉米需水量为302.13~449.69mm,自西向东总体表现为先增大后减小的趋势;辽宁地区全育期内春玉米灌溉需水量为0~182.20mm,自西向东总体表现为逐步递减的趋势,辽宁东部无需灌溉。辽宁地区春玉米各生育阶段内灌溉管理相关指标的空间分布特征与全育期内大致相同。(3)不同水文年特旱地区春玉米灌溉定额为128.80~290.26mm,重旱地区春玉米灌溉定额为53.31~266.45mm,中旱地区春玉米灌溉定额为28.20~178.75mm,轻旱地区春玉米灌溉定额为0~154.56mm。偏丰水年和丰水年的轻旱地区在各生育阶段内春玉米均无需灌溉,除此之外,在生育初期,春玉米无需灌溉的地区有偏枯水年和丰水年的重旱地区以及枯水年和平水年的轻旱地区;在快速生长期,春玉米无需灌溉的地区有偏丰水年的特旱地区;在生育中期,春玉米无需灌溉的地区有丰水年的重旱地区以及偏枯水年、平水年和偏丰水年的中旱地区;在生育末期,辽宁地区不同水文年不同区域春玉米均无需灌溉。这一灌溉制度是辽宁地区不同水文年不同区域春玉米灌溉制度。研究结论为辽宁地区高标准农田建设中春玉米灌溉管理模式的选择提供理论基础。
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