以减产损失为指标的农业干旱评价方法研究
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摘要：该文通过对山西省运城市30年的降雨、蒸发资料进行统计分析，先初步从降雨量及蒸发量判断该地区的气候情况，然后以冬小麦为例，通过作物的蒸发蒸腾量、水分生产函数计算减产损失（k=），并提出以减产损失为指标进行农业干旱评价，为今后的农业干旱预防、评价提供科学依据。经研究分析可得，当减产损失值为0～0.2500时为轻旱；减产损失值为0.2501～0.4709时为中旱；减产损失值为0.4710～0.7477为重旱；减产损失值大于0.7478为严重干旱。
关键词：干旱 旱灾 减产损失 干旱指标
中图分类号：S16 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0161-03
近几十年来，随着全球气候日趋变暖，干旱和旱灾造成的损失和影响越来越严重。干旱不仅直接导致农业减产，食物短缺而且其持续累积会使土地资源退化、水资源耗竭和生态环境受到破坏，制约可持续发展[1]。预防和减轻旱灾成为当今世界的重要课题之一。
农业干旱是指由外界环境因素造成作物体内水分失去平衡，发生亏缺，影响作物正常生长发育，进而导致减产或绝收的气象灾害现象。它涉及土壤、作物、大气和人类对资源的利用等多方而因素，是各类干旱中最复杂的一种。气象干旱是各种干旱的基础和根本致因。但气象干旱发生时并不一定就有农业干旱。农业干旱跟各地农业生产水平和地方经济发展有关。农业干旱又分为生理干旱、土壤干旱和大气干旱。目前对气象干旱的研究较多，农业干旱研究有待进一步深入。该文提出以减产损失为指标进行农业旱情评价，以更好的反映农业干旱情况。
1 运城地区地理概况与资料简介
1.1 运城地区地理概况
运城地区现辖运城市、永济市、河津市及闻喜、绎县、垣曲、夏县、平陆、新绛、稷山、万荣、临猗、芮城等县。总面积13968平方公里，总人口425万，运城境内水资源比较年富。黄河、汾河、涑水河流经境内，境内总流长6百公里、境内平川占到总面积的58.3%。该区地理座标介于北纬～，东经～之间，属暖温带半干旱大陆性季风气候。其基本特征是，气候温和，冬寒夏暖，热量资源充足，夏秋雨水丰沛，光能，风能较丰富。是山西省积温较高的地区。
1.2 资料来源
该文资料来源于运城气象站1971―2000年共30年的基本气象资料。
2 计算方法
2.1 减产损失指标
作物减产损失指标为：k=
式中：k为减产损失，y为作物实际产量，为作物最大产量。作物受旱越严重减产损失越大，作物受旱越轻，减产损失越小。
y/ym采用Jensen模型进行计算。
2.2 Jensen模型
Jensen 模型以阶段相对腾发量为自变量：
（1）
式中：为实际产量；为使用作物光温生产潜力计算的最大产量；n为作物的生育阶段；为作物在第i阶段的水分敏感系数，反映不同生育期缺水对作物产量的影响程度；为非充分灌水条件下作物的蒸腾量；为充分灌水条件下的蒸腾量[2]。
根据以上计算模型需要对、和值进行求解。
2.2.1水分敏感指数
根据综合分析，水分敏感指数选用王仰仁等的实验数据，见表1。
2.2.2作物蒸散量ET
根据根区土壤水分大小可将作物蒸散的计算分为两种情况：一种是充分供水条件下的作物蒸散量的计算：一种是非充分供水条件下的作物蒸散量的计算。用分段函数表示如下：
（2）
式中：为作物蒸散量，单位；为参考作物蒸散量，单位；为作物系数；为土壤水分修正系数。
土壤水分修正系数是根区水分土壤的函数，可用下式计[3]
（3）
式中：为作物根区实际含水率，单位：%（以体积含水率表示，下同）；为土壤凋萎点含水率，单位：%；为蒸散开始受土壤含水率影响时的临界含水量，单位：%，令=，为作物根区最大田间持水率，单位：%；与相对应的系数；n为经验指数，由实测资料分析求得。
2.2.3作物系数
全生育期冬小麦的作物系数的变化过程表达式为：
（4）
式中：为初始生长期的作物系数；为生育中期的作物系数；，，，为与作物系数变化相对应的累计天数，其中为全生育期生长天数；，，，，，，为模型参数，其中，，，和，，中的6个参数可利用作物生长连续性的特点由其他参数求得。
2.2.4作物蒸腾量的求解
充分供水条件下的冬小麦的蒸发蒸腾量用下式求解：
（5）
2.2.5参考作物需水量ET0的确定
参考作物蒸散采用FAO1998年推荐的FAO Penman-Menteith 公式[4]计算，（6）
式中：为作物冠层顶的净辐射，单位：；G为土壤热流强度，单位：；T为2 m高度处的日平均气温，单位：；为2 m高度处的风速，单位：；为湿度计常数，单位：；为饱和水汽压-温度曲线斜率，单位：；为气温为T时的饱和蒸汽压，单位：；为气温为T时的实际蒸汽压，单位：；其余符号意义同前。
3.1 减产损失计算结果
根据运城30年的气象资料，冬小麦的减产损失计算结果见表2。
将以上数据绘制成散点图，如图1所示。
3.2 农业干旱评价标准
根据30年的减产损失计算结果，按照减产损失设计保证率划分干旱等级范围，当设计保证率小于25%时即减产损失值为0～0.2500时为轻旱；当设计保证率为25%～50%时即减产损失值为0.2501～0.4709时为中旱；当设计保证率为50%～75%时即减产损失值为0.4710～0.7477时为重旱；当设计保证率大于75%时即减产损失值大于0.7478时为极重旱。
3.3 1971-2000年的降雨量情况
1971―2000年年平均降雨量如图2所示。
将图1和图2进行对比可以看出：基本上当降雨量大时，减产损失小，降雨量小时减产损失大。但是降雨量相近的年份，减产损失值有一定的差别。这说明包括降雨在内的气象灾害是农业干旱的基础和根本致因，农业干旱的影响因素非常复杂，还需要考虑到作物自身的影响因素。以减产损失为指标的旱情评价指标，不仅考虑了降雨和蒸发等的气象因素，还考虑了作物自身的影响因素。可以较好的用于进行农业干旱评价。
4 结论
（1）减产损失值为0～0.2500时为轻旱；减产损失值为0.2501～0.4709时为中旱；减产损失值为0.4710-0.7477时为重旱；减产损失值大于0.7478时为极重旱；
（2）当降雨量大时，减产损失小，降雨量小时减产损失大。
（3）减产损失指标不仅考虑了降雨和蒸发等的气象因素，还考虑了作物自身的影响因素。
参考文献
[1]商彦蕊.农业旱灾研究进展[J].地理与地理信息科学，2004，20（4）：101-104.
[2]Kang X Y，Gu G Q，Shi Y S，Tian G Q ，Gu Y L. Drought indices and prediction models for winter wheat.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2011，17（4）：860-865.
[3]雷志栋，杨诗秀，谢森传.土壤水动力学[M].北京：清华大学出版社，1988：282-303.
[4]Allen R G，Pereira L S，Raes D，et al.Crop evapotranspiration guidelines for computing water requirements [J].FAO Irrigation and Drainage Paper 56，1998：161-173.