典型站点作物生育期长度及需水量时间变化特征

滦河流域内具有长系列完整气象资料的站点相对较少，本书的研究选取中游地区的承德站和下游流地区的青龙站对冬小麦和夏玉米全生育期长度及生育期内需水量的时间变化特征进行分析；选取上游地区的围场站和多伦站对春小麦全生育期长度及生育期内需水量的时间变化特征进行分析；选取上游地区的围场站对春玉米全生育期长度及生育期内需水量的时间变化特征进行分析，其中，承德站、青龙站典型作物为冬小麦、夏玉米；围场站典型作物为春小麦、春玉米；多伦站典型作物为春小麦。

典型气象站点分布见图4.16。

图4.16　典型气象站点（承德、青龙、多伦、围场）分布图

（1）冬小麦。图4.17为滦河流域内承德站和青龙站1957—2013年期间冬小麦生育期长度及年均气温变化。从图中可以看出，年均气温的变化趋势与生育期长度的变化趋势相反，对于承德站而言[见图4.17（a）]，年均气温以0.75℃/100a的速率减少，但生育期长度以7.26d/100a的速率增加；对于青龙站而言[见图4.17（b）]，年均气温以2.49℃/100a的速率增加，但生育期长度却以15.31d/100a的速率减少。按照近似的线性关系估计，气温每升高1℃，冬小麦生育期缩短5～6天（见图4.18）。

图4.17　滦河流域典型站点冬小麦生育期长度与年均气温年际变化[对于生育期长度而言，横坐标1957年对应的纵坐标值表示1957年播种至翌年（1958）年收获的历时；对于平均气温而言，横坐标1957年表示1957—1958年年均日气温，以此类推。]

图4.18　滦河流域典型站点冬小麦生育期长度与年均气温线性关系

将承德站和青龙站冬小麦日需水过程汇总到月上，得到如图4.19所示冬小麦月需水过程。由图可知，近50多年来冬小麦需水月过程特征发生了一定程度的改变，对于承德站而言，2000年以后，除6月份以外，冬小麦各月需水量相对于1970年以前而言，均有所减少，3—4月份绝对减少量最大，均达到11mm以上，而6月份需水增加的绝对值高达10.8mm；对于青龙站而言，4—6月份需水的变化最为明显，相对于1970年以前的平均水平而言，2000年以后，4月份需水增加量的绝对值为8.7mm，5月份和6月份需水量则分别减少了19.4mm和27.7mm。从需水年代均值来看（见图4.20），在2000年以前，冬小麦需水随气温的增加而表现出减少的趋势，具体来说，1991—2000年期间，承德站和青龙站冬小麦年均气温相对于1970年以前的平均水平而言，增加了0.25℃和0.83℃，但需水量却分别减少了17.2%和12.7%，2000年以后，需水量虽然有所增加，但仍低于1970年以前的平均水平。综上所述，气温的升高缩短了冬小麦全生育期的长度，从而导致其生长发育期间总需水时段有所减少，因而其生育期内需水总量表现出减少的趋势，由于气温的升高，各生育期时段较以往而言存在较为明显的变化，因此，其总需水量的年内分配也随之改变。

（2）夏玉米。图4.21为滦河流域内承德站和青龙站1958—2013年期间夏玉米生育期长度及6—9月平均气温变化。从图中可以看出，6—9月平均气温的变化趋势与生育期长度的变化趋势相反，对于承德站而言[见图4.21（a）]，6—9月平均气温以0.93℃/100a的速率减少，但生育期长度以8.43d/100a的速率增加；对于青龙站而言[见图4.21（b）]，6—9月平均气温以1.69℃/100a的速率增加，但生育期长度却以10.46d/100a的速率减少。按照近似的线性关系估计，6—9月平均气温每升高1℃，夏玉米生育期缩短5～6天（见图4.22）。

图4.21　滦河流域典型站点夏玉米生育期长度与6—9月平均气温年际变化

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图4.22　滦河流域典型站点夏玉米生育期长度与6—9月平均气温线性关系

图4.23为不同时段承德站和青龙站夏玉米月需水过程。从图中可以看出，不同年代夏玉米需水量月分配特征存在一定的差异：玉米生在初期（6月）和后期（9月）需水变化较大，而在中期（7—8月）则相对较为稳定。具体而言，2000年以后，承德站6月和9月需水量与1970年以前相比，分别变化了-46.9%和+45.9%，但7月和8月需水量则稳定在140mm和110mm左右；青龙站6月和9月需水量在2000年以后分别变化了+20.3%和-43.9%（与1970年以前平均水平相比），而7月和8月需水量则在140mm和110mm左右。从夏玉米年需水变化来看（见图4.24），2000年以前，承德站和青龙站夏玉米年需水量随气温（此处指6—9月平均气温，下同）的增加而减少，2000年以后，承德站气温下降，夏玉米需水量略有回升，而青龙站气温仍持续升高，夏玉米需水量略有减少。夏玉米需水量与温度的关系同冬小麦类似，均是需水量随气温升高而减少，同样，由于气温的变化，导致夏玉米各生育期起止时间和持续时间发生了改变，从而导致其月分配特征发生了变化。

（3）春小麦。图4.25为滦河流域内多伦站和围场站1958—2013年期间春小麦生育期长度及3—8月平均气温变化。从图中可以看出，随着气温的增加，多伦站和围场站生育期长度波动下降，两个站点春小麦生育期长度分别以13.24d/100a和5.18d/100a的速率减少。3—8月平均气温与春小麦生育期长度的相关性并不是很好，按照近似的线性关系估计，3—8月平均气温每升高1℃，春小麦生育期缩1～2天（见图4.26）。

图4.25　滦河流域典型站点春小麦生育期长度与3—8月平均气温年际变化

图4.27为不同时段多伦站和围场站春小麦月需水过程。从图中可以看出，不同时段多伦站春小麦月需水过程差异相对较大，尤其是在末期，2000年以后较1970年以前存在明显的变化，如春小麦8月份需水量在1970年以前为10.8mm，但在2000年以后仅为1.3mm，说明随着气温的升高，春小麦成熟期提前，基本在7月底完成生长，因而，8月份需水量减少明显。春小麦年需水量随气温的上升而呈现出减少的态势，2000年以后，多伦站和围场站3—8月平均气温相对于1970年以前而言，分别增加了1.3℃和0.68℃，而春小麦需水量则分别减少了3.4%和2.2%（见图4.28）。

图4.28　滦河流域典型站点春小麦需水量和气温年代变化

（4）春玉米。图4.29（a）为滦河流域内围场站1958—2013年期间玉米生育期长度及4—8月平均气温变化。从图中可以看出，气温与生育期长度的变化趋势相反，两者分别为+7.6℃/100a和-1.8d/100a，按照近似的线性关系估计，4—8月平均气温每升高1℃，春玉米生育期缩3～4天[见图4.29（b）]。

图4.29　滦河流域围场站春玉米生育期和气温变化

气温的升高使得春玉米播种期提前，因此，4月份需水量表现出增加的态势，同时，亦会导致整个生育期长度减少、成熟期提前，从而导致8月份需水量减少。2000年以后，春玉米4月和8月需水量较1970年以前分别变化了+38.1%和-15.4%，而5—7月需水量变化不大（见图4.30）。从整个生育期需水总量来看，由于气温的升高致使生育期的缩短，春玉米整个需水时段相应减少，需水总量也随之减少。气温最高时段（1991—2000年）春玉米全生育期需水量相对于气温最低时段（1970年以前）减少了4.5%。