冬小麦夏玉米水分生产函数的研究与应用性分析

40 · ／1999年募1 冬小麦夏玉米水分生产函数的 o ～ √ 蕉 至 呒 李锡录 山东省水利科学研究院 研究与应用性分析 摘 要 根据我省发展高效节水农业的实 际需要，对我省的主要粮食作物冬小麦、夏玉米 的水分生产函数进行 了研究，对 国内外研究现 状、函数的确定方法、函数的类型厦特点进行了 探讨 ，并对其应用性进行了分析。 关键词 冬小麦 夏玉米 水分生产函数 ●■__--一 ● 0-·---·一 二堕 应用 1兹j肥 我省水资源紧缺 ，人均 占有量仅 357m3，不足全 国人均 占有 量的 l／6，发展高技节水农业 是缓解水 资源供需矛盾的长期 战略决策 ，尤 其是干旱年份农 业 供 水严 重 不 足 ，难 以对 作 物 进 行 充分 灌 溉 而 必 须 实行非充分灌溉．在水资源配置、产量预测和灌溉制 度的确定中 ，作物产量与水 分的关 系即水分生产 函 数 的 研究 成 为 基础 性 、关 键 性 的工 作 ，又 由 于我省 农 业 节水 的 最大 潜 力 在 于 冬 小 麦 和 夏 玉 米 ，故 仅 对 冬 小麦和夏玉米 两种作物进行水分生产 函数的研究。 l 作物水分生产函数的研究现状 国外在水分生产 函数的研究方面大致经历 了三 个阶段 ：第一阶段 ，50年代 以前 ．主要研究作 物产量 与降雨量 、产量与有效雨量的关系；第二阶段 ，50年 代至 70年代 ，研 究产量(或干物质重)与实际蒸散量 之 问 的关 系 ；第三 阶段 ，80年 代 至 今 ，主 要 研 究 非 充 分 灌溉 条 件下 的 多种 模 型 。在 国 内 ，灌 溉 试 验 在 80 年代初相继恢复．并对水分生产 函数进行 了初 步研 究，特别是近 l0年来 ，随着我国 国民经济 的进一步 发展 ，水资源供需矛盾加剧 ，灌溉用水不足促进了对 水分生产函数研究的进程。在利用试验资料借助电 子计算 机 确 定水 分 生 产 函 数 、利 用 水 分 生 产 函数 进 行产 量预 测 和确 定 灌 溉 制 度 等 方 面 有 了一 定进 展 。 但 由于试验资料系列 等条件 的限制，直接用于灌 区 管 理 的实 倒 较为 J．-见 。利 用我 省 已有 大量 的灌溉 试 f f ； ．t-／~7／ 验资料 ，结合各地的水 资源 、灌 区工程状 况、作物种 类等建立适合当地类型 区的水分生产 函数 ，并直接 应 用 于生 产 实践 有 重要 意义 。 2 作物水分生产函数的建立方法 根据精度 要求和灌区管理 水平 的不 同，通 常可 用三种方法确 定作物水 分生产 函数 ：一是调 查法。 通过对 区内作物品种 、土壤类型 、用 肥状况等农业生 产 措施 基本 一 致 的条 件 下 的产 量 与供 水 量 (吉 有 效 降雨量 )调查 ，用 回 归分析 法 确定 产 量与供 水 量 之间 的关系 ，这对于试验资料缺乏或根本没有试验 资料 的灌区，虽精度不 高，但较符 合实 际 ，确定 的水 分生 产 函数 也很 实 用 ；二 是 田阃 灌 溉 试验 法 。通 过 布 置 田问小 区 试验 ，设置 不 同灌 溉定 额 ，不 同灌 水 组 合的 试验处理，通过多年 的试验资料 ．用 回归分析法可确 定作 物 水分 生 产 函数 ．这种方 法精 度高 ，对 试验 条 件 要求较高 ，一般 由灌溉试验站来做；三是综合法 ，用 临 近 的 ，在 土壤类 型 、种 植 结 构 、气 候状 况 相近 的试 验站 (点 )的水 分 生 产 函数 ，再 用 本 地 的 调 查数 据 进 行 检 验 、修正 ，也 可 获得 满 足生 产要 求 的作物 水 分生 产 函数 。 3 作物水分生产函数的类型及特点 3．1 作物产量与生育期总耗水量关系 研究冬小麦 、夏玉米两种作物产量与总耗水量 的关 系，对于确定作物经济灌溉定额 、科学用水等有 重要 作 用 。 3、1、1 线 性 关系 对大量试验资料进行分析 ，其线性关 系的相关 性并不太好 ，但对某一年度或某一供水 量范围内建 立产 量 与耗 水 量 关 系 ，相 关 性较 好 。 以 冶 源水 库夏 玉米试验资料为倒 ，回归方程为 ： 维普资讯 http://www.cqvip.com 水利科研与推厂 ／sHuI LI KE YAN Yu 兀Jl GIUANG 图 1 产量与耗水量线性关系图 Y = ～ 152．75 十 2．28E n= 23 R ：=0．94 从 图 1可知 ．线性 关系的基本达式 为 y=a+bE，Y为产 量 ，E 为耗 水量(或供 水量 )， a、b为回归系 数。E轴 的截 矩 反 映 的是 土壤 蒸发 和 作物 形 成 产 量 以前 的蒸 腾水 量 ，即在形 成 籽粒产 量 以前 要付 出一定 的水 量。事 实 上 ，即使 作 物绝 产 ，也 有 一定 的 蒸发 量 ， 因为作物 生长初 期地 面覆盖 不 完全 ，把这 部分 水量认 为是棵问蒸发是合理的 。该直线 的斜率 反映产 量与水 量的关系 ，部 分消除了棵 间蒸发 的影 响 ，这 正是 节水灌 溉所要 研究 的重要 内容 ，即作 物产量 与腾 发量 之问 的 关系。 由于作物的产量不可能随着供 水量 的增加 而无 限 增加 ，故此式仅在一 定的范 围内成立 ，一般 适用 于管理 水平 不太 高 的灌 区。但 从 理论 上讲 ，线性关 系反 映 了 产量 与耗水 量 的本质关 系。90年代初 ，我 国的农 田灌 溉专 家曾按 SPAc理论 的思 路 ，考虑 作物生 长 特性 、生 产水平 和环境 学等 方面 的因 素 ，以植物环 境 物理学 和 生 物学 为基 础 ，对 产 量与水 量关 系进行 实验 和机理 分 析 ，认为在一 定 的作物 品种 、生 产 技 术 和 自然 条 件下 ， 生产单位重量的粮食所必须消耗的水量大致是一个常 数 ，这个关系是基本不变 的。 3．1．2 抛物线关系 对不 同试验 点 的试验 资料 进行 综 合分析 表 明 ．用 二次抛物线 来拟合产 量与耗水 量的关 系 ．相 关 密切 ，可 用下式 表示 ： 图2 产量耗水量抛物线关系图 y= aE +bE+ c 上 式 中 ．Y、E 意 义 同 前 ，a、b、c为 回 归 系数 。如 图 2示 。 该 曲线 反映 的物 理 意 义 是 ：当形 成 籽 粒 产 量 时 ，必 须 付 出 一 定 的 水 量 C：当 E 开 始 增 加 时 ，Y增 加 ， 但 边 际 产 量 逐 渐 减 少 ；当 E 大 于 时 ， 产 量降 低 ，边际 产 量 为负值 。这说 明 ，在农 资 源较 为 充分 的 灌 区或 某 个丰 水 年 份 ．产 量 达 到 一 定 程 度 后 若 再 增 产 ，仅靠 增 加 水 量 是 不 行 的 ，此 时 ，除 水 以 外 的其它农业措旌 已成为 限制作物产量增 长的因素， 在农业措施没有大的变革 的情况下 ，过多供水有害 无益。鲁中雪野水库、鲁南唐村水库 、胶东北邢家水 库试验站水分生产函数计算结果见下表 ： 不同作轴承分生产西救裹 · 4l 数据 相差 F控 代表点 作物 回归方程 组数 系数 验值 雪野 冬小麦 y-】B s7+3．6】E+0．072 】4 0 88 B．53 柬库 夏玉米 y-一88．83¨ 3 54E一0蚓 】2 0 24 8 唐村 冬小麦 Y=一12．53+2 9fie一0 06 I4 0 87 l3．8 水库 夏玉米 Y=一92．】8+14．41E一0 4Z 8 0．蚌 曲．62 北邢隶 年小麦 y- 21．49+3．62E一0．068铲 8 0 】5．5 水库 夏玉米 Y=一92．52+12 99E一0．33E2 0 29站 3．1．3 幂 函 数关 系 在分析产量与耗水量关 系时，有时用幂函数 曲 线 进 行 回 归 相 关 性 较 好 ，通 常 其 表 示 式 为 ： Y= c+aEb ．式 中 a、b、c为 回归 系 数 ，其 余 符 号 意 义 同前 。 此 函数 曲线 的物理 意义 是 ：耗水 量 为零 时 ，仍 有 一 定 的产 量 C，这 显 然 不 合 理 ，也 是 不 可 能 的 ；当 耗 水 量 增 加 到某 一 数值 E0时 ，产 量猛 增 ，这 说 明 除 水以 外其 它 因素 在 起 作 用 ，实 际 上模 糊 了 产 量 与耗 水量的关系。这也就是说 ，在充分供水条件下 ，其它 措 施 发 挥 良好 的增产 作 用 。此 种类 型 曲线 在实 践 中 应 用 较 少 ，在此 不再 研究 。 3．1．4 Doorenbos和 Stewat模 型 作 物生 育 阶段供 水 不 同可 能对产 量 造成 一 定影 响 ，相应 产量 及其 总 耗水 量也 不相 同 ，故 产 生如 下两 种 模 型 ： Doorenbos模 型表示 式 ： ， 、 1一 -Y ， _ = c 1一 ) m ⋯ Ste rt模 型 表示 式 ： ” =1一岛 m - m 上 述 两式 中 ： 为 产 量 反 映 系 数 ；Y为 实 际 产 量 ；E为实际蒸腾量 ；ym为最高产量；E 为最高产量 水平下的蒸腾量(无水分 亏缺)；B0为经验系数。 将 上述 两 式经 初等 变换 ，可 表 示 为下 式 ： — y~ — - y — lrf I ‰ 、 EIn t 实 际上 是 反映 了产 量 的增 量和 耗水 量 的增 量呈 线 性 关系 。 3．2 作物产量与各生育阶段 蒸腾量之 间的关系 仅有 产 量与 总耗 水量 之 问 的关 系 难 以定 量反 映 作 物不 同 生育 阶段 的 水 分 亏 缺对 产 量 的影 响 ，通 常 用 相 加和 相乘模 型来 表示 产量 与不 同 生育 阶段 耗水 量 的关 系 。 3．2．1 相 加模 型 上一 0 f 丑1 ‰ 一皇 ＼E ／ 式 中 ：Y为实 际产 量 ；y埘为供水 充分 条 件 下 的最 高产量 ；矾 为第 i阶段 的蒸腾量 ；日 为第 i阶段 的最大蒸腾量 ；k 为敏感系数 ；n为作物 生育期划分 阶段 数 。 建立 产 量 与阶 段 蒸 腾量 关 系模 型 ，同建 立 产 量 与总蒸腾量相 比，本身就是一种进步 ，但从其物理意 义来 看 ，把 本 来连 续 的生 长 过 程 划 分 为若 干 个 独 立 的生 长 阶段 ，若某 一 生育 阶段 因严重 受 旱而 绝产 ，而 维普资讯 http://www.cqvip.com 42 · ／1999年薨 1 复 合 柔 性 材 料 在龙尾 水库砌石拱坝防渗工 程 中的应用 √ 李建德 朱 波 林 海 卞良兴 任维英 r ] 百 渗补强加固技术服务中心 TVgFg， 『' 摘 要 砌石拱坝渗漏是近年来水库工程管理中常遇到的突出问题之一，针对龙尾水库渗漏状况，： 八调查分析病害产生原因，阐述了相应的技术处理措施。对夸后此类病害工程的防渗处理有借鉴作用。 关键词 墨鱼垂：堡丝盘一—旦生 应用 j 却 ．rf 乏 饰 f幢f赳锯 1 工程概况 龙尾 水 库位 于 山 东省 莱 芜市莱 城 区 大王 庄镇 的 龙尾峪 上 游 ，1974年 5月 建 成 运 行 ，控 制 流 域 面 积 6，54kinz，总库容 l8，75万 ，兴利 库 容 13，8万 mj，坝 型 为 砌 石 拱 坝 ，坝 长 95m，坍 高 19，5m，坝 顶 高程 69．5m，设 计 防洪 标 准 为 200年 一遇 ，现 达 防洪 标 准 为 20年 一遇 ．有效 灌溉 面积 33．33h 。 该水库是一次设计 ，间断性 多次施工建成。 由 于受当时政治 、经济、技术条件的限制和其它因素的 影响 ，施 工不讲程 序，放松 质量控制 ，标 准低 ，质量 差 ，随着 时 间的 推 移 ，致 使 工 程 老 化 退 化 ，造 成 砌 缝 砂浆开裂脱落 ，渗漏十分严重。虽经多次维修处理， 但由于施工技术及材料等方面的原 因．防渗效果 仍 不理 想 。 1993年在 拟定 重新 修 复 方 案 时 ，参 考 了 国 内外有关技术资料 ，结合当地的材料优势 ，进行了多 种材料的研究试验 ，确定采用 PT 型防渗胶泥、丙纶 无纺 布 复 合 而 成 的 柔 性 材 料 进 行 处 理 。 工 程 自 1994年 3月 l5日开 始 施 工 ．3月 25 日竣 工 。 交付 运行 4年 以来，止漏效果十分显著 ，达到预期的防渗 目的 ，受 到用 户单 位 一致 好评 。 2 渗嗣成因分析 经 现 场 观测 ，除设 计标 准低 ，施工 质 量差 等原 因 外 ，主要是冻融 、风浪以及管理不普 ．年九失修所致 。 冻融 对 砌石拱 坝 的破 坏作 用 主要 是 静水 压力 及 冰层 产生巨大的胀推力 ，同时作用于石砌拱坝层面。使 砌 石层 问砂 浆 开 裂 疏 松 。其 次 是 风 浪 ，从 某 种 意 义 产量仍有一定的计算值 ，这与事实不符 ，但作 为一种 计算方法 ，在一定 的范围内应用有其实用性 。据西北 农业大学康绍忠博士在我 国北方进行产量预测结果 表 明 ．其标 准误 差 小 于 6％。 3．2．2相 乘模 型 作物在某个生育阶段受旱 后，会对以后的生长 过程产生影响，每个生育阶段都是人为划分的 。不是 孤 立 的。模 型为 } = (最) 上 式 中 为第 j阶段 作 物水 分 亏缺 反 映 的敏 感 指数，其余符号意义 同前。从物理意义上来讲 ，相乘 模 型优 于 相加模 型。 相加模 型 中的 可 据 已有 的 试 验 资 料 ，用 多 元 线性回归法求得 ，求相乘模型中的 ，可将该模 型数 学式进行数学变换 (等式 两边取对 数)，也 可以转 化 为线性 回归问题 ，借助计算机很容易求得。 4 冬小麦夏玉米水分生产函数的应用性分析 研 究 水 分 生 产 函数 主 要 有 三 个 目的 ：一是 确定 产量与水量的定 量关系 ，为水资源 开发利 用以供定 需以及水资源的规划提供依 据 ；二是可利用水分生 产 函数通 过 单 因 子分 析 进 行 区域 产 量 预 报 ；三 是 以 水分生 产 函数 为 基础 ，确定 作 物 的灌溉 ，从 而进 行灌 水决 策 ，为 我 省 经薪 用 水 和 节 水灌 溉 制度 的 确 定提供了科 学依据 。使之 由“定性 ”为主转 化为 “定 量 为 主。 在水分生产函数应用 中，应用较多 的是利用水 分生产 函数确定节 水灌溉制度 从而为灌 水决策 服 务 ，通 常利 用作 物 产量 和耗 水量 的 抛 物线关 系 ，通 过 调查经济指标 ，利用边 际分析 法确定产 量最高或经 济效 益最 大 时灌 溉 定 额 ，并 根 据 已 有 的灌 溉 制 度 试 验成果 ，结台灌溉预报进行灌水决策，以灌区为单位 应用生产函数进行 经济灌溉定 额的确定 ，笔者 曾在 1990年《农 田水利与小水电》发表了论文 。在此不再 赘述。利用作物产量与作物阶段耗水建立水分生产 函数 ，然后 采用 数 学规 划法 确 定节 水灌 溉制 度 ，从 理 论上讲是科学台理的，但 由于试验资料系列较短 ，模 型参数不太稳定 ，模型边界条件的限制等 ，直接应用 于灌溉决策还不太成熟 ，需进一步做工作 ，但这毕竟 为灌区科学用水 、用水 ，提高管理水平提供了切 实 的 途径 ，为 今后 灌 区管 理科 学化 莫定 了好 的基 础 。 口 本栏责编 赵其芬 维普资讯 http://www.cqvip.com