云水資源促進生態(tài)農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展分析
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【摘要】本文通過聊城市1971～2015年的逐年降水與同期糧食產(chǎn)量資料進行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)：自然降水是影響聊城地區(qū)生態(tài)變化的主要因子；氣象觀測資料表明，近45年來聊城地區(qū)年降水量呈現(xiàn)出越來越少的趨勢，而工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活用水越來越多，造成水分虧缺嚴重，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)不良，影響了生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。因此合理開發(fā)空中云水資源、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境、促其系統(tǒng)良性運行，是確保聊城生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。
【關(guān)鍵詞】自然降水；生態(tài)農(nóng)業(yè)；云水開發(fā)；可持續(xù)發(fā)展
水是生命之源。近年來由于生態(tài)平衡被人為破壞，影響到了水因子在自然界中的良性循環(huán)，使得水資源收支的失衡和自然降水時空分布與生態(tài)耗水的失調(diào)，又導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的進一步惡化。周而復(fù)始，使得整個生態(tài)系統(tǒng)陷于惡性循環(huán)［1－5］。本文以分析水――這一影響生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵、敏感因子近年來在聊城區(qū)域系統(tǒng)中的平衡狀況為切入點，討論合理開發(fā)云水資源、生態(tài)優(yōu)化和確?？沙掷m(xù)發(fā)展等問題［6－8］。
1資料來源
降水資料來自聊城市國家氣象觀測站1971－2015年的逐日觀測資料；同期的糧食產(chǎn)量資料來源于聊城市統(tǒng)計年鑒；水利資料來源于聊城市水文局和聊城市水利局。
2自然降水對生態(tài)環(huán)境的影響
生態(tài)平衡，是指在當?shù)氐臍夂驐l件下所形成的植被群落與當?shù)氐臍夂蛞卦谀芰苛鳌⑽镔|(zhì)流的相互作用、相互交換中所形成的動態(tài)狀況。而“水”在其中的循環(huán)起著至關(guān)緊要的作用［9－10］。21年平均降水量的多寡影響植被類型的分布眾所周知，水是形成當?shù)貧夂驐l件的重要因子之一。累年平均降水量多的地區(qū)，一般植被生長繁盛，高大密茂；累年平均降水量少的地區(qū)，干旱出現(xiàn)的機率大，往往因水分供給不足，導(dǎo)致群落衰微，矮小稀枯［11－12］。22生態(tài)植被隨著自然降水量的年際變化而變化自然降水量的多寡及其時空分布對植被生長的影響起著決定性的作用，當光熱充足時，尤其明顯。對于地處半濕潤、半干旱地區(qū)，光照、熱量條件又相對充足的聊城來說，更是如此。種植作物是生態(tài)系統(tǒng)中植被群落的組成部分，分析種植作物與自然降水量的關(guān)系，對于揭示生態(tài)系統(tǒng)的運行狀況和演變過程可見一斑通過對聊城年降水量、所有糧食作物年平均單產(chǎn)歷史資料的對比分析，發(fā)現(xiàn)在1971～2015年的45年中，存在趨勢同步關(guān)系的有37年、占822％（詳見表1）；存在不同步、尚待進一步分析的有4年、占：89％；不明顯的有4年、占89％。其中不同步的2002年，年降水量距平百分率是負值，而年相對產(chǎn)量距平百分率呈現(xiàn)為正值，是由于年降水距平百分率之絕對值不是太大，且該年降水分布時段與作物生長需水的階段性規(guī)律相對比較協(xié)調(diào)的結(jié)果；存在不同步的1961、1979、1983和2004年，雖然年降水距平百分率是正值，但該年降水分布時段與作物生長需水的階段性規(guī)律不甚協(xié)調(diào)，所以出現(xiàn)年相對產(chǎn)量距平百分率為負值的結(jié)局。
3聊城的生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)情況
為反映近年來聊城的生態(tài)狀況，下面著重從農(nóng)作物耗水與自然降水量的差異、1971年以來自然降水量的年際變化兩方面進行討論。31現(xiàn)有產(chǎn)量水平下自然降水量已經(jīng)遠遠不能滿足的作物耗水量聊城地區(qū)近年來大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)的同時，主要種植作物是以冬小麥和夏玉米為主糧食作物。冬小麥平均單產(chǎn)近20年（1996～2015）累年平均為59606kg／hm2；夏玉米平均單產(chǎn)近20年累年平均為60554kg／hm2。小麥的蒸騰系數(shù)為450～600、玉米的蒸騰系數(shù)為250～300；其經(jīng)濟系數(shù)：小麥為03～04、玉米為025～04。依此計算，冬小麥全生育期蒸騰需水近20年平均為6705～8940mm，近10年平均為10276～13701mm；夏玉米全生育期蒸騰需水近20年平均為3784～6055mm，近10年平均為4997～7995mm。據(jù)有關(guān)資料，冬小麥、夏玉米蒸騰需水約占其全生育期農(nóng)田需水量的60％～70％。所以冬小麥全生育期農(nóng)田需水量：近20年平均為9578～14899mm；夏玉米全生育期農(nóng)田需水量：近20年平均為5406～10092mm。也就是說，依現(xiàn)有產(chǎn)量水平冬小麥全生育期農(nóng)田需水量在9578mm以上，夏玉米全生育期農(nóng)田需水量在5406mm以上。由于人多地少，現(xiàn)行耕作制度大多為一年兩熟制，要保證作物的正常生長，每年必須有1498mm以上的自然降水才能滿足作物農(nóng)田的水分需求。然而，全市自然降水量累年（1971～2015年）平均只有5688mm。全市最少的莘縣累年平均僅5360mm，全市最多的東阿累年平均也不過6008mm。自然降水量最少的1992年全市平均僅3127mm，臨清為全市最少僅1872mm，東昌府區(qū)為全市最多也只有4691mm；自然降水最多的1971年全市平均7959mm，臨清最少為6893mm，茌平縣最多8907mm。1971～2015的45年中均不能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)水平1020mm左右的需水量，均存在數(shù)量不等的缺口水量。正常年份（自然降水距平百分率在±20％之間）全市平均降水量為4560～6500mm之間，只能滿足作物生長正常需水量的30％～43％，缺口水量至少為570～680mm左右。遇到干旱年份時缺口水量則會更多。32聊城1971～2015年的干旱出現(xiàn)頻率按照現(xiàn)行氣候評價標準，將年降水量距平百分率＜－20％的年份定為偏少年份。分析1971～2015年聊城45年降水資料，出現(xiàn)年降水量偏少年份有10年，分別是1972、1986、1988、1989、1995、1997、1999、2001和2002年。也就是說，20世紀60、70年代的20年中，降水偏少年份有1年，20年1遇；80年代的10年中，有3年，10年3遇；進入90年代至今的25年中有6年，為4年1遇，且年降水最少的6年中有5年年均出現(xiàn)于此時間段?？梢?，干旱發(fā)生頻率愈來愈高，干旱程度也愈來愈嚴重（詳見表1）水利部門對聊城1999年全市用水情況統(tǒng)計結(jié)果為：總用水量146600萬立方米，其中農(nóng)業(yè)用水占總用水量的485％、工業(yè)用水占總量的355％、城市生活用水和農(nóng)村人畜用水占107％、城市生態(tài)用水占53％。該年降水量全市平均為4280mm，較累年平均值（5688mm）偏少248％。20世紀90年代以來，農(nóng)業(yè)缺口水量的逐年增多和累積，再加之工業(yè)用水、生活用水、城市生態(tài)用水，致使對地下水源的開采和對地面河流的攔截更為嚴重。資料顯示，1983年全市有機井2091眼，1994年已增至15804眼。其后果就是地下水位明顯下降。至于攔截地面河流，其前景也不容樂觀。曾經(jīng)為聊城的發(fā)展繁榮帶來勃勃生機的大運河，如今聊城境內(nèi)的已干涸見底。
4合理開發(fā)云水優(yōu)化生態(tài)確保聊城生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展
現(xiàn)在倍受關(guān)注、倍受重視，且已積極采用的自然生態(tài)改善措施有：退耕還林（草）、節(jié)水灌溉、廢水利用等［16－17］。在采用這些措施的同時，還應(yīng)該更加注重對空中云水的開發(fā)，即加大對人工降（增）雨的開發(fā)力度。此舉不僅成本低、覆蓋面大，而且在有利于植被生長之外不會產(chǎn)生任何顯性的或者隱性的不利影響，又能有效地補給地面河溪水量和地下水源。因此在不至于造成災(zāi)害的前提下，人工增雨作業(yè)應(yīng)該常年進行；一旦作業(yè)條件成熟，就要進行。要改變以往那種只有當旱象明顯、災(zāi)情嚴重、不得不解燃眉之急時，才去作業(yè)的被動習慣［18－20］。通過人工增雨作業(yè)增加降水量，可以使地表和地下水得到有效補給；為今后聊城農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全實施及可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境。因此，合理開發(fā)空中水資源、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境、促使生態(tài)系統(tǒng)的良性運行，是促進聊城農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要途徑。
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作者:孫培良 楊士恩 邱東鳳 王曉靜 單位:山東省聊城市氣象局
