云水資源促進(jìn)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(guò)聊城市1971～2015年的逐年降水與同期糧食產(chǎn)量資料進(jìn)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(cè)資料表明，近45年來(lái)聊城地區(qū)年降水量呈現(xiàn)出越來(lái)越少的趨勢(shì)，而工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活用水越來(lái)越多，造成水分虧缺嚴(yán)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(kāi)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(yùn)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(kāi)發(fā)；可持續(xù)發(fā)展

水是生命之源。近年來(lái)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(shí)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(jìn)一步惡化。周而復(fù)始，使得整個(gè)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(lái)在聊城區(qū)域系統(tǒng)中的平衡狀況為切入點(diǎn)，討論合理開(kāi)發(fā)云水資源、生態(tài)優(yōu)化和確?？沙掷m(xù)發(fā)展等問(wèn)題［6－8］。

1資料來(lái)源

降水資料來(lái)自聊城市國(guó)家氣象觀測(cè)站1971－2015年的逐日觀測(cè)資料；同期的糧食產(chǎn)量資料來(lái)源于聊城市統(tǒng)計(jì)年鑒；水利資料來(lái)源于聊城市水文局和聊城市水利局。

2自然降水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

生態(tài)平衡，是指在當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件下所形成的植被群落與當(dāng)?shù)氐臍夂蛞卦谀芰苛?、物質(zhì)流的相互作用、相互交換中所形成的動(dòng)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］。2􀆰1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(dāng)?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(zhǎng)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(jī)率大，往往因水分供給不足，導(dǎo)致群落衰微，矮小稀枯［11－12］。2􀆰2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(shí)空分布對(duì)植被生長(zhǎng)的影響起著決定性的作用，當(dāng)光熱充足時(shí)，尤其明顯。對(duì)于地處半濕潤(rùn)、半干旱地區(qū)，光照、熱量條件又相對(duì)充足的聊城來(lái)說(shuō)，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(duì)于揭示生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和演變過(guò)程可見(jiàn)一斑通過(guò)對(duì)聊城年降水量、所有糧食作物年平均單產(chǎn)歷史資料的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在1971～2015年的45年中，存在趨勢(shì)同步關(guān)系的有37年、占82􀆰2％（詳見(jiàn)表1）；存在不同步、尚待進(jìn)一步分析的有4年、占：8􀆰9％；不明顯的有4年、占8􀆰9％。其中不同步的2002年，年降水量距平百分率是負(fù)值，而年相對(duì)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(duì)值不是太大，且該年降水分布時(shí)段與作物生長(zhǎng)需水的階段性規(guī)律相對(duì)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(shí)段與作物生長(zhǎng)需水的階段性規(guī)律不甚協(xié)調(diào)，所以出現(xiàn)年相對(duì)產(chǎn)量距平百分率為負(fù)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(lái)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(lái)自然降水量的年際變化兩方面進(jìn)行討論。3􀆰1現(xiàn)有產(chǎn)量水平下自然降水量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足的作物耗水量聊城地區(qū)近年來(lái)大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)的同時(shí)，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5960􀆰6kg／hm2；夏玉米平均單產(chǎn)近20年累年平均為6055􀆰4kg／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(jì)系數(shù)：小麥為0􀆰3～0􀆰4、玉米為0􀆰25～0􀆰4。依此計(jì)算，冬小麥全生育期蒸騰需水近20年平均為670􀆰5～894􀆰0mm，近10年平均為1027􀆰6～1370􀆰1mm；夏玉米全生育期蒸騰需水近20年平均為378􀆰4～605􀆰5mm，近10年平均為499􀆰7～799􀆰5mm。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957􀆰8～1489􀆰9mm；夏玉米全生育期農(nóng)田需水量：近20年平均為540􀆰6～1009􀆰2mm。也就是說(shuō)，依現(xiàn)有產(chǎn)量水平冬小麥全生育期農(nóng)田需水量在957􀆰8mm以上，夏玉米全生育期農(nóng)田需水量在540􀆰6mm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(zhǎng)，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568􀆰8mm。全市最少的莘縣累年平均僅536􀆰0mm，全市最多的東阿累年平均也不過(guò)600􀆰8mm。自然降水量最少的1992年全市平均僅312􀆰7mm，臨清為全市最少僅187􀆰2mm，東昌府區(qū)為全市最多也只有469􀆰1mm；自然降水最多的1971年全市平均795􀆰9mm，臨清最少為689􀆰3mm，茌平縣最多890􀆰7mm。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456􀆰0～650􀆰0mm之間，只能滿足作物生長(zhǎng)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(shí)缺口水量則會(huì)更多。3􀆰2聊城1971～2015年的干旱出現(xiàn)頻率按照現(xiàn)行氣候評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，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(shuō)，20世紀(jì)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(jìn)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(shí)間段?？梢?jiàn)，干旱發(fā)生頻率愈來(lái)愈高，干旱程度也愈來(lái)愈嚴(yán)重（詳見(jiàn)表1）水利部門(mén)對(duì)聊城1999年全市用水情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：總用水量146600萬(wàn)立方米，其中農(nóng)業(yè)用水占總用水量的48􀆰5％、工業(yè)用水占總量的35􀆰5％、城市生活用水和農(nóng)村人畜用水占10􀆰7％、城市生態(tài)用水占5􀆰3％。該年降水量全市平均為428􀆰0mm，較累年平均值（568􀆰8mm）偏少24􀆰8％。20世紀(jì)90年代以來(lái)，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(duì)地下水源的開(kāi)采和對(duì)地面河流的攔截更為嚴(yán)重。資料顯示，1983年全市有機(jī)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(lè)觀。曾經(jīng)為聊城的發(fā)展繁榮帶來(lái)勃勃生機(jī)的大運(yùn)河，如今聊城境內(nèi)的已干涸見(jiàn)底。

4合理開(kāi)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(shí)，還應(yīng)該更加注重對(duì)空中云水的開(kāi)發(fā)，即加大對(duì)人工降（增）雨的開(kāi)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(zhǎng)之外不會(huì)產(chǎn)生任何顯性的或者隱性的不利影響，又能有效地補(bǔ)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(jìn)行；一旦作業(yè)條件成熟，就要進(jìn)行。要改變以往那種只有當(dāng)旱象明顯、災(zāi)情嚴(yán)重、不得不解燃眉之急時(shí)，才去作業(yè)的被動(dòng)習(xí)慣［18－20］。通過(guò)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(bǔ)給；為今后聊城農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全實(shí)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(kāi)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(yùn)行，是促進(jìn)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