云水资源促进生态农业的持续发展分析

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【摘要】本文通过聊城市1971～2015年的逐年降水与同期粮食产量资料进行相关分析，发现：自然降水是影响聊城地区生态变化的主要因子；气象观测资料表明，近45年来聊城地区年降水量呈现出越来越少的趋势，而工农业生产及居民生活用水越来越多，造成水分亏缺严重，导致生态系统循环不良，影响了生态农业的可持续性发展。因此合理开发空中云水资源、优化生态环境、促其系统良性运行，是确保聊城生态农业可持续发展的重要途径。

【关键词】自然降水；生态农业；云水开发；可持续发展

水是生命之源。近年来由于生态平衡被人为破坏，影响到了水因子在自然界中的良性循环，使得水资源收支的失衡和自然降水时空分布与生态耗水的失调，又导致了生态环境的进一步恶化。周而复始，使得整个生态系统陷于恶性循环［1－5］。本文以分析水――这一影响生态系统的关键、敏感因子近年来在聊城区域系统中的平衡状况为切入点，讨论合理开发云水资源、生态优化和确保可持续发展等问题［6－8］。

1资料来源

降水资料来自聊城市国家气象观测站1971－2015年的逐日观测资料；同期的粮食产量资料来源于聊城市统计年鉴；水利资料来源于聊城市水文局和聊城市水利局。

2自然降水对生态环境的影响

生态平衡，是指在当地的气候条件下所形成的植被群落与当地的气候要素在能量流、物质流的相互作用、相互交换中所形成的动态状况。而“水”在其中的循环起着至关紧要的作用［9－10］。2􀆰1年平均降水量的多寡影响植被类型的分布众所周知，水是形成当地气候条件的重要因子之一。累年平均降水量多的地区，一般植被生长繁盛，高大密茂；累年平均降水量少的地区，干旱出现的机率大，往往因水分供给不足，导致群落衰微，矮小稀枯［11－12］。2􀆰2生态植被随着自然降水量的年际变化而变化自然降水量的多寡及其时空分布对植被生长的影响起着决定性的作用，当光热充足时，尤其明显。对于地处半湿润、半干旱地区，光照、热量条件又相对充足的聊城来说，更是如此。种植作物是生态系统中植被群落的组成部分，分析种植作物与自然降水量的关系，对于揭示生态系统的运行状况和演变过程可见一斑通过对聊城年降水量、所有粮食作物年平均单产历史资料的对比分析，发现在1971～2015年的45年中，存在趋势同步关系的有37年、占82􀆰2％（详见表1）；存在不同步、尚待进一步分析的有4年、占：8􀆰9％；不明显的有4年、占8􀆰9％。其中不同步的2002年，年降水量距平百分率是负值，而年相对产量距平百分率呈现为正值，是由于年降水距平百分率之绝对值不是太大，且该年降水分布时段与作物生长需水的阶段性规律相对比较协调的结果；存在不同步的1961、1979、1983和2004年，虽然年降水距平百分率是正值，但该年降水分布时段与作物生长需水的阶段性规律不甚协调，所以出现年相对产量距平百分率为负值的结局。

3聊城的生态系统的循环情况

为反映近年来聊城的生态状况，下面着重从农作物耗水与自然降水量的差异、1971年以来自然降水量的年际变化两方面进行讨论。3􀆰1现有产量水平下自然降水量已经远远不能满足的作物耗水量聊城地区近年来大力发展设施农业的同时，主要种植作物是以冬小麦和夏玉米为主粮食作物。冬小麦平均单产近20年（1996～2015）累年平均为5960􀆰6kg／hm2；夏玉米平均单产近20年累年平均为6055􀆰4kg／hm2。小麦的蒸腾系数为450～600、玉米的蒸腾系数为250～300；其经济系数：小麦为0􀆰3～0􀆰4、玉米为0􀆰25～0􀆰4。依此计算，冬小麦全生育期蒸腾需水近20年平均为670􀆰5～894􀆰0mm，近10年平均为1027􀆰6～1370􀆰1mm；夏玉米全生育期蒸腾需水近20年平均为378􀆰4～605􀆰5mm，近10年平均为499􀆰7～799􀆰5mm。据有关资料，冬小麦、夏玉米蒸腾需水约占其全生育期农田需水量的60％～70％。所以冬小麦全生育期农田需水量：近20年平均为957􀆰8～1489􀆰9mm；夏玉米全生育期农田需水量：近20年平均为540􀆰6～1009􀆰2mm。也就是说，依现有产量水平冬小麦全生育期农田需水量在957􀆰8mm以上，夏玉米全生育期农田需水量在540􀆰6mm以上。由于人多地少，现行耕作制度大多为一年两熟制，要保证作物的正常生长，每年必须有1498mm以上的自然降水才能满足作物农田的水分需求。然而，全市自然降水量累年（1971～2015年）平均只有568􀆰8mm。全市最少的莘县累年平均仅536􀆰0mm，全市最多的东阿累年平均也不过600􀆰8mm。自然降水量最少的1992年全市平均仅312􀆰7mm，临清为全市最少仅187􀆰2mm，东昌府区为全市最多也只有469􀆰1mm；自然降水最多的1971年全市平均795􀆰9mm，临清最少为689􀆰3mm，茌平县最多890􀆰7mm。1971～2015的45年中均不能满足现有生产水平1020mm左右的需水量，均存在数量不等的缺口水量。正常年份（自然降水距平百分率在±20％之间）全市平均降水量为456􀆰0～650􀆰0mm之间，只能满足作物生长正常需水量的30％～43％，缺口水量至少为570～680mm左右。遇到干旱年份时缺口水量则会更多。3􀆰2聊城1971～2015年的干旱出现频率按照现行气候评价标准，将年降水量距平百分率＜－20％的年份定为偏少年份。分析1971～2015年聊城45年降水资料，出现年降水量偏少年份有10年，分别是1972、1986、1988、1989、1995、1997、1999、2001和2002年。也就是说，20世纪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；进入90年代至今的25年中有6年，为4年1遇，且年降水最少的6年中有5年年均出现于此时间段。可见，干旱发生频率愈来愈高，干旱程度也愈来愈严重（详见表1）水利部门对聊城1999年全市用水情况统计结果为：总用水量146600万立方米，其中农业用水占总用水量的48􀆰5％、工业用水占总量的35􀆰5％、城市生活用水和农村人畜用水占10􀆰7％、城市生态用水占5􀆰3％。该年降水量全市平均为428􀆰0mm，较累年平均值（568􀆰8mm）偏少24􀆰8％。20世纪90年代以来，农业缺口水量的逐年增多和累积，再加之工业用水、生活用水、城市生态用水，致使对地下水源的开采和对地面河流的拦截更为严重。资料显示，1983年全市有机井2091眼，1994年已增至15804眼。其后果就是地下水位明显下降。至于拦截地面河流，其前景也不容乐观。曾经为聊城的发展繁荣带来勃勃生机的大运河，如今聊城境内的已干涸见底。

4合理开发云水优化生态确保聊城生态农业可持续发展

现在倍受关注、倍受重视，且已积极采用的自然生态改善措施有：退耕还林（草）、节水灌溉、废水利用等［16－17］。在采用这些措施的同时，还应该更加注重对空中云水的开发，即加大对人工降（增）雨的开发力度。此举不仅成本低、覆盖面大，而且在有利于植被生长之外不会产生任何显性的或者隐性的不利影响，又能有效地补给地面河溪水量和地下水源。因此在不至于造成灾害的前提下，人工增雨作业应该常年进行；一旦作业条件成熟，就要进行。要改变以往那种只有当旱象明显、灾情严重、不得不解燃眉之急时，才去作业的被动习惯［18－20］。通过人工增雨作业增加降水量，可以使地表和地下水得到有效补给；为今后聊城农业生产的安全实施及可持续发展创造良好的生态环境。因此，合理开发空中水资源、优化生态环境、促使生态系统的良性运行，是促进聊城农业持续发展的重要途径。

参考文献：

［1］刘冠凤．聊城市地表水环境问题及对策研究［D］．武汉理工大学，2012．

［2］李建君．聊城运河旅游资源开发研究［D］．扬州大学，2012．

［3］王蓓蓓．聊城城区水系景观规划构想与保护策略［D］．山东大学，2009．

［4］刘永．京杭大运河与聊城的兴衰［J］．南通大学学报（社会科学版），2008，01：17－20．

［5］李楠．聊城地区冬小麦干旱灾害评估［D］．南京信息工程大学，2015．

［6］冯海霞．聊城市水资源可持续利用研究［D］．山东师范大学，2002．

［7］陈永金，石浩鹏，尹芳海，等．聊城市生态农业模式与对策研究［J］．聊城大学学报（自然科学版），2012，02：56－65．

［8］孙培良，杨士恩，徐法彬，等．鲁西北平原农田土壤水分对小麦产量的影响［J］．作物杂志，2012，04：65－69．

［9］孙培良，衣霞，李又君，等．大气降水环境下玉米生长期旱涝频率及防御对策［J］．北华大学学报（自然科学版），2012，05：586－589．

［10］孙培良，刘顼，曹东浩，等．基于自然降水条件下的冬小麦生育期干旱频率及应对措施［J］．湖北农业科学，2012，20：4460－4462＋4469．

［11］孙培良，李又君，王云芳，等．聊城夏玉米生长期间旱涝情况分析［J］．浙江农业学报，2013，01：161－165．

［12］孙培良，徐法彬，杨士恩，等．聊城土壤水分年际变化规律研究［J］．中国农业气象，2009，S2：193－195．

［13］刘加珍，王军，朱海勇，等．聊城市河流生态系统服务功能价值评价［J］．临沂师范学院学报，2010，03：51－54．

［14］郭海英，董杰，段艺芳，等．聊城市旅游资源开发利用探讨［J］．聊城大学学报（自然科学版），2011，02：101－106.

作者:孙培良 杨士恩 邱东凤 王晓静 单位:山东省聊城市气象局