農業水資源氣候變化的影響
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1材料與方法
1.1資料來源
本文選取新安氣象站1979-2008年逐年的年、季平均氣溫，年、季降水量等資料和新安水文站近50年的水文資料；季節劃分采用氣象學標準：春季是3～5月，夏季是6～8月，秋季是9～11月，冬季是12月和次年1～2月。
1.2研究方法
研究主要采用回歸分析、趨勢線分析等方法。通過引入氣候傾向率和氣候趨勢系數來研究各要素的氣候傾向趨勢和變化幅度，并采用相關系數統計檢驗方法，檢驗氣候趨勢系數是否顯著。
2研究結果
2.1氣溫呈升高趨勢，干旱頻數增加
為新安縣1979-2008年的平均氣溫年際變化曲線圖。新安年平均氣溫是14.3℃。從圖1中可以看出，20世紀80年代初期平均氣溫最低，從80年代中期開始平均，氣溫在平均值以上的幾率越來越大，相對峰值和相對谷值都呈明顯升高趨勢；從90年代開始，干旱頻數增加，升溫劇烈。新安近30年來，氣溫呈顯著上升趨勢，擬合方程為y=0.046x+13.54，每10年升溫平均達0.46℃，相關系數為0.71，高于我國50年來0.22℃的平均每10年升溫水平。
2.2降水呈減少趨勢，干旱威脅嚴重
給出了新安縣1979-2008年降水量的變化序列。1979-2008年，新安年平均降水量為646.3mm，降水量總體趨勢是在波動中減少，每10年降水遞減傾向率為3.97mm，表現出干旱化趨勢。同時還明顯看出，氣候變暖后，年降水量振幅的相對變率比氣候變暖前有明顯的增加，表明隨著氣候的變暖新安年降水量變率增大，出現大旱大澇的可能性增加。就年代變化而言：80年代，新安降水量比較穩定，高于平均值34mm，為豐水期；90年代波動中急劇減少，低于平均值44mm，為嚴重干旱期；2000-2008年降水量比90年代有所增加，如果不考慮2003年的峰值，仍低于90年代的平均水平，其中，2003年的降水量是30年來最高，為嚴重洪澇年，使得每10年平均值增大，其他年度降水量仍相對較少，干旱威脅依然存在。
2.3蒸發量呈上升趨勢，水資源短缺問題更加嚴重
為新安縣近30年蒸發量年際變化曲線圖。由圖3可以看出，新安蒸發潛力存在穩定的上升趨勢，每10年線性遞增率為65.39mm。這與溫度升高蒸發量增加理論一致。溫度升高引起的蒸發量加大和農業用水量增加，使原本就存在的水資源短缺問題更加嚴重。
3.1氣溫變化對水資源的影響
氣溫作為氣候條件熱量指標對水資源的影響主要表現在：一是溫度升高使得地表附近的輻射、潛熱、顯熱和熱傳導增加，蒸發蒸騰量加大，蒸散強度提高，水的消耗量增加，造成水資源數量減少；二是氣溫升高改變了下墊面與近地層空氣之間的溫差，使降水形態發生變化。劉青蓁[5]的研究表明，氣溫每升高1℃，農業灌溉用水量就會增加10%，水文循環也隨之加強。王江山[6]通過對氣候數值模擬推算表明，若降水不變，氣溫升高4℃，則徑流量減少15%左右。也就是說，高溫與干旱最直接的影響是農業需水與用水增加，降水減少使水資源補給量減少的同時，農業灌溉用水次數增多，灌溉數量加大。面對需水加大和可用水資源減少的雙重壓力，水資源的虧缺程度得到進一步增加。
3.2降水變化對地表水的影響
大氣降水是地球淡水的唯一補給源，是影響水資源最直接的因素。以新安縣30年來地表徑流量和年降水資料做逐步回歸分析，顯著水平取0.01，經數據統計分析可得回歸方程：y=0.183x-10.12r=0.92（1）式中，y為年地表經流量，單位：m3；x為年降水量，單位：mm；r為相關系數。通過對1979-2008年新安降水量與地表徑流量的年際變化分析表明，年降水量變化與地表徑流量的變化規律非常一致，相關性達92%，年平均降水量每減少10%，地表徑流量便減少11.5%左右。
3.3降水變化對地下水資源的影響
新安地下水的形成與分布，主要受氣象、水文、地質、地貌等因素的影響。從近年新安地下水的變化趨勢看，呈大幅下降趨勢，與近年來新安降水的變化趨勢相一致。新安地下水補給來源主要是大氣降水和地表水，全縣平均地下水資源量為0.799億m3。對該地區30年來地下水和年降水資料做逐步回歸分析，顯著水平取0.05，經數據統計分析可得回歸方程：y=0.0012x+0.026r=0.89（2）式中，y為地下水資源量，單位：億m3；x為年降水量，單位：mm；r為相關系數。通過對1979-2008年新安降水量與地表徑流量的年際變化分析表明，年降水量變化與地下水資源量的變化規律非常一致，相關性達89%，年平均降水量每減少10%，地下水資源量便減少9.7%左右。
4對策與建議
新安縣位于我國黃土高原東南端,河南省西北部,黃河中游南岸，豫西黃土丘陵區。該區十年九旱，年均降雨量只有646.3mm，且70%的降雨集中在7~9月,年均蒸發量為1897.6mm，絕大部分村民生活靠雨水和季節泉水,水澆地面積不足4000hm2,90％的農田靠天等雨，糧食產量低而不穩，經濟效益低下，是典型的旱作農業區。為了更好地應對缺水少水的現實狀況，保障當地農業生產和生活用水，只能立足本區，在開源節流上下功夫。
4.1實施空中水資源開發戰略
每次降水過程中，大氣中的水汽通量只有小部分以自然降水的形式降落，大量水分并沒有以雨雪的形式落下。因此，可以選擇在適宜的云水條件下，人工播撒一定的催化劑促進水汽和云水向降水的轉化。以該地區現實狀況而言，只有開發空中水資源，實施人工增雨戰略工程，才有希望從根本上解決水資源短缺的危機。相比抽取江河水或地下水來說，人工增雨成本很低。2008年新安縣8次實施人工增雨，增加降水400萬余t，平均每噸水成本僅為0.001元。據河北省1995年測算，人工增雨投入與產出效益比為1∶30以上。北京市的數據顯示，增雨的投入產出比超過1∶90。事實上，我國的人工增雨雖然已經搞好了十幾年，但基本上只是作為一種抗旱減災的應急手段，未能上升到開發水資源的戰略層面。應當轉變觀念，把開發空中水資源作為一項水資源開發利用的長期機制，以解決水資料短缺這一關鍵性制約因素。
4.2建立節水的動機激勵機制
建立節水的動機激勵機制[7]就是利用水價政策激勵消費者自愿采取節水技術。所謂水價激勵機制就是將用水分成基本用水和奢侈用水兩部分收費。水費計算可由公式(3)表示：M=Q1P1+Q2P2（3）式中，M為綜合收費，Q1為基本用水量，P1為基本水價，Q2為奢侈用水量，P2為奢侈水價。合理確定Q1、P1和P2的值，就能很好的運用水價政策激勵消費者自愿節水。
4.3廣泛采用各種抗旱農技措施
4.3.1土壤培肥培肥土壤是農業調水的關鍵措施。增施有機肥，以改善土壤結構，提高土壤保水保肥性能，尤其是配方施肥，以滿足作物生長之需要，提高水肥的利用效率，達到抗御旱災的效果。
4.3.2地膜覆蓋地膜覆蓋能有效地阻隔土壤水分向大氣散發，提高土壤溫度，減少土壤鹽分。覆蓋地膜[8]可提高地溫2～4℃，增加耕層土壤水分1％～4％。
4.3.3秸稈覆蓋秸稈覆蓋具有改善土壤結構，蓄水保墑，增加降水入滲，提高土壤供水能力，抑制土壤蒸發，調節土壤水層等效應。采用秸稈覆蓋可使0～30cm的土壤層相對含水量提高3％～4％。
4.3.4早耕深耕深耕能加速雨水下滲到深層，減少蒸發，可打破犁底層，提高土壤蓄水保水能力。深耕30cm可保蓄130mm的水量。
4.3.5耙耱保墑耙地造成耕層上虛下實，利于保墑和作物出苗生長，鎮壓可使耕層變緊，壓碎坷垃，平整土面，防止水汽擴散，蓄水保墑。
4.4推廣降雨集存技術
4.4.1雨水匯集技術雨水匯集技術是利用自然和人工修建的集流面把降雨徑流收集到特定場所以備高效利用。不同的集水面材料集流效率不同，柏油路面為70％，混凝土硬化集流面為75％。
4.4.2雨水貯蓄技術雨水蓄存是指將匯流面匯集的雨水通過導流渠引入蓄水設施貯存。常用的蓄水設施有水窖、塘壩、水池等。
4.5推廣節水灌溉技術
4．5．1管道輸水輸水是農田灌溉的重要環節，傳統水渠輸水因滲漏、蒸發等造成水資源利用率低，且有渠道占地等缺點。采用管道輸水，水利用率可達97％～99％，比土渠輸水節水35％，比硬化渠道節水5％~l5％。
4．5．2噴灌噴灌就是利用噴灌機將水噴射到空中散成細小的水滴，像大氣降水一樣均勻地濕潤土壤。其優點是省水，不易產生深層滲漏和地表徑流，并可調節農田小氣候，具有明顯增產效果。據測定，噴灌水資源利用系數可達0.72～0.93，噴灌比渠灌節水60％。
4．5．3滴灌滴灌就是利用低壓塑料管道通過滴頭把水或化肥溶液逐滴均勻緩慢地滴入作物根區附近，并使土壤經常保持最優含水狀態，比噴灌省水1/2，比較適合丘陵山地。
4．5．4微噴灌微噴灌就是利用低壓管道以小的流量將水噴灑到土壤表面的方法。微噴灌一般比噴灌節水20％～30％。
4.6采用化學抑蒸技術
一是土壤結構改良劑。土壤結構改良劑具有與塑料地膜類似的抑制蒸騰保墑、增濕，促進土壤團粒結構形成，改良土壤的物理性狀，增加入滲，保持水分等作用。二是作物蒸騰抑制劑[9]。作物蒸騰抑制劑具有代謝、成膜、多功能高功效的特點。三是保水劑的應用。保水劑由強吸水性能高分子材料制成，具有吸水快、能力大、保水效果好、易被作物吸收利用的特點，能使土壤在降水后吸收相當于自身重量近1000倍的水，并且很難蒸發，但可被作物吸收。其使用方法有種子包衣、根部涂層和土壤施入等。
4.7山坡降水資源高效利用
由于山坡對降雨產生的徑流流速往往較高,坡面水流厚度相應較薄,降雨停止后坡面滯留水較少，相對入滲時間和入滲量也有限，即使滲入土壤中的水分也會大部分變為土內徑流而沿巖體或其他相對于表面疏松層而較為密實的弱透水層表層而很快從坡腳滲出。山坡降水資源開發利用一是依靠修筑水平梯田改變山坡的微地形[10]，對雨水資源就地利用極為有效。二是雨水異地利用[11]，通過一定的工程措施將坡面產生的徑流引向異地，既解決當地坡面的土壤沖刷問題,也使坡面的雨水資源得到有效開發，從而變害為利。三是植樹造林、涵養水源。林地比農田和荒地具有更高的蓄水能力。據測定[12]，林下2m深土層內含水量：櫟林每公頃為4966．7m3，山楊林每公頃為4233．7m3，刺槐林每公頃為2534．8m3，相當于253.5～496.7mm的降水量。另據測定[13]，林地土壤含水量為荒地的2.9倍。
4.8溝道水資源高效利用
降水經坡面地表徑流及土內滲流而匯入溝道后,將形成小流域洪水對溝床產生水力侵蝕。為防止和減輕這種侵蝕,最有效方法為開發利用小流域洪水資源，使其變害為利的手段就是在溝道內建設以蓄水為主,兼具削峰、攔沙功效的小型集流壩[8]和小型水庫。
4.9山泉溪流水資源高效利用
在淺山丘陵區，因巖層隙水、土壤滲水等形成的小山泉一般較多，開發利用具有一定的使用價值。對山泉溪流進行開發的形式主要有2種[14],一是“長藤結瓜”式，即先在泉水出露處建一小型蓄水池，之后埋管通往蓄水池或水窖；二是“渠道帶蛋”式，即先在泉水出露處建一小型蓄水池，之后埋管沿用水線路每到一用水地點即設置一蓄水池，再由此蓄水池的溢水口向下一蓄水池繼續埋管送水直至終點。
