近年我国对不同地区年内降水变化研究较多。降 水变化通常包含“降雨量”和“降雨结构”的变化^[1]。降 雨结构变化反映不同时段内降水量的分配，通常采用 各月、季占年降水量的百分比和距平百分率等表示^[2]。 冯国章等^[3]分别研究了水文时间序列的不均匀系数。 王纪军等^[2]研究了降水集中度、降水不均匀系数和调 节系数3 个从不同侧面反映降水量年内分布特征的 指标，发现3 个指标在不同时间尺度间具有明显的一 致性，在河南区域只应用月降水量就能反映降水的不 均匀性。20世纪90年代初就有学者通过多年气象资 料，研究新疆气温和降水的时空分布规律^[4]。近年也有学者借助卫星降水资料，根据研究区水汽来源方向和 地形走势探讨天山西部山区降水在垂直方向的分布 规律^[5]，或使用卫星结合雨量计的方法估算天山山区 逐月降水空间分布^[6]。戴新刚等^[7]还研究了近50 年新 疆温度降水配置演变和尺度特征。但把研究范围扩展 到与中国西北相邻、且地貌相似的中亚干旱区绿洲， 并将二者结合起来研究其降水、水热配合与现代农业 节水技术的还不多。

中国新疆、河西走廊及中亚等绿洲是亚洲中部干 旱区的精华^[8]，是一切经济、社会、文化活动的载体。古 代孕育了“丝绸之路”，如今又肩负着“建设新丝绸之 路经济带”的重任。本文将从研究亚洲中部干旱区“山 地-绿洲-荒漠”系统中不同子系统的降水年内分配 特点、水热配合入手，分析该区域绿洲农业的水资源 特点，采用兴建现代农业节水型工程体系及农业节水 技术体系增加水资源量，扩大耕地，发展农业生产，促 进社会稳定和发展。 1 材料与方法 1.1 材料来源

气象数据主要来自中国气象数据共享服务网，不 足部分通过网络、调查、内部资料等多种途径收集，另 外还与哈萨克斯坦国塔拉兹国立大学合作，进行联合 研究，开展互访、考察及共同发表论文^[9]，与本校俄语 系师生合作研究中亚有关资料。 1.2 研究方法

选择中亚及中国新疆、河西走廊、柴达木盆地等 有代表性地区，收集有关地区逐月降水量（mm）、月平 均气温（℃）等气象资料，计算、分析“山地-绿洲-荒漠 系统”各子系统不同季节降水量占全年的百分率，称 降水系数（本文着重探讨夏季、冬春季的降水系数）， 分析不同季节降水量、降水系数变化规律、产生原因 及与绿洲现代节水农业生产的关系^{[9, 10]}。

中亚区域选择塔什干、撒马尔罕、阿什塔拉、塔拉 兹、比什凯克绿洲等有代表性的地点作统计；新疆北 疆选择有代表性的乌鲁木齐、石河子、伊宁、塔城、阿 勒泰，南疆选择喀什、巴楚、莎车、阿克苏、和田等绿洲 作统计；河西走廊等选择敦煌、张掖、武威、额济纳、德 令哈、格尔木、银川等有代表性的绿洲进行比较。 2 结果与分析 2.1“山地-绿洲-荒漠系统”各子系统水、热资源分析

在研究区域内的“山地-绿洲-荒漠系统”中，从 平原到山区随着海拔升高，将产生空气上升、绝热降 温作用，导致降水增加，形成“山地-绿洲-荒漠系统” 不同部位水、热资源的差异。如图 1 荒漠中的东道海 子（年降水量137 mm）与山麓的乌鲁木齐（海拔850.8 m，年降水量247 mm），海拔每上升100 m降水量增加 27.45 mm；乌鲁木齐与山区的小渠子（年降水量634 mm）相比较，海拔每上升100m降水量增加30.98mm^[11]。 山区降水量最多区域在海拔3 000~4 000 m 范围，较 平原地区高数倍，达到一定高度后随海拔高度的再增 加降水量又逐渐减少^{[11, 12]}。玛纳斯河流域由石场、石河 子、莫索湾组成的“山地-绿洲-荒漠系统”的年降水量 曲线变化趋势也类似（见表 1）。

注释 图 1 天山中部降水量随高度分布示意图[11] Figure 1 Sketch map of rainfall distribution with the height in the middle of Tianshan Mountain[11]

图选项

表 1 “山地-绿洲-荒漠系统”各子系统不同季节降水量、降水系数比较 Table 1 Rainfall and precipitation coefficient among each subsystems of Mountain-Oasis-Desert system in different seasons

表选项

在“山地-绿洲-荒漠系统”内，热量资源变化与降 水量变化相反。荒漠区降水少、日照强，加上盆地聚 热、植被稀少、地面普遍是沙漠戈壁，所以白天气温 高、昼夜温差大；山前平原受盆地及沙漠增温效应影 响，气温较高^[13]；而山区降水多，日照相对较少、气温 较低。这种水、热资源变化对绿洲农业影响很大。 2.2 绿洲不同季节降水量、降水系数特点 2.2.1 绿洲不同季节降水量及降水系数差异、变化规律及其原因 2.2.1.1 绿洲不同季节降水量及降水系数差异及变化规律

中亚研究区域年均降水量313.22 mm，其中夏季 （在新疆6—9 月泛称绿洲地区的夏季^[13]）24.3 mm 属 旱季，降水系数8.07%，属水热配合强不同期型^[10]；河 西走廊等研究区域年均降水量110.6 mm，其中夏季79.8 mm 属当地的“雨季”，降水系数72.14%，属水热 配合强同期型；新疆处于过渡地带，北疆年均降水量 248.3 mm，夏季89.8 mm，降水系数36.70%，属水热配 合弱同期型^[10]，导致许多农业技术也表现出过渡。南 疆年均降水量48.5 mm，夏季30.3 mm，降水系数 62.28%，是亚洲中部干旱区内的“干旱区”。

冬春季则相反，中亚冬春季降水量248.5 mm，属 当地的雨季，降水系数72.06%；河西走廊等冬春季降 水量24.0 mm（其中冬季3.9 mm）属旱季，降水系数 21.34%；新疆处于二者之间，北疆冬春季降水量121.06 mm，降水系数21.42%。南疆冬春季降水量17.2 mm，降 水系数35.72%。 2.2.1.2 绿洲不同季节降水量及降水系数差异产生的原因

综合分析不同地区年降水量、不同季节降水量及 其降水系数值产生差异的主要原因，在于各地不同季 节受不同大气活动的作用。

（1）西风环流是亚欧大陆干旱区的基本大气活动， 大西洋的水汽给中亚及新疆带来降水。其中，中亚首 先接受水汽，降水最多，如撒马尔罕年降水量355 mm；新疆降水逐渐减少，如乌鲁木齐年降水量247.4 mm，往东至哈密降为34.9 mm，继续往东则降水作用 逐渐丧失。南疆因天山的阻滞降水量很少，但西风环 流仍然存在。

（2）夏季副热带高压作用。夏季从赤道流向两极 的气流，在地转偏力作用下趋于纬向，空气质量增加 形成高压带使空气下沉，导致夏季气候干旱、降水很 少，呈水热配合不同期现象。北半球主要在中亚、中 东、北非及美国西部等地^[14]。我国由于有青藏高原的 热力学作用，使亚洲中部干旱区东部的河西走廊等在 夏季不受副热带高压控制，新疆受少量影响^[15]。

（3）夏季东南季风带来的太平洋水汽在亚洲中部 干旱区的东部能正常形成降水，但越往西越少，如河 西走廊东部的武威年降水量165.0 mm，西部敦煌为 39.0 mm，再往西降水作用逐渐丧失。

冬季，中亚及新疆受西伯利亚冷空气作用，气温 低、降水量较多；河西走廊等地受蒙古-西伯利亚高压 控制，寒冷、干燥。春季天气活动频繁，降水增多、降水 系数增大。 2.2.2“山地-绿洲-荒漠系统”各子系统不同季节降水系数相似特征分析及其应用 2.2.2.1“山地-绿洲-荒漠系统”各子系统不同季节降水系数相似特征分析

亚洲中部干旱区“山地-绿洲-荒漠系统”内山地 降水较多，产生河流，成为绿洲的重要灌溉水来源，在 其滋润下山前平原或荒漠中原本为荒漠的地区形成 绿洲，灌溉水是绿洲农业的命脉。荒漠地区降水很少。

在中国干旱区的绿洲中，“山地-绿洲-荒漠系统” 各子系统在相同季节虽然降水量差异很大，但降水系 数却很相似（表 1）。如将表 1 中玛纳斯河流域的山区 石场与山前平原绿洲，石河子、石场与荒漠中的绿洲 莫索湾，以及石河子与莫索湾之间在春、夏、秋、冬季 的降水系数进行相关分析，相关系数r=0.992 3（n= 12），显著相关。又如表 1黑河流域的山区民乐^[16]与山前平原绿洲张掖，民乐与内蒙古荒漠中绿洲额济纳， 以及张掖与额济纳之间在春、夏、秋、冬季的降水系数 进行相关分析，相关系数r=0.998 5（n=12），也显著相 关。即在同一季节山前平原绿洲的降水系数与山地、 荒漠的降水系数很相似，故可用数据较易获得的山前 平原绿洲的降水系数来代表整个“山地-荒漠-绿洲 系统”的降水系数。

这种现象在中亚乌兹别克斯坦山前平原绿洲撒 马尔罕（海拔724 m，年降水355 mm）与同流域的卡 拉库姆沙漠中绿洲布哈拉（海拔400 m，年降水107 mm）之间也出现过，二者在春、夏、秋、冬季降水系数 的相关系数r=0.987 5（n=4），表明中亚地区也类似。 究其原因可能在于：一个地区（或流域）“山地-绿洲- 荒漠系统”的降水是由同一大气活动所致。 2.2.2.2“山地-绿洲-荒漠系统”各子系统不同季节降水系数相似特征的应用

由于山地年降水量多，如果在某季节降水系数 大，将形成该季节山地降水量多、河流水量大，即可以 用某季节降水系数大小来预测河流水量大小。

受山区不同季节降水量及冰雪融化量（冬季降 水）影响，河流不同季节的水量差异很大。例如中亚， 由于冬春季降水系数大（72.08%），且年降水量多，导 致春季山区降水量很大，而且与春季天气转暖后低山 丘陵区的大量积雪融化相叠加，河水水量激增，春洪 频发，因此当地需要修建防洪设施，有计划地兴建水 库贮存春洪，供干旱的夏季灌溉；另外，当地夏季降水 系数很小（8.07%），山区降水量不大，再加上高山冰雪 融化的水源，也只能起稳定河水水量作用，而不致成 洪灾^[12]，有时还有森林火灾。

新疆北疆石河子地区冬春季降水系数较大 （47.52%），故冬春季山区降水较多，加上天气转暖后 低山丘陵区的积雪融化，使河水增多，除贮存于水库、 用于春灌之外，有时也发生春洪；夏季降水系数也较 大（37.12%），山区降水多，加上高山大量的冰雪融化， 造成河水大增^[17]，除直接用于灌溉或大量贮存于水库 外，时有“雨雪混合型”洪水灾害，需制定防灾方案。南 疆地区因西风环流带来的水汽受天山阻滞年降水很 少，但夏季降水系数大（62.30%），使山区也有较大量 的降水，加上高山冰雪融化造成河水水量增加，为灌 溉和贮存于水库创造了条件，有时也发生局部性洪灾。

河西走廊山前平原绿洲张掖与中亚不同。虽然年 降水量只有131mm，但夏季降水系数很大（74.05%），导 致山区降水量多，加上高山冰雪融化，使河水水量大 增，为灌溉和水库贮水创造了条件，有时也引发洪灾。 2.3 中亚及中国新疆、河西走廊等干旱区绿洲农业发展对策

由于研究区域绿洲季节降水量不同，且“山地-绿 洲-荒漠系统”内各子系统降水量亦不同，再加上绿洲 地区水资源有限与人口持续发展的矛盾，决定了现代 节水型水利工程体系及农业节水技术体系是人们利 用科学技术、人力物力投入，提高水资源利用率及效 益，适应社会发展需要的有效手段^{[12, 18]}，不同时代有其 特点。目前，在河流水量相对稳定、人口压力越来越 大，而土地资源又相对宽松的形势下，有计划、有选择 地兴建绿洲现代节水型水利工程，提高河水资源利用 率扩大耕地面积，是将绿洲农业发展到更高水平的首 选（当然也必须重视农业节水技术）。尤其是在人均耕 地少的新疆南疆地区，实施现代节水型水利工程增加 水资源量进而提高人均耕地、发展农业生产，也是一 种大范围的“科技扶贫”途径。现代节水工程既能增加 农业灌溉水资源，还可避免传统农业常引发土壤次生 盐渍化危害，收到“一举两得”效果。 2.3.1 有计划地兴建绿洲现代节水型水利工程、增加水资源量

现以实施效果很好的兵团石河子市为例，分析绿 洲现代节水型水利工程体系的作用。 2.3.1.1 有计划地修建山区水库是水利工程现代化的必然趋势

山区不同季节的降水量差异很大，加上山区在高 温时节冰雪融化使河水流量增加^[13]，必须用修建水库 的方法来协调河水水量与农作物需水时间的不吻合。 新疆解放前只有平原水库4 座，到20 世纪80 年代后 期达2 000 多座，耕地面积大幅度增长，绿洲农业跃 上新台阶。平原水库是时代的产物，水资源利用率低 （60%左右），且占用大量土地，引发周边土地次生盐 渍化危害和河流水势能的浪费，因此，在有条件的地 方修建山区水库替代部分平原水库是水利工程现代 化的必然趋势。目前新疆已建成山区水库5 座，如石 河子地区玛纳斯河干流上的肯斯瓦特大型山区水利 枢纽工程，坝高129.4 m，库容1.88×10⁸ m³，可为21.1× 10⁴ hm²耕地提供灌溉，水电站装机容量100 MW，集 防洪、水产养殖、旅游为一体^[19]，2014 年建成后将淘汰 部分效率低、副作用大的平原水库，成为节约水资源、 扩大耕地面积、改善生态环境的有效途径。 2.3.1.2 渠道防渗是现代水利工程建设的另一方向

据1995 年新疆自治区环境保护研究所与德国柏林大学在石河子市147团农场用氢同位素氚（³H）研究 结果显示，土渠输水的渠道渗漏量占地下潜水补给量 的39.9%^[20]。用塑料膜、水泥防渗各级渠道较土渠可 节水15%~20%，并且占地少、便于维护、具有防止渠 道两侧土地次生盐渍化危害的良好效果。目前石河子 市农场的支渠、斗渠已基本防渗，成为增加水资源量、 减轻土地次生盐渍化危害、实施盐渍化弃耕地生态重 建、增加耕地、改善生态环境的有效途径^[21]。 2.3.1.3 节水滴灌潜力巨大

节水滴灌较大水漫灌可节水30%左右，尤其是膜 下滴灌，将地膜技术与滴灌技术结合，较常规灌溉更 节水50%左右、棉花增产15%~25%、肥料利用率提高 15%、人均管理定额提高3~4 倍^[22]，也有益于改良次 生盐渍化土地，进一步扩大耕地面积。自20 世纪末兵 团农场推广滴灌技术以来，目前大田作物、瓜果蔬菜、 果树、林木种植等正全面推行。如兵团石河子市2013 年89%的农作物实施滴灌，在玛纳斯河年径流量变化 不大的情况下，节约出来的水资源按“以水定地”原则 扩大耕地面积2.8万hm²（与2003年相比），增幅15%， 且棉、粮、草（苜蓿）、加工番茄、葡萄、速生杨用材林等 单产提高，效益上升，种植业结构逐步优化；居民区绿 化等面积也大幅增加，职工收入增加，生态环境改善， 显示出节水滴灌技术良好的经济、社会、生态效益。 2.3.1.4 有计划开发地下水是绿洲地面水资源的有效补充

石河子市20 世纪八九十年代主要在地下水资源 较丰富的泉水溢出带、冲积平原等地貌部位开采地下 水，既增加水资源，也降低地下水位改良次生盐渍化 弃耕地。如地处玛纳斯河河畔的147 团农场，1965 年 因土壤次生盐渍化危害，耕地只有0.81 万hm²，20 世 纪80年代后期集中打井108口，实施“井灌井排”、“渠 系防渗”等措施，1990 年耕地增加到0.94 万hm²，增 幅16.1%，效果很好。将机井与滴灌配合，更节水、省 能源，更有利于次生盐渍化弃耕地的生态重建^[21]。另 外，城市及工业采用地下水，水质好、水量稳定，效益 较农业更高。

根据新疆（含兵团）统计年鉴资料，1949 年新疆 有耕地1 209.70×10³ hm²，由于大力发展常规水利建 设等多种原因，到1965 年耕地面积快速增长到 3 464.72×10³ hm²。以后水工建设没有新突破，直到 1985 年仍只有3 082.52×10³ hm²，20 年间变化不大。 20 世纪末开始较快地发展现代节水型水工建设，耕 地面积又开始增长，2010 年达到4 124.5×10³ hm²，较 25 年前的1985 年增长33.8%，势头还在继续，绿洲农 业进入新发展阶段。 2.3.2 不同地区需要建立相应的农业节水技术体系

解决干旱区农业的水资源问题是系统工程，既要 合理利用河流进行合理灌溉，也要充分利用绿洲地区 的降水，形成农业节水技术系统。 2.3.2.1 建立适合地区的灌溉模式

经调查，中亚地区绿洲的灌溉模式：秋季采用深 耕或深松等土壤耕作技术充分发挥土壤储水功能^[23]， 将冬、春季217.9 mm 的降水尽可能多地储存在土壤 中，供作物春季及初夏应用，夏季实施节水滴灌^[10]；河 西走廊可在充分利用夏季79.8 mm 降水的基础上实 施滴灌，尤其是采用春麦套种玉米、“一水两用”模式， 减少作物灌水量；新疆北疆绿洲地区在实施膜下滴灌 的基础上，注意秋耕保储冬、春季降水，补充春播作物 底墒，减少灌水量，春季、夏季实施节水滴灌；南疆绿 洲应全面实施膜下滴灌技术，高效利用水资源。 2.3.2.2 优化作物种植结构，充分利用水资源

良好的作物种植结构既能用好灌溉水也可充分 利用农区降水，是用生物适应环境提高水资源效率成 本低廉的有效办法。中亚中部及北部国家历来重视种 植小麦、饲用大麦、苜蓿（苜蓿草产量以第一茬为主） 等夏熟作物，充分利用秋、冬、春季降水。如吉尔吉斯 斯坦国的比什凯克、哈萨克斯坦国中部及北部地区， 夏熟作物普遍占农作物80%或更多，其余作物中甜菜 比重较大（甜菜在早春播种，对冬、春降水也能较好利 用）；纬度偏南、热量较好的吉尔吉斯斯坦国奥什州， 南哈萨克斯坦州等地区虽然实行棉花-苜蓿轮作，但 小麦比重仍较大。中亚南部国家乌兹别克斯坦国、土 库曼斯坦国等纬度更低，热量资源丰富，棉花-苜蓿轮 作、小麦复种玉米、瓜果等比例都较大，既利用土壤耕 作技术充分储纳冬、春季降水^[10]，也注意了夏季灌溉。

新疆北疆地区各季节降水系数比较均匀，河水 春、夏季多，在热量较差的北部地区以夏熟作物为主、 秋熟作物也占一定比重；南部地区热量条件较好，棉 花、葡萄等经济作物种植较多，效益好。北疆地区普遍 重视秋耕，尤其是兵团农场还结合秋耕进行秸秆（棉 秆、西红柿秆、油葵秆等）还田加化肥作底肥，增加土 壤养分及有机质，储纳冬春降水减少春灌用水量。南 疆地区热量资源丰富、夏季河水量大，主要采用棉花、 小麦复种玉米（或小麦套种玉米）及瓜果种植模式。20 世纪90年代以来，在塔克拉玛干沙漠周边绿洲，将风 沙危害较重的棉田改种抗风沙及抗旱力较强的红枣，取得优质、高产、高效、环保效果^[24]。

河西走廊绿洲80%左右采用春麦套种制种杂交 玉米种植模式，既利用了夏季的降水，也能发挥秋季 降水稀少、日照充足、玉米种子质量高、经济效益好的 优势，同时，种植春麦还避开了冬季的寒冷、干燥气候 对作物越冬的不利影响。 2.3.3 加强环境建设，促进绿洲农业可持续发展

绿洲地区自然条件严酷，风沙、盐碱、洪灾等时有 发生，应有针对性地加强环境建设。沙漠区域应充分 利用天然降水维护天然旱生植被（如古尔班通古特沙 漠年降水量100 mm 左右，梭梭、沙拐枣、沙芒草等生 长良好），实施禁牧、禁樵采、人工育苗梭梭补栽等措 施。目前古尔班通古特沙漠20 世纪六七十年代遭破 坏的荒漠植被已基本恢复，风沙流动危害减轻。山前 平原绿洲是经济、社会活动的主体区域，应加强环境 保护避免污染。山区是河流的发源地，应加强草地、森 林植被保护，维护水源。

20 世纪80 年代以来，新疆广泛采用了地膜覆盖 种植技术，促进了棉花等的优质、高产、高效。但不注 意残膜清理回收，土壤“白色污染”日益显现，目前少 数田块已出现危害，需从政策、回收机械等方面加强 工作，实现绿洲农业的可持续发展。 3 讨论

新疆南疆地区是亚洲中部干旱区内的“干旱区”， 加上人多地少矛盾，和田地区2008 年人均耕地927 m²，还在持续减少，原因错综复杂。为此，应从多方面 解决，其中有针对性地加大投入、兴建绿洲现代节水 型工程体系，提高水资源利用率及效益，以大幅度增 加水资源量为一种突破口，发挥水资源的社会功能， 增加老灌区人均耕地、建设新农场，为当地脱贫和社 会稳定搭建平台，也是办法之一。如2004年和田乌鲁 瓦提山区水库建成后，既增加了该区域老灌区的人均 耕地，也新建了224 团农场（耕地1.4×10⁴ hm²），经济 发展、收入增加、生态环境改善，为促进社会发展与稳 定打下基础^[25]。

从水、热资源角度看，中国绿洲农区虽然年降水 量不多，但夏季降水系数大带来山区降水多，河流水 量较稳定，水资源利用效率高、灾害较少；加上夏季热 量较高而不酷热、日照充足，“光、温、水、土耦合效应” 突出，适宜多种农作物，尤其适宜棉花、加工番茄、啤 酒花、瓜果等作物的优质、高产、高效生产，是中国农 业中的“奇葩”^[13]，也属世界绿洲农业中的“佼佼者”。 为此，南疆地区在发挥种植业优势基础上，还需发展 相应的工业产业（如纺织、农产品深加工等），建设现 代农业，进一步发挥绿洲优势，全面实现脱贫、致富、 社会发展。 4 结论

（1）中国新疆、河西走廊及中亚等不同区域绿洲 受到不同大气活动作用：中亚首先接受西风环流带来 的水汽，山前平原绿洲年均降水量313.22 mm，但夏 季却受副热带高压控制，干旱少雨，降水只有24.3 mm，降水系数8.07%；冬春季则相反，降水248.5 mm， 降水系数72.08%，水热配合强不同期。河西走廊等绿 洲虽然年均降水量110.6 mm，但夏季无副热带高压 影响，太平洋季风带来降水79.8 mm，降水系数 72.14%，水热配合同期；冬春季相反，降水只有24.0 mm（冬季3.9 mm），属旱季，降水系数21.34%。新疆处 于过渡地带。

（2）“山地- 绿洲-荒漠系统”内各子系统的降水系 数在同一季节很近似，相关性显著，可用绿洲子系统 的降水系数来表示山地子系统的降水系数，从而推算 出发源于山地的河流流量变化特征，为农业生产、水 利建设服务。

（3）根据上述特点，各地需有相应的“内涵”节水 措施。尤其是新疆南疆地区，更应依靠现代科学技术、 增加投入，有计划、有选择地兴建绿洲现代节水型水 利工程，增加水资源量，进而扩大耕地，提高人均耕地 面积，发展农业生产；采用相应的作物种植结构、实施 相应灌溉模式、优化土壤耕作技术及地膜覆盖技术等 农业节水技术体系，走水资源“内涵”式发展途径，将 绿洲农业发展到更高水平，促进新疆发展、稳定。