不同灌水技術下香梨地土面蒸發規律研究

劉洪波，白云崗，張江輝，張勝江，丁平

（新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊830049）

香梨作為新疆庫爾勒地區的特色支柱產業，由于受到干旱少雨，蒸散量大等特殊自然條件的限制，在水肥管理上存在著灌溉定額過大和高耗低效等問題。準確地測定香梨灌溉期棵間土面蒸發量及變化規律，對于香梨地采用科學的節水措施及制定合理的灌溉制度具有重要的意義。微型蒸發器（Microlysimeters，MLS）是測定土壤蒸發既簡單又非常有效的儀器［1］，國內外很多學者都曾利用微型蒸滲儀觀測土面蒸發［2－5］。王健等［6］利用大型稱重式蒸滲儀和小型棵間蒸發器的測定資料，研究了不同灌溉定額條件下夏玉米生長期間的逐日蒸發蒸騰和棵間蒸發過程，得出充分灌溉和非充分灌溉條件下棵間蒸發占蒸發蒸騰的比例與葉面積指數的相關系數分別達到0.85和0.77以上。高陽等［7］、劉鈺等［8］采用微型蒸滲儀測定了玉米、大豆不同間作模式下不同位置處的土面蒸發量，并研究了麥田與裸地土面蒸發強度的方法，分析了相對土面蒸發強度與土壤含水率及葉面積指數的關系。然而，關于庫爾勒地區香梨地土面蒸發規律的研究還很少，因此，對該地區進行土面蒸發的研究，探討在不同灌水技術下香梨地的水分消耗轉化關系是非常必要的。

本試驗針對庫爾勒地區的特殊氣候特征，通過對香梨地在不同灌水技術下土面蒸發量的測定，對香梨棵間土面蒸發規律進行了研究，為能準確估算農田土壤水分動態變化過程，制定合理的灌溉制度及采取針對性的節水措施，盡可能減少無效的棵間蒸發損失提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗條件

試驗地點位于新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理處重點灌溉試驗站。該試驗站位于庫爾勒市尉犁縣城30km處，地理坐標為北緯41°35′41″，東經86°10′20″，海拔892m，年降水量20～80mm，年蒸發量2 000～2 500mm；10℃以上積溫3 950～4 500℃，無霜期180～215d；濕潤度小于0.33，為純灌溉農業。作物生長季節干旱少雨，土壤為砂壤土，田間持水率16.8%，pH 值8.0，有機質含量12.52g／kg，全氮0.84g／kg，堿解氮58.69mg／kg，速效磷9.67mg／kg，速效鉀138.74mg／kg。

試驗于2012年3月開始進行，試驗區面積0.33hm2，試材為生長勢和樹體大小較為一致的11年生香梨樹，株行距為4m×6m，折合密度420株／hm2。

1.2 試驗設計

試驗采用地面3種微灌灌溉方式，灌水技術共設3個處理。微噴灌水處理是沿樹行東側布置1條毛管，毛管管徑為16mm，在正對每棵樹干1m處布置一個射程2m，流量40L／h的旋轉微噴頭。環管地表滴灌采用毛管16mm的滴灌管，滴頭間距30cm，滴頭流量3.2L／h。環管繞樹體一周，直徑為1.2m。小管出流采用4mm毛管，繞樹休四周布置4條小管，流量8L／h。3個處理的灌溉定額均為10 650 m3／hm2，灌水周期10d。

1.3 測定指標

1.3.1 土面蒸發 土面蒸發采用微型蒸滲儀直接測定。微型蒸滲儀采用PVC管制成，內徑10cm，深度20cm。為保證操作時不破壞附近土體結構，用內徑為12cm的PVC管做成外套，并固定于土壤中，且其表面與附近土壤持平。每個處理采用1個微型蒸滲儀，置于距香梨主根同一側50cm處。采用精度為0.1g的電子天平稱重，稱重后將其放回套筒中，每天在20點定時稱重1次，兩日稱重的差值為當日蒸發量。蒸滲儀中的土在每次灌水過后更換1次，換土時將蒸發器周圍土壤裝入內筒中。

1.3.2 土壤含水率 土壤含水量采用CNC-503D型中子儀定期監測。于每次灌水后測定土壤含水量。此外，在各個生育期選擇一個灌水周期進行連續測定，觀測不同處理0—20，20—40，40—60，60—80，80—100cm深度上的田間土壤含水率。

1.3.3 葉面積 每個處理選取3棵長勢均勻的香梨樹，每棵樹選取1個主枝，按枝的底部、中間和上部選取3個分枝，從展葉期開始，測量每個枝上葉片的長、寬和每個枝上的枝條數和葉片數以及主枝和整棵樹的枝條數，計算出該樹的葉面積

2 結果與分析

2.1 葉面積指數的變化

不同灌水技術處理葉面積指數變化如圖1所示。從圖1中可以看出，在香梨的整個生育期內，各處理葉面積指數表現出明顯增大的變化規律，其中在香梨開花及展葉期（4月8日至4月25日），各處理葉面積增長速度較快，小管處理的葉面積指數最大，環管次之，微噴最小，其葉面積指數（LAI）值分別為0.89，0.58和0.40。從香梨花期結束到坐果期末（7月8日），各處理的葉面積指數上升速度減慢，在果實膨大期（7月9日至8月10日）仍呈上升趨勢，上升幅度較小，在果實成熟期，香梨仍在進行生殖生長，且生長速度較快。在整個生育期中，小管處理的葉面積指數始終最大，環管居中，微噴最小，其LAI最大值分別是3.4，2.5和1.7。

圖1 不同灌水技術葉面積指數變化

2.2 土面蒸發的變化

圖2是不同灌水技術處理的土面蒸發逐日變化。從圖2可看出，各處理土面蒸發強度在香梨整個生育期內變化規律趨于一致。在抺芽期開始由于當地特殊的氣候條件，4月初化凍，土面蒸發很小，從花期開始各處理的土面蒸發呈現出先增大后減小的趨勢。隨著時間的推移，處理間日平均土面蒸發差值變大，各處理按整個生育期內平均土面蒸發強度高低排序為微噴＞小管＞環管，平均值分別為1.01，0.89，0.77mm。

圖2 不同灌水技術土面蒸發逐日變化

從累積土面蒸發量來看（圖3），在日序20d之前，各處理的累積土面蒸發值相差很小，20d之后逐漸增大，其中微噴處理的累積土面蒸發值明顯大于環管和小管處理，環管處理的累積土面蒸發值最小。環管、小管和微噴3種灌水技術處理的累積土面蒸發值分別為89.60，104.53和116.05mm。

圖3 不同灌水技術累積土面蒸發

不同灌水技術處理不同生育期的土面蒸發強度如表1所示。由表1可知，香梨從花期到果實成熟期的整個生育期內，各處理的土面蒸發強度均呈現先增大后減小的變化規律，且微噴處理的土面蒸發強度除在花期低于小管處理外，其他生育期均高于環管和小管處理，小管處理從坐果期到果實成熟期均高于環管處理。

表1 不同灌水技術各生育期土面蒸發強度

2.3 土壤表層含水量與土面蒸發的關系

通過自動氣象站的數據采集，利用聯合國糧食與農業組織（FAO）推薦的Penman—Monteith公式計算參考作物需水量ET0［9］。由于試驗田為砂壤土，但分層不均一，表層0—60cm為砂土，60—80cm為壤土，80—100cm為砂壤土，而土壤表層受光照及氣候影響最大，因此對香梨地在不同灌水技術下表層土壤0—20cm深度的相對土壤蒸發強度與含水量的關系進行分析。圖4表示環管處理在2次灌水周期內的田間相對土面蒸發強度E／ET0與表層0—20cm土壤含水量（x）的關系。從圖4中可看出，相對土面蒸發強度與0—20cm土層土壤含水量呈二次線性關系，說明相對土面蒸發強度隨著土壤含水量的增大而增大，且相關性極顯著，相關系數為0.951。

圖4 相對土面蒸發強度與土壤含水量的關系

同理，可得出小管和微噴處理的相對土面蒸發強度和10—20cm土層土壤含水量的關系。

（1）小管處理：

式中：y——相對土面蒸發強度（mm／d）；x——土壤含水量（cm3／cm3）。

（2）微噴處理：

式中：y——相對土面蒸發強度（mm／d）；x——土壤含水量（cm3／cm3）。

從圖4及式（1）—（2）可知，相對土面蒸發強度均隨土壤含水量的增加而增加。不同處理相比，微噴處理的相關系數最高，表明相關性最好，且相對土面蒸發強度在土壤含水量小于0.22時隨土壤含水量增加而增大的速率較小，當土壤含水量大于0.22時，相對土面蒸發強度隨含水量增加而增大的速率加大。

2.4 土面蒸發強度與土壤耗水強度的關系

表2為3種不同灌水處理在不同生育期內的土壤耗水強度。土壤耗水量是以上次觀測土壤貯水量加上本次灌水量減去本次貯水量計算得到，計算深度以中子儀測定100cm土層計算。土壤耗水強度是每個灌水周期內的土壤耗水量除以周期天數得到。可見，3種不同處理在生育期內的土壤耗水強度整體上呈現出明顯的先增大后減小的規律性，其中，在花期到坐果期的土壤耗水強度變化不大，從坐果期到成熟期3種不同處理的土壤耗水強度差異變化加大，且微噴處理的土壤耗強度始終最大，而環管和小管次之，但兩者相差很小。產生這種差異的原因可能是因為微噴的表層濕潤范圍大于環管和小管。

3種不同灌水技術處理的土面蒸發強度與土壤耗水強度之間呈顯著相關關系，其中環管處理呈極顯著相關關系，為0.971，小管和微噴的相關性稍差，為0.825和0.894。各處理的土面蒸發強度均隨著土壤耗水強度的增大而增大，降低而降低，二都之間呈冪函數關系，具體的回歸方程及土面蒸發強度占土壤耗水強度的比例如表3所示。

表2 不同灌水技術處理下各生育期耗水強度

表3 香梨生育期內土面蒸發強度與土壤耗水強度的關系

3 結論

香梨地土面蒸發的試驗研究結果表明，不同灌水技術處理雖然灌溉定額與灌水周期相同，但由于毛管布置方式不同，土壤含水量及土壤濕潤體產生差異，同時受陽光照射區域的影響表現出明顯的差異。各灌水技術處理在整個生育期的平均土面蒸發強度由大到小依次為微噴、小管和環管，其累積土面蒸發值分別為116.05，104.53和89.60mm。各處理棵間相對土面蒸發強度與表層0—20cm深度土壤含水量關系密切，3種不同處理均與0—20cm土層深度的土壤含水量相關關系顯著，不同處理相對土面蒸發強度均隨土壤含水量增加而增大，呈二次遞增規律，其中環管處理的相關性達到極顯著。3種灌水處理的土壤耗水強度在生育期內整體上呈現從大到小的變化規律，從花期到坐果期的土壤耗水強度變化不大，各處理的土壤耗水強度大小順序為微噴、環管和小管。微噴處理的土面蒸發強度與土壤耗水強度之間呈極顯著相關關系。各處理的土面蒸發強度均隨著土壤耗水強度的增大而增大，降低而降低，二者之間呈冪函數關系。由于該試驗項目剛開始進行，僅初步探明了其相互關系及基本特征，對不同的灌水方式下不同灌溉定額及不同灌溉制度下的相互關系仍需做進一步的試驗研究。

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