不同灌水定額下北疆地區滴灌打瓜耗水規律的研究

艾鵬睿，趙經華，馬英杰，黃紅建，陶洪飛，楊 磊(.新疆農業大學水利與土木工程學院，烏魯木齊 83005；.新疆阿勒泰地區水利管理處， 新疆 阿勒泰 836500)

新疆地處于歐亞大陸腹地，常年干旱少雨，是典型的干旱半干旱地區，其經濟來源以農業為主。由于該地區經濟發展較為落后，農業是典型的灌溉農業區，造成水資源供需緊張，供需矛盾日益突出，經濟增長受限嚴重。為保證經濟發展速度，減少農業用水，促進節水灌溉勢在必行。

打瓜，又稱籽瓜，是西瓜的一種，營養價值較高。由于其對環境有良好的耐瘠薄、耐干旱性，所以成為新疆的主要經濟作物之一，其種植面積已經達到20萬hm2[1]。但由于新疆地處于歐亞大陸腹地，常年干旱少雨。因此，打瓜生產受水資源緊缺限制嚴重。故發展節水灌溉，分析打瓜耗水規律具有重要意義。打瓜耗水量是由產量和灌水量所決定的，在保持或盡可能提高產量的前提下，降低灌水量是節水技術的重要發展方向。為了降低灌水量，需要了解打瓜各時段的耗水特性及其產量之間的關系。近些年來對作物耗水過程的研究，正日益受到國內外結果灌溉研究者的重視[2,3]。而新疆地區同樣對作物耗水規律研究頗多，程裕偉等對滴灌條件下春小麥的耗水規律進行詳細的探究[4]；劉虎等對青貯玉米需水量與需水規律進行詳細的研究[5]；王振華等對棉花土壤耗水變化特征進行的研究[6]。這些研究雖然取得了較好的研究成果，但其研究多關注于大田作物，而對于瓜果類，尤其是打瓜耗水規律研究基本為空白。因此對不同灌水定額下打瓜耗水規律尚需系統的定量進行測試分析。

有研究表明[7-9]，瓜果類作物對水分的敏感期主要在開花坐果期和果實膨大前中期。瓜果在這兩個生育期的生長發育都對產量有著顯著的影響，而其他生育期則對產量影響程度較小。因此可著重對這兩個生育期進行灌溉，以保證植株的良好生長，增加產量。同時分析其耗水規律，并對該時期耗水量進行系統的定量測試分析，以探究新疆地區瓜果類在生育期的耗水規律。這樣既可以保證保證植株的良好生長，降低試驗成本及人力物力的浪費。

本試驗利用TRIME-IPH土壤剖面含水量測量系統對不同灌水定額下打瓜在開花坐果期和果實膨大前中期耗水規律進行分析研究，旨在為打瓜的節水灌溉技術提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地條件

灌溉試驗站位于新疆阿勒泰地區福?？h。地理位置為：東經87°35′58″；北緯47°01′22″；海拔約為445 m。試驗地土壤知底經測定：多為礫石沙土，質地較差。其中土壤干密度為1.56～1.70 g/cm3、田間持水率為12%～26%、有機質含量為0.213%、全氮為0.027%、速效氮為19.5×10-6、速效磷為9.0×10-6、 速效鉀為92.4×10-6。依據新疆生產建設兵團耕地土壤研發分分級標準評價[10]，該土壤質地屬于極低量級，容易影響作物產量，使產量偏低。

1.2 試驗設計

打瓜供試采用周邊地區常用品種——黑大片。試驗采用滴灌灌溉，人工播種方式，設株距為25 cm，行距為(40+80)cm，其結果如圖1所示。依據前人研究成果[1,11]和當地瓜農經驗表明：開花坐果期和果實膨大前中期大致時間在7月上旬至8月上旬左右。故灌水時間主要在該時間進行灌溉。為保證試驗具有較好的涵蓋性，本試驗共設置6個由小到大的灌水處理(T1：225 m3/hm2；T2： 300 m3/hm2；T3： 375 m3/hm2；T4：450 m3/hm2；T5： 525 m3/hm2；T6：600 m3/hm2)。其中小區長42 m，寬7.2 m，面積為302.4 m2，折合0.030 24 hm2。依據灌排試驗規范，保證試驗結果精準程度，減少人為及其他不可預知因素所產生的誤差。每個處理分別設置3個重復，小區采取隨機排列方式,共計設置18個灌水小區。試驗于5月20日播種開始，9月5日收獲結束，各處理灌溉制度設計見表1 。

圖1 打瓜灌溉布置形式(單位：cm)

表1 打瓜滴灌水分高效利用試驗設計 m3/hm2

1.3 參數測定方法

(1)土壤水分測定方法：在打瓜行向兩側各布置若干TRIME管， TRIME管分別距植株20 cm。采用TRIME-IPH土壤剖面含水量測量系統對不同深度土壤水分狀況進行監測。垂直深度每隔20 cm測一個含水率，測量深度60 cm。

(2)測定時間：選定每次灌水前和灌水后隔1 d各進行1次測量。灌水后隔1 d進行測量由于滴灌灌水周期較長，一般為下午灌溉完成。但為保證灌溉后水分充分下滲濕潤，需要等待一段時間后方可進行測定。因此選擇灌水后隔1 d進行測定土壤含水量。

(3)作物耗水量測定：根據水量平衡原理計算打瓜各時段的耗水量[12]，可以用下式表示：

ET=W0-Wt+P0+M+K-S

(1)

式中：ET為時段t內作物的耗水量，mm；W0、Wt為時段初和任一時間t的土壤計劃濕潤層內的儲水量，mm；P0為土壤計劃濕潤層內保存的有效水量，mm；M為時段t內的灌水量，mm；K為時段t內的地下水補給量，mm；S為時段t內的深層滲漏量，mm[12]。

對該地區地下水位進行取樣測量，發現該地區地下水位較深，均為6 m以下，因此忽略地下水補給(即K=0)。

(4)階段水分利用效率WUE階：水分利用效率是指作物消耗單位水量所制造的干物質量[13]，計算公式見(2)。但公式中所用耗水量為作物全生育期耗水，本試驗無法計算出全生育期耗水量，但可以計算出階段耗水量，故用階段耗水量代替全生育期耗水量，所求出水分利用效率稱為階段水分利用效率WUE階。

WUE=Y/ET

(2)

式中：WUE為作物水分利用率，kg/(hm2·mm)；Y為作物產量，kg/hm2；ET為作物全生育期耗水，mm。

(5)土壤水分消退指數：土壤水分消退指數主要與氣象、作物、土壤等條件有關，可以反映出土壤含水率消退的變化規律，其計算公式見下式。

k=ln [(Wm-P)/Wn]/(tn-tm)

(3)

式中：k為土壤水分消退指數；Wm、Wn分別為第m日和n日的土壤貯水量；tm、tn分別為日期。

(6)作物產量：待打瓜成熟后，分別取各小區打瓜籽重量進行測產，然后采用同倍比放大法折合成每公頃產量，作為最終產量。

2 結果與分析

2.1 不同灌水處理下打瓜各生育期階段耗水模數

依據水量平衡原理(1.3節)，計算出打瓜7月1日-8月10日植株耗水量，并按各生育期進行匯總，最終得到打瓜開花坐果前、中、后期和果實膨大前、中期累計耗水量及平均耗水量，計算結果見表2。

表2 打瓜各時段耗水模數

注：CA為耗水量；CP為耗水模系數；CD為耗水強度。

由表2容易發現，當灌水量從T1處理(225 m3/hm2)上升到T4處理(450 m3/hm2)時，作物耗水量從151 mm上升到了211 mm。灌水量增加幅度為100%，作物耗水量增加幅度為43%，耗水量增加幅度較為明顯。說明灌水量顯著影響作物耗水量，且耗水量隨灌水量增加而變大。當灌水量從T4處理(450 m3/hm2)上升到T6處理(600 m3/hm2)時，灌水量增加幅度為33%，而作物耗水量則變化幅度較小，耗水量為 199～211 mm左右。說明當灌水量增加到一定程度時，灌水量的增加將不影響作物耗水量，甚至有可能限制耗水量的增加。分析認為：灌水量影響作物耗水量，當灌水量較小，也會引起植物水勢和膨壓降低等，干擾植物正常代謝機能，造成作物耗水量較小。但當灌水量大于450 m3/hm2時，會造成土壤含水量過多或過高，同時促進大氣濕度引起植物體內水分失衡，進而影響作物的生長發育、產量及產品品質等情況[14,15]。

由表2還可以發現，各處理作物耗水模數總體變化趨勢相似，但各生育期作物耗水模數差異顯著。比較各生育期作物耗水模數，其大小依次為開花坐果前期(31%)>開花坐果中期(29%)>開花坐果后期(20%)>果實膨大中期(12%)>果實膨大前期(7%)。由此可見打瓜各生育期耗水量波動及規律非常明顯。但在正常情況下[15-17]，打瓜在開花坐果期生殖器官逐漸發育，且由少到多。因此作物消耗水量應呈上升趨勢，到果實膨大期，耗水量雖有減少，但減少幅度較小。而實際所測數據為開花坐果前期>中期>后期，果實膨大前期突然耗水量急劇減少，而到了中期開始增大。這與正常情況不相符合。分析認為：可能有兩種情況造成該現象。①由氣象資料可知，該地區在7月6日前后發生暴雨天氣，降水量較大，造成土壤含水率增幅明顯。土壤含水率增加會促進作物耗水量增加，以至于開花坐果前期耗水量最大，而到了中后期，土壤水分含量逐漸恢復正常，作物耗水量也隨之減少。②根據該地區土質情況認為，該情況有可能是由于土地較為貧瘠所造成的。因為作物在經歷某時期后后會消耗養分過多，而該土地較為貧瘠，無法充分供給。因此作物需要進行一段時間的“休養”，方可重新供給養分。由此，為驗證上述兩種情況是否正確，需要對打瓜日均耗水量進行詳細分析。

2.2 不同灌水處理下打瓜日均耗水量

由圖2可以看出，日均耗水量出現兩個峰值，兩個谷值。第一峰值出現在7月12日前后，各處理日均耗水量在7.44～9.36 mm之間變化。第二個峰值出現在7月21日前后，各處理日均耗水量在3.8～8.02 mm之間變化。第一谷值出現7月17日前后，各處理日均耗水量在2.54～3.85 mm之間變化。第二谷值出現7月29日前后，各處理日均耗水量在0.69～1.64 mm之間變化。因此打瓜耗水量上下波動較為頻繁，且總體呈下降趨勢。因此表明谷值所產生是由于作物進行“休養”所導致，試驗出現異常現象是土地較為貧瘠所引起的。而兩個峰值耗水量差幅明顯，且各處理在該時間耗水量大小順序類似，所以不是由于降雨所引起的異?，F象。故在打瓜開花坐果期和果實膨大期應注意保證作物水分補充，防止因灌水量不足而造成的減產，同時也應注意土壤肥力，在該時期應保證養分供給，增加產量。

由圖2還可以發現，總體上打瓜各處理日均耗水規律相同。比較各處理耗水量發現：日耗水量出現最大峰值時，各處理差幅最大；日耗水量出現最低谷值時，耗水量差幅最小。說明增加灌水量，主要對作物耗水量較大或水分敏感程度較高時影響顯著；而對耗水量較小或水分敏感程度較差時，影響程度較小。因此在進行節水灌溉研究時，可對耗水量較大或水分敏感程度較高的生育期進行灌溉，其他生育期可減少灌溉量或者不進行灌溉。

2.3 不同灌水處理下打瓜土壤水分消退指數

依據土壤水分消退指數計算公式(2)，計算出打瓜各處理土壤水分消退指數。其計算結果如圖3所示。

圖2 不同灌水處理下打瓜日均耗水量變化趨勢

圖3 不同灌水處理下土壤水分消退指數變化趨勢

由圖3可以看出：各處理土壤水分消退指數變化趨勢相同，數值在0.015～0.254之間波動，其中最大值出現在T4處理的7月12日前后。對比土壤水分消退指數兩個峰值發現，在該時期各處理大小規律基本相同。而其他時期，大小規律明顯程度較差。但總體上均呈現先增大后減少的趨勢。分析認為：該情況是由于作物各時期對水分的敏感程度不同所致[18-20]。在兩個峰值時期對水分敏感程度類似，造成各處理大小規律基本相同。而其他時間，水分的敏感程度差距明顯，造成大小規律明顯程度各不相同。

2.4 不同灌水處理下打瓜的產量

對作物產量進行匯總后，計算出階段水分利用效率，并利用LSD法進行檢驗，其結果如表3所示。由表3可以看出。T1～T4處理作物產量增加顯著， T4～T6處理作物產量差幅不明顯。說明當水量達到450 m3/hm2時，灌水量的增加不會促進產量的增加。耗水量與作物產量變化趨勢類似，對兩者進行相關分析，相關系數為0.85，達到顯著相關。說明耗水量與作物產量有著很好的相關關系。而階段水分利用率，除T1處理外其變化趨勢也與作物產量類似。T1處理出現反常原因可能為，當灌水量較小時，作物會產生應激保護情況，用于保護部分果實的生長發育，致使水分利用率出現反常。

表3 不同灌水定額下紅棗打瓜產量

3 結 語

(1)試驗說明：作物耗水量與作物產量有著很好的相關性，研究作物耗水規律可以為節水灌溉技術提供很好理論指導依據。但是當灌水量較小時，會出現反常現象，其原因是因為作物會產生應激保護情況，用于保護部分果實的生長發育，致使出現反常。

(2)打瓜開花坐果期和果實膨大前中期耗水規律為：開花坐果后期(31%)>開花坐果中期(28%)>開花坐果前期(20%)>果實膨大中期(14%)>果實膨大前期(7%)。但在土地貧瘠的情況下，作物耗水規律有可能出現“休養”情況，即作物耗水突然出現數值較低情況，其原因為作物在前一時段消耗養分過多，造成作物養分缺失，需進行“休養”，補充養分。因此在打瓜開花坐果期和果實膨大期應注意對作物進行水分與養分的補給。以增加作物產量，提高產品品質等。

(3)試驗結果表明：作物灌水需求程度，主要由該時期作物對水分敏感程度所決定。由試驗可知，當水分敏感程度較大時，各灌水處理日耗水量差距顯著。當水分敏感程度較差時，各灌水處理日耗水量差距較小。同時作物各生育期水分敏感程度不同，會引起各生育期最佳灌水定額不同。因此在以后的試驗中，可能需要對各生育期進行定量分析，以探究各生育期單獨的最佳灌水定額。

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