黃土高原區(qū)山地滴灌棗樹耗水規(guī)律與作物系數(shù)探究

楊凱

摘 要 為探明黃土高原區(qū)滴管條件下山地棗樹的耗水規(guī)律，研究了不同保墑條件下，不同灌水量、不同灌水次數(shù)對(duì)棗樹耗水量及作物系數(shù)的影響。結(jié)果表明，耗水量和作物系數(shù)均隨灌水定額和灌水次數(shù)的增加而增大；棗樹生育期（5月10日—10月10日）內(nèi)，耗水量和作物系數(shù)的大小因灌水條件和覆蓋條件的不同而改變，耗水量在542.2～910.1 mm變化，平均為696.3 mm；各處理萌芽展葉期、開花著果期、果實(shí)膨大期、果實(shí)成熟期的作物系數(shù)均值分別為0.47、0.65、1.15、1.13；不同保墑條件下，秸稈覆蓋節(jié)水效果顯著，較地膜覆蓋和裸地的總耗水量分別降低2.1%和4.6%。

關(guān)鍵詞 滴灌；棗樹；耗水規(guī)律；作物系數(shù)

中圖分類號(hào)：S275.6；S665.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.27.069

滴灌是目前廣泛使用的微灌技術(shù)之一，具有節(jié)水與保墑的雙重效果，對(duì)棗樹滴灌的耗水及作物系數(shù)研究是確定合理的灌溉制度以及優(yōu)化灌溉模式的依據(jù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)果樹的需水、耗水規(guī)律進(jìn)行了大量研究[1-2]。以色列在沙漠地區(qū)進(jìn)行的灌溉試驗(yàn)表明，滴灌對(duì)玉米、西紅柿、棉花的節(jié)水增產(chǎn)效果明顯[3]。Bacon等[4]研究表明，滴灌可以促進(jìn)蘋果根系及枝葉的生長(zhǎng)發(fā)育，并且在不滿足灌溉蘋果全部根系的情況下獲得節(jié)水增產(chǎn)的效果。呂殿青等[5]在國(guó)內(nèi)外學(xué)者大量研究的基礎(chǔ)上，提出了滴灌點(diǎn)源入滲的影響因素。王文焰等[6]研究了不同滴頭流量的濕潤(rùn)體入滲情況，提出濕潤(rùn)比可以作為滴灌灌水參數(shù)的指標(biāo)之一。王允喜等[7]研究了不同滴頭流量對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明：流小的滴頭流量形成的濕潤(rùn)區(qū)形狀為窄深型，使土壤含水分布以及棉花的根系分布均勻性降低；大的滴頭流量形成的濕潤(rùn)區(qū)為寬淺型，可以使土壤水分和棉花的根系分布均勻性提高。高繼華等[8]對(duì)新疆加工番茄采用地下滴灌和地上滴灌兩種滴灌方式以研究其生長(zhǎng)和產(chǎn)量。結(jié)果表明，地下滴灌番茄的單果重、水分利用效率都要顯著高于地面滴灌；且地下滴灌較地面滴灌能更有效減少地面蒸發(fā)，提高水分利用效率。朱德蘭等[9]研究表明，黃土丘陵溝壑區(qū)蘋果年平均耗水量為540.7 mm。晏清洪等[10]對(duì)新疆成齡庫(kù)爾勒香梨生育期耗水量研究表明，地下滴灌的蒸發(fā)量最小，滿灌蒸發(fā)量最大。趙經(jīng)華等[11]對(duì)微灌灌水技術(shù)下成齡核桃耗水規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，成齡核桃全生育期日均耗水量的變化呈雙峰曲線，各處理的累積耗水量在585.6～840.3 mm變化。高峻等[12]對(duì)杏樹的耗水規(guī)律研究表明，杏樹全年蒸騰耗水量為362.8 mm，5月、6月耗水量較高，分別達(dá)61.9 mm、66.3 mm。楊慧慧等[13]對(duì)極端干旱區(qū)葡萄的耗水規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明整個(gè)生育期內(nèi)各處理耗水量呈現(xiàn)由低到高再降低的變化趨勢(shì)，灌水量為675 mm時(shí)，即可滿足葡萄對(duì)水分的需求。

綜上所述，眾多學(xué)者對(duì)滴灌條件對(duì)作物產(chǎn)量的影響以及水分利用方面的研究較多，針對(duì)果樹作物系數(shù)的研究還較欠缺。基于此，通過對(duì)黃土高原區(qū)山地棗樹的耗水規(guī)律及作物系數(shù)的研究，分析不同的灌水和覆蓋條件對(duì)棗樹耗水量及作物系數(shù)的影響，揭示黃土高原區(qū)山地棗樹耗水量及作物系數(shù)的變化規(guī)律。研究結(jié)果可為當(dāng)?shù)貤棙涞南嚓P(guān)研究提供理論支撐，為棗樹灌溉制度的制定奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在陜西榆林市米脂縣孟岔山地微灌棗樹示范基地進(jìn)行，地形為黃土高原丘陵溝壑，氣候?yàn)榘敫珊敌裕昙緸槊磕甑?—9月，年均降水量451.6 mm。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為黃綿土，土壤平均干容重為1.31 g·cm-3，土壤初始含水率為10.4%，土壤田間持水量為23.4%，飽和含水率39.8%，有效N、P、K含量分別為34.739 mg·kg-1，2.909 mg·kg-1，101.9 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量0.21%，土壤NO3--N平均含量為12.63 mg·kg-1，土壤NH4+-N平均含量為0.89 mg·kg-1。氣象數(shù)據(jù)利用西北農(nóng)林科技大學(xué)米脂試驗(yàn)站提供的試驗(yàn)?zāi)甑闹鹑諝庀筚Y料確定。試驗(yàn)田土壤顆粒級(jí)配組成見表1。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

選取4棵棗樹為一個(gè)小區(qū)，一個(gè)小區(qū)為一個(gè)處理，試驗(yàn)共15個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，所選棗樹樹形大小一致，品種均為梨棗，每個(gè)處理的4棵棗樹除灌水不同，修剪、環(huán)割、打藥、除草等其他措施均相同。棗樹滴灌試驗(yàn)處理方案見表2。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目

用水表觀測(cè)灌水量，記錄灌水日期、時(shí)間。采用打土鉆取土，用烘干法測(cè)定試驗(yàn)區(qū)土壤含水量，各試驗(yàn)棗樹每7 d測(cè)定一次，降雨前后、灌水前后加測(cè)。取土位置為滴灌灌水器東、南、西、北四個(gè)方向10 cm處，取其均值作為結(jié)果，取其取土深度為100 cm作為計(jì)劃濕潤(rùn)層，分10層，每層10 cm。不同時(shí)段的耗水量由水量平衡方程得出，利用氣象站采集的數(shù)據(jù)，通過FAO Penman-Monteith

公式計(jì)算得出參考作物逐日騰發(fā)量ET0。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌棗樹各生育階段的耗水量

采用水量平衡法，不同灌水及覆蓋條件下棗樹各生育期的耗水量和耗水模數(shù)及總耗水量見表3。可以看出，棗樹整個(gè)生育期耗水量變化呈上凸拋物線規(guī)律，兩端低中間高，在果實(shí)膨大期達(dá)到最大值；耗水模數(shù)也呈現(xiàn)類似的規(guī)律，在此階段達(dá)到最大值。灌水和覆蓋條件對(duì)棗樹的耗水量影響顯著，灌水定額越大，不同生育期各處理耗水量越大；高灌水定額的總耗水量分別高出中、低灌水定額的17.6%和36.1%。耗水量隨灌水次數(shù)的增多而增大，8次灌水每個(gè)生育期的耗水量顯著高于4次和6次，總耗水量分別高出4次和6次的46.3%和36.6%。這說(shuō)明，在耗水量與產(chǎn)出量正相關(guān)的條件下，增加灌水次數(shù)要比增加灌水定額的產(chǎn)出效益更明顯。為了克服灌水定額和灌水次數(shù)差異對(duì)不同覆蓋耗水量造成的影響，分別對(duì)相同覆蓋不同定額及次數(shù)處理的耗水量取均值，結(jié)果表明，每個(gè)生育期不同覆蓋的耗水量均呈現(xiàn)相同的規(guī)律，即裸地>覆膜>秸稈，秸稈覆蓋較地膜覆蓋和裸地的總耗水量?jī)H分別降低了2.1%和4.6%。

不同灌水及不同覆蓋條件對(duì)耗水模數(shù)的影響并不明顯，但均呈現(xiàn)相同的規(guī)律，果實(shí)膨大期耗水量是生育期內(nèi)最大的，對(duì)水分敏感性最大，耗水量占總耗水量的41.6%；開花著果期由于黃土高原區(qū)干旱缺水，對(duì)棗樹開花著果有顯著的影響，繼而影響產(chǎn)量。果實(shí)成熟期對(duì)水分的需求相對(duì)減少，耗水量占總耗水量的21.3%左右，由于陜北黃土高原區(qū)在果實(shí)膨大期已經(jīng)進(jìn)入雨季，灌水過多會(huì)造成裂果現(xiàn)象，反而造成不利影響，萌芽展葉期耗水量最小，僅占全生育期耗水量的14.3%左右。

2.2 參考作物生育期內(nèi)ET0的變化規(guī)律

參考作物騰發(fā)量采用FAO Penman-Monteith公式計(jì)算。

式中：ET0表示參考作物蒸散量；G表示土壤熱通量，MJ·m-2·d-1；Rn表示凈輻射，MJ·m-2·d-1；es表示氣壓達(dá)到飽和時(shí)的水氣壓，kPa；ed表示實(shí)際的水氣壓，kPa；u2表示高度2 m處的日平均風(fēng)速，m·s-1；?表示溫度曲線的斜率，kPa·℃-1；r表示溫度計(jì)值，kPa·℃-1。

通過收集的氣象資料，運(yùn)用彭曼公式計(jì)算得到參考作物全生育期的ET0如圖1所示。可以看出，ET0總的變化趨勢(shì)為先增大后減小，在生育期內(nèi)呈中間高兩頭低，并且峰值部分的位置比較靠前的特性，與降雨量呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)。生育期內(nèi)各階段ET0見表4。5—8月ET0達(dá)到了峰值，且單天最大值達(dá)到9.2 mm。9月以后，隨著降雨量增大，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度逐漸減少，氣溫也隨之降低，ET0的均值降低到整個(gè)生育期的最低值4.7 mm，說(shuō)明氣象條件與ET0變化密切相關(guān)。

2.3 生育期內(nèi)作物系數(shù)的變化規(guī)律

作物系數(shù)是指果樹發(fā)育期間不同階段的需水量與潛在蒸散量的比值。用Kc表示：

（2）

式中，Kc表示作物系數(shù)；ET、ET0分別表示作物實(shí)際蒸散量、參考作物蒸散量，mm·d-1。

各處理?xiàng)l件下棗樹作物系數(shù)Kc值見表3。可以看出，陜北黃土高原區(qū)滴灌棗樹的Kc值在整個(gè)生育期內(nèi)呈單峰拋物線規(guī)律，在0.91～1.45變化，均值為1.20，最大值均出現(xiàn)在果實(shí)膨大期，此階段最為敏感；其次是果實(shí)成熟期，平均為1.10，最小值是在萌芽展葉期，平均為0.47。灌水條件和覆蓋條件的不同也會(huì)對(duì)Kc值造成不同的影響，其隨灌水定額的增大和灌水次數(shù)的增多而增大，不同覆蓋處理的Kc值之間的規(guī)律為裸地>地

膜>秸稈。

作物的生育階段期間Kc是一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化，葉面積指數(shù)對(duì)Kc值影響較大。作物系數(shù)隨葉面積指數(shù)變化關(guān)系如圖2所示，可以看出，作物系數(shù)隨LAI先增大后減小。將兩者用二次多項(xiàng)式擬合，但其相關(guān)系數(shù)較低，這可能是由于計(jì)算潛在蒸散值的時(shí)候只考慮了氣象因素的作用，而實(shí)際棗樹蒸散除了受氣象因素影響外，還受到土壤因素以及作物因素的影響。因此，造成了擬合的相關(guān)系數(shù)不高。

3 結(jié)論

1）棗樹生育期內(nèi)耗水量的大小因灌水條件和覆蓋條件的不同而改變，在542.2～910.1 mm變化，各處理平均耗水量為696.3 mm，整個(gè)生育期耗水量和耗水模數(shù)呈單峰拋物線變化，果實(shí)膨大期耗水量最大。在一定范圍內(nèi)，棗樹耗水量隨灌水定額的增大和灌水次數(shù)的增多而增大，灌水定額和灌水次數(shù)對(duì)耗水模數(shù)影響不明顯。

2）不同覆蓋條件下的棗樹耗水量秸稈覆蓋最小，秸稈覆蓋條件保水效果最為顯著。

3）不同處理滴灌棗樹萌芽展葉期、開花著果期、果實(shí)膨大期、果實(shí)成熟期的作物系數(shù)均值分別為0.47、0.65、1.15、1.13；Kc值隨灌水定額的增大和灌水次數(shù)的增多而增大，秸稈覆蓋的Kc值小于地膜覆蓋。

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（責(zé)任編輯：劉昀）