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)對棗樹耗水量及作物系數(shù)的影響。結果表明，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、果實膨大期、果實成熟期的作物系數(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%。

關鍵詞 滴灌；棗樹；耗水規(guī)律；作物系數(shù)

中圖分類號：S275.6；S665.1 文獻標志碼：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之一，具有節(jié)水與保墑的雙重效果，對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)。國內(nèi)外學者對果樹的需水、耗水規(guī)律進行了大量研究[1-2]。以色列在沙漠地區(qū)進行的灌溉試驗表明，滴灌對玉米、西紅柿、棉花的節(jié)水增產(chǎn)效果明顯[3]。Bacon等[4]研究表明，滴灌可以促進蘋果根系及枝葉的生長發(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]在國內(nèi)外學者大量研究的基礎上，提出了滴灌點源入滲的影響因素。王文焰等[6]研究了不同滴頭流量的濕潤體入滲情況，提出濕潤比可以作為滴灌灌水參數(shù)的指標之一。王允喜等[7]研究了不同滴頭流量對棉花生長的影響，結果表明：流小的滴頭流量形成的濕潤區(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和產(chǎn)量。結果表明，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]對新疆成齡庫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]對微灌灌水技術下成齡核桃耗水規(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61.9 mm、66.3 mm。楊慧慧等[13]對極端干旱區(qū)葡萄的耗水規(guī)律進行研究，結果表明整個生育期內(nèi)各處理耗水量呈現(xiàn)由低到高再降低的變化趨勢，灌水量為675 mm時，即可滿足葡萄對水分的需求。

綜上所述，眾多學者對滴灌條件對作物產(chǎn)量的影響以及水分利用方面的研究較多，針對果樹作物系數(shù)的研究還較欠缺。基于此，通過對黃土高原區(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。研究結果可為當?shù)貤棙涞南嚓P研究提供理論支撐，為棗樹灌溉制度的制定奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在陜西榆林市米脂縣孟岔山地微灌棗樹示范基地進行，地形為黃土高原丘陵溝壑，氣候為半干旱性，雨季為每年的7—9月，年均降水量451.6 mm。試驗區(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)林科技大學米脂試驗站提供的試驗年的逐日氣象資料確定。試驗田土壤顆粒級配組成見表1。

1.2 試驗方案設計

選取4棵棗樹為一個小區(qū)，一個小區(qū)為一個處理，試驗共15個處理，每個處理3個重復，所選棗樹樹形大小一致，品種均為梨棗，每個處理的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。棗樹滴灌試驗處理方案見表2。

1.3 測試項目

用水表觀測灌水量，記錄灌水日期、時間。采用打土鉆取土，用烘干法測定試驗區(qū)土壤含水量，各試驗棗樹每7 d測定一次，降雨前后、灌水前后加測。取土位置為滴灌灌水器東、南、西、北四個方向10 cm處，取其均值作為結果，取其取土深度為100 cm作為計劃濕潤層，分10層，每層10 cm。不同時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

公式計算得出參考作物逐日騰發(fā)量ET0。

2 結果與分析

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，在果實膨大期達到最大值；耗水模數(shù)也呈現(xiàn)類似的規(guī)律，在此階段達到最大值。灌水和覆蓋條件對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%。這說明，在耗水量與產(chǎn)出量正相關的條件下，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)差異對不同覆蓋耗水量造成的影響，分別對相同覆蓋不同定額及次數(shù)處理的耗水量取均值，結果表明，每個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僅分別降低了2.1%和4.6%。

不同灌水及不同覆蓋條件對耗水模數(shù)的影響并不明顯，但均呈現(xiàn)相同的規(guī)律，果實膨大期耗水量是生育期內(nèi)最大的，對水分敏感性最大，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，對棗樹開花著果有顯著的影響，繼而影響產(chǎn)量。果實成熟期對水分的需求相對減少，耗水量占總耗水量的21.3%左右，由于陜北黃土高原區(qū)在果實膨大期已經(jīng)進入雨季，灌水過多會造成裂果現(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表示氣壓達到飽和時的水氣壓，kPa；ed表示實際的水氣壓，kPa；u2表示高度2 m處的日平均風速，m·s-1；?表示溫度曲線的斜率，kPa·℃-1；r表示溫度計值，kPa·℃-1。

通過收集的氣象資料，運用彭曼公式計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)明顯的負相關。生育期內(nèi)各階段ET0見表4。5—8月ET0達到了峰值，且單天最大值達到9.2 mm。9月以后，隨著降雨量增大，太陽輻射強度逐漸減少，氣溫也隨之降低，ET0的均值降低到整個生育期的最低值4.7 mm，說明氣象條件與ET0變化密切相關。

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分別表示作物實際蒸散量、參考作物蒸散量，mm·d-1。

各處理條件下棗樹作物系數(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)在果實膨大期，此階段最為敏感；其次是果實成熟期，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對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是一個動態(tài)的變化，葉面積指數(shù)對Kc值影響較大。作物系數(shù)隨葉面積指數(shù)變化關系如圖2所示，可以看出，作物系數(shù)隨LAI先增大后減小。將兩者用二次多項式擬合，但其相關系數(shù)較低，這可能是由于計算潛在蒸散值的時候只考慮了氣象因素的作用，而實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，造成了擬合的相關系數(shù)不高。

3 結論

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，整個生育期耗水量和耗水模數(shù)呈單峰拋物線變化，果實膨大期耗水量最大。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、果實膨大期、果實成熟期的作物系數(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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（責任編輯：劉昀）