Field. Crops .Res. | 干旱地区滴灌棉田作物用水量及系数的测定

论文内容

研究背景：

合理用水是保证干旱半干旱地区农业生产的关键。优化主要作物的关键用水参数可以防止灌溉中的水资源浪费。作物系数（Kc）是估算作物需水量（蒸散量）最常用的参数。FAO灌溉和排水文件56（FAO-56）中给出的方法明确介绍了Kc的计算程序和非标准条件下的调整方法，包括土壤水分胁迫、盐分胁迫等。FAO-56文件中还推荐了主要栽培作物不同生育阶段的系数值。虽然Kc方法实际上使用简单，但采用广义Kc曲线会在计算过程中引起误差。当地确定的数值与FAO-56文件中列出的指示性数值之间的差异往往很大。Kc的经验性质限制了它在特定作物品种和管理做法偏离FAO-56文件中标准条件的地方的可移植性。佩雷拉等人强调，在未来使用作物系数和FAO-56方法时，应继续使用蒸渗仪、涡度协方差、波文比和土壤水分平衡测量的蒸散量来确定Kc，作为主要的数据收集系统。为指导农业用水向合理灌溉方向发展，确定当地主要作物的实际Kc至关重要。

制定合理的农业用水的另一个步骤是确定农业中的水损失过程。农田土壤蒸发是农田水分流失的一种常见形式。对蒸散量（ET）的准确估计及其对蒸腾量（T）和E的划分是一项基本要求，特别是当作物生长在低于完全土地覆盖条件下时。提高水利用效率是一个优化问题，其中蒸腾最大化，蒸发最小化。冠层覆盖率（CC）是关键，当水分胁迫最小且与蒸发（E/ET 0）和蒸腾（T/ET 0）速率高度相关时，测定ET。这些关系突出了行栽作物在消耗水方面的生态和气候的相互依赖性。它还增加了提高旱地作物水分利用效率（WUE）的可能性，方法是采用更高的种植密度和更紧密的行距来减少土壤中的水分。

塔里木河流域是我国西北地区最大的内陆河流域，也是典型的农业区，随着农业生产活动的加剧，塔里木河流域面临着日益严重的水资源供需矛盾。自20世纪60年代以来，农业灌溉已成为TRB的主要用水方式;占流域总用水量的76%以上。过度开发水资源用于农业是由于在流域的源头地区开垦土地，大大减少了主流的水流。塔里木河下游支流日益干涸，导致生态环境恶化。由于农业灌溉用水不足，2000年采取了节水措施，以缓解该地区的缺水问题。目前，覆膜滴灌（一种结合地面滴灌和塑料薄膜覆盖技术的微灌方法）越来越多地用于中国西北地区的棉田。然而，灌溉量仍然是由缺乏准确的作物需水量知识的农民主观决定的。

在塔里木河上游阿拉尔绿洲的棉田中，采用排水式（非称重式）蒸渗仪进行了一系列灌溉试验。本研究的目的是准确评估单作棉花种植制度下的农业用水。具体而言，该研究：1）量化棉花水分利用，确定当地实际Kc，根据水分利用效率和作物生产力确定适宜的灌溉模式和灌溉定额; 2）精细化ET，评价作物生长季非生产性土壤E，突出CC与E/ET 0、CC与T/ET 0的关系; 3）评价土壤部分覆盖对土壤E流失的影响。鉴于对水的需求量很大，而可用水却在不断减少，研究结果将为制定科学和数据驱动的节水战略奠定基础，以便在该区域和具有类似农业气候条件的其他地方应用。

研究内容：

在阿克苏地区进行了为期3年的大田试验，研究了滴灌棉田的作物水分利用、适宜灌溉模式和实际作物系数（Kc）。试验采用12台非称重式大型蒸渗仪对不同灌溉方式下棉花水分利用进行了测定。然后在每个大型蒸渗仪中放置一个微型蒸渗仪来监测土壤蒸发（E）。为了将粮农组织调整的Kc（Kc-FAO）与当地实际Kc（Kc-loc）进行比较，对一些因素（包括灌溉、气象、塑料覆盖、水分胁迫和盐分胁迫）进行了调整。结果表明：1)覆膜0.6，滴灌定额37.5mm，作物需水量为536.4mm，适宜研究区。早、中、后期的Kc-loc值分别为0.28、0.97和0.31。2)Kc-FAO一般反映了整个生长季节Kc-loc的趋势。建议的地膜覆盖初期调节系数为0.1较低，当提高到0.25时，对研究区最为合理。3)覆盖处理的E/ET值较低（19.1-24.5%），而不覆盖处理的E/ET值较高（27.7-32.7%）。4)E/ETo比值的变化呈线性或对数关系，T/ETo比值的变化则是冠层覆盖度的幂函数。这两个速率还响应了冠层覆盖度和土壤含水量的交互作用。研究结果可以为研究区域和其他地方制定科学的、数据驱动的节水战略奠定基础。

研究结论：

为期3年的实地研究为中国西北部阿克苏地区的农业用水优化和区域水资源管理策略提供了新的数据和知识。37.5mm滴灌定额+地膜覆盖（节水70 mm）的水分利用效率和作物生产力较好，可作为研究区棉花生产的推荐模式。相应的蒸散量为536.4 mm，蒸发量为102.1 mm，占蒸散量的19.1%，其Kc-loc值在棉花生长的前、中、后期（收获末期）分别为0.28、0.97和0.31。

Kc-FAO一般反映了整个生长季节Kc-loc的趋势。在DIM条件下，对于相同的灌溉定额，初始Kc-loc是Kc-FAO的1.5倍。这是因为在西北干旱地区，每粒种子上方的开孔蒸发量相对较大。因此，基于FAO-56对地膜覆盖进行调整后的推荐Kc-ini值0.1相对较低。研究区地膜覆盖率为0.6时，地膜覆盖的合理调整系数为0.25，而不是建议的0.1。在生长中期，总体调整得到类似的Kc-loc和Kc-FAO值。与建议的1.0/1.15（L处理/M处理和H处理）相比，DIM处理的产量分别增加了不到5%、下降了8-21%和12%。盐胁迫是造成不同灌溉定额下作物形态和产量差异的主要原因，需要高灌溉定额来稀释根区盐分，避免盐碱地出现无水分胁迫的假象。

E/ETo是由CC和灌溉或土壤含水量的交互作用驱动的。在完全CC前，非灌溉条件下土壤含水量呈线性下降，而灌溉条件下土壤含水量呈抛物线下降。在生育中期，E/ETo随着CC的增加而线性下降，平均土壤水分略有下降（由于稳定的灌溉和增加的需求）。随着生育后期CC的降低，即使在生育后期停止灌溉，由于低灌溉定额下CC的降低，E/ETo也略有增加。但在中、高灌溉定额下，E/ ETo呈持续下降趋势，表明土壤含水量和冠层覆盖度对土壤E的影响存在交互作用。在生育前期和生育中期，T/ETo随土壤含水量的增加呈幂函数增加，而在生育后期，T/ETo随土壤含水量和土壤含水量的降低呈幂函数下降。

期刊信息

期刊：Field Crops Research

影响因子（2022）：5.8

中科院分区：农林科学1区Top

转自：“农科学术圈”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！