黄土高原区山地滴灌枣树耗水规律与作物系数探究

杨凯

摘 要 为探明黄土高原区滴管条件下山地枣树的耗水规律，研究了不同保墒条件下，不同灌水量、不同灌水次数对枣树耗水量及作物系数的影响。结果表明，耗水量和作物系数均随灌水定额和灌水次数的增加而增大；枣树生育期（5月10日—10月10日）内，耗水量和作物系数的大小因灌水条件和覆盖条件的不同而改变，耗水量在542.2～910.1 mm变化，平均为696.3 mm；各处理萌芽展叶期、开花着果期、果实膨大期、果实成熟期的作物系数均值分别为0.47、0.65、1.15、1.13；不同保墒条件下，秸秆覆盖节水效果显著，较地膜覆盖和裸地的总耗水量分别降低2.1%和4.6%。

关键词 滴灌；枣树；耗水规律；作物系数

中图分类号：S275.6；S665.1 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.27.069

滴灌是目前广泛使用的微灌技术之一，具有节水与保墒的双重效果，对枣树滴灌的耗水及作物系数研究是确定合理的灌溉制度以及优化灌溉模式的依据。国内外学者对果树的需水、耗水规律进行了大量研究[1-2]。以色列在沙漠地区进行的灌溉试验表明，滴灌对玉米、西红柿、棉花的节水增产效果明显[3]。Bacon等[4]研究表明，滴灌可以促进苹果根系及枝叶的生长发育，并且在不满足灌溉苹果全部根系的情况下获得节水增产的效果。吕殿青等[5]在国内外学者大量研究的基础上，提出了滴灌点源入渗的影响因素。王文焰等[6]研究了不同滴头流量的湿润体入渗情况，提出湿润比可以作为滴灌灌水参数的指标之一。王允喜等[7]研究了不同滴头流量对棉花生长的影响，结果表明：流小的滴头流量形成的湿润区形状为窄深型，使土壤含水分布以及棉花的根系分布均匀性降低；大的滴头流量形成的湿润区为宽浅型，可以使土壤水分和棉花的根系分布均匀性提高。高继华等[8]对新疆加工番茄采用地下滴灌和地上滴灌两种滴灌方式以研究其生长和产量。结果表明，地下滴灌番茄的单果重、水分利用效率都要显著高于地面滴灌；且地下滴灌较地面滴灌能更有效减少地面蒸发，提高水分利用效率。朱德兰等[9]研究表明，黄土丘陵沟壑区苹果年平均耗水量为540.7 mm。晏清洪等[10]对新疆成龄库尔勒香梨生育期耗水量研究表明，地下滴灌的蒸发量最小，满灌蒸发量最大。赵经华等[11]对微灌灌水技术下成龄核桃耗水规律的研究发现，成龄核桃全生育期日均耗水量的变化呈双峰曲线，各处理的累积耗水量在585.6～840.3 mm变化。高峻等[12]对杏树的耗水规律研究表明，杏树全年蒸腾耗水量为362.8 mm，5月、6月耗水量较高，分别达61.9 mm、66.3 mm。杨慧慧等[13]对极端干旱区葡萄的耗水规律进行研究，结果表明整个生育期内各处理耗水量呈现由低到高再降低的变化趋势，灌水量为675 mm时，即可满足葡萄对水分的需求。

综上所述，众多学者对滴灌条件对作物产量的影响以及水分利用方面的研究较多，针对果树作物系数的研究还较欠缺。基于此，通过对黄土高原区山地枣树的耗水规律及作物系数的研究，分析不同的灌水和覆盖条件对枣树耗水量及作物系数的影响，揭示黄土高原区山地枣树耗水量及作物系数的变化规律。研究结果可为当地枣树的相关研究提供理论支撑，为枣树灌溉制度的制定奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在陕西榆林市米脂县孟岔山地微灌枣树示范基地进行，地形为黄土高原丘陵沟壑，气候为半干旱性，雨季为每年的7—9月，年均降水量451.6 mm。试验区土质为黄绵土，土壤平均干容重为1.31 g·cm-3，土壤初始含水率为10.4%，土壤田间持水量为23.4%，饱和含水率39.8%，有效N、P、K含量分别为34.739 mg·kg-1，2.909 mg·kg-1，101.9 mg·kg-1，有机质含量0.21%，土壤NO3--N平均含量为12.63 mg·kg-1，土壤NH4+-N平均含量为0.89 mg·kg-1。气象数据利用西北农林科技大学米脂试验站提供的试验年的逐日气象资料确定。试验田土壤颗粒级配组成见表1。

1.2 试验方案设计

选取4棵枣树为一个小区，一个小区为一个处理，试验共15个处理，每个处理3个重复，所选枣树树形大小一致，品种均为梨枣，每个处理的4棵枣树除灌水不同，修剪、环割、打药、除草等其他措施均相同。枣树滴灌试验处理方案见表2。

1.3 测试项目

用水表观测灌水量，记录灌水日期、时间。采用打土钻取土，用烘干法测定试验区土壤含水量，各试验枣树每7 d测定一次，降雨前后、灌水前后加测。取土位置为滴灌灌水器东、南、西、北四个方向10 cm处，取其均值作为结果，取其取土深度为100 cm作为计划湿润层，分10层，每层10 cm。不同时段的耗水量由水量平衡方程得出，利用气象站采集的数据，通过FAO Penman-Monteith

公式计算得出参考作物逐日腾发量ET0。

2 结果与分析

2.1 滴灌枣树各生育阶段的耗水量

采用水量平衡法，不同灌水及覆盖条件下枣树各生育期的耗水量和耗水模数及总耗水量见表3。可以看出，枣树整个生育期耗水量变化呈上凸抛物线规律，两端低中间高，在果实膨大期达到最大值；耗水模數也呈现类似的规律，在此阶段达到最大值。灌水和覆盖条件对枣树的耗水量影响显著，灌水定额越大，不同生育期各处理耗水量越大；高灌水定额的总耗水量分别高出中、低灌水定额的17.6%和36.1%。耗水量随灌水次数的增多而增大，8次灌水每个生育期的耗水量显著高于4次和6次，总耗水量分别高出4次和6次的46.3%和36.6%。这说明，在耗水量与产出量正相关的条件下，增加灌水次数要比增加灌水定额的产出效益更明显。为了克服灌水定额和灌水次数差异对不同覆盖耗水量造成的影响，分别对相同覆盖不同定额及次数处理的耗水量取均值，结果表明，每个生育期不同覆盖的耗水量均呈现相同的规律，即裸地>覆膜>秸秆，秸秆覆盖较地膜覆盖和裸地的总耗水量仅分别降低了2.1%和4.6%。

不同灌水及不同覆盖条件对耗水模数的影响并不明显，但均呈现相同的规律，果实膨大期耗水量是生育期内最大的，对水分敏感性最大，耗水量占总耗水量的41.6%；开花着果期由于黄土高原区干旱缺水，对枣树开花着果有显著的影响，继而影响产量。果实成熟期对水分的需求相对减少，耗水量占总耗水量的21.3%左右，由于陕北黄土高原区在果实膨大期已经进入雨季，灌水过多会造成裂果现象，反而造成不利影响，萌芽展叶期耗水量最小，仅占全生育期耗水量的14.3%左右。

2.2 参考作物生育期内ET0的变化规律

参考作物腾发量采用FAO Penman-Monteith公式计算。

式中：ET0表示参考作物蒸散量；G表示土壤热通量，MJ·m-2·d-1；Rn表示净辐射，MJ·m-2·d-1；es表示气压达到饱和时的水气压，kPa；ed表示实际的水气压，kPa；u2表示高度2 m处的日平均风速，m·s-1；?表示温度曲线的斜率，kPa·℃-1；r表示温度计值，kPa·℃-1。

通过收集的气象资料，运用彭曼公式计算得到参考作物全生育期的ET0如图1所示。可以看出，ET0总的变化趋势为先增大后减小，在生育期内呈中间高两头低，并且峰值部分的位置比较靠前的特性，与降雨量呈现明显的负相关。生育期内各阶段ET0见表4。5—8月ET0达到了峰值，且单天最大值达到9.2 mm。9月以后，随着降雨量增大，太阳辐射强度逐渐减少，气温也随之降低，ET0的均值降低到整个生育期的最低值4.7 mm，说明气象条件与ET0变化密切相关。

2.3 生育期内作物系数的变化规律

作物系数是指果树发育期间不同阶段的需水量与潜在蒸散量的比值。用Kc表示：

（2）

式中，Kc表示作物系数；ET、ET0分别表示作物实际蒸散量、参考作物蒸散量，mm·d-1。

各处理条件下枣树作物系数Kc值见表3。可以看出，陕北黄土高原区滴灌枣树的Kc值在整个生育期内呈单峰抛物线规律，在0.91～1.45变化，均值为1.20，最大值均出现在果实膨大期，此阶段最为敏感；其次是果实成熟期，平均为1.10，最小值是在萌芽展叶期，平均为0.47。灌水条件和覆盖条件的不同也会对Kc值造成不同的影响，其随灌水定额的增大和灌水次数的增多而增大，不同覆盖处理的Kc值之间的规律为裸地>地

膜>秸秆。

作物的生育阶段期间Kc是一个动态的变化，叶面积指数对Kc值影响较大。作物系数随叶面积指数变化关系如图2所示，可以看出，作物系数随LAI先增大后减小。将两者用二次多项式拟合，但其相关系数较低，这可能是由于计算潜在蒸散值的时候只考虑了气象因素的作用，而实际枣树蒸散除了受气象因素影响外，还受到土壤因素以及作物因素的影响。因此，造成了拟合的相关系数不高。

3 结论

1）枣树生育期内耗水量的大小因灌水条件和覆盖条件的不同而改变，在542.2～910.1 mm变化，各处理平均耗水量为696.3 mm，整个生育期耗水量和耗水模数呈单峰抛物线变化，果实膨大期耗水量最大。在一定范围内，枣树耗水量随灌水定额的增大和灌水次数的增多而增大，灌水定额和灌水次数对耗水模数影响不明显。

2）不同覆盖条件下的枣树耗水量秸秆覆盖最小，秸秆覆盖条件保水效果最为显著。

3）不同处理滴灌枣树萌芽展叶期、开花着果期、果实膨大期、果实成熟期的作物系数均值分别为0.47、0.65、1.15、1.13；Kc值随灌水定额的增大和灌水次数的增多而增大，秸秆覆盖的Kc值小于地膜覆盖。

参考文献：

[1] A.L.E. Mofoke. Yield of Tomato Grown under Continuous-Flow Drip Irrigation in Bauchi State of Nigeria[J]. Agrcultural Water Management，2006（84）：166-172.

[2] A Capra. Recycling of Poor Quality Urban Wastewater by Drip Irrigation Systems[J]. Cleaner Production，2007，15（16）：1529-1534.

[3] D.戈德堡.滴灌原理与应用[M].西世良，余康泽，译.北京：农业出版社，1991.

[4] Bacon DE，徐民岗.滴灌条件下果园中磷肥的使用方法[J].国外农学：果树，1990（3）：32-36.

[5] 吕殿青，王全九，王文焰.滴灌条件下土壤水盐运移特性的研究现状[J].水科学进展，2000，12（1）：107-112.

[6] 汪志荣，王文焰，王全九，等.点源入渗土壤水分运动规律实验研究[J].水利学报，2000（6）：39-44.

[7] 王允喜，李明思，蓝明菊.膜下滴灌土壤湿润区对田间棉花根系分布及植株生长的影响[J].农业工程学报，2011，27（8）：31-38.

[8] 高继华，马富裕，崔静，等.干旱区地下滴灌对加工番茄生长的调控效应[J].干旱区研究，2010，27（5）：812-818.

[9] 朱德兰，杨涛，王得祥，等.黄土丘陵沟壑区三种不同植被土壤水分动态及蒸散耗水规律研究[J].水土保持研究，2009，16（1）：8-12.

[10] 晏清洪，王偉，任德新，等.不同微灌方式对成龄库尔勒香梨生长及耗水规律的影响[J].灌溉排水学报，2011，30（3）：86-89.

[11] 赵经华，洪明，马英杰，等.不同微灌灌水技术下成龄核桃耗水规律的研究[J].灌溉排水学报，2010，29（5）：94-97.

[12] 高峻，吴斌，孟平，等.杏树蒸腾与降水和冠层微气象因子的关系[J].北京林业大学学报，2010，32（3）：14-20.

[13] 杨慧慧，王振华，何新林，等.极端干旱区葡萄滴灌耗水规律试验研究[J].节水灌溉，2011（2）：24-28.

（责任编辑：刘昀）