阿勒泰青河县阿苇灌区拖管灌溉条件下苜蓿灌溉制度研究

王成福

（新疆水利科技推广总站，新疆 乌鲁木齐 830000）

新疆苜蓿种植面积已发展到30.667万hm2，北疆地区是苜蓿优质高产基地，目前大量地区仍采用地面灌溉的传统方法，灌溉不足或灌水过多，都会导致苜蓿减产和品质降低。沟灌用水量大，且灌溉不均匀，喷灌易受风影响，不能施肥灌溉。高温高湿易致苜蓿发病，经研究，在喷灌基础上研发一种拖管施肥灌溉机械，可避免风对施肥灌溉的影响，苜蓿受水面低、面湿度低，可降低病害发生率，拖管灌溉又是有压稳流出水灌溉，可提高施肥灌溉有效性。由于拖管灌溉制度与机械行走速度、稳流器出流和间距等因素有关，因此需要根据不同地区的苜蓿生长气候条件，不同的土质计算其需水量，并对需水规律进行研究，制定出合理的灌溉制度。本文以青河县阿苇灌区为例，参照当地苜蓿生长气候条件，研究拖管灌溉条件下苜蓿的灌溉制度，对提高灌区水资源的优化配置和苜蓿优质高产具有重要意义，在北疆地区有借鉴和推广意义。

1 苜蓿灌溉定额计算

1.1 苜蓿需水量累加公式模型

典型年资料选择一般选用滴灌的灌溉设计，保证率为85%，按最不利原则，选择接近设计灌溉保证率的年份作为典型年的气象资料，将该年的ET0值制定的灌溉制度作为管理灌溉制度。本模型采用联合国粮农组织（FAO）气象站的实测多年平均值资料，见表1。新疆阿勒泰多年平均值（数据资料来源FAO），运用 FAO Penman-Monteith（1992）法计算出作物每月的参考作物蒸发蒸腾量ETo值。

表1 阿勒泰地区气象资料

并对P-M法计算结果进行逐月累加计算。累加值为因变量，自变量为天数，进行多项式回归分析，回归方程为：

式中：∑ET0为作物参考需水量的累加值；T为植物生长天数。

因回归方程的自变量是按照日数值来计的，所以可按照此回归公式计算指定日数内的ETo之和。计算公式如下：

式中：ETo为参考作物在T2-T1时间内的需水量；T2-T1为植物生长的日数。

1.2 苜蓿需水量计算

苜蓿需水量是指植物细胞生长及蒸腾、蒸发的水量（大面积无病作物，在最佳土壤水肥条件下）。也有人定义作物需水量是指作物在正常生长情况下，供应植株蒸腾和棵间蒸发所需的水量，故也成为植物腾发量。估算植物需水量的方法很多，这里参照植物腾发量计算植物需水量：

式中：ET为作物需水量，单位：mm；KC为作物系数，对苜蓿可选1；ETo为参考作物腾发量。植物需水量ET可由（2）式与植物系数KC的乘积算得：

1.3 不同土质苜蓿一定根系深度的储存水量研究

1.3.1 根区土壤可利用水分计算

灌溉前植物从根区土壤中消耗的土壤水分可按式（5）计算：

式中：PSW为植物可从根区土壤中消耗的水量，单位：mm；AWH为不同质地土壤的田间有效水，单位：mm/mm，由表2选取；RZ为植物根区平均深度，单位：mm；AD为植物不受旱时各种土壤的最大可消耗水量，以小数表示，对于拖管灌湿润比是100%；苜蓿在拖管灌溉条件下根系约60 cm。

表2 不同土壤的田间有效水（AWH）

1.3.2 苜蓿根系60cm深在不同土壤类型中存储平均消耗水量

表3 拖管灌溉条件下根系60厘米根区土壤中消耗的水量Psw（mm）

1.4 苜蓿年需水总量ET

苜蓿平均KC取1.0，生长期为150天（4月下旬至9月中旬），根据式（4）可计算年需水量 ET，则 ET=Kc×ET0=1.0×827=827 mm，阿勒泰年平均有效降雨量171 mm，则苜蓿灌溉需水量为M=(827-171)/0.9=728 mm。

2 拖管灌溉条件下苜蓿灌溉制度分析

2.1 灌水周期

如果有历史资料或代表年，设计确定灌水周期应根据灌溉前植物可从根区土壤中消耗的水量和植物多年平均日净需水量确定。灌水周期可按式（6）计算：

式中：T为设计灌水周期，单位：天；PSW为植物可从根区土壤中消耗的水量，单位：mm；ID为植物多年平均日净需水量，mm/天。

如果有监测气象站或有预报ET0。灌水周期应根据灌溉前植物可从根区土壤中消耗的水量PSW和气象监测或预报ET累加需水量比较确定。灌水周期可按式（7）计算：

式中：T为灌水周期，单位：天；N为当∑ETi≥PSW的累加天数，单位：天；PSW为不同土质与根系深度植物可从根区土壤中消耗的水量，单位：mm。

2.2 周期灌水定额

每个灌水周期的设计灌水定额应根据植物多年平均日净需水量、灌水周期以及要求的灌水均匀程度由试验资料来确定。每个灌水周期的设计灌水定额可按式（8）计算：

式中：m为每个灌水周期的设计灌水定额，单位：mm；ηu为灌溉水利用系数，对于拖管灌溉ηu，取0.8～0.9。

2.3 拖管灌溉运行速度

灌水行进速度V可按式（9）计算：

式中：V为拖管机行进速度，单位：m/h；Q为拖管出口流量，单位：m3/h；m 为灌水定额，单位：mm；L为拖管间距，单位：m。

2.4 灌溉定额

苜蓿全年的设计灌溉定额可采用式（10）计算确定：

式中：M为植物全年的灌溉定额，单位：mm；mi为第i次灌水定额，单位：mm；n为全年灌水次数。

2.5 苜蓿灌溉制度

根据历史资料按照月来划分灌水周期，并且根据以上研究和建立的模型和公式，对阿苇灌区需水量和灌溉周期进行计算。土质为壤土，根系深60 cm。阿苇灌区苜蓿生长期从4月下旬到9月中旬，生长期150天。项目地是以壤土为主，苜蓿根系土壤Psw由表3可知为46 mm。灌溉效率为0.9，灌水定额m为51 mm。拖管灌溉设备拖管间距为1.1 m，流量1 m3/h,要满足灌水定额，根据公式（9）计算得到机械行走速度为20 m/h。拖管灌溉条件下苜蓿灌溉制度见表4。

表4 拖管灌溉条件下苜蓿灌溉制度表

3 结论

通过公式模拟率定参数，根据不同月份的ET值，阿勒泰地区苜蓿拖管灌溉条件下年灌溉次数约16次，每次灌水定额51mm，机械行走速度20 m/h，以减少灌溉水的深层渗漏，且满足苜蓿需水量728 mm的要求，产量可以达到最高。因此，北疆地区苜蓿种植要根据当地ET值、作物的潜在需水量、土壤环境、根系深度的储存水量规律条件合理制定和调整作物灌溉制度，在拖管灌溉条件下作物产量可提高20%～30%，为干旱半干旱地区作物优化灌溉制度、提质增效具有较强的推广和示范意义。