劉洪波，白云崗，張江輝，張勝江，丁平

（新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊830049）

香梨作為新疆庫(kù)爾勒地區(qū)的特色支柱產(chǎn)業(yè)，由于受到干旱少雨，蒸散量大等特殊自然條件的限制，在水肥管理上存在著灌溉定額過(guò)大和高耗低效等問(wèn)題。準(zhǔn)確地測(cè)定香梨灌溉期棵間土面蒸發(fā)量及變化規(guī)律，對(duì)于香梨地采用科學(xué)的節(jié)水措施及制定合理的灌溉制度具有重要的意義。微型蒸發(fā)器（Microlysimeters，MLS）是測(cè)定土壤蒸發(fā)既簡(jiǎn)單又非常有效的儀器［1］，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都曾利用微型蒸滲儀觀測(cè)土面蒸發(fā)［2－5］。王健等［6］利用大型稱重式蒸滲儀和小型棵間蒸發(fā)器的測(cè)定資料，研究了不同灌溉定額條件下夏玉米生長(zhǎng)期間的逐日蒸發(fā)蒸騰和棵間蒸發(fā)過(guò)程，得出充分灌溉和非充分灌溉條件下棵間蒸發(fā)占蒸發(fā)蒸騰的比例與葉面積指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.85和0.77以上。高陽(yáng)等［7］、劉鈺等［8］采用微型蒸滲儀測(cè)定了玉米、大豆不同間作模式下不同位置處的土面蒸發(fā)量，并研究了麥田與裸地土面蒸發(fā)強(qiáng)度的方法，分析了相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度與土壤含水率及葉面積指數(shù)的關(guān)系。然而，關(guān)于庫(kù)爾勒地區(qū)香梨地土面蒸發(fā)規(guī)律的研究還很少，因此，對(duì)該地區(qū)進(jìn)行土面蒸發(fā)的研究，探討在不同灌水技術(shù)下香梨地的水分消耗轉(zhuǎn)化關(guān)系是非常必要的。

本試驗(yàn)針對(duì)庫(kù)爾勒地區(qū)的特殊氣候特征，通過(guò)對(duì)香梨地在不同灌水技術(shù)下土面蒸發(fā)量的測(cè)定，對(duì)香梨棵間土面蒸發(fā)規(guī)律進(jìn)行了研究，為能準(zhǔn)確估算農(nóng)田土壤水分動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，制定合理的灌溉制度及采取針對(duì)性的節(jié)水措施，盡可能減少無(wú)效的棵間蒸發(fā)損失提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)地點(diǎn)位于新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理處重點(diǎn)灌溉試驗(yàn)站。該試驗(yàn)站位于庫(kù)爾勒市尉犁縣城30km處，地理坐標(biāo)為北緯41°35′41″，東經(jīng)86°10′20″，海拔892m，年降水量20～80mm，年蒸發(fā)量2 000～2 500mm；10℃以上積溫3 950～4 500℃，無(wú)霜期180～215d；濕潤(rùn)度小于0.33，為純灌溉農(nóng)業(yè)。作物生長(zhǎng)季節(jié)干旱少雨，土壤為砂壤土，田間持水率16.8%，pH 值8.0，有機(jī)質(zhì)含量12.52g／kg，全氮0.84g／kg，堿解氮58.69mg／kg，速效磷9.67mg／kg，速效鉀138.74mg／kg。

試驗(yàn)于2012年3月開(kāi)始進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)面積0.33hm2，試材為生長(zhǎng)勢(shì)和樹(shù)體大小較為一致的11年生香梨樹(shù)，株行距為4m×6m，折合密度420株／hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用地面3種微灌灌溉方式，灌水技術(shù)共設(shè)3個(gè)處理。微噴灌水處理是沿樹(shù)行東側(cè)布置1條毛管，毛管管徑為16mm，在正對(duì)每棵樹(shù)干1m處布置一個(gè)射程2m，流量40L／h的旋轉(zhuǎn)微噴頭。環(huán)管地表滴灌采用毛管16mm的滴灌管，滴頭間距30cm，滴頭流量3.2L／h。環(huán)管繞樹(shù)體一周，直徑為1.2m。小管出流采用4mm毛管，繞樹(shù)休四周布置4條小管，流量8L／h。3個(gè)處理的灌溉定額均為10 650 m3／hm2，灌水周期10d。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 土面蒸發(fā) 土面蒸發(fā)采用微型蒸滲儀直接測(cè)定。微型蒸滲儀采用PVC管制成，內(nèi)徑10cm，深度20cm。為保證操作時(shí)不破壞附近土體結(jié)構(gòu)，用內(nèi)徑為12cm的PVC管做成外套，并固定于土壤中，且其表面與附近土壤持平。每個(gè)處理采用1個(gè)微型蒸滲儀，置于距香梨主根同一側(cè)50cm處。采用精度為0.1g的電子天平稱重，稱重后將其放回套筒中，每天在20點(diǎn)定時(shí)稱重1次，兩日稱重的差值為當(dāng)日蒸發(fā)量。蒸滲儀中的土在每次灌水過(guò)后更換1次，換土?xí)r將蒸發(fā)器周圍土壤裝入內(nèi)筒中。

1.3.2 土壤含水率 土壤含水量采用CNC-503D型中子儀定期監(jiān)測(cè)。于每次灌水后測(cè)定土壤含水量。此外，在各個(gè)生育期選擇一個(gè)灌水周期進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，觀測(cè)不同處理0—20，20—40，40—60，60—80，80—100cm深度上的田間土壤含水率。

1.3.3 葉面積 每個(gè)處理選取3棵長(zhǎng)勢(shì)均勻的香梨樹(shù)，每棵樹(shù)選取1個(gè)主枝，按枝的底部、中間和上部選取3個(gè)分枝，從展葉期開(kāi)始，測(cè)量每個(gè)枝上葉片的長(zhǎng)、寬和每個(gè)枝上的枝條數(shù)和葉片數(shù)以及主枝和整棵樹(shù)的枝條數(shù)，計(jì)算出該樹(shù)的葉面積

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面積指數(shù)的變化

不同灌水技術(shù)處理葉面積指數(shù)變化如圖1所示。從圖1中可以看出，在香梨的整個(gè)生育期內(nèi)，各處理葉面積指數(shù)表現(xiàn)出明顯增大的變化規(guī)律，其中在香梨開(kāi)花及展葉期（4月8日至4月25日），各處理葉面積增長(zhǎng)速度較快，小管處理的葉面積指數(shù)最大，環(huán)管次之，微噴最小，其葉面積指數(shù)（LAI）值分別為0.89，0.58和0.40。從香梨花期結(jié)束到坐果期末（7月8日），各處理的葉面積指數(shù)上升速度減慢，在果實(shí)膨大期（7月9日至8月10日）仍呈上升趨勢(shì)，上升幅度較小，在果實(shí)成熟期，香梨仍在進(jìn)行生殖生長(zhǎng)，且生長(zhǎng)速度較快。在整個(gè)生育期中，小管處理的葉面積指數(shù)始終最大，環(huán)管居中，微噴最小，其LAI最大值分別是3.4，2.5和1.7。

圖1 不同灌水技術(shù)葉面積指數(shù)變化

2.2 土面蒸發(fā)的變化

圖2是不同灌水技術(shù)處理的土面蒸發(fā)逐日變化。從圖2可看出，各處理土面蒸發(fā)強(qiáng)度在香梨整個(gè)生育期內(nèi)變化規(guī)律趨于一致。在抺芽期開(kāi)始由于當(dāng)?shù)靥厥獾臍夂驐l件，4月初化凍，土面蒸發(fā)很小，從花期開(kāi)始各處理的土面蒸發(fā)呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。隨著時(shí)間的推移，處理間日平均土面蒸發(fā)差值變大，各處理按整個(gè)生育期內(nèi)平均土面蒸發(fā)強(qiáng)度高低排序?yàn)槲姡拘」埽经h(huán)管，平均值分別為1.01，0.89，0.77mm。

圖2 不同灌水技術(shù)土面蒸發(fā)逐日變化

從累積土面蒸發(fā)量來(lái)看（圖3），在日序20d之前，各處理的累積土面蒸發(fā)值相差很小，20d之后逐漸增大，其中微噴處理的累積土面蒸發(fā)值明顯大于環(huán)管和小管處理，環(huán)管處理的累積土面蒸發(fā)值最小。環(huán)管、小管和微噴3種灌水技術(shù)處理的累積土面蒸發(fā)值分別為89.60，104.53和116.05mm。

圖3 不同灌水技術(shù)累積土面蒸發(fā)

不同灌水技術(shù)處理不同生育期的土面蒸發(fā)強(qiáng)度如表1所示。由表1可知，香梨從花期到果實(shí)成熟期的整個(gè)生育期內(nèi)，各處理的土面蒸發(fā)強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，且微噴處理的土面蒸發(fā)強(qiáng)度除在花期低于小管處理外，其他生育期均高于環(huán)管和小管處理，小管處理從坐果期到果實(shí)成熟期均高于環(huán)管處理。

表1 不同灌水技術(shù)各生育期土面蒸發(fā)強(qiáng)度

2.3 土壤表層含水量與土面蒸發(fā)的關(guān)系

通過(guò)自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)采集，利用聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO）推薦的Penman—Monteith公式計(jì)算參考作物需水量ET0［9］。由于試驗(yàn)田為砂壤土，但分層不均一，表層0—60cm為砂土，60—80cm為壤土，80—100cm為砂壤土，而土壤表層受光照及氣候影響最大，因此對(duì)香梨地在不同灌水技術(shù)下表層土壤0—20cm深度的相對(duì)土壤蒸發(fā)強(qiáng)度與含水量的關(guān)系進(jìn)行分析。圖4表示環(huán)管處理在2次灌水周期內(nèi)的田間相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度E／ET0與表層0—20cm土壤含水量（x）的關(guān)系。從圖4中可看出，相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度與0—20cm土層土壤含水量呈二次線性關(guān)系，說(shuō)明相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度隨著土壤含水量的增大而增大，且相關(guān)性極顯著，相關(guān)系數(shù)為0.951。

圖4 相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度與土壤含水量的關(guān)系

同理，可得出小管和微噴處理的相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度和10—20cm土層土壤含水量的關(guān)系。

（1）小管處理：

式中：y——相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度（mm／d）；x——土壤含水量（cm3／cm3）。

（2）微噴處理：

式中：y——相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度（mm／d）；x——土壤含水量（cm3／cm3）。

從圖4及式（1）—（2）可知，相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度均隨土壤含水量的增加而增加。不同處理相比，微噴處理的相關(guān)系數(shù)最高，表明相關(guān)性最好，且相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度在土壤含水量小于0.22時(shí)隨土壤含水量增加而增大的速率較小，當(dāng)土壤含水量大于0.22時(shí)，相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度隨含水量增加而增大的速率加大。

2.4 土面蒸發(fā)強(qiáng)度與土壤耗水強(qiáng)度的關(guān)系

表2為3種不同灌水處理在不同生育期內(nèi)的土壤耗水強(qiáng)度。土壤耗水量是以上次觀測(cè)土壤貯水量加上本次灌水量減去本次貯水量計(jì)算得到，計(jì)算深度以中子儀測(cè)定100cm土層計(jì)算。土壤耗水強(qiáng)度是每個(gè)灌水周期內(nèi)的土壤耗水量除以周期天數(shù)得到?？梢?jiàn)，3種不同處理在生育期內(nèi)的土壤耗水強(qiáng)度整體上呈現(xiàn)出明顯的先增大后減小的規(guī)律性，其中，在花期到坐果期的土壤耗水強(qiáng)度變化不大，從坐果期到成熟期3種不同處理的土壤耗水強(qiáng)度差異變化加大，且微噴處理的土壤耗強(qiáng)度始終最大，而環(huán)管和小管次之，但兩者相差很小。產(chǎn)生這種差異的原因可能是因?yàn)槲姷谋韺訚駶?rùn)范圍大于環(huán)管和小管。

3種不同灌水技術(shù)處理的土面蒸發(fā)強(qiáng)度與土壤耗水強(qiáng)度之間呈顯著相關(guān)關(guān)系，其中環(huán)管處理呈極顯著相關(guān)關(guān)系，為0.971，小管和微噴的相關(guān)性稍差，為0.825和0.894。各處理的土面蒸發(fā)強(qiáng)度均隨著土壤耗水強(qiáng)度的增大而增大，降低而降低，二都之間呈冪函數(shù)關(guān)系，具體的回歸方程及土面蒸發(fā)強(qiáng)度占土壤耗水強(qiáng)度的比例如表3所示。

表2 不同灌水技術(shù)處理下各生育期耗水強(qiáng)度

表3 香梨生育期內(nèi)土面蒸發(fā)強(qiáng)度與土壤耗水強(qiáng)度的關(guān)系

3 結(jié)論

香梨地土面蒸發(fā)的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，不同灌水技術(shù)處理雖然灌溉定額與灌水周期相同，但由于毛管布置方式不同，土壤含水量及土壤濕潤(rùn)體產(chǎn)生差異，同時(shí)受陽(yáng)光照射區(qū)域的影響表現(xiàn)出明顯的差異。各灌水技術(shù)處理在整個(gè)生育期的平均土面蒸發(fā)強(qiáng)度由大到小依次為微噴、小管和環(huán)管，其累積土面蒸發(fā)值分別為116.05，104.53和89.60mm。各處理棵間相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度與表層0—20cm深度土壤含水量關(guān)系密切，3種不同處理均與0—20cm土層深度的土壤含水量相關(guān)關(guān)系顯著，不同處理相對(duì)土面蒸發(fā)強(qiáng)度均隨土壤含水量增加而增大，呈二次遞增規(guī)律，其中環(huán)管處理的相關(guān)性達(dá)到極顯著。3種灌水處理的土壤耗水強(qiáng)度在生育期內(nèi)整體上呈現(xiàn)從大到小的變化規(guī)律，從花期到坐果期的土壤耗水強(qiáng)度變化不大，各處理的土壤耗水強(qiáng)度大小順序?yàn)槲?、環(huán)管和小管。微噴處理的土面蒸發(fā)強(qiáng)度與土壤耗水強(qiáng)度之間呈極顯著相關(guān)關(guān)系。各處理的土面蒸發(fā)強(qiáng)度均隨著土壤耗水強(qiáng)度的增大而增大，降低而降低，二者之間呈冪函數(shù)關(guān)系。由于該試驗(yàn)項(xiàng)目剛開(kāi)始進(jìn)行，僅初步探明了其相互關(guān)系及基本特征，對(duì)不同的灌水方式下不同灌溉定額及不同灌溉制度下的相互關(guān)系仍需做進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

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