吉春容，白書軍，胡啟瑞，王 森，江遠(yuǎn)安*

（1.新疆興農(nóng)網(wǎng)信息中心/新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊830002；2.烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，新疆 石河子832000）

干旱是最主要的氣候?yàn)?zāi)害之一，因其頻繁發(fā)生，持續(xù)時(shí)間長，影響范圍廣，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著巨大影響[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國平均每年農(nóng)田受旱面積2.15×107hm2左右，占農(nóng)田總受災(zāi)面積的60%，損失糧食100×108～150×108kg[2]。新疆是我國最大的棉花生產(chǎn)基地，其主要植棉地區(qū)棉田面積高達(dá)作物播種面積的60%～85%[3]，而地處干旱半干旱氣候區(qū)的新疆，干旱及水資源缺乏已成為棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大限制因素。2015年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，6—9月全國棉花監(jiān)測縣旱災(zāi)的發(fā)生面積分別為 10.63×104、17.22×104、7.65 ×104hm2和 1.08×104hm2，分別占監(jiān)測縣棉花種植面積的8.2%、13.7%、6.4%和1%；而從區(qū)域來看，西北內(nèi)陸棉區(qū)9月的旱災(zāi)發(fā)生面積占監(jiān)測縣旱災(zāi)總發(fā)生面積的98.8%[4-5]。

干旱一般分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱[6]，其中以農(nóng)業(yè)干旱最為嚴(yán)重，2000年發(fā)生了建國以來最為嚴(yán)重的旱災(zāi)，全國農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá) 4.054×107hm2，其中成災(zāi) 2.678×107hm2，絕收8×106hm2[1]。作為影響作物生長發(fā)育的主要非生物脅迫因素之一，干旱所造成的危害超過了一切逆境因子的總和，嚴(yán)重制約植物的生長發(fā)育及產(chǎn)量[7-9]。因此，從不同角度研究棉花干旱脅迫監(jiān)測預(yù)測指標(biāo)及各指標(biāo)間的相互關(guān)系，對(duì)于棉花生產(chǎn)趨利避害具有重要的指導(dǎo)價(jià)值[10-11]。在棉花品種、栽培技術(shù)和種植模式不斷更新的情況下，國內(nèi)外研究人員已在棉花干旱指標(biāo)方面取得了許多成果。

對(duì)于西北干旱地區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)來說，覆膜種植與滴灌技術(shù)相結(jié)合的膜下滴灌樞紐，不同程度地改變了棉田水分運(yùn)移模式及植株對(duì)水分的需求規(guī)律，那么在節(jié)水灌溉技術(shù)快速應(yīng)用的種植模式下，綠洲棉田作物耐旱能力是否有所變化，現(xiàn)有干旱指標(biāo)對(duì)其的適用性和指導(dǎo)性是否一致，本文在分析已有干旱指標(biāo)研究成果的基礎(chǔ)上，從形態(tài)、生理生化、產(chǎn)量構(gòu)成、土壤水分、氣象因子等方面討論其對(duì)綠洲棉田干旱監(jiān)測的指導(dǎo)意義，并對(duì)進(jìn)一步開展滴灌模式下綠洲棉田干旱指標(biāo)研究提出相關(guān)建議，為棉花安全生產(chǎn)提供理論參考。

1 棉花干旱形態(tài)特征指標(biāo)

形態(tài)指標(biāo)在棉花抗旱育種中采用得最早，是指利用作物長相、長勢(shì)等外觀特征來判斷作物是否缺水及其程度，具有簡單、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)?？购敌詮?qiáng)的作物較非抗旱性作物在水分脅迫下表現(xiàn)出不同的植株性狀，而這些植株性狀，如根系發(fā)達(dá)程度、莖的水分輸導(dǎo)能力、葉的形態(tài)（如葉片大小、形狀、角度、葉片卷曲程度、果枝始節(jié)的節(jié)位等）均可作為作物抗旱性鑒定指標(biāo)[12]。王延琴等[13]研究了水分脅迫對(duì)棉花種子萌發(fā)的影響表明，棉花種子在受到不同程度的干旱脅迫時(shí)，其發(fā)芽率、發(fā)芽速度、發(fā)芽指數(shù)、苗高、根長、根莖比、幼苗干鮮重等均出現(xiàn)不同程度的降低。張?jiān)萚14]研究發(fā)現(xiàn)，棉花抗旱品種幼苗的側(cè)根條數(shù)、根重、根苗比遠(yuǎn)高于不抗旱品種。

形態(tài)特征可供參考的其他指標(biāo)包括株高、出葉速率、干物質(zhì)累積量、葉面積、主莖生長速度、主莖高度、果枝數(shù)、“三桃”比重以及蕾鈴脫落率等。李秉柏等[15]研究表明，棉花在干旱條件下，生長首先受抑，株高、出葉速率明顯減慢。俞希根等[16]通過對(duì)棉花不同土壤干旱程度處理得出，在試驗(yàn)中苗期達(dá)到中旱，棉株生長延緩不明顯，不良影響在苗期前期影響大于后期。蕾期中旱使棉花生育進(jìn)程加快?；ㄢ徠谶_(dá)到中旱時(shí)，對(duì)生長影響較大，不但棉株增長緩慢，葉片也相應(yīng)變小。果枝量少，且伸展慢。重旱時(shí)生長停止，產(chǎn)生自然封頂現(xiàn)象；花鈴期任何階段缺水，都會(huì)使棉株的總干物質(zhì)累積量減少[17-18]。

生產(chǎn)中用來進(jìn)行棉花干旱脅迫比較和分析的形態(tài)指標(biāo)常為定性指標(biāo)，具有直觀的監(jiān)測指導(dǎo)意義，適用于區(qū)域內(nèi)小范圍棉田旱情診斷評(píng)估。

2 棉花干旱生理生化指標(biāo)

干旱對(duì)于棉花各個(gè)生育期的影響視持續(xù)時(shí)間和受旱程度而定，生理生化指標(biāo)是指通過干旱引起棉花生長發(fā)育過程發(fā)生變異的各項(xiàng)生理生化表征來判斷是否受旱及受害程度。

2.1 生理特征指標(biāo)

在棉花干旱監(jiān)測方面，利用冠層溫度監(jiān)測水分狀況的研究應(yīng)用較多。冠層溫度是判斷作物是否水分虧缺的敏感指標(biāo)之一，研究發(fā)現(xiàn)[19-20]，在50%田間持水量處理下，棉花的冠層溫度明顯比75%和100%田間持水量處理下的高，且表現(xiàn)出皮棉產(chǎn)量下降，而在75%田間持水量的水分處理?xiàng)l件下，皮棉產(chǎn)量則無明顯下降，這表明合理的節(jié)水灌溉是不會(huì)影響棉花產(chǎn)量的。對(duì)不同土壤水分條件下棉花冠層溫度的變化規(guī)律研究表明[21-22]，土壤水分對(duì)冠層溫度的影響在9:00以前和15:00以后較小、12:00—15:00最大，可選擇這一期間晴朗而且穩(wěn)定的天氣條件下的冠層溫度來診斷棉花水分狀況。棉花冠層溫度與細(xì)胞液濃度之間存在良好的關(guān)系，利用其與凈輻射、相對(duì)濕度和土壤含水量的關(guān)系可以評(píng)價(jià)作物的缺水狀況，并可利用該指標(biāo)進(jìn)行棉花干旱監(jiān)測。

冠氣溫差、水分脅迫指數(shù)、水分虧缺指數(shù)等是以冠層溫度為基礎(chǔ)不斷衍生的可用于棉花的干旱生理指標(biāo)。作物冠層溫度與氣溫的差值即冠氣溫差可用來判斷水分脅迫對(duì)作物的影響及響應(yīng)[23]，如計(jì)算每日13:00—15:00冠氣溫差累計(jì)值，若該值大于作物開始缺水的臨界值，則表示作物發(fā)生干旱；也有研究表明，當(dāng)大氣蒸發(fā)力較弱時(shí)，冠氣溫差不能真實(shí)反映作物受水分脅迫程度[24-26]。

作物水分脅迫指數(shù)（CWSI）以計(jì)算作物實(shí)際、潛在蒸散發(fā)量比值為基礎(chǔ)[27-28]，綜合考慮太陽輻射、植物、大氣等不同因子對(duì)作物水分狀況的影響，將干旱劃分為重旱、中旱、輕旱、正常等不同等級(jí)；也可利用儀器觀測的冠氣溫差值、通過冠層單層能量平衡阻力模式得來的冠氣溫差上下界限值進(jìn)行CWSI計(jì)算，CWSI在0～1，值越大說明受旱程度越嚴(yán)重；與遙感信息相結(jié)合，該指標(biāo)在不同區(qū)域的棉花干旱監(jiān)測中具有較好的適用性[29-31]，但在葉面積指數(shù)較低的生長時(shí)期或區(qū)域則對(duì)應(yīng)用效果存在影響。

水分虧缺指數(shù)（WDI）是基于地表混合溫度、地表與空氣溫差等為主要計(jì)算因子來反映作物旱情的生理指標(biāo)，大部分利用遙感探測得到作物和土壤混合溫度，因此可在葉面積指數(shù)較低時(shí)使用，但若作物進(jìn)行了灌溉，地表混合溫度對(duì)遙感探測具有的“滯后性”對(duì)利用該指標(biāo)進(jìn)行干旱監(jiān)測存在影響[23]。

2.2 生化特征指標(biāo)

水分是影響作物生長發(fā)育的重要因素，干旱的發(fā)生會(huì)引起棉花葉綠體結(jié)構(gòu)、光合蒸騰作用過程、生物膜系統(tǒng)、酶活性、細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等發(fā)生改變，進(jìn)而影響棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量，因此葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、葉片水勢(shì)、葉片相對(duì)含水量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、丙二醛含量和保護(hù)酶活性等生理生化指標(biāo)的差異變化均可反映作物對(duì)水分的脅迫響應(yīng)。

2.2.1 葉綠素與光合、蒸騰特征

葉綠素?zé)晒鈪?shù)極易受逆境的影響，是快速、靈敏無損傷研究和探測植物光合生理狀況及植物與逆境脅迫關(guān)系的理想方法。葉綠素含量作為反映作物健康程度的生理生化指標(biāo)之一[23]，在作物發(fā)生干旱時(shí)，利用儀器直接觀測的葉片葉綠素含量高低，可直接反映受影響程度。作為植物重要的生理活動(dòng)光合作用，光合速率大小與作物體內(nèi)的水分狀況直接相關(guān)，而土壤中的水分是作物體內(nèi)水分的直接供應(yīng)者，因此光合速率大小與土壤水分狀況間接相關(guān)。另外，作物主要依靠蒸騰作用將水分運(yùn)送至各器官，當(dāng)水分虧缺時(shí)，蒸騰速率會(huì)有所下降。同時(shí)，植物的光合、蒸騰作用均通過植株氣孔完成，土壤水分不足作物發(fā)生干旱時(shí)，植株葉片氣孔部分關(guān)閉、氣孔阻力增加、氣孔導(dǎo)度變小，蒸騰速率會(huì)下降，光合作用也會(huì)受到影響。

葉片（植株）相對(duì)含水量、葉片水勢(shì)能定量反映作物葉片中的水分狀況，直接反映作物生理干旱特征。作物受旱時(shí)，葉片水勢(shì)會(huì)迅速下降，其與蒸騰速率、大氣水勢(shì)和葉片氣孔阻抗等因素有關(guān)[23]，特征值可以通過儀器直接觀測而得。研究表明[25]，干旱處理顯著降低了棉株葉水勢(shì)、土壤相對(duì)含水量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率，導(dǎo)致葉溫升高，進(jìn)而影響了棉株的光合生理過程和干物質(zhì)形成。但在不同生育期影響棉花的關(guān)鍵指標(biāo)有所不同[9]，苗期為葉片相對(duì)含水量和葉綠素含量，盛蕾期為葉綠素含量和葉面積，花鈴期為相對(duì)含水量，而吐絮期為葉綠素含量和葉面積。葉片葉綠素含量幾乎和各個(gè)生育期的抗旱性都密切相關(guān)，對(duì)棉花抗旱性有重要作用，而棉花植株含水量隨干旱脅迫程度增加呈降低趨勢(shì)，二者均能夠作為監(jiān)測反映棉花干旱脅迫的指標(biāo)。

2.2.2 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與酶活性特征

滲透調(diào)節(jié)是植物體耐受脅迫環(huán)境的重要生理機(jī)制，植物細(xì)胞可通過脯氨酸、可溶性糖等物質(zhì)的含量來保持滲透勢(shì)平衡，含量越高、調(diào)節(jié)能力越大、抗逆境能力越強(qiáng)。同樣，植物細(xì)胞內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）等，酶活性越高，消除自由基的能力越強(qiáng)，植物的抗逆性也越強(qiáng)。而丙二醛作為膜脂過氧化的分解產(chǎn)物，其含量變化可以反映植物受傷害的程度[25]。

研究表明[32]，干旱脅迫下，棉花葉片脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量增加，CAT、SOD、POD保護(hù)酶活性提高，抵御干旱的能力增強(qiáng)。耐旱型棉花品種通過增加根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)游離脯氨酸含量來提高其耐旱性，其SOD活性隨著干旱處理時(shí)間延長而增加[33-35]。大田棉花葉片的脯氨酸含量、丙二醛含量、可溶性糖含量均隨干旱脅迫程度的增加而增加[32,36]。隨干旱脅迫加強(qiáng)，百棉1號(hào)葉片中脯氨酸表現(xiàn)為處理2 d后開始線性增加[37]；不同品種棉葉中游離脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)[38]，抗旱品種新陸早7號(hào)在干旱脅迫前期游離氨基酸含量增加慢，后期增加快；但抗旱性較差的新陸早24號(hào)游離氨基酸含量的變化趨勢(shì)與新陸早7號(hào)相反，上升趨勢(shì)不明顯[33]。棉花葉片脯氨酸含量隨灌水量的降低而升高，且與土壤含水率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[19]；干旱脅迫下不同品種各部位果枝葉中脯氨酸含量均比對(duì)照增加[24]，脯氨酸可以作為棉花抗旱性的參考生理指標(biāo)，作為灌溉管理的依據(jù)。

劉靈娣等[39]指出干旱脅迫導(dǎo)致棉花不同部位內(nèi)圍果枝葉片可溶性糖含量均有不同程度的增加?；ㄢ徠诙唐诟珊到Y(jié)束時(shí)，棉花葉片可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量增加[25]；干旱脅迫條件下棉花的纖維可溶性蛋白含量較正常灌水處理顯著降低，丙二醛（MDA）含量增加；在復(fù)水后第10 d，干旱處理棉花MDA含量降低[26]，干旱后一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行復(fù)水可一定程度上緩解干旱脅迫帶來的不利影響，但復(fù)水的時(shí)間點(diǎn)非常關(guān)鍵。

生產(chǎn)中利用生理生化指標(biāo)進(jìn)行棉花干旱判斷，主要是通過田間取樣（植株或器官）進(jìn)行測定，其對(duì)綠洲棉田干旱監(jiān)測具有科學(xué)的理論指導(dǎo)意義，更適用于科學(xué)試驗(yàn)研究，且不同時(shí)間、方法、部位的觀測結(jié)果均會(huì)存在差異，因此取樣的代表性至關(guān)重要。

3 棉花干旱產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)

作物的抗旱性最終要體現(xiàn)在產(chǎn)量的高低上，抗旱系數(shù)[4]（抗旱系數(shù)=脅迫下的平均產(chǎn)量/非脅迫下的平均產(chǎn)量）和干旱敏感指數(shù)[4]（SI=[1-抗旱系數(shù)]/環(huán)境脅迫程度），是從產(chǎn)量上反映抗旱性的重要指標(biāo)。俞希根等[16]研究表明中度干旱對(duì)產(chǎn)量的影響大小趨勢(shì)，苗期<成熟期<蕾期<花鈴期和全生育期?；ㄢ徠谑敲藁ㄐ杷呐R界期，也是灌溉的重要關(guān)鍵期；蕾期對(duì)水分的反應(yīng)比較敏感，亦是水分關(guān)鍵期。從子棉產(chǎn)量與構(gòu)成因素、持續(xù)干旱對(duì)棉花衣分和產(chǎn)量器官干物質(zhì)積累效率的影響等方面研究了棉花花鈴期土壤持續(xù)干旱脅迫對(duì)產(chǎn)量形成的調(diào)節(jié)效應(yīng)，其結(jié)果表明持續(xù)干旱對(duì)子棉產(chǎn)量影響為單株成鈴數(shù)>成鈴率>單鈴重，而短期干旱脅迫則增加成鈴數(shù)最終使得子棉增產(chǎn)[40-42]。

減產(chǎn)百分率模型指標(biāo)（L）是反映不同生育期缺水對(duì)作物產(chǎn)量的影響，引入耗水量及作物在不同生育階段水分敏感系數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算確定[23]。公式為：

式中，Y為實(shí)際產(chǎn)量，Ym為使用作物光溫生產(chǎn)潛力計(jì)算的最大產(chǎn)量；n為作物的生育階段，λi為作物在第i階段的水分敏感系數(shù)，反映不同生育期缺水對(duì)作物產(chǎn)量的影響程度；ETa為實(shí)際耗水量，ETm為最大耗水量。在冬小麥應(yīng)用中提出的干旱指標(biāo)分為4級(jí)，輕旱（減產(chǎn)10%）、中旱（10%～20%）、重旱（20%～30%）、嚴(yán)重干旱（＞30%）。

作物產(chǎn)量按對(duì)其影響因素的性質(zhì)可分解為趨勢(shì)產(chǎn)量（Yt）和氣象產(chǎn)量（Yw），即 Y=Yt+Yw，趨勢(shì)產(chǎn)量反映了因時(shí)間延長、生產(chǎn)水平提高而不斷上升的部分，氣象產(chǎn)量體現(xiàn)了天氣氣候變化引起的波動(dòng)部分。研究表明[43]，棉花整個(gè)生長期內(nèi)，各生育階段降水均對(duì)產(chǎn)量影響較大，可利用氣象產(chǎn)量與影響顯著的降水因子進(jìn)行模擬構(gòu)建棉花生產(chǎn)旱災(zāi)損失模型，從而闡明降水對(duì)棉花各生育階段的影響程度，及早對(duì)干旱風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

作物對(duì)不同階段缺水的敏感性不同，不同生育階段發(fā)生干旱缺水對(duì)作物的危害有所不同。根據(jù)作物在各個(gè)生長階段的最大蒸散量與相應(yīng)的作物產(chǎn)量、全生育期作物的干旱模擬計(jì)算結(jié)果，結(jié)合水分生產(chǎn)函數(shù)選用Jensen模型可模擬計(jì)算作物由于缺水所造成的減產(chǎn)量[44]。

式中，n為生育階段數(shù)，ETj為第j生育階段實(shí)際蒸散量，ETmj為最大蒸散量，λj為第j生育階段水分敏感系數(shù)，Y為作物實(shí)際產(chǎn)量，Ym為作物最大產(chǎn)量。

干旱對(duì)棉花的影響，最終的影響均通過產(chǎn)量或產(chǎn)量結(jié)構(gòu)來體現(xiàn)。此類指標(biāo)在綠洲棉田產(chǎn)量預(yù)報(bào)方面具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)需要考慮覆膜滴灌模式下綠洲棉田水分利用效率的改變，進(jìn)而對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量干旱響應(yīng)指標(biāo)敏感程度會(huì)有所不同。

4 棉花干旱土壤水分指標(biāo)

土壤干旱指標(biāo)主要基于土壤濕度狀況描述作物對(duì)水分脅迫的響應(yīng)，間接反映了土壤含水量對(duì)作物生長發(fā)育的限制作用，主要包括土壤相對(duì)濕度、相對(duì)濕潤度指數(shù)、土壤有效水分存儲(chǔ)量、農(nóng)作物水分綜合指標(biāo)、作物供需水指標(biāo)、帕爾默干旱指數(shù)等。

4.1 土壤水分指標(biāo)

土壤水分指標(biāo)是棉花在干旱脅迫下指導(dǎo)灌溉的一個(gè)最直接和有效的指標(biāo)，一般用田間持水量來反映。對(duì)棉花適宜土壤水分下限的研究表明[16,43]，棉花漫灌模式下，各生育階段適宜水分下限指標(biāo)（占田間持水量百分?jǐn)?shù)）為苗期55%、蕾期60%、花鈴期70%、成熟期55%，提出比適宜水分下限低10%～

式中，P為生長期內(nèi)降水量；Re為無效降水量，為徑流量與深層滲漏量的和；ρ0表示作物生長初期根系層平均土壤含水量，ρg表示根系層內(nèi)1 mm降水量引起土壤含水量的增加量，ρm表示作物生長發(fā)育所需的適宜土壤含水量，Rg表示計(jì)算時(shí)段內(nèi)地下水的補(bǔ)給量，E0表示作物生長期內(nèi)的潛在蒸發(fā)量。

綜合考慮作物生長期內(nèi)的降水、灌溉、地下水等相關(guān)因素，以農(nóng)田水量平衡為依據(jù)，陜西省作物旱情預(yù)報(bào)系統(tǒng)提出的作物供需水指標(biāo)（Kd）[23,30]，能反映作物受旱程度并進(jìn)行作物旱情測報(bào)；提出陜西省的作物需水等級(jí)指標(biāo)，極端干旱（Kd=0）、重旱（0

土壤含水量與田間持水量的百分比為土壤相對(duì)濕度（R），根據(jù)R進(jìn)行的干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)包括5個(gè)級(jí)別，分別為特旱（R≤30%）、重旱（30%

土壤有效水分存儲(chǔ)量（S）是指能被作物根系吸收的根系活動(dòng)層內(nèi)有效水分量[23]，S=0.1（土壤濕度-凋萎濕度）/（土壤容重×土層厚度）；當(dāng)土壤濕度較小不能滿足作物生長發(fā)育所需的水分，作物將會(huì)發(fā)生萎蔫，因此主要用于作物缺水狀況評(píng)價(jià)。

4.2 作物水分指標(biāo)

農(nóng)作物水分綜合指標(biāo)[23,29]（D）分為5個(gè)等級(jí)，分別為干旱（D<0.5）、半干旱（0.51.3），通過計(jì)算降水量、土壤含水量等綜合而得，對(duì)于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)的干旱監(jiān)測應(yīng)用較為廣泛，計(jì)算因子相對(duì)復(fù)雜。式中，P為有效降水量；W為作物需水量，P0為某一時(shí)段有效降水量，G 為地下水利用量，W0、W1、W2分別表示作物根系活動(dòng)層土壤凋萎含水量、某一時(shí)段初期和末期土壤含水量，I為灌溉量，ET為某一時(shí)段內(nèi)作物需水量。

帕爾默干旱指數(shù)[23,46-47]（PDSI）廣泛應(yīng)用于水文、氣象、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域進(jìn)行作物旱情綜合評(píng)估，是一種包含降水量、蒸散量、徑流量和土壤有效水分存儲(chǔ)量在內(nèi)的水分平衡模式。該指數(shù)被廣泛應(yīng)用并修正，包括帕爾默修正干旱指數(shù)（MPDSI）、自適應(yīng)帕爾默干旱指數(shù)（SC-PDSI）等。

式中，P為實(shí)際降水量；P0為氣候適宜的降水量；PET、PR、PR0、PL 分別為可能的蒸散量、土壤水分補(bǔ)給量、徑流量、損失量；R、R0、L分別為實(shí)際的土壤水補(bǔ)給量、徑流量、損失量；D為各月水分距平d絕對(duì)值的平均值；α、β、γ、δ分別為各項(xiàng)對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

土壤含水量是反映作物對(duì)水分脅迫程度的最直接指標(biāo)，膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用改變了綠洲棉田土壤水分運(yùn)移規(guī)律、棉田蒸散及耗水量，作物的耐旱程度是否因此而發(fā)生變化，因此各干旱監(jiān)測指標(biāo)的臨界點(diǎn)、界限閾值等在綠洲棉田干旱監(jiān)測中均需要考慮其差異變化。

5 棉花干旱氣象指標(biāo)

氣象學(xué)認(rèn)為，干旱實(shí)際上是由于缺乏足夠的降水引起的，是氣候水熱不平衡的表現(xiàn)。氣象干旱指標(biāo)主要基于降水或降水與溫度的共同作用來反映地面水分的收支平衡，從而間接反映作物的水分收支狀況。主要有降水量指標(biāo)、溫度與降水共同影響的綜合指標(biāo)兩類[23]。

5.1 降水量指標(biāo)

降水量指標(biāo)是通過降水量定量化描述旱澇標(biāo)準(zhǔn)，主要用于地下水位較深、雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)[38]。降水距平百分率、Z指數(shù)等為比較常用的降水量指標(biāo)，與降水量有關(guān)的還有反映干旱強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）、連續(xù)無雨日數(shù)等[48]。降水量指標(biāo)以反映干旱發(fā)生趨勢(shì)為主，對(duì)于某一時(shí)段小范圍內(nèi)的干旱程度、作物遭受干旱的影響程度基本不能準(zhǔn)確反映。

降水距平百分率（Mi）[29]是指某時(shí)段內(nèi)降水量與同期多年平均降水量的距平百分率，Mi=（降水量-多年平均降水量）/多年平均降水量×100%，反映該時(shí)間段降水量的偏離程度。該指標(biāo)廣泛應(yīng)用于氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)，具有很強(qiáng)的地域性，在雨養(yǎng)、灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)需要考慮其差異性。

Z指數(shù)[23,49]是對(duì)降水量進(jìn)行正態(tài)化處理，將降水量轉(zhuǎn)化為以Z為變量的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。Z指數(shù)分析結(jié)果越好，越能反映出旱澇程度，在綠洲棉田干旱監(jiān)測應(yīng)用中需要根據(jù)地區(qū)進(jìn)行修正，給出相對(duì)應(yīng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

式中，Xi為降水的標(biāo)準(zhǔn)化變量，Cs為偏態(tài)系數(shù)，n為樣本數(shù)，S為樣本均方差。

標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）[10]的計(jì)算原理，是將某一時(shí)段內(nèi)的降水量時(shí)間系列假設(shè)服從某種分布，通過降水量的分布概率密度函數(shù)推求累積概率，將累積概率轉(zhuǎn)化呈標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布而得，常用Gamma分布進(jìn)行擬合。

式中，Xi為降水的標(biāo)準(zhǔn)化變量，μ為樣本系列的均值，σ為其標(biāo)準(zhǔn)差。

5.2 溫度與降水綜合指標(biāo)

Ped干旱指數(shù)、水熱系數(shù)指標(biāo)[31]（Kw）等均是溫度與降水共同影響的綜合指標(biāo)，溫度的高低反映了地面蒸發(fā)情況，結(jié)合降水可綜合反映地面水分收支平衡，進(jìn)而間接表明作物收發(fā)收支狀況[50]。

Ped干旱指數(shù)（S）[23,27]通過計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化氣溫距平與降水量距平之差，來比較區(qū)域、時(shí)間內(nèi)干旱頻率與敏感度，劃分為重旱（S>3）、中旱（3>S>2），在未來作物對(duì)水分脅迫的預(yù)測服務(wù)中應(yīng)用較多。

式中，ΔT、ΔR分別為月平均氣溫、月降水量的距平，σT、σR分別為月平均氣溫、月降水量的均方差。

而水熱系數(shù)指標(biāo)[23,31]（Kw）是利用降水量和積溫來表示的干旱指標(biāo)，大多用于評(píng)價(jià)氣候干旱和作物對(duì)水分的脅迫。

式中，∑P、∑T≥10℃分別表示日平均氣溫≥10℃降水量總和與積溫。

也有分別選取能反映氣象干旱和土壤干旱的具體指標(biāo)，通過確定各干旱指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而建立的反映作物水分收支狀況的干旱指標(biāo)[51]，如列入氣象干旱等級(jí)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 20481-2006）的綜合氣象干旱指數(shù)（CI）。CI指數(shù)[52-53]是利用近 30 d（月尺度）和近90 d（季尺度）標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、相對(duì)濕潤度指數(shù)進(jìn)行符合計(jì)算而得。指數(shù)越小，干旱越嚴(yán)重，既反映月季尺度降水量異常情況，也可反映短時(shí)間內(nèi)影響作物生長的水分虧缺情況。

式中，a為近30 d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，平均取0.4；b為近90 d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，平均取0.8；c為近30 d相對(duì)濕潤系數(shù)，平均取0.8；Z30、Z90分別為近30 d和近90 d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI；M30為近30 d相對(duì)濕潤指數(shù)。

氣象干旱的表現(xiàn)在各種干旱類型中最為明顯直接，是其他類型干旱發(fā)生的先導(dǎo)。由于其只能大致反映干旱發(fā)生的趨勢(shì)，綠洲棉田干旱評(píng)價(jià)中不能用該指標(biāo)直接反映作物受干旱的影響程度。

6 問題與展望

干旱及水分虧缺所造成的危害超過了一切逆境因子的總和[7]，水分管理質(zhì)量就成為決定作物產(chǎn)量和品質(zhì)高低的關(guān)鍵因素之一[9-10,67]。覆膜種植與滴灌技術(shù)相結(jié)合而成的膜下滴灌樞紐，能夠根據(jù)作物的不同生長時(shí)期定時(shí)、定量、均勻及滴狀地對(duì)作物根系的發(fā)達(dá)區(qū)域進(jìn)行節(jié)水灌溉，在節(jié)水的前提下促進(jìn)棉花的快速生長發(fā)育，最大限度的提高棉花的產(chǎn)量，作為一種優(yōu)質(zhì)水分管理灌溉技術(shù)，對(duì)新疆綠洲棉業(yè)發(fā)展有著非常重要的作用[54-58]。

棉田或棉花發(fā)生干旱后是否需要灌溉，可根據(jù)土壤含水量以及作物的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)來判斷。土壤含水量指標(biāo)因作物不同生長發(fā)育階段的水分需求和土壤條件等因素而異，且土壤水分具有高度的空間變異性。但作物的水分狀況及生理指標(biāo)能更早地反映植株內(nèi)部的水分狀況，也因此成為比較常用的棉田或棉花干旱診斷指標(biāo)。

膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用改變了綠洲棉田土壤水分肥料運(yùn)移規(guī)律、根系生長狀況、棉田蒸散及耗水量等[59-61]，進(jìn)而影響了棉花生長及產(chǎn)量。但已有的部分棉花干旱指標(biāo)[16]是研究棉田漫灌方式下以棉花受旱程度進(jìn)行分級(jí)，提出當(dāng)各生育階段土壤水分比適宜土壤水分下限值低10%～15%時(shí)為中等干旱,＜10%時(shí)為輕度干旱，＞15%時(shí)為重度干旱。此外，滴灌模式下棉花干旱研究成果，主要集中在棉花品種抗旱性評(píng)價(jià)[32,35,62]、棉花對(duì)干旱脅迫的生理生化響應(yīng)[33,37,39,43,25]、干旱區(qū)棉田蒸散過程[3,63]、不同滴灌優(yōu)化灌溉技術(shù)[64-66]等不同方面。

因此，應(yīng)加強(qiáng)膜下滴灌綠洲棉田干旱監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)方面的研究：（1）膜下滴灌種植模式下棉花干旱致災(zāi)條件是否發(fā)生了變化，（2）滴灌棉田干旱的發(fā)生發(fā)展過程特征，（3）滴灌棉花因旱受害程度的生育階段差異，（4）滴灌棉花干旱敏感性指標(biāo)及臨界閾值等均有待于進(jìn)一步深入研究與確定，這對(duì)于科學(xué)診斷棉花干旱、制定棉花生產(chǎn)應(yīng)對(duì)干旱對(duì)策措施具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值，也可為進(jìn)行合理的節(jié)水灌溉提供參考依據(jù)，服務(wù)于棉花安全生產(chǎn)。