文冶強(qiáng)，楊 健，尚松浩※

（1. 清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)中國(guó)農(nóng)業(yè)水問(wèn)題研究中心，北京 100083）

基于雙作物系數(shù)法的干旱區(qū)覆膜農(nóng)田耗水及水量平衡分析

文冶強(qiáng)1，楊 健2，尚松浩1※

（1. 清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)中國(guó)農(nóng)業(yè)水問(wèn)題研究中心，北京 100083）

農(nóng)田覆膜技術(shù)應(yīng)用廣泛，覆膜條件下農(nóng)田蒸散發(fā)（ET）規(guī)律是制定合理灌溉制度、提高用水效率的基礎(chǔ)。根據(jù)2014—2015年甘肅省石羊河流域春小麥試驗(yàn)觀測(cè)資料率定和驗(yàn)證農(nóng)田水量平衡模型，利用雙作物系數(shù)法得到作物的耗水規(guī)律和耗水結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，覆膜春小麥全生育期耗水比不覆膜減少 1 0%～16%，有一定的節(jié)水效果。覆膜促進(jìn)了春小麥全生育期蒸騰，蒸騰占總耗水的比例在70%～74%之間，比不覆膜情況提高了25%～27%。在春小麥生長(zhǎng)前期，覆膜能夠顯著降低ET；中期，覆膜能夠降低土壤蒸發(fā)、促進(jìn)作物蒸騰。此外，覆膜還具有促進(jìn)作物前期生長(zhǎng)、延長(zhǎng)作物中期生長(zhǎng)、延緩冠層衰老的作用。

作物；蒸散發(fā)；模型；雙作物系數(shù)；覆膜；春小麥；水量平衡；干旱區(qū)

0 引 言

西北干旱、半干旱地區(qū)水資源短缺，供需矛盾突出，是中國(guó)缺水情況最嚴(yán)重的地區(qū)之一，嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。在該地區(qū)水分虧缺是春小麥等農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育最主要的限制因素之一，并直接導(dǎo)致作物產(chǎn)量減少。因此，在水量缺少的條件下，合理地計(jì)劃和安排有限的灌溉用水，提高灌溉水利用效率對(duì)于保證糧食安全、提高經(jīng)濟(jì)效益有重要影響[2]。Cooper等[3]早在1987年就指出，在水分虧缺的條件下，提高水分利用效率（water use efficiency，WUE）最有效的辦法是調(diào)整土壤蒸發(fā)（E）和作物蒸騰（T）之間的比例關(guān)系。在小麥的生長(zhǎng)過(guò)程中，作物蒸騰往往只占到蒸散發(fā)（evapotranspiration，ET）的30%～60%[4]。而一般認(rèn)為覆膜技術(shù)能夠調(diào)整E和T之間的關(guān)系，并提高WUE。研究覆膜條件下的作物ET和作物系數(shù)Kc對(duì)于理解覆膜作物耗水過(guò)程、合理分配灌溉用水具有重要意義。

關(guān)于覆膜對(duì)作物耗水、生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開(kāi)展了一些研究工作。Li等[5]研究了透明塑料覆膜對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)覆膜具有保溫、保濕以及提高產(chǎn)量的效果；馬忠明[6]研究了有限灌溉條件下的穴播地膜春小麥產(chǎn)量的影響機(jī)制，指出覆膜能夠減少用水、提高WUE；Li等[7]通過(guò)渦度相關(guān)方法研究了覆膜春小麥的ET和Kc，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)覆膜條件下春小麥的Kc大于FAO-56提供的參數(shù)；Shrestha等[8]利用雙作物系數(shù)法研究了亞熱帶地區(qū)覆膜藤蔓作物的基礎(chǔ)作物系數(shù)（Kcb），并指出FAO-56推薦的關(guān)于西瓜和辣椒的部分系數(shù)的不適用性，普遍高估了E，浪費(fèi)了較多的灌溉用水。

由于覆膜對(duì)土壤蒸發(fā)和作物蒸騰有不同的影響，因此需要采用合適的雙源蒸散發(fā)模型來(lái)分析覆膜條件下的蒸發(fā)和蒸騰。常用的雙源蒸散發(fā)模型包括分層模型（如Shuttleworth-Wallace模型[9]）、分塊模型（如N95模型[10]）和混合模型[11-12]，但這些模型相對(duì)比較復(fù)雜，計(jì)算時(shí)需要比較多的輸入?yún)?shù)。FAO推薦的雙作物系數(shù)法作為一種能有效分離農(nóng)作物E和T的方法，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，參數(shù)較少，并被證明是一種有效的估算方法[13]。Allen等[14]在FAO-56提供的計(jì)算方法基礎(chǔ)上，還擴(kuò)展了3種計(jì)算蒸發(fā)的方法來(lái)應(yīng)對(duì)一些其他復(fù)雜情況，同時(shí)提高了計(jì)算準(zhǔn)確率，進(jìn)一步增強(qiáng)了雙作物系數(shù)法的可靠性。

根據(jù)前人的研究，作物的耗水過(guò)程受作物種類、當(dāng)?shù)貧夂驙顩r影響較大，F(xiàn)AO-56推薦的作物系數(shù)也不一定適用于特定的研究地區(qū)，在此基礎(chǔ)上針對(duì)覆膜農(nóng)田耗水規(guī)律及耗水結(jié)構(gòu)的研究相對(duì)較少。本文根據(jù)位于西北干旱區(qū)的石羊河灌區(qū)覆膜春小麥田間觀測(cè)資料，基于雙作物系數(shù)法及農(nóng)田水量平衡模型研究覆膜對(duì)作物耗水規(guī)律及耗水結(jié)構(gòu)的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

田間試驗(yàn)在甘肅武威中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)石羊河試驗(yàn)站開(kāi)展，該試驗(yàn)站位于甘肅省武威市涼州區(qū)，地處河西走廊東部，地理位置為102°50＇E、37°52＇N，海拔為1 581 m。該區(qū)域?qū)俅箨懶詼貛Ц珊禋夂颍椛鋸?qiáng)烈，農(nóng)業(yè)地區(qū)年平均太陽(yáng)總輻射量5 850～6 690 MJ/(m2·a)；晝夜溫差大，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，多年平均降水量164 mm，多年平均蒸發(fā)皿蒸發(fā)量為2 000 mm[15]，是典型的荒漠綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。該地區(qū)地下水埋深為40～50 m，試驗(yàn)地區(qū)土壤以沙壤土為主，種植作物為春小麥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)于2014—2015年春小麥生長(zhǎng)期進(jìn)行。春小麥品種為永良4號(hào)，2014年于3月26日播種（播種量為401.55 kg/hm2），7月24日收獲，總生育期120 d。播種前田間的初始儲(chǔ)水量接近田間持水量，能夠有效保證順利出苗和苗期小麥對(duì)水分的需求。

試驗(yàn)期間共有4次灌水，灌水方式與當(dāng)?shù)叵嗤?，采用畦灌。試?yàn)設(shè)30個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)規(guī)格為5.5 m×7.5 m。30個(gè)小區(qū)中每6個(gè)為1組，其中3個(gè)小區(qū)做覆膜處理，3個(gè)小區(qū)做不覆膜處理，并進(jìn)行5種不同的灌水處理（表1），覆膜因子及水處理因子的兩因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)為完全隨機(jī)試驗(yàn)。5種灌水處理分別是100%充分供水4次（W1）、100%充分灌水3次（減少1次灌漿期的灌水）（W2）、75%非充分灌水4次（W3）、75%非充分灌水3次（減少1次灌漿期的灌水）（W4）、50%非充分灌水4次（W5）?？紤]到50%非充分灌水已經(jīng)是較低的供水處理，若再缺少 1 次灌水則可能導(dǎo)致作物過(guò)度缺失水分而枯萎，因此不再對(duì)W5進(jìn)一步設(shè)置減少1次灌水處理。

表1 試驗(yàn)灌水處理Table 1 Irrigation treatments

試驗(yàn)采用TRIME-PICO管式TDR系統(tǒng)測(cè)定土壤體積含水率，每個(gè)小區(qū)都布置1個(gè)，測(cè)定深度為1.6 m，測(cè)點(diǎn)垂向間距20 cm，每6～9 d測(cè)定1次，遇降雨或灌溉時(shí)加測(cè)。灌溉水源為地下水，灌溉水量通過(guò)水表測(cè)量控制。土壤性質(zhì)通過(guò)100 cm3體積的環(huán)刀分層測(cè)定，測(cè)定深度為1.6 m，每1層取3個(gè)重復(fù)，在作物收獲之后進(jìn)行。試驗(yàn)站設(shè)有氣象站，能夠測(cè)量基礎(chǔ)的氣象數(shù)據(jù)，如溫度、風(fēng)速、降雨、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射等。除此以外，在試驗(yàn)過(guò)程中還會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行測(cè)定，包括株高等。

1.3 雙作物系數(shù)法

作物系數(shù)Kc能夠綜合反映作物類型及其生長(zhǎng)狀況對(duì)蒸散發(fā)的影響，可表示為作物蒸散發(fā)與參考作物蒸散發(fā)的比值[16]。而作物蒸散發(fā)包括農(nóng)田土壤蒸發(fā)E和作物蒸騰T兩部分，本研究采用FAO-56推薦的雙作物系數(shù)法計(jì)算，可表示為

式中ETc為作物蒸散發(fā)，mm；ET0為參考作物蒸散發(fā)，mm；Kc為作物系數(shù)；Kcb為基礎(chǔ)作物系數(shù)，表示作物蒸騰情況；Ke為土壤蒸發(fā)系數(shù)，表示土壤表面的蒸發(fā)情況；Ks是水分脅迫系數(shù)，表示土壤的供水情況，反映土壤含水不足時(shí)作物蒸騰受到的影響。上述數(shù)據(jù)中，ET0通過(guò)Penman-Monteith公式[16]計(jì)算得到；Kcb及Ke的計(jì)算稍后會(huì)詳細(xì)介紹；Ks一般與作物的耐旱性質(zhì)及根系有效儲(chǔ)水量有關(guān)，可以通過(guò)式（3）中的經(jīng)驗(yàn)公式[17]計(jì)算

式中W表示根系層土壤儲(chǔ)水量，mm；Wp為根系層凋萎點(diǎn)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)水量，mm；Wj為根系不受水分脅迫時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界儲(chǔ)水量，mm；n為指數(shù)。參數(shù)Wj、Wp和n都通過(guò)水量平衡模型的率定得到。

1.3.1 基礎(chǔ)作物系數(shù)

FAO-56中一般將作物生長(zhǎng)劃分為初期、發(fā)育、中期以及后期 4 個(gè)階段，并推薦了在適中的濕度（相對(duì)濕度RHmin=45%）和風(fēng)速（2 m高處風(fēng)速u2=2 m/s）條件下不同種類的作物各階段的時(shí)間長(zhǎng)度及對(duì)應(yīng)的Kcb。對(duì)于不同的氣候條件，值大于0.45的參考基礎(chǔ)作物系數(shù)（中期階段和后期階段的基礎(chǔ)作物系數(shù)Kcb(mid)和Kcb(end)）需要根據(jù)濕度、風(fēng)速及作物高度進(jìn)行一定的調(diào)整

式中 Kcb(tab)表示適中條件下、大于 0 .45的中期或后期的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)作物系數(shù)；u2表示相應(yīng)階段內(nèi)2 m高處的日平均風(fēng)速，m/s；RHmin表示對(duì)應(yīng)生長(zhǎng)階段內(nèi)日平均的最小相對(duì)濕度，%；h表示對(duì)應(yīng)生長(zhǎng)階段內(nèi)作物平均高度，m。以上數(shù)據(jù)及參數(shù)中，Kcb(tab)是FAO-56的推薦值；u2和RHmin均可從試驗(yàn)站的氣象站數(shù)據(jù)中獲得；h則通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中的株高測(cè)量獲得。

考慮到作物品種、地理?xiàng)l件、氣候條件等，本次研究中不再采用FAO-56推薦的各階段標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)作物系數(shù)，而是根據(jù)農(nóng)田水量平衡模型和實(shí)測(cè)含水量對(duì)實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)作物系數(shù)進(jìn)行率定，以達(dá)到更加準(zhǔn)確描述土壤蒸發(fā)與作物蒸騰過(guò)程的目的。

1.3.2 土壤蒸發(fā)系數(shù)

Ke用于描述作物蒸散發(fā) E Tc中的土壤蒸發(fā)部分。在灌溉或降雨之后，通常土壤表層會(huì)較濕，此時(shí)Ke能達(dá)到最大值，但總的Kc不能超過(guò)某個(gè)限度(Kc(max))；隨著土壤表面水分逐漸減少，Ke也會(huì)逐漸減小，甚至為0。一般表示為

式中Kc(max)為降雨或灌溉后Kc的上限；Kr為土壤蒸發(fā)衰減系數(shù)，用于表示土壤表面水分減少后Ke受到的影響；few是土壤表面暴露和濕潤(rùn)部分的比例。

FAO-56推薦的Kc(max)計(jì)算方法為

式中hmax表示4個(gè)生長(zhǎng)階段內(nèi)作物平均高度的最大值，m，通過(guò)株高測(cè)量獲得。

一般認(rèn)為，土壤表面蒸發(fā)可分為 2 個(gè)階段：能量限制階段和水分限制階段。第1個(gè)階段內(nèi)，由于水分充足，因此蒸發(fā)衰減系數(shù)Kr取為1；第2個(gè)階段內(nèi)，Kr需要根據(jù)每日土壤表面的水量平衡進(jìn)行計(jì)算，可表示為

式中 De,i-1表示截止到第 i -1天的累積蒸發(fā)深度，mm；TEW表示土壤表層的可蒸發(fā)深度，mm；REW表示土壤表面易蒸發(fā)的水量，mm。當(dāng)De,i-1不超過(guò)易蒸發(fā)深度REW時(shí)，即為土壤蒸發(fā)的第1階段，Kr=1；當(dāng)De,i-1達(dá)到TEW時(shí)，Kr=0。TEW與REW的取值和土壤性質(zhì)及可蒸發(fā)的土壤表面深度有關(guān)，根據(jù)FAO推薦，本次研究中農(nóng)田土壤類型為沙壤土，0.10 m深的表層土壤中TEW與REW分別為20和8 mm[16]。

土壤蒸發(fā)的有效部分few的取值取決于2方面因素：一方面，隨著作物的生長(zhǎng)，作物覆蓋率（fc）逐漸增大，相對(duì)應(yīng)的暴露的可蒸發(fā)面積比例（1–fc）會(huì)逐漸減?。涣硪环矫?，由于灌溉方式的不同，濕潤(rùn)的土壤表面比例（fw）也有一定差異。而對(duì)于覆膜的土壤，few可表示為

上式的fc和fw的取值范圍都在0.01～1之間，本次試驗(yàn)中采用畦灌的方式灌溉，因此不覆膜情況下fw取為1，在覆膜情況下fw應(yīng)綜合考慮2方面的因素：通過(guò)膜的通氣孔蒸發(fā)的部分以及沒(méi)有被覆蓋且濕潤(rùn)的土壤表面蒸發(fā)的部分。在本次研究中，試驗(yàn)區(qū)域的農(nóng)田達(dá)到了全覆蓋，因此只考慮通過(guò)膜孔的蒸發(fā)。一般而言，計(jì)算中的通氣孔有效面積是實(shí)際通氣孔物理面積的2～4倍，甚至更高。因此，覆膜條件下的fw表達(dá)為

式中α和N分別為膜孔有效面積系數(shù)和膜孔數(shù)量；Ah和Atotal分別表示單個(gè)膜孔的面積和覆膜農(nóng)田總面積，m2。其中，α通過(guò)水量平衡模擬率定得到；N和Ah由穴播機(jī)播種的穴數(shù)及穴孔大小決定，穴孔根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察取邊長(zhǎng)為3 cm的正三角形；Atotal通過(guò)面積計(jì)算取為41.25 m2。

作物覆蓋率fc的取值與作物的生長(zhǎng)情況有關(guān)，由下式?jīng)Q定：

式中Kc(min)是無(wú)覆蓋條件干燥土壤的最小Kc值；h是作物的平均高度，與公式（4）中h相同，m。

每日的土壤累積蒸發(fā)深度De需要通過(guò)每日的表層土壤水量平衡計(jì)算得到，表達(dá)式如下

式中De,i-1和De,i分別表示i–1和i天的土壤表層累積蒸發(fā)深度，取值范圍在0～TEW之間，mm；Pi、Ii、Ei、Ri、Tew,i、DPe,i分別表示第i天的降雨、灌溉、土壤蒸發(fā)（Ei=Ke·ET0）、土壤表面徑流、表層土壤蒸騰和頂部土壤滲漏損失，mm。其中Pi是氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)試驗(yàn)站的氣象站獲得；Ii為試驗(yàn)控制變量，如表1所示；Ei則根據(jù)前1 d的Ke及ET0計(jì)算得到；Ri和Tew,i在研究區(qū)一般為0[18]；DPe,i只在土壤儲(chǔ)水量超過(guò)持水能力時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，計(jì)算公式為

1.4 水量平衡模型

農(nóng)田水量平衡本質(zhì)上是描述一段時(shí)間內(nèi)，作物有效根系層內(nèi)的土壤水補(bǔ)給與消耗的平衡關(guān)系。應(yīng)用該模型的關(guān)鍵在于確定模型中各水量要素及要素之間的關(guān)系，王會(huì)肖等[19]對(duì)農(nóng)田水量平衡模型中的降雨、徑流、土壤水、蒸散發(fā)等要素各自的特征及彼此之間的關(guān)系進(jìn)行了比較詳細(xì)的論證。尚松浩[20]通過(guò)基于 1 套簡(jiǎn)單有效的農(nóng)田水量平衡模擬模型，模擬了非充分灌溉制度下的北京冬小麥的耗水情況。

本次研究中使用的田間水量平衡模型以作物根系層的土壤儲(chǔ)水量為狀態(tài)變量，將其他不確定的農(nóng)田水文要素以土壤儲(chǔ)水量表示出來(lái)。由于每日土壤儲(chǔ)水量的動(dòng)態(tài)變化特性，因此模型需要逐步迭代求解，最終計(jì)算得到日尺度的田間水文要素變化，也符合雙作物系數(shù)法中計(jì)算Ke的日尺度需求。

根據(jù)上述對(duì)農(nóng)田水量平衡過(guò)程的分析，構(gòu)建如圖1所示的水量平衡模型。農(nóng)田水量平衡方程的表達(dá)式[20]為

式中Wi+1和Wi分別表示第i+1和i時(shí)段的土壤儲(chǔ)水量，Pi、Ii和Ri與公式（11）中含義相同，ETi和Qi分別表示第i時(shí)段的田間蒸散發(fā)以及根系層底部水分交換量，mm。其中，ETi根據(jù)雙作物系數(shù)法計(jì)算；Qi可通過(guò)以下經(jīng)驗(yàn)公式估算[21]

式中Wf為土壤田間持水量，mm，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)剖面取土飽和失水后測(cè)得，取值為270 mm；Wc為根系層與底部土壤發(fā)生水分交換的臨界水量，mm，主要受土壤性質(zhì)和地下水埋深影響；a、d為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。除Wf以外，其余參數(shù)均通過(guò)模型率定得到。

圖1 農(nóng)田水量平衡模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of water balance in farmland

1.5 模型參數(shù)率定方法

模型中所有未知變量都能夠通過(guò)一定的模型或經(jīng)驗(yàn)公式估算，并轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)于當(dāng)前儲(chǔ)水量Wi的相關(guān)表達(dá)式。從初始儲(chǔ)水量W0作為模擬初始值，通過(guò)每一階段的初始儲(chǔ)水量Wi，模型能計(jì)算出該階段末的儲(chǔ)水量Wi+1，即

式中fj代表需要根據(jù)當(dāng)前儲(chǔ)水量Wi計(jì)算的水量平衡分量，pj1、pj2等表示該分量中待率定的參數(shù)，ci為與當(dāng)前儲(chǔ)水量Wi無(wú)關(guān)的常數(shù)項(xiàng)。

通過(guò)調(diào)整參數(shù)，使模型模擬得到的土壤儲(chǔ)水量與實(shí)測(cè)結(jié)果盡可能地貼近，以此達(dá)到獲得合理參數(shù)的目的。本次研究中采用模擬值與實(shí)測(cè)值之間的均方根誤差（root mean square error，RMSE）作為模擬好壞程度的指標(biāo)，RMSE達(dá)到最小時(shí)對(duì)應(yīng)的參數(shù)即為所求參數(shù)，即

式中Wobs,ij和Wmodel,ij分別表示第j組試驗(yàn)的第i個(gè)實(shí)測(cè)的土壤儲(chǔ)水量和對(duì)應(yīng)的模擬值，M表示總試驗(yàn)組數(shù)，m表示每組試驗(yàn)的實(shí)測(cè)值總數(shù)，p1、p2等表示需要率定的參數(shù)。

RMSE的優(yōu)化通過(guò)遺傳算法得以實(shí)現(xiàn)。遺傳算法是一種隨機(jī)搜索算法，能夠克服局部收斂問(wèn)題，是一種全局的優(yōu)化搜索方法[22]，可用于多種情況，如線性、非線性、離散、連續(xù)等情況?；谶z傳算法可以計(jì)算得到較好模擬情況下的各參數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 水量平衡模型參數(shù)率定及驗(yàn)證

通過(guò)農(nóng)田水量平衡原理，對(duì)覆膜及不覆膜條件下5種灌水處理的作物根系層土壤水分變化進(jìn)行模擬。模擬過(guò)程中，通過(guò)試驗(yàn)獲得的參數(shù)包括田間持水量W（f270 mm）、以及各試驗(yàn)處理的初始含水量W0，其余模型參數(shù)則是通過(guò)水量平衡模擬率定得到（表2）。其中2014年的試驗(yàn)資料用于模型率定，2015年的試驗(yàn)資料用于模型驗(yàn)證。

根據(jù)以上參數(shù)進(jìn)行農(nóng)田水量平衡模擬，得到不覆膜、覆膜條件下均方根誤差分別為15.03和16.85 mm。兩者的模擬效果整體較好，說(shuō)明模型及參數(shù)可以較好地模擬2014年覆膜、不覆膜條件下的土壤水分動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。以W1、W3及W5水分處理的實(shí)測(cè)值和模擬值的對(duì)比為例，見(jiàn)圖2。

表2 模型參數(shù)取值范圍及率定結(jié)果Table 2 Range and calibration results of model parameters

圖2 3種灌水處理（W1、W3和W5）不覆膜及覆膜農(nóng)田水量平衡模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值的比較（2014年，模型率定期）Fig.2 Comparisons of simulated and observed soil water storage in 1 m soil layer for irrigation treatment W1,W3 and W5 of spring wheat without and with mulch(2014,model calibration period)

進(jìn)一步基于2015年春小麥的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)建立的水量平衡模型進(jìn)行驗(yàn)證，模擬得到的不覆膜、覆膜條件下均方根誤差分別為20.56和20.71 mm。圖3為W1、W3及W5水分處理土壤儲(chǔ)水量實(shí)測(cè)值和模擬值的對(duì)比，驗(yàn)證效果仍較好，因此率定得到的參數(shù)及建立的模型是可靠的。

圖3 3種灌水處理（W1、W3和W5）不覆膜及覆膜農(nóng)田水量平衡模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值的比較（2015年，模型驗(yàn)證期）Fig.3 Comparisons of simulated and observed soil water storage in 1 m soil layer for irrigation treatment W1,W3 and W5 of spring wheat without and with mulch(2015,model verification period)

2.2 作物耗水過(guò)程分析

2.2.1 作物實(shí)際耗水比較

根據(jù)水量平衡模擬結(jié)果，可以得到不同處理下作物實(shí)際的總耗水過(guò)程。以W1灌水處理為例，覆膜、不覆膜情況下的蒸散發(fā)過(guò)程見(jiàn)圖4?？梢钥吹剑捌诟材つ軌蚱鸬捷^好的節(jié)水效果，進(jìn)入發(fā)育階段后，由于表層土壤水分的不足，不覆膜下的ET迅速降低，而覆膜春小麥的ET則相對(duì)穩(wěn)定上升，到中后期，二者的ET接近，不覆膜春小麥的ET略大于覆膜春小麥。

圖4 春小麥蒸散發(fā)過(guò)程比較(以W1處理為例)Fig.4 Comparison of evapotranspiration processes for spring wheat(a case study of treatment W1)

春小麥耗水與灌溉定額和灌水次數(shù)的分布有關(guān)（圖5），灌溉定額越大，灌水次數(shù)越多，總耗水越大?；赟PSS的最小顯著性差異法（LSD）檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同水平的灌水處理間作物的耗水沒(méi)有顯著性差異，但5種灌水處理下，覆膜和不覆膜間的耗水呈現(xiàn)極顯著差異（P<0.01），覆膜耗水普遍偏低，分別減少11.00%、10.17%、12.07%、11.81%和15.68%，因此本次試驗(yàn)中，覆膜起到了較好的節(jié)水效果。

圖5 不同灌水處理下春小麥蒸散發(fā)比較Fig.5 Comparison of total ET for spring wheat under different irrigation treatments

覆膜與不覆膜各階段時(shí)長(zhǎng)有所差異（表3），表明覆膜能縮短春小麥初期生長(zhǎng)時(shí)間，延長(zhǎng)中期生長(zhǎng)時(shí)間。作物各階段的供水（降雨P(guān)r+灌溉I）、耗水量及耗水速率見(jiàn)表4、5、6。

表3 春小麥各生長(zhǎng)階段時(shí)長(zhǎng)Table 3 Duration of different growing stages of spring wheat d

表4 春小麥各生長(zhǎng)階段供水Table 4 Water supply in different growing stages of spring wheat mm

覆膜條件下，初始階段（03-26—04-27）的供水完全滿足耗水需求；發(fā)育階段（04-28—06-01）除 W1、W2以外，其他灌水處理供水略小于耗水；中期階段（06-02—07-11）W1、W3、W5作物的供水能滿足耗水，W2、W4作物的供水略有不足；后期階段（07-12—07-23）同中期階段相似。總體而言，W1、W3和W5的供水基本能滿足作物耗水（Pr+I－ET為6～148 mm），W2和W4供水會(huì)略顯不足（Pr+I－ET為-42～-11 mm）。

表5 春小麥各生長(zhǎng)階段耗水Table 5 Evapotranspiration in different growing stages of spring wheat mm

不覆膜條件下，供水不足主要出現(xiàn)在初始階段（03-26—05-04）；發(fā)育階段（05-05—06-08）、后期階段（07-09—07-23）的供需關(guān)系與覆膜條件下相似；中期階段（06-09—07-08）供水完全滿足耗水需求。相比于覆膜作物，不覆膜條件下供水不足的情況更嚴(yán)重，W2、W4和W5作物都出現(xiàn)了嚴(yán)重的缺水（Pr+I－ET為-84～-48 mm）。

表6 春小麥各生長(zhǎng)階段平均每日耗水Table 6 Mean daily evapotranspiration in different growing stages of spring wheat mm·d-1

整體上看，生長(zhǎng)前期，作物耗水速率最低，未覆膜作物耗水速率為2.7 mm/d，覆膜作物耗水速率為1.0 mm/d，兩者具有極顯著差異（P<0.01），覆膜春小麥的耗水量相對(duì)減少69.03%。發(fā)育階段，覆膜與不覆膜的春小麥耗水速率及耗水量相近，沒(méi)有顯著差異，其耗水量約為 108 mm，耗水速率約為3.1 mm/d。生長(zhǎng)中期，耗水速率達(dá)到或接近峰值，不同條件下蒸散發(fā)速率為3.1～4.2 mm/d，其中覆膜作物耗水量較大。后期階段覆膜與不覆膜條件下春小麥耗水量為30～54 mm，兩者的耗水速率基本相近，在3.5 mm/d左右，在此階段W2、W4未覆膜作物耗水速率達(dá)到峰值。

就W1、W3、W5三個(gè)處理而言，作物各階段耗水量及耗水速率變化過(guò)程一致，但隨著灌水量減少，中期和后期的耗水量受到較大的影響，階段耗水量及耗水速率分別減少了2～27 mm及0.1～1.3 mm/d，彼此間差異并不顯著。比較W1、W3、W5與W2、W4中期階段的耗水差異發(fā)現(xiàn)，覆膜作物在缺少灌溉條件下（W2、W4）受水分脅迫的影響較小，而未覆膜春小麥中期階段受水分脅迫影響較大，耗水速率相較于覆膜處理分別降低0.5和0.4 mm/d。

2.2.2 作物系數(shù)比較

圖6比較了覆膜與不覆膜處理下春小麥基礎(chǔ)作物系數(shù)、土壤蒸發(fā)系數(shù)和作物系數(shù)（以W1處理為例）。從圖6a可看出，經(jīng)過(guò)公式（4）調(diào)整后，不覆膜條件下初期、中期、后期基礎(chǔ)作物系數(shù)分別為0.101、0.739、0.300，覆膜條件下分別為0.150、0.894、0.686。覆膜條件下，基礎(chǔ)作物系數(shù)在全生育期都有所提高，因此覆膜顯著提高了春小麥整個(gè)生育期蒸騰。此外，覆膜后期基礎(chǔ)作物系數(shù)降低緩慢，可見(jiàn)覆膜也具有抗冠層衰老的作用。本次試驗(yàn)中，在前期，覆膜使春小麥提前7 d左右進(jìn)入發(fā)育階段；在中期，覆膜促進(jìn)春小麥保持更久的旺盛時(shí)期，相較于不覆膜處理延長(zhǎng)了近10 d。

圖6 覆膜、不覆膜基礎(chǔ)作物系數(shù)、土壤蒸發(fā)系數(shù)和作物系數(shù)比較（以W1處理為例）Fig.6 Comparisons of basal crop coefficient,soil evaporation coefficient and crop coefficient with and without mulch(a case study of treatment W1)

從圖6b發(fā)現(xiàn)覆膜在多數(shù)時(shí)候能夠有效降低土壤蒸發(fā)系數(shù)Ke，并使Ke相對(duì)平穩(wěn)。從圖6c可以看到，多數(shù)時(shí)期覆膜的作物系數(shù)Kc較小，尤其在前期和中期，Kc明顯降低。并且覆膜有效降低了春小麥全生育期Kc的最大值，覆膜和未覆膜最大Kc分別為1.107和1.214，覆膜條件下相對(duì)降低了8.81%。

2.2.3 作物蒸騰及土壤蒸發(fā)比較

覆膜、不覆膜條件下蒸發(fā)、蒸騰過(guò)程見(jiàn)圖7（以W1處理為例）?？梢钥吹?，不覆膜作物前期土壤蒸發(fā)遠(yuǎn)大于作物蒸騰，直到土壤表層水分逐漸減少，在發(fā)育階段初期由于表層土壤水分不足，蒸發(fā)速率迅速降低至接近于0，并在灌溉水重新補(bǔ)充后恢復(fù)了較大的蒸發(fā)速率，至中后期由于作物冠層覆蓋面積增大，蒸發(fā)速率以相對(duì)較低的值波動(dòng)。而在覆膜時(shí)，土壤蒸發(fā)速率在整個(gè)生育期均處于較低水平，并在發(fā)育階段后就遠(yuǎn)小于作物蒸騰速率；同時(shí)全生育期中的作物蒸騰均大于不覆膜條件下的作物蒸騰。

圖7 覆膜、不覆膜土壤蒸發(fā)和作物蒸騰分離比較(以W1處理為例)Fig.7 Separation of evaporation and transpiration with and without mulch(a case study of treatment W1)

覆膜、不覆膜不同灌水處理的蒸發(fā)E、蒸騰T見(jiàn)表7。就覆膜的影響來(lái)看，覆膜的E和T分別在93～94和220～260 mm之間，不覆膜的E和T分別在196～213和159～186 mm之間，覆膜對(duì)E和T均有極顯著的影響（P<0.01），因此覆膜能夠有效減少土壤蒸發(fā)，增加作物蒸騰。未覆膜條件下的作物蒸騰量占總耗水的43%～47%左右，Yunusa等[4]指出，在小麥的生長(zhǎng)過(guò)程中，作物蒸騰往往只占到蒸散發(fā)的30%到60%，因此結(jié)果是可靠的。而覆膜條件下的T/ET在70%～74%之間，相對(duì)于不覆膜提高了25%～27%，并且覆膜及不覆膜的T/ET具有極顯著差異（P<0.01），因此，覆膜顯著提高了全生育期的作物蒸騰比例。

表7 各灌水處理下土壤蒸發(fā)量和作物蒸騰量Table 7 Evaporation and transpiration under different irrigation treatments

2.3 農(nóng)田水量平衡分析

農(nóng)田水量平衡要素中的土壤水分狀況、根系層底部水分交換量、外界水分供給量如表8 所示?？梢钥闯?，部分處理中，根系層底部水分交換量較大，表明在這些處理中從根系層底部向土壤深層滲漏的水量較大，這是由于試驗(yàn)田初始的土壤儲(chǔ)水量很大，導(dǎo)致前期土壤水滲漏過(guò)多，可見(jiàn)，前期過(guò)高的土壤水含量容易造成浪費(fèi)，在耕前灌水時(shí)應(yīng)注意。此外，除去初始和最后的土壤含水量變化，得到的土壤水利用量隨供水增多而減小，甚至為負(fù)值，因此，適當(dāng)?shù)奶澣惫喔饶芨行У乩猛寥浪?/p>

表8 農(nóng)田水量平衡分析結(jié)果Table 8 Water balance components in farmland

3 討論

3.1 覆膜對(duì)作物耗水總量的影響

目前覆膜對(duì)農(nóng)田作物耗水總量影響的研究中，多數(shù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)覆膜能夠減少作物的ET。Chakraborty等[23]發(fā)現(xiàn)覆膜能夠有效改善表層土壤的水分及溫度條件，從而減少作物生育期總耗水，并減少干旱期土壤水分的波動(dòng)；Yaghi等[24]研究覆膜及滴灌對(duì)黃瓜水分利用效率（WUE）的影響，也發(fā)現(xiàn)覆膜能夠降低作物的耗水，從而提升WUE。本研究發(fā)現(xiàn)覆膜能夠降低10%～16%的耗水，也表明了覆膜的節(jié)水效果，與以上研究結(jié)果一致。

但是部分學(xué)者也提出，覆膜可能導(dǎo)致更大的耗水。Xie等[25]基于甘肅張掖的春小麥試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)全生育期覆膜的春小麥由于有了相對(duì)更大的葉面積指數(shù)（LAI）進(jìn)而產(chǎn)生了更高的ET。本研究中覆膜提高了中期階段、后期階段的作物系數(shù)，提高了作物的蒸騰量，這也表明，如果作物的中期和后期階段足夠長(zhǎng)，覆膜可能導(dǎo)致更大的ET。因而，模型有待進(jìn)一步在更多干旱區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，以檢驗(yàn)覆膜是否依舊能夠減少總耗水；另外，在中后期階段時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，若覆膜作物ET大于不覆膜作物，覆膜是否能夠提升WUE，還有待結(jié)合產(chǎn)量模型進(jìn)一步研究。

3.2 覆膜對(duì)作物耗水過(guò)程的影響

一般而言，作物耗水過(guò)程呈先增大后減小的趨勢(shì)，而對(duì)覆膜作物而言，侯慧芝等[26]發(fā)現(xiàn)覆膜能夠促進(jìn)春小麥生長(zhǎng)前貯存更多水分，供旺盛期生長(zhǎng)利用；Xie等[25]指出覆膜的耗水速率在分蘗前相對(duì)不覆膜較低，而在分蘗之后則更高。本研究基于模型模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，覆膜在前期能夠節(jié)約大量水分（69.03%），該階段覆膜具有較好的保濕節(jié)水效果。張強(qiáng)等[27]研究了半干旱地區(qū)干旱脅迫對(duì)春小麥蒸散發(fā)的影響，指出春小麥在初期、發(fā)育期、中期和后期的需水量分別為0.7、3.0、5.0和2.9 mm/d，與本次研究 W 1處理得到的春小麥耗水速率有一定差異（分別為2.8，3.1，4.2和3.6 mm/d），可能是因?yàn)檠芯康貧夂驐l件、作物品種不同。具體來(lái)看，初始階段耗水速率較大，是由于試驗(yàn)前各農(nóng)田進(jìn)行了 1 次灌水，使得初期土壤含水量較大；中期階段耗水速率較低，與春小麥?zhǔn)艿降乃置{迫有一定關(guān)系；后期階段的耗水速率偏大，與本次試驗(yàn)中春小麥冠層凋萎速度較慢，以及后期經(jīng)歷的1場(chǎng)連續(xù)降雨有關(guān)（連續(xù)3日降雨共計(jì)30 mm）。

就階段供水及耗水關(guān)系而言，覆膜作物水分不足主要出現(xiàn)在發(fā)育階段到中期階段，而不覆膜作物的水分不足主要出現(xiàn)在初期階段和發(fā)育階段，因此覆膜農(nóng)田一般在中后期更易缺水，而前期水分的供應(yīng)則更容易影響不覆膜作物。中后期的缺水往往會(huì)使覆膜作物受到更加嚴(yán)重的水分脅迫，從而導(dǎo)致產(chǎn)量減少。有研究提出，覆膜時(shí)間對(duì)于作物耗水及產(chǎn)量有較大影響，杜延軍等[28]研究發(fā)現(xiàn)，由于覆膜后期的高耗水，低底墑作物產(chǎn)量顯著下降，甚至低于不覆膜作物，最佳覆膜時(shí)間在播種后 6 0 d左右；Li等[5]指出保持較長(zhǎng)的覆膜時(shí)間是不必要的。因此，為進(jìn)一步提升覆膜在節(jié)水增產(chǎn)上的效果，還需開(kāi)展多組除膜試驗(yàn)，并基于除膜試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立新模型，并結(jié)合產(chǎn)量模型，以探究覆膜后除膜對(duì)石羊河流域作物耗水及產(chǎn)量的影響。

3.3 覆膜對(duì)作物耗水結(jié)構(gòu)的影響

眾多試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，覆膜能夠顯著減少土壤蒸發(fā)。Li等[29]研究覆膜對(duì)中國(guó)干旱區(qū)域蒸發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)覆膜能夠降低土壤蒸發(fā)，提升土壤水殘留量。本研究發(fā)現(xiàn)，就耗水結(jié)構(gòu)而言，如表7所示，覆膜顯著提升了作物蒸騰（61～74 mm），減少土壤蒸發(fā)（105～119 mm），從而提升了作物蒸騰比（T/ET），有效調(diào)節(jié)了作物的耗水結(jié)構(gòu)。此外，覆膜條件下土壤蒸發(fā)幾乎不受灌水處理影響，灌溉用水的減少僅僅影響作物的蒸騰量，這是由于覆膜對(duì)于土壤表層具有保濕的作用，因此能夠維持穩(wěn)定的土壤蒸發(fā)。李世清等[30]研究了半干旱區(qū)春小麥覆膜效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，覆膜能夠有效提高0～20 cm土壤層含水量?？梢?jiàn)灌溉用水減少會(huì)直接影響相對(duì)深處根系層土壤水分，從而影響作物蒸騰。未來(lái)研究應(yīng)考慮結(jié)合作物產(chǎn)量模型，分析覆膜改變耗水結(jié)構(gòu)后對(duì)WUE及作物產(chǎn)量的影響。

3.4 覆膜對(duì)作物系數(shù)及生育期的影響

就作物系數(shù)而言，F(xiàn)AO-56推薦的相關(guān)基礎(chǔ)作物系數(shù)分別為0.15、1.10、0.15～0.30[18]，本文研究得到的基礎(chǔ)作物系數(shù)中，中期作物系數(shù)Kcb(mid)偏低，這可能是因?yàn)樽魑锲贩N、地區(qū)氣候等因素導(dǎo)致的差異性，Amayreh等[31]，Shrestha等[8]也得到了相似的結(jié)論。就覆膜對(duì)作物生育期的影響來(lái)看，本研究覆膜在前期促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)，中期延長(zhǎng)了旺盛階段，后期延緩了冠層衰老。類似地，王俊等[32]在研究地膜覆蓋對(duì)土壤水量的影響中發(fā)現(xiàn)，覆膜的增溫保墑作用有利于作物前期的生長(zhǎng)。Li等[5]在春小麥覆膜的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)覆膜有效地縮短了春小麥的出苗期。本研究中模型的參數(shù)通過(guò)2015年數(shù)據(jù)得到了較好的驗(yàn)證，還需要在更多的地方應(yīng)用，以證明作物系數(shù)的適用性，并分析影響作物系數(shù)變化的主要因素。

3.5 覆膜對(duì)農(nóng)田水量平衡的影響

基于表8，可發(fā)現(xiàn)由于初始土壤儲(chǔ)水量過(guò)大，前期滲漏也相對(duì)較大，因此對(duì)覆膜而言，前期大量的水被浪費(fèi)?；?.2節(jié)的分析可知，前期的缺水對(duì)不覆膜影響較大，由于本次試驗(yàn)中各處理初始含水量都較大，本次試驗(yàn)覆膜的前期保墑優(yōu)勢(shì)相對(duì)不明顯。進(jìn)一步分析農(nóng)田總供水量（P+I－ΔW）與總耗水（ET）的關(guān)系，ET隨P+I－ΔW的增加均呈現(xiàn)線性增加趨勢(shì)，但覆膜條件下的相關(guān)性更好，R2達(dá)到0.950 2，不覆膜條件下R2為0.846 8。另外，覆膜和不覆膜的斜率分別為0.242 7和0.235 5，覆膜的斜率相對(duì)較大，表明在相同供水增量下，覆膜能夠產(chǎn)生更高的蒸散發(fā)增量，因此覆膜對(duì)單位供水的有效利用率（轉(zhuǎn)化成ET的比例）相對(duì)更高。二者截距分別為221.2和264.9 mm，截距所在點(diǎn)表示作物僅依靠根系層底部水分補(bǔ)給生長(zhǎng)所需的基礎(chǔ)水量，覆膜較小的截距表明，覆膜時(shí)作物基礎(chǔ)生長(zhǎng)條件更低。

4 結(jié) 論

1）覆膜能夠有效改變作物的總耗水過(guò)程，并具一定的節(jié)水、保濕效果。覆膜全生育期耗水比不覆膜情況減少10%～16%，缺水時(shí)，能減小作物耗水速率受水分脅迫的影響；

2）覆膜能夠提高作物全生育期的基礎(chǔ)作物系數(shù)，并降低了作物系數(shù)的峰值；

3）覆膜能促進(jìn)作物前期生長(zhǎng)，延長(zhǎng)中期旺盛生長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，并延緩冠層衰老；

4）覆膜能夠有效調(diào)整作物的耗水結(jié)構(gòu)，促進(jìn)作物蒸騰，減小土壤蒸發(fā)，將作物蒸騰量占總耗水比例提升25%～27%。

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Analysis on evapotranspiration and water balance of cropland with plastic mulch in arid region using dual crop coefficient approach

Wen Yeqiang1,Yang Jian2,Shang Songhao1※
(1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2. Center for Agricultural Water Research in China,China Agricultural University,Beijing 100083,China)

Plastic mulch has been widely used in agricultural production,especially in arid and semiarid regions. The study of crop evapotranspiration and crop coefficient in fields with plastic mulch is the base for irrigation scheduling and improving water use efficiency,especially in Northwest China where water shortage happens frequently. Based on field experiment data of spring wheat in 2014-2015 in the Shiyang River Basin Experiment station in Gansu province,water balance components over the spring wheat field was analyzed using the dual crop coefficient approach for crop evapotranspiration and a field water balance model through calibration and verification. The pattern and structure of water consumption under different irrigation treatment with and without mulch was revealed by simulating the variation of soil water content in the whole growing stage of spring wheat. The results showed that evapotranspiration of spring field with mulch was reduced by 10% to 16% for different irrigation treatment compared with field without mulch,which indicated the effect of water saving for plastic mulch. The plastic mulch attained the optimal effect of saving water at the initial stage and reduced the water consumption by 69.03% in the stage compared to no mulch. At the development stage,the water consumption and its rate was similar for spring wheat with or without mulch. After stepping into mid stage,plastic mulch achieved a similar evapotranspiration rate due to the higher crop transpiration. According to the analysis for water supply and consumption,the water scarcity period was at the mid or late stage for spring wheat with mulch and initial or development stage for spring wheat without mulch. Hence irrigating late properly could be advantage for plastic mulch. In the study,the calibrated basal crop coefficients for initial,mid and late stage were separately 0.101,0.751 and 0.300 for spring wheat without mulch and 0.150,0.900 and 0.700 for spring wheat with mulch. The basal crop coefficient in mid stage was relatively lower in this research compared to the recommended value in FAO-56 due to the difference of variety,district and climate. The larger basal crop coefficient for plastic mulch led to a higher transpiration of spring wheat in the whole stage,which adjusted the structure of evapotranspiration efficiently. The fractions of transpiration to evapotranspiration were 43%-47% and 70%-74% for spring wheat without and with mulch which meant that plastic mulch increased the fraction by 25%-27%.The evaporation was relatively stable for plastic mulch treatment due to the effect of saving moisture of the topsoil layer and limitation of the vent holes. Through the analysis of field water balance,it was seen that amount of soil water was wasted for the exorbitant initial soil water content especially for plastic mulch field. Therefore,the irrigation amount before sowing should be controlled to avoid the waste of water. Moreover,plastic mulch had an effect on influencing the growth of spring wheat. In the previous growth stage,plastic mulch can promote the rate of growth and shorten the initial stage for seven days;while in the middle and late stages,plastic mulch can prolong the length of middle stage for 10 days and delayed canopy senescence.

crops;evapotranspiration;models;dual crop coefficient;plastic mulch;spring wheat;water balance;arid region

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.019

S271

A

1002-6819(2017)-01-0138-10

文冶強(qiáng)，楊 健，尚松浩. 基于雙作物系數(shù)法的干旱區(qū)覆膜農(nóng)田耗水及水量平衡分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(1)：138－147.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.019 http://www.tcsae.org

Wen Yeqiang,Yang Jian,Shang Songhao. Analysis on evapotranspiration and water balance of cropland with plastic mulch in arid region using dual crop coefficient approach[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2017,33(1):138－147.(in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.019 http://www.tcsae.org

2016-06-08

2016-10-15

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51279077，51379207）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2013BAB05B03）。

文冶強(qiáng)，博士生，主要從事農(nóng)業(yè)水文水資源研究。北京 清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100084。Email：wenyq15@mails.tsinghua.edu.cn

※通信作者：尚松浩，博士，副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)水文水資源與生態(tài)用水研究。北京 清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100084。Email：shangsh@tsinghua.edu.cn

中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)會(huì)員：尚松浩（E041200158S）