張仔羅 文雯 曹碩

摘要：為了探索不同灌溉量和滴灌頻次處理對北疆地區(qū)滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系蒸發(fā)蒸騰量（ET值）和作物系數(shù)（K值）的影響，以新春6號和新飼玉13號為試驗(yàn)材料，整個(gè)復(fù)播體系設(shè)置3個(gè)灌溉量（660、520、320 mm）、3個(gè)滴灌頻次（10次、8次、6次）互作條件下的9個(gè)滴灌處理，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，對不同處理滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系的ET值及K值進(jìn)行分析。結(jié)果表明，滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系4、5、9、10月份參考作物蒸發(fā)蒸騰量（ET0值）較小，6、7、8月份ET0值較大;灌溉量對滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系ET值及K值影響顯著，灌溉量越高，ET值和K值越大;灌溉頻次對復(fù)播體系ET值和K值在不同灌溉量下的影響各不相同，在中灌溉量中頻次下作物產(chǎn)量最高。建議北疆地區(qū)滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系的灌溉方案以小麥灌溉量300 mm滴灌5次、青貯玉米灌溉量220 mm滴灌3次為宜。

關(guān)鍵詞：復(fù)播體系;灌溉量;滴灌頻次;作物系數(shù);蒸發(fā)蒸騰量

中圖分類號：S512.1.07;S274 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0104-06

近些年來，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系在新疆北疆地區(qū)得以大范圍推廣[1-2]。該種植模式不僅提高了單位面積產(chǎn)量和效益，還提高了土地利用率，且充分利用光熱資源，提高農(nóng)民的種糧積極性，而且復(fù)播青貯玉米生物產(chǎn)量高、適口性好，可在不擠占現(xiàn)有糧食作物種植面積的前提下，很好地解決牲畜的冬季飼草問題，既促進(jìn)了畜牧業(yè)的發(fā)展，同時(shí)還可以進(jìn)行秸稈過腹還田，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低化肥施用量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)[3-7]。而地處我國西北干旱半干旱地區(qū)的新疆，年降水量不足 200 mm，蒸發(fā)量極大，水資源嚴(yán)重短缺[8-9]，大量滴灌小麥—青貯玉米種植模式的開展勢必增加農(nóng)業(yè)用水壓力，因此，水資源是制約滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系發(fā)展的關(guān)鍵因素[10-11]。

為了進(jìn)一步了解滴灌小麥—青貯玉米種植體系的耗水特性，以達(dá)到適時(shí)、適量給水，節(jié)約水資源，提高水資源利用效率的目的，本試驗(yàn)進(jìn)行了灌溉量和滴灌頻次2因子全區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過觀測復(fù)播體系種植同期氣象數(shù)據(jù)和2茬作物不同生育時(shí)期灌溉量及土壤水分變化情況，探討滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系在不同灌溉量和滴灌頻次作用下蒸發(fā)蒸騰量（ET值）和作物系數(shù)（K值）的變化規(guī)律，從而為北疆地區(qū)滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系灌溉制度的建立提供理論依據(jù)，降低該復(fù)播種植體系水資源總消耗量，提高水分利用效率，使有限的水資源得到節(jié)約和高效的利用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年3—10月在石河子天業(yè)集團(tuán)試驗(yàn)地（85°94′E，43°20′N）進(jìn)行，該試驗(yàn)地平均海拔為412 m，年平均日照時(shí)長為2 865 h，≥10 ℃積溫為3 463.5 ℃，年平均降水量為 207 mm，無霜期為170 d，晝夜溫差大，屬于典型大陸性干旱氣候。該地地下水位≥8 m，土質(zhì)為中壤土，0～100 cm土層平均土壤密度為1.52 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)供試小麥品種為新春6號，青貯玉米品種為新飼玉13號。該復(fù)播體系設(shè)置3個(gè)灌溉量處理，分別為高灌溉量660 mm（小麥360 mm、青貯玉米300 mm）、中灌溉量520 mm（小麥300 mm、青貯玉米220 mm）和低灌溉量380 mm（小麥240 mm、青貯玉米140 mm）;3個(gè)灌溉頻次處理，分別為高頻次（小麥6次、青貯玉米4次）、中頻次（小麥5次、青貯玉米3次）、低頻次（小麥4次、青貯玉米2次），共9個(gè)處理。其中，高灌溉量高頻次，記作H10;高灌溉量中頻次，記作H8;高灌溉量低頻次，記作H6;中灌溉量高頻次，記作M10;中灌溉量中頻次，記作M8;中灌溉量低頻次，記作M6;低灌溉量高頻次，記作L10;低灌溉量中頻次，記作L8;低灌溉量低頻次，記作L6。每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)27個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為18 m2（3.6 m×5.0 m），具體灌溉量、滴灌頻次和灌溉時(shí)期見表1和表2。小麥采用等行距條播，播量為330 kg/hm2，滴灌帶布置為1管6行，行距為15 cm;復(fù)播青貯玉米滴灌帶采用1管2行布置，行距為60 cm，株距為20 cm。其余栽培管理措施同大田。

1.3 數(shù)據(jù)測定和計(jì)算

1.3.1 土壤水含量的測定 使用土壤剖面水分儀PR2/6（北京哈維斯廷科技有限公司）進(jìn)行10、20、30、40、60、100 cm土壤水含量的測定。每個(gè)小區(qū)安置1根探管，出苗后每4 d測1次數(shù)據(jù)，滴灌和下雨后加測1次。

1.3.2 氣象數(shù)據(jù)的收集 氣象數(shù)據(jù)來源于石河子大學(xué)小型氣候觀測站，其中有效降水量采用《灌溉排水工程學(xué)》中推薦的有效降水利用率0.8[12]進(jìn)行計(jì)算。

1.3.3 參考作物蒸騰蒸發(fā)量ET0值的計(jì)算 參考作物騰發(fā)量指的是生長旺盛、高度整齊、不缺水而且地面完全被覆蓋的低矮青草地（草高8～15 cm）的騰發(fā)量。

參考作物蒸騰蒸發(fā)量的計(jì)算方法很多，本研究采用標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化后的FAO（聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織）Penman-Monteith公式[13-14]：

ET0=0.408Δ（Rn-G）+γ900T+273u2（es-ea）Δ+γ（1+0.34u2）。

式中：ET0為參考作物蒸騰蒸發(fā)量，mm/d;Rn為作物表面的凈輻射量，MJ/（m2·d）;G為土壤熱通量，MJ/（m2·d）;T為平均氣溫，℃;u2為2 m高處的平均風(fēng)速，m/s;es為飽和水汽壓，kPa;ea為實(shí)際水汽壓，kPa;Δ為飽和水汽壓與溫度曲線的斜率，kPa/℃;γ分為干濕表常數(shù)，kPa/℃。

1.3.4 土壤水分含量變化量（ΔSW值）的計(jì)算 ΔSW值為土壤水分消耗量（初期土壤含水量與末期土壤含水量的差）[15]。

1.3.5 作物蒸發(fā)蒸騰量ET的計(jì)算 作物蒸發(fā)蒸騰量是指作物實(shí)際的蒸發(fā)蒸騰量。作物蒸發(fā)蒸騰量ET值的計(jì)算采用水分平衡法[16]：

ET=I+P+U-R-F±ΔW

式中：I為一定時(shí)段內(nèi)的灌水量，mm;P為一定時(shí)段內(nèi)的有效降水量，mm;U為地下水通過毛管作用上移補(bǔ)給作物的水量，mm;R為地表徑流量，mm;F為補(bǔ)給地下水量，mm;ΔW為一定時(shí)段內(nèi)土壤儲水變化量，即土壤貯水消耗量。本試驗(yàn)地地處干旱半干旱地區(qū)，降水頻率和降水量均較少，很難產(chǎn)生地表徑流或入滲補(bǔ)給地下水，可視地表徑流和深層滲漏為0，且地下水埋深較深，地下水補(bǔ)給量也可視為0;故R、U和F值均可忽略不計(jì)。

1.3.6 作物系數(shù)（K值）的計(jì)算 FAO作物需水量專家咨詢組推薦采用的作物系數(shù)Kc計(jì)算公式[13-14]如下：

ET=KcET0。

1.4 作物性狀及產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

按生育期對作物的各個(gè)性狀進(jìn)行測量記錄，待作物成熟后進(jìn)行產(chǎn)量測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析方法

用SPSS 19.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析，用Excel 2007繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥—青貯玉米復(fù)播體系的ET0值

由圖1可以看出，滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系ET0值隨時(shí)間的變化規(guī)律表現(xiàn)為先增加后減小，總體數(shù)值分布呈拱形。整個(gè)變化過程中出現(xiàn)多個(gè)峰值，峰值出現(xiàn)主要集中在5月15日至8月10日，峰值出現(xiàn)并無明顯的時(shí)間間隔和變化規(guī)律。在4月25日之前和9月7日之后，其ET0值均小于趨勢線。5月8日至 8月6日，絕大多數(shù)ET0值都高于趨勢線，但也有部分時(shí)間ET0值突然變化，下降至趨勢線以下。

小麥生育期內(nèi)（4月7日至7月4日）ET0值之和為 420 mm，日均ET0值為4.67 mm/d，其中最大值為6.9 mm，出現(xiàn)在7月3日;最小值為1.6 mm，出現(xiàn)在4月7日。青貯玉米生育期內(nèi)（7月15日至10月1日）ET0值之和為341 mm，日均值為4.32 mm/d，其中ET0的最大值為6.7 mm，出現(xiàn)在7月27日，最小值為1.1 mm，出現(xiàn)在10月1日（圖中未顯示）。

整個(gè)復(fù)播體系的ET0值為662.6 mm，變化范圍為1.1～6.9 mm，日均ET0值為4.5 mm/d。

2.2 不同灌溉量處理下小麥、青貯玉米和復(fù)播體系的ΔSW、ET、K值

由表3可以看出，在高灌溉量下，小麥和復(fù)播體系的ΔSW絕對值、ET值、K值均呈現(xiàn)出低頻次處理最大，而中頻次和高頻次處理差異不明顯的特點(diǎn)。青貯玉米的ΔSW、ET值、K值在高、中灌溉量下各頻次處理間并無顯著差異;在中灌溉量下，小麥、青貯玉米和復(fù)播體系的ΔSW絕對值、ET值、K值均表現(xiàn)為中頻次處理>低頻次處理>高頻次處理;在低灌溉量條件下，小麥、復(fù)播體系和青貯玉米的ΔSW絕對值、ET值、K值均為高頻次處理下最小。

2.3 不同滴灌頻次處理下小麥、玉米、青貯復(fù)播體系ΔSW、ET、K值的比較

由表4可知，除了青貯玉米在高頻次下高灌溉量處理的ΔSW絕對值大于低灌溉量的之外（二者間差異不顯著），其余各頻次處理小麥、青貯玉米和整個(gè)復(fù)播體系的ΔSW絕對值均表現(xiàn)為高灌溉量處理的最小。小麥、青貯玉米、復(fù)播體系在中、高頻次下中灌溉量處理的ΔSW絕對值最大，在低頻次下青貯玉米和復(fù)播體系的ΔSW絕對值也呈現(xiàn)出中灌溉量處理最大，而小麥則是低灌溉量處理最大。

小麥、青貯玉米和整個(gè)復(fù)播體系的ET值、K值在各頻次下均表現(xiàn)為高灌溉量>中灌溉量>低灌溉量，且差異顯著，由此可以看出，灌溉量對小麥、復(fù)播青貯玉米和整個(gè)復(fù)播體系的ET值、K值均有顯著影響，且灌溉量越大，ET、K值就越高。

2.4 灌溉量和滴灌頻次互作對小麥、青貯玉米、復(fù)播體系ΔSW、ET、K值的影響

由圖2可知，在灌溉量和滴灌頻次的互作處理下，小麥的ΔSW值在-54.24～-14.93 mm間波動，其中最小的土壤水分變化為高灌溉量高頻次處理，為-14.93 mm，最大的土壤水分變化為中灌溉量中頻次處理，為 -54.24 mm;青貯玉米的ΔSW在-49.96 ～-30.56 mm間波動，其中最小的土壤水分變化為高頻次低灌溉量處理，為-30.56 mm，最大的土壤水分變化為中灌溉量中頻次處理，為-49.96;對于整個(gè)復(fù)播體系來說，其ΔSW在-104.2～-51.62 mm間波動，最小的土壤水分變化為高灌溉量高頻次處理，為-51.62 mm，最大的土壤水分變化為中頻次中灌溉量處理，為 -104.2 mm。

小麥的ET值和K值分別在354.10～471.58 mm、0.843 1～1.122 8間，最小值均出現(xiàn)在低灌溉量高頻次處理下，最大值則出現(xiàn)在高灌溉量低頻次處理下，ET值和K值除了低灌溉量中頻次處理和低灌溉量高頻次處理間差異不顯著之外，其余各處理之間差異均顯著;青貯玉米的蒸發(fā)蒸騰量ET值和作物系數(shù)K值分別在200.48～355.36 mm、0.587 9～1.042 1間，最小值均出現(xiàn)在低灌溉量高頻次處理下，最大值則出現(xiàn)在高灌溉量低頻次處理下，青貯玉米的ET值和K值在不同灌溉量間差異顯著，但在高灌溉量和中灌溉量下各頻次處理之間并無顯著差異，只在低灌溉量下高頻次灌溉和中、低頻次灌溉有顯著差異;復(fù)播體系的ET值和K值分別在554.58～826.93 mm、0.728 8～1.086 6間，最小值均出現(xiàn)在低灌溉量高頻次處理下，最大值則出現(xiàn)在高灌溉量低頻次處理下，復(fù)播體系的ET值和K值在不同灌溉量間差異顯著，但在高灌溉量下低頻次處理大于中、高頻次處理，且與中、高頻處理間差異顯著，在中灌溉量下中頻次處理大于低、高頻次處理，且與低頻次處理間差異顯著，在低灌溉量下高頻次處理小于中、低頻次處理，且與中、低頻次處理間差異顯著。

在同一處理下，小麥、青貯玉米、復(fù)播體系的蒸發(fā)蒸騰量ET值排序?yàn)榍噘A玉米<小麥<復(fù)播體系，而作物系數(shù)K值的大小為青貯玉米<復(fù)播體系<小麥。

2.5 灌溉量和滴灌頻次互作對小麥、青貯玉米產(chǎn)量的影響

由表5可以看出，小麥和青貯玉米的產(chǎn)量在中灌溉量中頻次處理下最高，而在低灌溉量低頻次處理下最低;低灌溉量條件下小麥和青貯玉米的產(chǎn)量明顯低于高灌溉量和中灌溉量條件下;在高灌溉量處理下低頻次灌溉處理小麥和青貯玉米的產(chǎn)量明顯低于中高頻次處理，而在低灌溉量下高頻次灌溉處理小麥和青貯玉米的產(chǎn)量明顯低于中低頻次處理。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

參考作物蒸發(fā)蒸騰量主要受最高溫度、最低溫度、相對濕度、2 m處風(fēng)速、日照時(shí)長的影響[17]，張瑞美等研究表明，參考作物蒸發(fā)蒸騰量與溫度、日照時(shí)長、風(fēng)速成呈正相關(guān)，與相對濕度呈負(fù)相關(guān)，其中溫度對參考作物蒸發(fā)蒸騰量的影響最為顯著，日照時(shí)長次之[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，參考作物蒸發(fā)蒸騰量值隨時(shí)間（4月7日至10月1日期間）的變化規(guī)律表現(xiàn)為先增加后減小，總體數(shù)值分布呈拱形，主要是由于在4、5、9、10月份溫度較小和日照時(shí)間較短，而在6、7、8月份溫度較高，日照時(shí)長較長，所以ET0值隨時(shí)間分布呈中間高兩邊低的現(xiàn)象，這與張瑞美等的研究結(jié)果[18]一致。ET0值突然降低可能和當(dāng)天的氣象因素變化有關(guān)，由于陰天、降水導(dǎo)致日照時(shí)長變短、溫度降低、相對濕度變大，從而導(dǎo)致ET0值突然變化[18]。

土壤水含量的變化量是由土壤水分的輸入和輸出造成的，土壤水分的輸入包括降水、灌溉、地下水補(bǔ)給（本試驗(yàn)地下水位為地表下8 m左右，故不考慮地下水補(bǔ)給），輸出則主要在于作物蒸發(fā)蒸騰[19]，本試驗(yàn)中各個(gè)處理降水量一致，地下水補(bǔ)給不計(jì)，所以土壤水含量變化的影響因子主要在于滴灌溉量和作物的蒸發(fā)蒸騰，而作物的蒸發(fā)蒸騰量在本試驗(yàn)中受滴灌溉量和滴灌頻次的影響，因此，可以認(rèn)為滴灌溉量影響土壤水分的輸入和輸出，而灌溉頻次主要影響土壤水分的輸出。本試驗(yàn)結(jié)果表明，滴灌小麥—青貯玉米的復(fù)播體系中土壤水含量的變化隨滴灌溉量的增加而減小，這主要是由于灌溉量越高，土壤水分含量就越高，作物的蒸發(fā)蒸騰對原土壤水分需求就越小，所以土壤水含量的變化量也就越小。

（3）本試驗(yàn)表明，各處理下小麥的蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)的變化范圍分別在354.10～471.58 mm、0.843 1～1.122 8間，青貯玉米的蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)的變化范圍分別在200.48～355.36 mm、0.587 9～1.042 1，這與翟超等的研究結(jié)果[20-21]一致，有研究表明，作物蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)與灌溉量呈正相關(guān)[22-23]，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。

不同灌溉頻次處理對不同作物、不同灌溉量的蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)的影響不同。本研究表明，玉米在高灌溉量和中灌溉量滴灌條件下各滴灌頻次間的ET值和K值并無顯著差異，在低灌溉量條件下高頻次灌溉顯著低于中頻次和低頻次灌溉，而在小麥中在中灌溉量處理下各頻次之間的蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)差異顯著，在高灌溉量和低灌溉量下高頻次處理的蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)顯著低于低頻次處理。灌溉頻次主要通過影響作物的生長狀況來影響作物蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)K值，而灌溉頻次對作物生長的影響，在不同作物、不同灌溉量下又不相同，所以同頻次處理對不同作物、不同灌溉量的蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)的影響并不同[24-26]。

（4）本試驗(yàn)結(jié)果表明，灌溉量和滴灌頻次互作條件下小麥、玉米以及復(fù)播體系在各處理下的ΔSW絕對值，均是中灌溉量中頻次處理最大，在中灌溉量中頻次處理下，作物產(chǎn)量最高，因此在該處理下作物對水分的需求最大，但其水分補(bǔ)給量不足以維持水分需求，所以就要吸收更多的原土壤水分，造成土壤水分ΔSW絕對值最大[27-28];灌溉量和頻次互作處理下青貯玉米、小麥蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)最大值均出現(xiàn)在高灌溉量低頻次處理中，最小值均出現(xiàn)在低灌溉量高頻次處理下，主要是由于在高灌溉量下隨著灌溉頻次的減少，作物后期干旱脅迫越提前[29]，這時(shí)作物的蒸發(fā)蒸騰量就會變大，所以蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)最大值均出現(xiàn)在高灌溉量低頻次處理下，而在低灌溉量高頻次處理下，原本低灌溉量處理的灌溉量就不足，隨著灌溉頻次的增加，作物單次灌溉量又會減少，從而導(dǎo)致作物一直處于水分虧缺狀態(tài)，植株正常生長發(fā)育受損，分蘗減少[30]，進(jìn)而導(dǎo)致蒸發(fā)蒸騰量減小，所以灌溉量和頻次互作處理下小麥、青貯玉米蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)最小值均出現(xiàn)在低灌溉量高頻次處理下。

3.2 結(jié)論

參考作物蒸發(fā)蒸騰量的大小受氣象因子影響，在北疆地區(qū)小麥—青貯玉米復(fù)播體系中4、5、9、10月份ET0值較小，在6、7、8月份ET0值較大。因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中，灌溉時(shí)期和灌溉量的確定不能只考慮生育時(shí)期，也應(yīng)與氣象因素相結(jié)合[31-32]，在持續(xù)高溫、長日照的氣象條件下應(yīng)該對田間土壤水分進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充。

北疆地區(qū)小麥的蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)的變化范圍分別在354.10～471.58 mm、0.843 1～1.122 8間，青貯玉米的蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)的變化范圍分別在 200.48～355.36 mm、0.587 9～1.042 1間。蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)，主要是受灌溉量的影響，隨著灌溉量的增加蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)不斷增加。

灌溉頻次對蒸發(fā)蒸騰量和作物系數(shù)受不同灌溉量的影響各不相同，為了獲得較高的產(chǎn)量，在高灌溉量條件下，應(yīng)該適當(dāng)增加灌溉頻次，從而確保作物后期不受水分脅迫;低灌溉量條件下應(yīng)選擇低頻次灌溉，從而確保作物在前中期能夠正常生長。

本試驗(yàn)條件下中灌溉量中頻次處理作物產(chǎn)量最高，相比較而言，北疆地區(qū)滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系的灌溉方案以小麥300 mm灌溉量、滴灌5次與青貯玉米220 mm灌溉量、滴灌3次為宜。

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