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基于大型称重式蒸渗仪研究北疆滴灌麦田蒸散量

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Measurement of Evapotranspiration for Drip-Irrigated Winter Wheat Using Large Weighing Lysimeter in Northern Xinjiang
LI Jie1, WU Yang-Huan2, CHEN Rui1, YANG Ping1, CHAI Shun-Xi1, CUI Jin1, and MA Fu-Yu1,*
*
通讯作者 (Corresponding author): 马富裕 , E-mail: mfy_agr@, Tel: 0993-6650999
第一作者联系方式 : E-mail: lj880902@ Received(收稿日期 ): 2015-11-04; Accepted(接受日期 ): 2016-03-14; Published online(网络出版日期 ): 2016-03-28. URL: /kcms/detail/11.1809.S.20160328.1116.012.html
新疆地处西北干旱地区 , 受地理环境的限制淡 水资源匮乏严重影响新疆农业的发展 , 近年来随着 全球气候变化及水资源的不合理开发利用 , 导致淡
水资源紧缺 , 严重影响农业的发展 [1-2] 。如何利用有 限的水资源 , 提高农作物产量和水分利用效率是推 广发展旱作节水 増 粮技术的关键 [3], 许多学者在农
[12]
海拔 440 m)平均年降雨量为 154 mm, 年均气温 7℃ , 无霜 130~170 d, ≥ 10℃积温 2800~3700℃。试验区 在 1 m 深土层内土壤质地为沙壤土 , 0~60 cm 土层土 壤含有机质 21.78 mg kg–1、碱解氮 61.0 mg kg–1、速 效磷 25.26 mg kg–1、速效钾 194.0 mg kg–1, pH 7.62。 试验气象数据由石河子气象局气象观测站提供 , 该站与石河子大学农学院田间试验站的直线距离为 500 m, 自动监测小麦整个生育期内每日的风速、气 温、湿度、土壤温度、相对湿度等。
。
新疆是中国粮食生产后备耕地资源区。滴灌冬 小麦的种植模式已在新疆适宜种植区全面推广 , 滴 灌冬小麦较常规灌溉种植节水 1500~2500 m hm , 另外 , 由于滴灌改变麦田根区供水方式 , 改善了小 麦根系特征与水分利用效率之间的关系 , 增产效果 明显 [13] 。国内外许多学者已对滴灌春小麦的耗水规 律、农田蒸散特征、作物产量的关系、测定仪器、 测定方法等积累了一定的研究成果 [14-15] 。但关于滴 灌条件下冬小麦农田水分蒸散特征、耗水规律及水 分管理的精准化仍缺少有力的支持理论。因此研究 冬小麦农田水分蒸散特征 , 了解蒸散动态过程 , 将 对灌溉水资源优化配置、提高水分利用效率有着极 其重要意义。目前 , 国内外采用的计算蒸散的方法 很多 , 但需要对其结果进行适当校正 , 由于蒸渗仪 测定蒸散的精度较高 ( 一般可达 0.01~0.02 mm), 因 而已成为测定蒸散的标准试验仪器 [16-17], 可用于校 正和比较其他方法所获得的数据 , 尽管蒸渗仪内外 在热量和水分方面存在差异 , 如 0~20 cm 土层地温 的 资 料 显 示 , 器 内 比 器 外高 约 5.4%, 但 其 蒸 散 规 律、蒸散过程对周围农田有较好的代表性 [18]。 自 20 世纪 90 年代以来 , 人们利用蒸渗仪进行 了大量蒸散测定试验 , 但是针对新疆北部地区滴灌 模式下农田水分蒸散的研究却鲜有报道。探索本区 滴灌模式下冬小麦的农田水分蒸散特征有助于缓解 水资源不足与农业用水利用率不高的矛盾。本研究 基于大型称重式蒸渗仪对北疆地区滴管模式下冬小 麦蒸散规律展开研究 , 旨在探明滴灌条件下冬小麦 农田蒸散规律及其影响因素 , 探求其作物因素、 土壤 水分和气象因素与蒸散之间的关系, 以期为北疆地区 农田水分管理提供依据, 为北疆地区滴灌作物及其气 候和种植模式相似地区需水规律的确定提供科学依据 和理论基础, 并为发展高效节水农业提供参考。
基于大型称重式蒸渗仪研究北疆滴灌麦田蒸散量
李
1
杰1
吴杨焕 2
陈
锐1
杨
平1
柴顺喜 1
崔
静1
马富裕 1,*
石河子大学农学院 / 新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室 , 新疆石河子 832003; 2 新疆生产建设兵团农六师农科所 , 新疆五 家渠 831300
摘
要 : 基于大型称重式蒸渗仪研究了北疆地区滴灌冬小麦不同时段 (生育阶段、日、时 )的农田水分蒸散特征 , 分析
了气温、相对湿度、风速等因子对农田水分蒸散的影响及产量和蒸散的关系 , 旨在为北疆地区滴灌冬小麦的灌溉制 度制定提供理论依据。3 个灌水处理分别为全生育期灌溉 375、600 和 750 mm。结果表明 , 在滴灌冬小麦全生育期内 日蒸散量为抽穗 – 乳熟 > 拔节 – 抽穗 > 乳熟 – 成熟 > 返青 – 拔节 > 播种 – 越冬 > 越冬 – 返青 ; 在一天中 , 滴灌冬小麦农田水分 蒸散主要发生在 8:00–20:00, 夜间 20:00–8:00 蒸散量较小且比较稳定 , 时蒸散量随天气变化而改变。滴灌条件下 , 冬 小麦的棵间蒸发量占农田水分蒸散的 25.2%~28.3%。棵间蒸发与土壤含水率和叶面积指数具有良好的二元二次模拟 关系 , 拟合系数为 0.98。综合产量和水分利用效率 , 滴灌冬小麦的蒸散量为 600~650 mm。本研究对合理制定滴灌冬 小麦的灌溉制度具有重要的参考价值。 关键词 : 滴灌 ; 冬小麦 ; 农田水分蒸散 ; 棵间蒸发
3 –2
试验设计 供试冬小麦品种为新冬 43( 新疆农垦科学院选 育 )。播种期分别为 2013 年 9 月 25 日和 2014 年 9 月 30 日 , 收获期为 2013 年 6 月 28 日和 2015 年 6 月 27 日。 播种密度均为 450 万粒 hm–2, 播种行距为 15 cm。 全生育期施基肥尿素 (N 质量分数≥ 46%) 150 –2 kg hm , 磷 酸二铵 (P2O5 质量分数≥ 48%) 250 kg hm–2, 分别于冬前、返青前、拔节期、抽穗期追施尿素 75 kg hm–2。试验期间其他管理措施与当地农田相同。 按随机区组设计 , 试验小区面积为 5 m × 8 m = 40 m2, 重复 3 次。 设置 3 个灌溉定额处理 , 分别 375 (D1)、 600 (D2)和 750 mm (D3), 通过水表控制滴灌 量 , 冬小麦整个生育时期灌水 10 次。两年度 D1、 D2 和 D3 处理均在播种期 (2013 年 9 月 28 日和 2014 年 10 月 1 日 )滴灌出苗水 60 mm; 冬前 (2013 年 11 月 11 日和 2014 年 11 月 14 日 )分别滴灌越冬水 35、 92 和 138 mm; 返青后滴灌 8 次 , 第一次在 2014 年 3 月 28 日和 2015 年 3 月 27 日 , 此后每 10 d 滴水一次 , 每次灌水量分别为 35、 56 和 69 mm。 采用北京绿源公司生产的 515 型内镶式滴灌带 , 滴头间距 20 cm, 滴头流量 3.2 L h–1, 滴管带间距为 60 cm, 一条滴灌带灌溉 4 行小麦。各处理间设 1 m 隔离带 , 为了防止水分侧渗 , 各处理间均埋有 1 m 深防渗膜隔开。 试验小区安装有体积为 2.0 m × 2.0 m × 2.3 m (长 ×宽 ×高 )的大型原状土自动称重渗漏式蒸 渗仪系统 ( 西安碧水环境新技术有限公司造 ) 自动获 取农田蒸发蒸腾量数据 , 测量精度为 0.05 mm, 每小 时自动采集一次数据。 1.3 田间水分蒸发特征测定方法 1.3.1 棵间蒸发量测定 采用置于小麦行间的小 型棵间蒸发器测定棵间蒸发 , 设每处理 4 个规格相 同的棵间蒸发器 , 距离滴管带 15 cm 和 30 cm 各 2 个 , 取其测定的平均值作为各处理的测定值。小型 棵间蒸发器 (Micro-1ysimeter) 由外桶 ( 直径 110 mm,
第7期
李
杰等 : 基于大型称重式蒸渗仪研究北疆滴灌麦田蒸散量
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业节水技术等 [4-11]方面做了大量工作。 滴灌技术作为 当前最先进的工程化节水技术已在世界各国广泛推 广应用, 其灌水量少且灌溉频率高, 可根据作物需水 需肥规律将水分和养分均匀持续地输送到植株根部 , 最大限度地降低了土壤水分的深层渗漏和其他无效 途径的用水浪费, 且能形成一定的农田小气候, 可有 效缓解水资源不足与农业用水利用率不高的矛盾
Abstract: Drip-irrigation is a promising water-saving technique in arid agricultural area. To sep up efficient drip-irrigation systems for winter wheat grown in northern Xinjiang table land, we measured the evapotranspiration (ET) rate of wheat field using large-scale weighing lysimeter and analyzed the temporal responses of ET (in growing phase, daily and hourly) to air temperature, relative humidity and wind speed. Three treatments were designed with irrigation amounts of 375 (D1), 600 (D2), and 750 mm (D3). During the whole growing period of wheat, daily ET rate varied in different phases, showing heading–milk > jointing–heading > milk–maturity > regreening–jointing > sowing–overwintering > overwintering–regreening. During a day, hourly ET was in high level from 8:00 to 20:00 and stable from 20:00 to 8:00 of next, which varied with weather condition. Under drip-irrigation condition, the ratio of soil evaporation to ET was 25.2–28.3% duБайду номын сангаасing the entire growing season. Soil evaporation could be predicted with soil moisture and leaf area index using a bivariate quadratic function (R2 > 0.98). Based on a combination of yield and water use efficiency, we suggest 600–650 mm as the optimum irrigation amount under the drip-irrigated winter wheat field. Keywords: Drip-irrigated; Winter wheat; Evapotranspiration; Evaporation

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大型称重式蒸渗仪测定的冬小麦农田的蒸散规律研究

大型称重式蒸渗仪测定的冬小麦农田的蒸散规律研究


次 数 据 ， 量精 度 为 ０ １ｍ 测 ． ｍ。试 验站 内设 有 自动气
２ｍ 高 ２ 均 风 速 （ ／ ） Ｖ Ｄ为 ２ ｍ 高 的饱 和 ４ｈ平 ｍ ｓ ；Ｐ
水汽 压与 实 际水 汽 压 的 差 （ Ｐ ） △ 为 饱 和 水 汽 压 ｋａ ；
象 站 ，每天 进行 气 温 、 度 、 湿 降水 、 高 的风 速 、 ２ｍ 太
重要。
生产 ， 制订合 理 的作 物 灌溉 制 度 以及 区域灌 溉 需 水
量计 划 ， 已经 成 为有 效 利 用水 资源 和 制 订 区域 水 资 源利用 规划 的关键 环 节 ～ 。而作 物蒸 散量 是制 定 区域 灌溉 量 的基 本 依 据 。 因此 作 物 蒸 散 量 的准
壤 水 分 亏 缺 严 重 ， 物 蒸 散 量 增 加 速 率 有 所 下 降 。 ） ｅ ｍ ｎＭｏ ｔ ｔ 作 ２ Ｐ ｎ ａ — ｎｅ ｈ法估 算 的 实 际蒸 散 量 比蒸 渗 仪 实测 值 略 高 ， ｉ 怛
两者 的相 关 关 系较 好 。 ） 回 归分 析 ， 境 因子 对 冬 小 麦 宾 测 蒸 散 量 影 响 的 大小 顺 序 为 ： 辐 射 ＞空 气 相 对 湿 度 ＞ ３经 环 净
汪 秀敏 ，申双 和 ，韩 晓梅 徐 延 红。 ，
（ 南 京 信 息 工程 大学 江 苏 省 农 业 气 象 重 点 实 验 室 ， 京 ２ ０４ ；２ 南 京 信 息工 程 大 学 应 用 气 象 学 院 ， １ 南 ｌ０ ４ ． 南京 ２０ ４ ） １０ ４
摘 要 ： 用 大 型称 重 式 蒸 渗仪 实 测 数 据 ， 冬 小 麦 蒸 散 耗 水 规 律进 行 研 究。 果 表 明 ： ） 利 对 结 １ 冬小 麦 的 目蒸 散 量 变化 曲线 呈 单 峰 型 ， 中午 大 ， 晚小 。 散 量在 分 蘖 期 出现 小 峰 值 ， 后 逐 渐 降 低 ， 青 后 又 不 断增 大 ， 孕 穗 期 土 早 蒸 此 返 在
基于大型蒸渗仪的1年2作滴灌小麦_玉米耗水特征

基于大型蒸渗仪的1年2作滴灌小麦_玉米耗水特征

２０１５年１月灌溉排水学报Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｒａｉｎａｇｅ　第３４卷第１期　文章编号：１６７２－３３１７（２０１５）０１－００５９－０５基于大型蒸渗仪的１年２作滴灌小麦－玉米耗水特征姜国军１，２，王振华１，２，郑旭荣１，２，李云光１，２，孟宪磊３（１．石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子８３２０００；２．现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆石河子８３２０００；３．总参谋部炮兵训练基地，河北张家口０７５１００）摘　要：利用大型称质量式蒸渗仪，分析了滴灌条件下小麦－复玉米蒸散耗水过程。

结果表明，中等灌水条件下，滴灌小麦－玉米蒸散耗水总量为７７７．９３ｍｍ，其中小麦耗水占４５．８％，玉米耗水占５４．２％，小麦拔节期和抽穗期耗水量为１８８．０３ｍｍ，占１年２作耗水总量的２４．２％，玉米拔节期和抽雄期耗水量为２３５．４２ｍｍ，占１年２作耗水总量的３０．２６％；１年２作滴灌小麦－玉米全生育期平均耗水强度为４．２５ｍｍ／ｄ，其中小麦、复播玉米平均耗水强度分别为３．９３、４．５７ｍｍ／ｄ。

不同天气状况下玉米蒸散耗水强度的差异大于小麦，玉米蒸散日变化具有明显“午休”现象。

滴灌小麦－玉米受各气象因子的影响不同，春小麦和夏玉米蒸散强度与各气象因子的相关性分别表现为净辐射＞相对湿度＞３０ｃｍ土壤水分＞总辐射＞光合辐射＞日平均气温＞风速和相对湿度＞光合辐射＞净辐射＞３０ｃｍ土壤水分＞总辐射＞风速＞日平均气温。

关　键　词：滴灌；大型蒸渗仪；耗水量；小麦；玉米中图分类号：Ｓ２７５．６；Ｓ１６１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０１．０１３姜国军，王振华，郑旭荣，等．基于大型蒸渗仪的１年２作滴灌小麦－玉米耗水特征［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１５，３４（１）：５９－６３． 自２０世纪５０年代以来，利用蒸渗仪进行了大量蒸散测定试验，但新疆地区针对滴灌条件下借助蒸渗仪测定农田蒸散的研究鲜见报道。

参照作物蒸散量计算模型在新疆干旱地区适用性研究

参照作物蒸散量计算模型在新疆干旱地区适用性研究


对作物需水信息实时、准确地获取是实现智能灌溉发展 精准农业的关键技术和必要条件［１］。参照作物蒸散量（ＥＴ０） 既是植物生长过程中一个非常重要的参数，又能为计算作物 需水量提供重要依据。参照作物蒸散量反映的是大气蒸发能 力与作物需水信息的关系，预测结果的精确与否将直接影响 作物的长势以及智能灌溉的效果。ＥＴ０ 的计算具有地域性、 时域性，常见的计算方法有模型法、温度法、经验公式法和综 合法等［２］。当前受国内外学者推崇的是 ＦＡＯ－５６Ｐｅｎｍａｎ－ Ｍｏｎｔｅｉｔｈ方法，该方法以水汽扩散和能量平衡方程为基础，将 作物的生理特征和空气动力学参数同时考虑在内，计算结果 较为准确，国内外院校和研究机构都以此为标准来评价其他 方法及模型的准确性，并对其他模型进行修正 。 ［３－４］ 但该方 法需要用到日最低气温（Ｔｍｉｎ）、日最高气温（Ｔｍａｘ）、地理纬度、 海拔、日平均相 对 湿 度、实 际 日 照 时 长 （ｈ）、风 标 高 度 及 风 速 （ｍ／ｓ）等 ８个参数，在面积广阔和资料缺失的地区尤其是新 疆地形复杂地区同时测量这些气象数据的站点是严重受限
樊湘鹏，许 燕，周建平
（新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐 ８３００４７）
摘要：对作物需水信息实时、准确地获取是实现智能灌溉发展精准农业的关键技术和必要条件。参照作物蒸散量 （ＥＴ０）是获取需水信息的重要依据和需水决策系统的核心，ＥＴ０ 计算模型的精确与否将直接影响作物的长势以及智 能灌溉的效果。选取基于温度的 Ｈａｒｇｒｅａｖｅｓ－Ｓａｍａｎｉ法（Ｈ－Ｓ法）、基于辐射的 Ｐｒｉｅｓｔｌｅｙ－Ｔａｙｌｏｒ以及经验公式法 Ｉｒｍａｒｋ－Ａｌｌｅｎ进行比较，选择不同的气象条件下最佳的 ＥＴ０计算模型。选择新疆地区的昭苏、乌鲁木齐、麦盖提、吐鲁 番 ４个站点的气象数据，分别利用 Ｈ－Ｓ法、经验公式法 Ｉｒｍａｒｋ－Ａｌｌｅｎ（Ｉ－Ａ法）、Ｐｒｉｅｓｔｌｅｙ－Ｔａｙｌｏｒ辐射公式（Ｐ－Ｔ 法）、以及 Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式（ＰＭ－５６）４种方法计算不同站点的 ＥＴ０ 值，以 ＰＭ－５６为标准对其他方法计算结果 进行评价并修正。结果表明，在 ４个站点中 Ｉｒｍａｒｋ－Ａｌｌｅｎ的计算结果与 ＰＭ－５６最为接近，标准误差分别为 １．２１５、 １．０２０、１．３１１、１．０６５。经过回归分析得，昭苏站拟合优度最佳的是 Ａｌｌｅｎ，ｒ２为 ０．９１７，麦盖提站和吐鲁番站拟合优度最 佳的是 Ｐ－Ｔ法，ｒ２值分别为 ０．８６２和 ０．８８９，乌鲁木齐站拟合优度最佳的是 Ｈ－Ｓ法，ｒ２值为 ０．９２６。对模型进行修正 之后，昭苏站和乌鲁木齐站的最佳模型是 Ｈ－Ｓ法，标准误差分别减小到了 ０．４１９和 ０．６０７，标准误差分别减少了 ９０６％和 ８５．７％。麦盖提站和吐鲁番站的最佳模型是修正 Ｐ－Ｔ法，标准误差分别减少到了 ０．６７０和 ０．４３９，标准误 差减少了 ８７．４％和 ８９．８％。因此，可以在有限气象条件下将修正后的模型用于新疆地区相应站点 ＥＴ０ 的计算中，为 农业灌溉提供便利。 关键词：参照作物蒸散量；Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式；Ｈａｒｇｒｅａｖｅｓ－Ｓａｍａｎｉ法；辐射 法 Ｐｒｉｅｓｔｌｅｙ－Ｔａｙｌｏｒ；经 验 公 式 Ｉｒｍａｒｋ－Ａｌｌｅｎ；ＥＴ０ 计算；模型修正 中图分类号：Ｓ１６１．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０１９）２０－０２７３－０８
农田蒸散的测定与分解：茎流计和热脉冲传感器的应用

农田蒸散的测定与分解：茎流计和热脉冲传感器的应用

农田蒸散的测定与分解：茎流计和热脉冲传感器的应用农田蒸散（ET）是农田生态系统中地表能量平衡和水分平衡的重要组成部分,主要由作物蒸腾和土壤水分蒸发两部分组成。

作物蒸腾和土壤水分蒸发的准确测定对于指导农田灌溉,提高水分利用效率具有重要意义。

但目前广泛用于测定作物蒸腾的热平衡式茎流计（HBSF）传感器会高估茎流速率,而基于感热平衡原理的多针热脉冲传感器无法得到0.5 mm 土层以上的蒸发速率,且其准确度和精度尚不明确。

本研究的主要目的是通过称重法校准HBSF 传感器,改进表层土壤水分蒸发计算方法,获取玉米整个生育期的作物蒸腾及土壤水分蒸发动态。

并利用HBSF传感器和多针热脉冲传感器进一步探讨免耕对春玉米农田作物蒸腾和土壤水分蒸发的影响。

主要研究结果如下:第一,HBSF传感器测得的茎流速率(V,g plan<sup>-1</sup>h<sup>-1</sup>)高估了蒸腾速率(T,gplant<sup>-1</sup>h<sup>-1</sup>),且误差呈日变化规律:在早晨和傍晚较小,随T的增大而变大,在太阳辐射强度最大时达到最大值(称重式蒸渗仪试验中最大误差为67 g plant<sup>-1</sup> h<sup>-1</sup>,盆栽试验为154 gplant<sup>-1</sup> h<sup>-1</sup>,田间试验研究为30 g plant<sup>-1</sup> h<sup>-1</sup>)。

以称重法得到的T为标准,建立了关于玉米植株T和HBSF传感器测得V的线性经验方程:T=0.65K+0.39。

并在称重式蒸渗仪试验、盆栽试验及田间试验研究中进行验证,结果表明,该方程可分别降低最大V误差达60%、50%和50%。