陜北黃土高原棗樹需水規(guī)律與灌溉需水量研究

何振嘉 ，董起廣，楊 凱，傅渝亮，費(fèi)良軍

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)，西安 710075；2.西安理工大學(xué)水資源研究所，西安 710048)

0 引 言

陜北黃土高原干旱少雨，水資源嚴(yán)重短缺，人均水資源量、單位面積平均水資源量分別不足全國(guó)平均水平的1/3和1/5[1]，低于國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的最低需水線，屬于資源性嚴(yán)重缺水地區(qū)。棗樹是陜北黃土高原區(qū)的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)林樹種，近年來佳縣、清澗、延川等縣紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已成為當(dāng)?shù)亓謽I(yè)產(chǎn)業(yè)的重要支柱。在這種氣候條件下，研究非充分灌溉條件下棗樹的需耗水規(guī)律對(duì)于優(yōu)化棗樹灌溉制度，提高水資源利用效率有著重要的意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)果樹的需水規(guī)律研究較多，對(duì)棗樹的研究也有一定進(jìn)展[2-5]，胡永翔研究了陜北充分灌溉滴灌棗樹的需水規(guī)律和作物系數(shù)，魏群等研究了不同保墑條件下不同灌溉制度下棗樹的耗水規(guī)律，但是，就陜北黃土高原這種獨(dú)特氣候下，非充分灌溉棗樹的作物需水規(guī)律，尤其灌溉需水量卻鮮有報(bào)道。另外，通常所作研究?jī)H就試驗(yàn)?zāi)攴葸M(jìn)行分析，或僅根據(jù)多個(gè)氣象站的長(zhǎng)系列氣象資料對(duì)作物進(jìn)行需水量或灌溉需水量的統(tǒng)計(jì)分析[6-9]，而本文不僅分析了2009-2013年的試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)?5 a氣象資料進(jìn)行了不同水文年份作物的需水規(guī)律研究，探討了作物需水量和灌溉需水量的年際變化趨勢(shì)，為制定陜北黃土高原區(qū)棗樹的灌溉制度提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2009-2013年在陜西省榆林市米脂縣山地微灌棗樹示范基地進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地理位置為東經(jīng)109°49′～110°29′，北緯37°39′～38°5′，氣候?qū)倥瘻貛О敫珊禋夂?，全年干旱少雨，氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，多年平均降水量451.6 mm，全年降水分布極不均勻，7-9月份降雨約占全年降水量的50%～60%，多年平均水面蒸發(fā)為1 574 mm。該地區(qū)四季分明，日照充沛，晝夜溫差大，適宜棗樹生長(zhǎng)。試驗(yàn)田棗樹株行距為2 m×3 m，田間密度為1 665 株/hm2。土壤以黃綿土為主，計(jì)劃濕潤(rùn)層0～80 cm，土壤的平均容重為1.35 g/cm3，田間持水量為24%(占干土重百分?jǐn)?shù))，pH為8.6，土壤偏堿性，土壤養(yǎng)分較為貧瘠。試驗(yàn)田土壤顆粒級(jí)配組成見表1。氣象資料包括由西北農(nóng)林科技大學(xué)米脂試驗(yàn)站提供的2009-2013年的逐日氣象資料和米脂氣象局提供的1971-2005年的逐日氣象資料。

表1 試驗(yàn)土壤顆粒級(jí)配組成表Tab.1 Soil particle distribution list

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2009年4月至2013年10月，試驗(yàn)對(duì)象為多年生梨棗樹，共一個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。該處理把計(jì)劃濕潤(rùn)層(80 cm)的土壤含水率下限設(shè)為田間持水量的60%，在棗樹計(jì)劃濕潤(rùn)層達(dá)到土壤含水率下限時(shí)進(jìn)行灌水，灌水上限為田間持水量的80%，灌溉水量只需滿足棗樹1/4根系的需水即可滿足果樹生長(zhǎng)需求，從而確定棗樹灌水定額為80 L/棵，即135 m3/hm2。

本試驗(yàn)對(duì)氣象因子、土壤水分以及生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，其中包括：用烘干法測(cè)定棗樹土壤含水率，土壤水分測(cè)定深度100 cm，每層10 cm，共10層。在整個(gè)生育期內(nèi)，每10 d測(cè)定一次，灌水前后、降雨前后加測(cè)。作物需水量采用水量平衡方程計(jì)算，據(jù)實(shí)測(cè)相鄰兩次根系層土壤含水率以及其間的灌水量和降水量資料，計(jì)算出作物在各生育階段的需水量，即：

ET=ΔW+P+I+G-D

(1)

式中：ET為階段需水量，mm；P為時(shí)段內(nèi)降雨量，mm；I為時(shí)段內(nèi)灌水量，mm；G為時(shí)段內(nèi)地下水補(bǔ)給量，mm；D為時(shí)段內(nèi)深層滲漏量，mm；ΔW為時(shí)段內(nèi)土壤儲(chǔ)水量變化，mm；γi為第i層的土壤干容重，g/cm3；Hi為第i層的土壤厚度，cm；θi1、θi2分別為第i層土壤計(jì)算時(shí)段始、末的含水量(以占干土重的百分率%計(jì))。

本文試驗(yàn)條件下，因試驗(yàn)區(qū)地下水深度較深，故無地下水補(bǔ)給，G=0；灌水引起深層滲漏很小，D=0。因此，式(1)變?yōu)椋?/p>

ET1-2=I+ΔW+p=I+10∑γiHi(θi1-θi2)+P

(2)

利用式(2)可計(jì)算出棗樹生育期各個(gè)生育階段的需水量 (mm)。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)的各生育期出現(xiàn)的時(shí)間，可計(jì)算出其日需水強(qiáng)度R(mm/d)。

作物系數(shù)采用聯(lián)合國(guó)推薦的單作物系數(shù)法，根據(jù)作物需水量及由國(guó)內(nèi)外最通用的FAO和ICID于1990年推薦的FAO Penman-Monteith公式計(jì)算出參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0，以二者的比值得到不同階段的作物系數(shù)Kc。

1.3 數(shù)據(jù)獲取

棗樹生育期在年際間有差異，萌芽期在4月底5月初，開花期為6月初至7月中旬，果實(shí)膨大期在7月下旬至9月上旬，成熟期在9月中旬至10月初。據(jù)此，為便于定量分析不同年份棗樹的降雨量和需水量，統(tǒng)一將棗樹的生育期劃分為，萌芽展葉期(5月1日-5月31日)、開花坐果期(6月1日-7月15日)、果實(shí)膨大期(7月16日-9月10日)和果實(shí)成熟期(9月11日-10月10日)。萌芽期、開花期、膨大期、成熟期分別為31，45，57，30 d，共163 d。生育期內(nèi)有效降雨除考慮萌芽至成熟期外，同時(shí)將4月21日到4月30日內(nèi)的降雨也作為有效降雨，以便充分利用降雨資源。有效降雨量計(jì)算采用公式(3)：

P0=σP

(3)

σ為降水有效利用系數(shù)，當(dāng)P≤5 mm時(shí)σ=0，當(dāng)5 mm100 mm時(shí)，σ=0.8。

由米脂1971-2005年逐日的氣象資料求出逐年棗樹生育期內(nèi)的有效降雨量，將歷年生育期內(nèi)的有效降雨量按由大到小的順序排列，采用皮爾遜-Ⅲ型分布曲線，利用配線法算出棗樹生育期內(nèi)有效降雨的理論頻率曲線，據(jù)此分析設(shè)計(jì)水平年偏豐年P(guān)=10%，豐水年P(guān)=25%，平水年P(guān)=50%，枯水年P(guān)=75%，偏枯年P(guān)=90%等不同水文年的有效降雨量。

作物需水量，可以直接反應(yīng)作物對(duì)水分的消耗情況。由試驗(yàn)地米脂縣1971-2005年35 a的氣象資料，包括逐日平均溫度、最高溫度、最低溫度、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、日照時(shí)間、降雨量，根據(jù)彭曼公式，推求出35 a的逐日參考作物需水量，并按2009-2013年的平均各剩余階段的作物系數(shù)，求出棗樹各生育階段的需水量，再累加得到全生育期作物需水量。棗樹的灌溉需水量IR，即降雨滿足不了棗樹作物需水量時(shí)需要給棗樹的補(bǔ)充灌溉量，為棗樹需水量和有效降雨量的差值，它能直觀的表示棗樹的水分虧缺程度。并定義棗樹的有效降雨量與同時(shí)期作物需水量的比值為棗樹的自給率i，即當(dāng)i≥1時(shí)，說明棗樹僅靠降雨就能滿足其作物需水量，不需灌溉。由此確定試驗(yàn)?zāi)攴莺?971-2005年各生育階段和整個(gè)生育期的作物灌溉需水量和自給率。由1971-2005年歷年生育期的作物需水量和灌溉需水量資料，同樣采用皮爾遜-Ⅲ型分布曲線，得到棗樹的作物需水量和灌溉需水量的理論頻率曲線，分析設(shè)計(jì)水平年偏豐年P(guān)=10%，豐水年P(guān)=25%，平水年P(guān)=50%，枯水年P(guān)=75%，偏枯年P(guān)=90%等不同水文年的作物需水量和灌溉需水量。注意的是，灌溉需水量與作物需水量和有效降雨量不同，需按由小到大的順序排列計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗樹生育期有效降雨量

對(duì)米脂1971-2005年35 a內(nèi)的氣象資料統(tǒng)計(jì)分析可得，棗樹生育期內(nèi)有效降雨量的多年平均值為303 mm，其中萌芽展葉期為30.1 mm，開花坐果期87.7 mm，果實(shí)膨大期148.4 mm，果實(shí)成熟期36.7 mm，分別占全生育期平均有效降雨量的9.93%，28.94%，48.98%，12.11%。果實(shí)膨大期有效降雨量比重最大，主要由于膨大期處于7月份中旬至9月上旬，而陜北地區(qū)年降雨的50%～60%都分布在7-9月份。表3給出了多年棗樹生育期內(nèi)有效降雨量理論頻率曲線分析結(jié)果，豐水年與平水年、平水年與枯水年的差值分別為68.1、48.2 mm，而偏豐年與平水年，平水年與偏枯年的差值分別為140.9、77.3 mm。

表2 棗樹生育期有效降雨量Pe的頻率分析結(jié)果 mmTab.2 Average annual effective rainfall Pe in growing period

試驗(yàn)?zāi)攴?009-2013年內(nèi)生育期的有效降雨量分別為296.6，215.27，424.28，419.6，437.6 mm，可知，除2009年屬于平水年、2010年屬于枯水年，其余年份均屬于豐水年，且均已到達(dá)或接近偏豐年。

2.2 棗樹生育期內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量的變化

2009-2013年棗樹生育期內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量(ET0)隨時(shí)間的變化規(guī)律比較一致，以2010年為例，如圖1。在棗樹生育期內(nèi)呈中間高兩頭低的特性，并且峰值部分的位置比較靠前，雖然5月氣溫不是很高，日照時(shí)數(shù)也不是很長(zhǎng)，但試驗(yàn)地區(qū)5月常有大風(fēng)天氣，造成參考作物蒸發(fā)蒸騰量的數(shù)值較高。6月份的月平均參考作物蒸發(fā)蒸騰量最高，盡管6月份平均氣溫、風(fēng)速、均不是最高，但平均日照時(shí)數(shù)最長(zhǎng)，造成其參考作物蒸發(fā)蒸騰量在這5個(gè)月里最高。7、8、9月份平均參考作物蒸發(fā)蒸騰量逐漸降低，具體來看，隨著氣溫的逐步增加，7月份的月平均參考作物蒸發(fā)蒸騰量為3.3 mm/d，仍保持在一個(gè)較高的數(shù)值。8月份之后，由于降雨增多，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度降低，參考作物蒸發(fā)蒸騰量降到2.6 mm/d，而9月份溫度較低，日照時(shí)數(shù)較少，參考作物蒸發(fā)蒸騰量降低到最低值，1.84 mm/d。

2.3 棗樹生育期內(nèi)需水量與作物系數(shù)

在黃土高原特有的氣候條件、土壤條件和密植矮化栽培條件下，棗樹在非充分滴灌條件下，5 a平均需水量為367.97 mm(表3)，平均日耗水強(qiáng)度為2.37 mm/d。整個(gè)生育期中，需水量由多到少依次是果實(shí)膨大期，開花坐果期，果實(shí)成熟期，萌芽展葉期，整個(gè)生育期呈現(xiàn)出兩頭小，中間大，且峰值相對(duì)靠后，這與ET0的分布規(guī)律剛好不同。萌芽展葉期棗樹需水量及需水強(qiáng)度最小，主要由于萌芽展葉期棗樹剛開始發(fā)芽，葉面積指數(shù)較小，而作物主要通過葉片蒸騰耗水，且5月溫度較低，所以此時(shí)耗水較小。而進(jìn)入開花坐果期后，氣溫逐漸升高，日照時(shí)間增長(zhǎng)，葉面積指數(shù)也隨著增大，棗樹開始進(jìn)行生殖生長(zhǎng)，生理活動(dòng)劇烈，作物的需水量也不斷增長(zhǎng)，需水強(qiáng)度增長(zhǎng)為2.79 mm/d。但至果實(shí)膨大期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)為整個(gè)生育期最活躍的階段，葉面積指數(shù)增至最大，葉面蒸騰作用強(qiáng)烈，果實(shí)處于快速膨大期，需水量與需水強(qiáng)度達(dá)到峰值。果實(shí)成熟期處于多雨季節(jié)，氣溫降低，蒸發(fā)減弱，葉面積指數(shù)開始回落，棗樹果實(shí)生長(zhǎng)基本停止，所以需水量降低至52.38 mm。

多年平均作物系數(shù)分別為萌芽展葉期0.43，開花坐果期0.82，果實(shí)膨大期1.09，果實(shí)成熟期0.98。這與胡永翔研究的充分滴灌下的作物系數(shù)0.496，0.681，1.262，0.944相比均較小。作物系數(shù)在整個(gè)生育期的變化趨勢(shì)和需水量相似，也是兩頭低，中間高，峰值相對(duì)靠后。但原因卻并不完全相同，萌芽展葉期作物系數(shù)較低主要是由于5月常有大風(fēng)天氣，參考作物蒸發(fā)蒸騰量較大，而需水量相對(duì)較小，故作物系數(shù)為全生育期最低值。2009年屬于平水年，各生育期作物系數(shù)分別為萌芽展葉期0.43，開花坐果期0.82，果實(shí)膨大期1.09，果實(shí)成熟期0.9，平均整個(gè)生育期為0.81；2010年屬枯水年，各生育期對(duì)應(yīng)作物系數(shù)分別為0.42，079，1.04，0.85，整個(gè)生育期為0.78；2011-2013年均為偏豐年，3 a平均各生育期對(duì)應(yīng)作物系數(shù)分別為0.43，0.82，1.13，0.93，整個(gè)生育期為0.83。

2.4 棗樹的灌溉需水量和降雨自給率

2009年到2013年灌溉需水量與自給率見表4、5，從表中可以看出，2011-2013年(偏豐年)棗樹整個(gè)生育期自給率均達(dá)到1以上，2009年(屬平水年)和2010(屬枯水年)整個(gè)生育期自給率分別為0.83，0.61。2009-2013年果實(shí)膨大期自給率均為1左右，果實(shí)成熟期自給率除了2011年低于0.5，其余也均接近或超過1。2011-2013年的萌芽展葉期和開花坐果期及果實(shí)膨大期的自給率均達(dá)到1左右，果實(shí)成熟期的自給率在0.46～1.88之間，年際差異較大。2009，2010年，萌芽展葉期和開花坐果期的自給率均較小，2010年萌芽展葉期和開花坐果期的自給率相近，但由于這兩個(gè)時(shí)期需水量有較大差異，故它們的灌溉需水量分別為30.22，54.72 mm，差別較大。

表3 2009-2013平均需水量和作物系數(shù)Tab.3 Average annual water requirement and crop coefficient

表4 不同時(shí)期棗樹灌溉需水量 mmTab.4 Irrigation requirement of jujube in different period

表5 不同時(shí)期棗樹自給率iTab.5 Self-sufficiency rate of jujube in different period

由于試驗(yàn)?zāi)攴萦邢蓿?009年為平水年，2010年為枯水年，2011-2013年均為偏豐年，為分析不同水文年份如豐水年，偏枯年等棗樹的需水規(guī)律，有必要對(duì)試驗(yàn)地區(qū)多年的氣象資料進(jìn)行分析。分析結(jié)果見表6和表7。棗樹生育期多年平均參考作物蒸發(fā)蒸騰量為469.3 mm，其中萌芽展葉期為52.9 mm，開花坐果期153.4 mm，果實(shí)膨大期206.2 mm，果實(shí)成熟期為56.9 mm。棗樹生育期多年平均需水量為469.3 mm，合2.9 mm/d，其中萌芽展葉期、果實(shí)成熟期較小，分別為52.9 mm， 56.9 mm，占全生育期的11.3%，12.1%，折合為1.7 mm/d，1.9 mm/d。果實(shí)膨大期需水最多，為206.2 mm，占全生育期的43.9%，折合3.6 mm/d，開花坐果期需水量次之，為153.4 mm，占全生育期的32.7%，折合3.4 mm/d，由此可見，開花坐果期與果實(shí)膨大期均為棗樹的需水關(guān)鍵期。對(duì)試驗(yàn)地區(qū)多年的統(tǒng)計(jì)資料分析得到，不同生長(zhǎng)時(shí)期棗樹的灌溉需水量的多年平均值分別為，萌芽展葉期22.8 mm，開花坐果期65.6 mm，果實(shí)膨大期57.8 mm，果實(shí)成熟期20.2 mm，整個(gè)生育期灌溉需水量的多年平均值為166.3 mm。

表6 棗樹灌溉需水量和自給率的多年平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.6 Average annual jujube water requirement ETc andself-sufficiency rate in different growth period

表7 棗樹生育期作物需水量和灌溉需水量的頻率分析結(jié)果 mmTab.7 Frequency analysis results of jujube water requirement ETc and jujube irrigation requirement IR

注：CV，CS分別為棗樹生育期頻率分析對(duì)象(需水量和灌溉需水量)的變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)，無量綱。

研究區(qū)域棗樹的需水量和灌溉需水量的頻率分析結(jié)果見表7，作物需水量在不同的設(shè)計(jì)水平年的范圍為414.4～532.2 mm，偏豐年、豐水年、平水年、枯水年、偏枯年棗樹需水量分別為532.2、499、463.2、435.2和414.4 mm，平水年、枯水年、偏枯年差值20 mm左右，偏豐年、豐水年、平水年差值大于30 mm。棗樹灌溉需水量在不同的設(shè)計(jì)水平年份間變化較大，偏豐年、豐水年、平水年、枯水年、偏枯年分別為17.3、88.3、166.3、247.5、315.4 mm。偏豐年的灌溉需水量很小，全生育期僅17.3 mm，豐水年的灌溉需水量為88.3 mm。觀察多年的灌溉需水量的年內(nèi)分布發(fā)現(xiàn)，萌芽展葉期的灌溉需水量受豐水年、平水年、枯水年的影響較小，其灌溉需水量在不同的設(shè)計(jì)水平年的變化幅度分別為，豐水年及偏豐年在-16.35～47.23 mm之間，平水年在-70.29～60.83 mm之間，枯水年及偏枯年在26.47～46.46 mm之間。 觀察多個(gè)偏豐年及豐水年年份的需水量的年內(nèi)分布，發(fā)現(xiàn)偏豐年及豐水年棗樹的缺水也會(huì)發(fā)生在開花坐果期或果實(shí)膨大期，但通常只有其中的一個(gè)時(shí)期比較缺水，另一個(gè)時(shí)期雨水則出現(xiàn)較多富余，如1978年開花坐果期和果實(shí)膨大期灌溉需水量分別為103.5，-279.1 mm，1981年分別為-131.3，121.2 mm，或者這兩個(gè)時(shí)期全都不缺水，果實(shí)成熟期雨水則相對(duì)充裕，其變化范圍為-53.4～34.1 mm。但是，果實(shí)成熟期適當(dāng)缺水對(duì)棗樹生長(zhǎng)影響不大，可在一定程度上改善果實(shí)品質(zhì)，并且可以較顯著地降低棗樹壞果率[10]，因此，在水資源相對(duì)短缺的陜北地區(qū)，偏豐年及豐水年也需在開花坐果期或者果實(shí)膨大期做適當(dāng)補(bǔ)充灌溉，以彌補(bǔ)由于陜北地區(qū)降雨年內(nèi)分布不均對(duì)棗樹造成的減產(chǎn)，若萌芽展葉期缺水嚴(yán)重，也需同時(shí)在萌芽展葉期期適當(dāng)補(bǔ)灌。統(tǒng)計(jì)多個(gè)平水年年份的灌溉需水量的年內(nèi)分布，發(fā)現(xiàn)棗樹在平水年開始出現(xiàn)在4個(gè)時(shí)期同時(shí)缺水的情況，以及在開花坐果期和果實(shí)膨大期兩個(gè)需水關(guān)鍵期中至少有一個(gè)時(shí)期缺水的情況，因此在平水年，必須對(duì)棗樹實(shí)施補(bǔ)充灌溉，其補(bǔ)灌的時(shí)期選擇在萌芽展葉期以及開花坐果期或果實(shí)膨大期。在枯水年及偏枯年，棗樹在4個(gè)時(shí)期均缺水，很少再出現(xiàn)某一剩余期雨水富余的情況，尤其是在一般不缺水的果實(shí)成熟期，也出現(xiàn)缺水。缺水嚴(yán)重的是需水關(guān)鍵期，兩個(gè)時(shí)期總灌溉需水量在250 mm左右，虧水嚴(yán)重，萌芽展葉期灌溉需水量在29～46.46 mm之間，果實(shí)成熟期灌溉需水量在0.01～77.49 mm之間，變化幅度較大。說明在枯水年及偏枯年，需要在4個(gè)時(shí)期均進(jìn)行不同程度的灌溉，以保證作物正常生長(zhǎng)。

2.5 棗樹作物需水量與氣象因子的關(guān)系

采用SPSS軟件，對(duì)棗樹生育期的作物需水量和各氣象因素進(jìn)行了偏相關(guān)性分析(結(jié)果見表8)，可知，棗樹在黃土高原這種特有的氣候下，其作物需水量與平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫呈不顯著的正相關(guān)關(guān)系，與降雨呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。由于陜北地區(qū)棗樹不同生育階段的氣候各有特點(diǎn)，萌芽展葉期常有大風(fēng)，開花坐果期與果實(shí)膨大期日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)，溫度較高，果實(shí)成熟期多降雨且溫度較低，故有必要對(duì)不同的生育階段作物需水量與同期的氣象因子進(jìn)行相關(guān)性的分析。分階段分析發(fā)現(xiàn)，4個(gè)時(shí)期作物需水量與同期的平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)仍呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.740～0.976之間，與平均最低氣溫呈不顯著的正相關(guān)關(guān)系，與平均相對(duì)濕度呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在-0.722～-0.477之間，與降雨除萌芽展葉期外，均呈不顯著的正相關(guān)關(guān)系，與平均氣溫則為前兩個(gè)時(shí)期是不顯著的負(fù)相關(guān)，后兩個(gè)時(shí)期為不顯著的正相關(guān)。就整體來看，棗樹作物需水量與平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與其余各氣象因子相關(guān)性并不顯著。對(duì)黃土高原區(qū)棗樹需水量影響顯著的因子的順序?yàn)?，平均風(fēng)速稍微大于日照時(shí)數(shù)。用作物需水量和影響顯著的因子建立多元線性回歸方程，結(jié)果見表9。

表8 棗樹需水量與各氣象因子的偏相關(guān)系數(shù)和顯著性Tab.8 Partial correlation coefficient between jujube water requirement and weather factors and significance

表9 棗樹需水量與影響顯著的氣象因子建立的多元線性回歸方程Tab.9 Multi-regression equation between jujube water requirementand significant weather factors

用2009-2013年的氣象數(shù)據(jù)代入線性方程，通過回歸方程計(jì)算的模擬值與通過彭曼公式和作物系數(shù)計(jì)算出的實(shí)測(cè)值的曲線見圖2，可見，不同時(shí)期模擬值均比實(shí)測(cè)值非常接近，2010，2011，2012年各模擬值均比實(shí)測(cè)值略高，這與這3 a的氣象條件有關(guān)。各個(gè)時(shí)期線性回歸方程的模擬相對(duì)誤差在-4.6%～9.7%之間，說明所建立的模型具有較高的精確性。

圖2 棗樹作物需水量模擬值與實(shí)測(cè)值Fig.2 Simulated and measured values of jujube water requirement

3 結(jié)果與討論

本文基于2009-2013年5 a的需水量試驗(yàn)以及35 a的當(dāng)?shù)貧庀筚Y料的分析，通過試驗(yàn)?zāi)攴萸蟮玫牟煌攴莸淖魑锵禂?shù)的平均值，采用Penman-Monteith 公式和作物系數(shù)法確定棗樹需水量和灌溉需水量，通過頻率分析確定不同水文年棗樹生育期的有效降水量、需水量和灌溉需水量。分析結(jié)果表明：

(1)棗樹試驗(yàn)?zāi)攴?2009年-2013年)分別屬于平水年、枯水年及偏豐年，5 a的平均作物系數(shù)分別為0.43，開花坐果期0.82，果實(shí)膨大期1.09，果實(shí)成熟期0.98。整個(gè)生育期中，需水量由多到少依次是果實(shí)膨大期，開花坐果期，果實(shí)成熟期，萌芽展葉期，整個(gè)生育期呈現(xiàn)出兩頭小，中間大，且峰值相對(duì)靠后。

(2)1971-2005 a棗樹生育期有效降雨量、需水量和灌溉需水量的多年平均值分別為303、469.3和166.3 mm，自給率平均為0.65。頻率分析表明偏豐年P(guān)=10%、豐水年P(guān)=25%、平水年P(guān)=50%、枯水年P(guān)=75%、偏枯年P(guān)=90%的棉花生育期有效降水量分別為424.8、352、283.9、235.7和206.6 mm，需水量分別為532.2、499、463.2、435.1和 414.4 mm，灌溉需水量分別為 17.3、88.3、166.3、247.5和315.4 mm。

(3)陜北棗樹作物需水量主要與日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，各生育階段多年需水量與其影響顯著的氣象因子建立的多元線性擬合方程，應(yīng)用到試驗(yàn)?zāi)攴?009-2013年，擬合效果較好。

通過上面的分析，做如下建議，豐水年可只在棗樹開花坐果期或果實(shí)膨大期少量補(bǔ)灌，或者不灌，而平水年和干旱年則需在開花坐果期和果實(shí)膨大期均進(jìn)行適當(dāng)灌溉?？菟赀€需看情況在棗樹的果實(shí)成熟期進(jìn)行適當(dāng)灌溉。雖然試驗(yàn)?zāi)攴莅?個(gè)不同的水文年，但是試驗(yàn)時(shí)間相對(duì)較短，在這5 a試驗(yàn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究棗樹在不同年份的需水規(guī)律和作物系數(shù)以及在不同的水文年份的年內(nèi)分配問題，仍是接下來研究的重點(diǎn)。

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