氣象因子對滴灌小麥青貯玉米復(fù)播體系參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0值的影響

張仔羅 文 雯 刁 明 王江麗 李魯華

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院 /新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832003）

前言

新疆處于我國西北干旱半干旱地區(qū)，年降水量不足200mm，水資源嚴(yán)重短缺，絕大部分地區(qū)只能開展灌溉農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)用水至今仍占總用水量95%左右[1-3]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，新疆地區(qū)“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播模式的種植面積不斷擴(kuò)大，但由于該模式灌溉水用量增加，進(jìn)一步增加了水資源的壓力，因此，在此地區(qū)開展節(jié)水灌溉，提高水分利用率的研究十分有必要[4-5]。

參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0是作物蒸發(fā)蒸騰量計算、灌溉制度制定、精準(zhǔn)灌溉施行的關(guān)鍵因子，而ET0計算主要依靠氣象因子（最高溫度、最低溫度、日照時長、平均風(fēng)速（離地面2m處）、相對濕度），利用氣象因子估算ET0值，是目前主要的方法[6]。前人研究表明，利用氣象因子估算ET0值在精度和準(zhǔn)確度上都是十分可靠的，但此方法需要完整的氣象因子，計算量較大，計算方法較復(fù)雜，氣象因子一旦缺失將無法進(jìn)行估算[7]。本研究以2017年石河子地區(qū)4—10月（“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系生育期）的氣象因子為基礎(chǔ)，研究單個氣象因子與ET0的相關(guān)性及擬合性，以期簡化“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系ET0的估算方法，在氣象數(shù)據(jù)缺失的情況下也能估算出該復(fù)播體系ET0值，為北疆地區(qū)“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系灌溉制度的制定提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2017年4—10月在石河子天業(yè)集團(tuán)試驗(yàn)地（E85.95，N44.27），天業(yè)集團(tuán)試驗(yàn)地海拔412m、平均地面坡度為6×10-20，多年年平均日照時長大于2870h，年均≥10℃積溫為3463℃，年平均降水量195mm，年均無霜期≥160d，晝夜溫差大，屬于典型大陸性干旱氣候。

1.2 氣象數(shù)據(jù)的收集

本試驗(yàn)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)》中推薦有效降水利用率0.8[8]。

1.3 參考作物蒸騰蒸發(fā)量ET0計算

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（ET0）的計算方法很多，本文采用標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化后的FAO 彭曼公式[9-14]：

式中：ET0為參考作物蒸騰蒸發(fā)量量(mm/d)；Rn為作物表面的凈輻射量(MJ·m-2·d-1)；G為土壤熱通量(MJ·m-2·d-1)；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)；⊿為飽和水汽壓與溫度曲線的斜率(kPa/℃)；γ為干濕表常數(shù)(kPa/℃)。

2 結(jié)果與分析

2.1 “滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系ET0值

圖1 “滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系ET0值隨時間變化走勢圖

圖2 氣象因子與ET0的變化關(guān)系

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

小麥生育期內(nèi)（4月7日—7月5日）ET0之和為420 mm，日均ET0為4.67 mm/d，其中最大值為6.9 mm，出現(xiàn)在7月3日；最小值出現(xiàn)在4月7日，為1.6 mm。青貯玉米生育期內(nèi)（7月15日 — 10月1日）ET0之和為341 mm，日均為4.32 mm/d，其中ET0最大值為6.7 mm，出現(xiàn)在7月27日，最小值出現(xiàn)在10月1日，為1.1 mm。

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

2.2 氣象因子對“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系ET0值的影響

表1 氣象因子與ET0的回歸方程

圖3 累積氣象因子與ET0的擬合曲線（x，y散點(diǎn)圖）

由圖1和表2可以看出，最高溫度、最低溫度、平均溫度、日照時長與“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體ET0之間的變化趨勢基本一致，ET0隨著最高溫度、最低溫度、平均溫度、的升高或日照時長的變長而變大，隨著最高溫度、最低溫度、平均溫度、日照時長的降低或日照時長的變短而減小，最高溫度、最低溫度、平均溫度、日照時長與ET0呈線性正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)大小排序?yàn)椋鹤罡邷囟龋≧2= 0.6915）＞平均溫度（R2= 0.5900）＞日照時長（R2= 0.5900）＞最低溫度（R2= 0.4892）。

平均風(fēng)速與“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系ET0值之間的變化趨勢基本無明顯規(guī)律，其相關(guān)系數(shù)大小僅為R2= 0.0006，相對濕度與ET0之間的變化趨勢表現(xiàn)為：ET0隨著相對濕度的增加而減小，隨著相對濕度的減小而增大，相對濕度與ET0呈線性負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為R2= 0.3499。

2.3 “滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系累計ET0值與累計氣象因子關(guān)系分析

由圖3和表2可以看出，“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系生育期內(nèi)單個累積氣象因子（累積最高溫度、累積最低溫度、累積平均溫度、累積日照時長、累積相對濕度、累積平均風(fēng)速）與累積ET0之間存在極顯著的相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)R2均＞0.99），其中相關(guān)系數(shù)最大的是累積最高溫度（R2=0.9986），最小的是累積平均風(fēng)速（R2 = 0.996）。因此在計算“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系累積ET0時可以簡化為利用單一氣象數(shù)據(jù)的累積值來計算（參照表2），當(dāng)氣象數(shù)據(jù)缺失不完整時，也可以利用此方法較精確的估算“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系累積ET0。

表2 累積氣象因子與ET0的回歸方程

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系ET0與最高溫度、最低溫度、平均溫度呈正相關(guān)關(guān)系，主要是由于隨著溫度的升高，葉片與大氣之間的水汽壓變大，作物蒸騰變強(qiáng)，土壤蒸發(fā)變大，因此參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0變大，而日照時長在一定程度上也會影響溫度的高低，因此日照時長在一定程度上也與參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0呈正相關(guān)關(guān)系[15]。

風(fēng)速主要是通過改變水汽擴(kuò)散和水汽擴(kuò)散阻力來影響參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0，但一天內(nèi)風(fēng)并不是無時無刻都有，只有在風(fēng)存在的時間才會改變水汽擴(kuò)散和水汽擴(kuò)散阻力，所以風(fēng)速對參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0的影響較小[16]。

“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系ET0隨著相對濕度的增加而減小，隨著相對濕度的減小而增大。主要是由于隨著相對濕度的增加，大氣的蒸汽壓也會增加，葉片與大氣之間的水汽壓則會減小，作物蒸騰變?nèi)?，土壤蒸發(fā)變小，故參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0隨之變??；而當(dāng)相對濕度減小時，大氣蒸汽壓也會隨之減小，葉片與大氣之間的水汽壓則會變大，作物蒸騰變強(qiáng)，土壤蒸發(fā)變大，參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0隨之變大，因此相對濕度與ET0呈負(fù)相關(guān)[6]。

“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系累積ET0與累積單一氣象因子（累積最高溫度、累積最低溫度、累積平均溫度、累積日照時長、累積相對濕度、累積平均風(fēng)速）均存在極顯著相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)R2均＞0.99），而單一氣象因子（最高溫度、最低溫度、平均溫度、日照時長、相對濕度、平均風(fēng)速）與“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系ET0之間的相關(guān)性較差（參照表1）[17]。這主要是由于某天參考作物蒸發(fā)蒸騰ET0受當(dāng)天多個氣象因子影響，如果用單一氣象因子估算當(dāng)天的ET0，勢必?zé)o法避免偶然情況的干擾（其他氣象因子），因此無法用某天單一氣象因子準(zhǔn)確的估算當(dāng)天的ET0值，而采用累積氣象因子能很好的避免偶然情況的干擾，所以“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系生育期內(nèi)單個累積氣象因子與累積ET0之間存在極顯著的相關(guān)性[6，18]。

3.2 結(jié)論

參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0的大小受氣象因子影響，在“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系中4、5、9、10月份ET0值較小，6、7、8月份ET0值較大。因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中，灌溉時期和灌溉量的確定不能只考慮生育時期，也應(yīng)與氣象因素相結(jié)合，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)行及時補(bǔ)充。

參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0與最高溫度、最低溫度、平均溫度呈正相關(guān)，與相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

當(dāng)氣象數(shù)據(jù)缺失不完整時，可以用某日最高溫度估算當(dāng)天“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0，其估算公式為“ET0= 0.1823×最高溫度 -0.6491（R2= 0.6915）”，一般不能用單獨(dú)的風(fēng)速來估算ET0，主要是由于相關(guān)系數(shù)太低，僅為R2= 0.0006。

“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系生育期內(nèi)單個累積氣象因子與累積ET0之間存在極顯著的相關(guān)性，在計算“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系累積ET0時，可以簡化的利用單一氣象數(shù)據(jù)的累積值來計算，當(dāng)氣象數(shù)據(jù)缺失不完整時，也可以利用此方法較精確的估算“滴灌小麥-青貯玉米”復(fù)播體系參累積ET0。

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