灌水定額對(duì)食葵耗水特征和產(chǎn)量的影響

趙經(jīng)華，徐 劍，馬 亮，馬英杰

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊830000)

向日葵(HelianthusL.)屬菊科向日葵屬栽培種[1]，原產(chǎn)北美洲，依據(jù)向日葵功能可劃分為油料向日葵(HelianthustuberosusL.)和食用向日葵(HelianthusannuusL.，簡(jiǎn)稱食葵)兩種。向日葵營(yíng)養(yǎng)豐富，具有蛋白質(zhì)、果糖和無(wú)氮浸出物[2]，其可作為榨油原料、休閑食品、保健食品和飼料等。作為我國(guó)重要經(jīng)濟(jì)作物之一，食葵具有抗旱耐堿和強(qiáng)適應(yīng)性[3]。新疆光熱資源充足，具有利于食葵生長(zhǎng)的地理優(yōu)勢(shì)。食葵種植成本低且經(jīng)濟(jì)效益高，新疆食葵種植面積逐年增加，常年種植面積20萬(wàn)hm2左右，僅次于全國(guó)食葵種植面積最大的內(nèi)蒙古自治區(qū)[4-5]。目前對(duì)食葵多品種比較、機(jī)械化收獲、病蟲害防治等方面的研究居多[6]，為提高食葵產(chǎn)量而提出新農(nóng)藝和新栽培技術(shù)也有相關(guān)報(bào)道[7]，但在食葵耗水規(guī)律和產(chǎn)量構(gòu)成方面報(bào)道較少。新疆地處亞歐大陸腹地，具有水資源少且分配不均、降雨量低而年蒸發(fā)量高特點(diǎn)，且農(nóng)業(yè)水資源利用效率低，嚴(yán)重阻礙新疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生態(tài)發(fā)展[8-9]。北疆食葵種植農(nóng)藝措施更新相對(duì)較慢，在農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)中節(jié)水效果有待改善[10]，故研究食葵耗水規(guī)律和灌溉制度，對(duì)北疆推進(jìn)節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)具有重要意義。我們?cè)诖筇镌囼?yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)定5種不同灌水定額，分析不同灌水定額下食葵耗水規(guī)律和作物系數(shù)變化規(guī)律及其對(duì)產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響，討論食葵耗水規(guī)律和生長(zhǎng)指標(biāo)與產(chǎn)量構(gòu)成的關(guān)系，并結(jié)合投影尋蹤聚類模型，確定適合當(dāng)?shù)厥晨N植的灌溉制度，以期為阿勒泰地區(qū)食葵節(jié)水灌溉的發(fā)展提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年5—8月在阿爾泰地區(qū)灌溉試驗(yàn)站(東經(jīng)87°35′56″，北緯47°00′56″)進(jìn)行，平均海拔538 m。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為礫石沙土，0～30 cm土層含有少量礫石， 30～60 cm土層多為大礫石土。經(jīng)測(cè)定試驗(yàn)地0～60 cm土層土壤容重為1.81 g·cm-3，田間持水量為21.2%，土壤養(yǎng)分全氮0.027%，速效氮19.5 mg·kg-1，速效磷9.0 mg·kg-1, 速效鉀92.4 mg·kg-1。2017年食葵生育期內(nèi)氣溫≥15℃的活動(dòng)積溫為2 502℃。水源來(lái)自哈拉霍英干渠，水質(zhì)pH值為8.10，試驗(yàn)期間氣象數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

食葵品種為JN361，生育期為115～118 d左右，屬于中晚熟品種。選用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶灌溉，毛管直徑16 mm，壁厚0.2 mm，滴頭間距300 mm，滴頭流量2.2 L·h-1。

經(jīng)在阿勒泰實(shí)地調(diào)研，以當(dāng)?shù)厥晨喔戎贫葹樵囼?yàn)設(shè)計(jì)依據(jù)。食葵試驗(yàn)設(shè)5個(gè)不同灌水定額，分別為300(W1)、375(W2)、450(W3)、525 (W4)、600 m3·hm-2(W5)，食葵灌溉方案如表2所示，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。每個(gè)小區(qū)0.021 hm2，共0.32 hm2。小區(qū)布置以W1至W5灌水定額的大小順序方式排列。采用1膜1管2行、40 cm+80 cm寬窄行種植方式，灌溉周期為7 d。

表1 2017年試驗(yàn)站基本氣象資料

表2 2017年阿勒泰試驗(yàn)站食葵灌溉處理

5月18日播種，5月21日灌苗水，底肥施磷酸二銨195 kg·hm-2，鉀肥105 kg·hm-2。6月7日中耕，6月10日間苗。在苗期食葵出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象，在成熟期為保證產(chǎn)量，分別在6月13日和8月22日各補(bǔ)水一次，各處理補(bǔ)水量為相應(yīng)灌水定額的30%。其他農(nóng)藝措施與當(dāng)?shù)匾恢隆?/p>

1.3 指標(biāo)測(cè)定

利用TRIME—HD2(德國(guó))儀器獲得土壤含水率數(shù)據(jù)。參照康潔[11]測(cè)量方法，每個(gè)處理設(shè)2個(gè)Trime探測(cè)管，間隔20 cm。在垂直方向上,每隔10 cm設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共6個(gè)測(cè)點(diǎn)。灌水前后、雨后加測(cè)。Trime管布置如圖1所示。

采用水量平衡原理[12]計(jì)算作物全生育期耗水量ET：

ET=WT+P0+K+M-(Wt-W0)

(1)

式中，WT為計(jì)劃濕潤(rùn)層增加的儲(chǔ)水量(mm)；當(dāng)次降雨量大于5 mm，記為有效降雨量P0；土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層為600 mm；經(jīng)水位取樣檢測(cè)結(jié)果表明，該地區(qū)地下水埋深為6 m，因此不計(jì)地下水補(bǔ)給(K=0)；M為時(shí)段灌水量(mm)；Wt和W0分別為時(shí)段末與時(shí)段初土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層儲(chǔ)水量(mm)。

利用Penman-Monteith公式計(jì)算參考作物騰發(fā)量ET0；作物系數(shù)(Kc)用各個(gè)生育期實(shí)際耗水量與參考作物騰發(fā)量比值表示；采用同倍比放大法[13]，利用株數(shù)、面積和干籽粒質(zhì)量折算產(chǎn)量；籽粒曬干后，在每小區(qū)隨機(jī)選取100粒食葵種子，稱百粒質(zhì)量。將殼仁分離，籽粒仁與籽粒殼質(zhì)量比值稱為出仁率，每小區(qū)重復(fù)3次；利用產(chǎn)量與耗水量計(jì)算作物

圖1 2017年食葵試驗(yàn)田Trime探測(cè)管布置圖Fig.1 Trime tube layout of the sunflower field in 2017

水分利用效率(WUE)。數(shù)據(jù)處理軟件Excel 2016(微軟公司)和SPSS 22.0(美國(guó)IBM公司)。

1.4 研究方法

投影尋蹤聚類(PCC)由Friedman等[14]提出，該模型能處理高維且非線性數(shù)據(jù)，能有效解決方案優(yōu)劣評(píng)價(jià)和等級(jí)劃分等問(wèn)題，計(jì)算步驟如下:

(2)數(shù)據(jù)聚類分析。設(shè)投影方向向量為aj，則Wi灌溉制度方案的一維投影特征值為：

由特征值A(chǔ)i構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣A，A=(A1，A2，…，An)。利用投影極限值A(chǔ)i的標(biāo)準(zhǔn)差s(a)和類內(nèi)密度d(a)尋找最優(yōu)投影方向[15-16]。

rik=|Ai-Ak|

(2)

f=u(R-rik)

(3)

(4)

(5)

式中，s(a)為最大投影值A(chǔ)i的標(biāo)準(zhǔn)差；d(a)為類內(nèi)密度，rik為兩種灌水方案投影值的距離，f為單位階躍函數(shù),當(dāng)R>rik，f=1，反之f=0。R為密度窗寬半徑[17]，取值選用max(rik)/5≤R≤max(rik)/3。

Q(a)=s(a)d(a)

(6)

(7)

利用最大投影值A(chǔ)i標(biāo)準(zhǔn)差和類內(nèi)密度求得投影指標(biāo)函數(shù)值Q(a)，最終取最大投影指標(biāo)函數(shù)值。計(jì)算軟件MATLAB 8.0(美國(guó)MathWorks公司)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水定額對(duì)食葵旬耗水量的影響

不同灌水定額對(duì)食葵旬耗水量變化規(guī)律影響不同(圖2)，隨著時(shí)間延后，食葵耗水量表現(xiàn)為先增大后減小的變化規(guī)律。6月上旬至7月上旬(出苗期～現(xiàn)蕾期)，食葵旬耗水量快速增大。7月上旬，W1、W2、W3、W4和W5旬耗水量分別增長(zhǎng)至原來(lái)的7.2倍、3.5倍、2.7倍、3.8倍、5.4倍，其中W5旬耗水量最大，各處理旬耗水量幅值為21 mm；7月上旬至下旬(現(xiàn)蕾期～初花期)，各處理旬耗水量緩慢增大，并在7月下旬達(dá)到第一峰值。其中W3旬耗水量最大，增長(zhǎng)率90%，W3旬耗水量比W1大21%；8月上旬(盛花期)，各處理旬耗水量均減小，且處于谷值，其中W5旬耗水量最大，各處理間旬耗水量幅值為9.7 mm；8月上旬至中旬，W3、W4和W5旬耗水量均增大，分別增大46%、62%和22%，W1和W2旬耗水量基本不變。8月中旬(成熟初期)，各處理旬耗水量達(dá)到第二峰值，W4旬耗水量最大，W1和W2最小，各處理旬耗水量幅值為20 mm；8月中下旬(成熟中期)各處理開始減小，其中W5旬耗水量最大，W1最小。以上分析表明，食葵旬耗水量隨著灌水定額增大而增大，當(dāng)灌水定額繼續(xù)增大，食葵旬耗水量增長(zhǎng)趨勢(shì)減緩；低灌水定額(300～375 m3·hm-2)下食葵耗水量呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)現(xiàn)象；從幅值分析可得，現(xiàn)蕾期和成熟初期各處理旬耗水量差異最大，與其他生育階段相比，在現(xiàn)蕾期和成熟初期高灌水定額(525～600 m3·hm-2)對(duì)食葵旬耗水量影響更大。

2.2 食葵全生育期ET0變化規(guī)律

在2017年5月18日至9月5日，利用HOBO小型氣象站，對(duì)氣溫、濕度和風(fēng)速(2 m處)等農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)及數(shù)據(jù)采集，通過(guò)Penman公式計(jì)算出該時(shí)段參考作物騰發(fā)量ET0，降雨量及ET0見(jiàn)圖3，各生育階段參考作物騰發(fā)量及降雨量值見(jiàn)表3。從圖3可得，隨著時(shí)間推移試驗(yàn)站參考作物騰發(fā)量逐漸減小，當(dāng)出現(xiàn)降雨時(shí)，日參考作物騰發(fā)量均減小，食葵生育末期(生育期最后10 d)參考作物騰發(fā)量?jī)H占生育初期的44.6%。結(jié)合食葵旬耗水量和圖3可以看出，出苗期至苗期，食葵旬耗水量逐漸增大且參考作物騰發(fā)量處于較高水平，這可能是引起食葵萎蔫的原因之一。

圖2 不同灌水定額對(duì)食葵旬耗水量的影響Fig.2 Effect of different irrigation quotas on water consumption in the sunflower

圖3 2017年觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的降雨量及ET0值Fig.3 Rainfall and ET0 values during the 2017 observation period

表3 食葵各生育階段降雨量與參考作物騰發(fā)量累積值

2.3 不同灌水定額對(duì)食葵耗水強(qiáng)度、耗水模數(shù)和作物系數(shù)的影響

不同灌水定額對(duì)食葵各生育階段耗水強(qiáng)度影響不同(表4)，不同灌水定額下食葵耗水強(qiáng)度表現(xiàn)為“單峰”變化規(guī)律。苗期至現(xiàn)蕾期，各處理耗水強(qiáng)度快速增大，W1、W2、W3、W4和W5耗水強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了6.0倍、2.6倍、2.9倍、3.4倍和3.7倍。在現(xiàn)蕾期，W4耗水強(qiáng)度最大，W2最小，W4耗水強(qiáng)度較W2增大41%；現(xiàn)蕾期至花期，W1、W2和W3耗水強(qiáng)度緩慢增加，增長(zhǎng)量分別占現(xiàn)蕾期的6%、19%和9%。W4和W5耗水強(qiáng)度逐漸減小，減少量分別占現(xiàn)蕾期的21%和11%。在花期，W3耗水強(qiáng)度最大，W1最小，W3耗水強(qiáng)度較W1增大13%；花期至成熟期，各處理耗水強(qiáng)度均減小，W1、W2、W3、W4和W5耗水強(qiáng)度減小量分別占花期35%、36%、22%、8%和6%。在成熟期W5耗水強(qiáng)度最大，W1最小，W5耗水強(qiáng)度較W1增大52%。其中，在現(xiàn)蕾期W4和W5耗水強(qiáng)度達(dá)到最大值，在花期W1、W2和W3達(dá)到最大值。綜上表明，各處理內(nèi)食葵耗水強(qiáng)度隨著灌水定額增加而增大；各處理間現(xiàn)蕾期和成熟期高灌水定額對(duì)食葵耗水強(qiáng)度差異較大。

不同灌水定額對(duì)食葵各生育階段耗水模數(shù)影響不同，食葵耗水模數(shù)表現(xiàn)為先增加再減小后增加態(tài)勢(shì)。出苗期至苗期，各處理食葵耗水模數(shù)快速增大，W1、W2、W3、W4和W5耗水模數(shù)分別增大了22.61%、22.78%、17.76%、23.28%和22.79%。在苗期，W4耗水模數(shù)最大，W3最小，W4耗水模數(shù)較W3增大26%；苗期至現(xiàn)蕾期，各處理耗水模數(shù)均略微減小，灌水定額由低到高其耗水模數(shù)分別減少3.25%、7.60%、1.37%、4.64%和5.40%。在現(xiàn)蕾期，W4耗水模數(shù)最大，W2最小，W4耗水模數(shù)較W2增大17%；現(xiàn)蕾期至成熟期，W3、W4和W5耗水模數(shù)均緩慢增大，分別增大了11.4%、7.54和11.07%。在花期，W1和W2耗水模數(shù)達(dá)到最大值，且隨后減小。在成熟期，W5耗水模數(shù)最大，W2最小，W5耗水模數(shù)較W2增大18.8%。綜上表明，較高灌水定額有利于食葵耗水模數(shù)增大，低灌水定額下食葵耗水量模數(shù)先呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)現(xiàn)象，與2.1節(jié)分析一致。

與不同灌水定額下食葵耗水模數(shù)變化規(guī)律類似，不同灌水定額下食葵作物系數(shù)整體呈“階梯”狀增大態(tài)勢(shì)。苗期至現(xiàn)蕾期，各處理作物系數(shù)快速增大，W1、W2、W3、W4和W5作物系數(shù)分別增大2.0倍、1.63倍、2.2倍、1.9倍和1.8倍，W4作物系數(shù)最大，W2最小，當(dāng)灌水定額從30 mm增加至52.5 mm，作物系數(shù)增大41%；現(xiàn)蕾期至花期，W1、W2和W3作物系數(shù)緩慢增加，分別增加29%、49%和36%，W4和W5作物系數(shù)基本不變。在花期，當(dāng)灌水定額從30 mm增加至60 mm，作物系數(shù)增大12%；花期至成熟期，W1和W2作物系數(shù)基本不變，W3、W4和W5作物系數(shù)均增大，分別增大32%、56%和59%。在成熟期，當(dāng)灌水定額從30 mm增加至60 mm，作物系數(shù)增大52%。在成熟期各處理作物系數(shù)達(dá)到最大值。綜上表明，食葵作物系數(shù)在成熟期達(dá)到最大值；作物系數(shù)隨著灌水定額的增大而增大，當(dāng)灌水定額繼續(xù)增大，灌水定額對(duì)作物系數(shù)的增大效應(yīng)減弱；與其他生育階段相比，不同灌水定額對(duì)現(xiàn)蕾期和成熟期食葵作物系數(shù)影響最大。

2.4 不同灌水定額對(duì)食葵產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量和水分利用效率的影響

不同灌水定額影響食葵產(chǎn)量及其構(gòu)成(表5)。在5 個(gè)處理中，W5盤徑和百粒質(zhì)量均最大，W4次之，W1最小。W5盤徑和百粒質(zhì)量分別較W1大25%和33%，且較W1盤徑和百粒質(zhì)量差異顯著。不同灌水定額下食葵出仁率呈拋物線變化，W2出仁率最高，W1和W5出仁率最低，且W2出仁率較W1和W5差異顯著。水分利用效率(WUE)與出仁率變化規(guī)律類似，其中W3水分利用效率最大，W2和W4次之，W1最小，W3水分利用效率較W2和W4無(wú)顯著差異，較W1差異顯著。與W1相比，W3水分利用效率增長(zhǎng)46%。在5個(gè)處理中，W4單盤干籽粒質(zhì)量和產(chǎn)量最大，W5次之，W1最小。與W1相比，W4產(chǎn)量增長(zhǎng)77%，且較W1差異顯著。綜上表明，食葵盤徑、單盤干籽粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量、出仁率、產(chǎn)量和水分利用效率隨著灌水定額的增加而增大，適宜的灌水定額有利于產(chǎn)量和水分利用效率的增大，當(dāng)灌水定額持續(xù)增加單盤干籽粒質(zhì)量、出仁率、產(chǎn)量和水分利用效率均降低。較低灌水定額有利于食葵出仁率增大。

表4 不同灌水定額對(duì)食葵耗水指標(biāo)的影響

在5個(gè)處理中，W3水分利用效率最高，W4第三，W5第四，三個(gè)處理間水分利用效率無(wú)顯著差異。W4產(chǎn)量最高，W5第二，W3次之，且W4產(chǎn)量與W3差異顯著，與W5無(wú)顯著差異。W3和W5產(chǎn)量無(wú)顯著差異。W4盤徑、單盤干籽粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量均高于W3。W5各項(xiàng)產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)與W4無(wú)顯著差異，但W4單盤干籽粒質(zhì)量、出仁率、產(chǎn)量和水分利用效率均高于W5。綜上分析，選用W4作為實(shí)際食葵灌溉方案更合適。從產(chǎn)量或水分利用效率單方面分析，W3和W5各有優(yōu)勢(shì)，不易確定二者的相對(duì)優(yōu)劣。

2.5 基于PPC模型對(duì)食葵產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成和耗水指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)

前文從各指標(biāo)分析不同灌水定額對(duì)食葵產(chǎn)量和耗水規(guī)律的影響，得出W4灌溉制度更適合當(dāng)?shù)厥晨N植的結(jié)論，但此結(jié)論直觀性不足，且未從全局角度出發(fā)綜合說(shuō)明5種灌溉制度的相對(duì)優(yōu)劣。從生長(zhǎng)指標(biāo)、果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)、增產(chǎn)指標(biāo)、節(jié)水指標(biāo)等方面評(píng)價(jià)5種灌溉制度具有必要性。

綜合評(píng)價(jià)模型有歐式貼近度、模糊綜合評(píng)價(jià)模型、理想解法[18-20]等，該類模型能在不同指標(biāo)基礎(chǔ)上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并能給出唯一評(píng)價(jià)值。權(quán)重的確定是綜合評(píng)價(jià)模型的重要環(huán)節(jié)，運(yùn)用不同的指標(biāo)權(quán)重將產(chǎn)生多種評(píng)價(jià)結(jié)果，權(quán)重的優(yōu)劣確定評(píng)價(jià)結(jié)果導(dǎo)向[21]。賦權(quán)方法主要分為主觀賦權(quán)(專家預(yù)測(cè)法、AHP法等)和客觀賦權(quán)(熵值法、變異系數(shù)等)[22]。本文選用投影尋蹤聚類(PCC)尋找評(píng)價(jià)指標(biāo)最優(yōu)投影方向向量，使用最優(yōu)投影方向向量做綜合評(píng)價(jià)能有效避開求權(quán)重帶來(lái)的誤差，提高評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確度。

歸一化處理食葵產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量和耗水指標(biāo)，指標(biāo)均為正向指標(biāo)，歸一化值見(jiàn)表6。

局部最優(yōu)解決定最優(yōu)投影方向，婁和王[17,23]研究表明多智能體遺傳算法(MAGA)在多次迭代下能得到局部最優(yōu)解。本文在多智能體遺傳算法的基礎(chǔ)上利用投影尋蹤聚類獲得最優(yōu)投影方向向量和評(píng)價(jià)結(jié)果。經(jīng)MAGA-PPC模型計(jì)算，目標(biāo)函數(shù)值Q(a)=16.92，最優(yōu)投影方向向量a=(0.2395,0.5490,0.2499,0.0498,0.5520,0.2724,0.3048,0.2854)。最終評(píng)價(jià)矩陣A=(0.3873，0.4910，0.5430，0.5667，0.5593)。

最優(yōu)投影方向向量表明不同灌水定額下指標(biāo)的相對(duì)重要程度，對(duì)于5種灌溉制度的評(píng)價(jià)，重要程度排序?yàn)椋寒a(chǎn)量>干籽粒質(zhì)量>水分利用效率>作物系數(shù)。這說(shuō)明：基于2017年食葵試驗(yàn)數(shù)據(jù)，產(chǎn)量對(duì)評(píng)價(jià)灌溉制度的優(yōu)劣最重要，產(chǎn)量重要程度優(yōu)于水分利用效率。從最優(yōu)投影方向還可以看出，為獲得更優(yōu)的食葵灌溉制度，提高食葵產(chǎn)量、干籽粒質(zhì)量、水分利用效率和作物系數(shù)是關(guān)鍵。

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，5種灌溉制度評(píng)價(jià)值由高到低順序?yàn)閃4>W5>W3>W2>W1，其中對(duì)W4評(píng)價(jià)最高。這說(shuō)明：與其他處理相比，W4更有利于北疆地區(qū)食葵節(jié)水增產(chǎn)，與2.4節(jié)分析結(jié)果一致。同時(shí)也表明W5優(yōu)于W3。

3 討 論

3.1 不同灌水定額對(duì)食葵產(chǎn)量指標(biāo)和耗水指標(biāo)的影響

不同灌水定額下作物耗水量不同，與低灌水定額相比，高灌水定額促進(jìn)向日葵耗水量增大。田德龍[24]研究表明，在相同灌溉次數(shù)下96 mm灌水定額向日葵耗水量較57.6 mm灌水定額的高23%。本文研究與此結(jié)論類似。成熟期是食葵生長(zhǎng)發(fā)育的最后階段，研究表明在成熟期向日葵耗水量和作物系數(shù)均降低[25-26]。表4表明，食葵耗水量、耗水模數(shù)和作物系數(shù)在成熟期仍處于最高水平，造成此現(xiàn)象的原因是：本文將食葵灌漿期、乳熟期和完熟期[27,24]歸一為成熟期，使得成熟期時(shí)間跨度較花期長(zhǎng)，成熟期耗水量、耗水模數(shù)和作物系數(shù)累積較大。由不同灌水定額對(duì)食葵旬耗水量影響(圖2)可以看出，在8月下旬后各處理旬耗水量均快速降低，由此推得該時(shí)段食葵耗水量、耗水模數(shù)和作物系數(shù)減小，與賈有余和朱麗研究一致[25-26]。范雅君[28]認(rèn)為在花期至成熟初期向日葵耗水強(qiáng)度最大，高灌水定額耗水強(qiáng)度較低灌水定額大，且在花期不同灌水定額間耗水強(qiáng)度無(wú)明顯差異，本研究與此結(jié)論一致。

表5 不同灌水定額對(duì)產(chǎn)量和水分利用效率的影響

表6 不同灌水定額下食葵評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

本試驗(yàn)研究表明，與高灌水定額相比，低灌水定額食葵耗水量減少趨勢(shì)比高灌水定額的耗水量減少趨勢(shì)先出現(xiàn)。此結(jié)論與范雅君[28]不同。造成此現(xiàn)象的原因可能是：灌漿期和乳熟期是食葵耗水高峰期(本文灌漿期和乳熟期分別在8月中旬和8月下旬左右，詳見(jiàn)圖2)。由表5可得，30 mm灌水定額下食葵盤徑小、出仁率低，出現(xiàn)“盤小空殼多”現(xiàn)象，表明30 mm灌水定額下食葵籽?？倲?shù)少、空殼籽粒占比大，需要灌漿的籽粒占比小，故造成低灌水定額下食葵耗水量先呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)的現(xiàn)象。

3.2 不同灌水定額下食葵耗水量與生長(zhǎng)指標(biāo)的關(guān)系

由不同灌水定額對(duì)食葵盤徑的影響(圖4)可得，7月中旬至下旬，各處理盤徑快速增長(zhǎng)，該階段各處理耗水量處于第一峰值。8月上旬，盤徑緩慢增長(zhǎng)，W1、W2、W3和W4食葵耗水量均減小。分析表明食葵耗水規(guī)律與食葵生長(zhǎng)指標(biāo)密切相關(guān)，食葵盤徑和耗水量存在正相關(guān)。W5食葵盤徑最大，出仁率最低，產(chǎn)量較低，造成此現(xiàn)象的原因可能是：在8月，W1、W2、W3、W4和W5盤徑分別增長(zhǎng)6%、27%、24%、23%和45%，W5食葵盤徑增長(zhǎng)速度最快，且增量較大(圖4),表明在籽粒灌漿和花盤生長(zhǎng)共存階段，W5以花盤增大為代表的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)占主導(dǎo)，導(dǎo)致W5食葵“長(zhǎng)盤不長(zhǎng)籽”；由于各處理食葵同地同時(shí)種植，故排除授粉不均造成W5出仁率低的可能。與其他處理相比，在盛花期W5食葵耗水量不減反增，可能是盤徑增長(zhǎng)占主導(dǎo)，使得營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)耗水量增加造成。

圖4 不同灌水定額對(duì)食葵盤徑的影響Fig.4 Effect of different irrigation quotas on the diameter of the sunflower

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果綜合性和真實(shí)性的高低取決于基礎(chǔ)評(píng)價(jià)指標(biāo)種類的豐欠程度[29]。為實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)具有綜合性的目標(biāo)，將生長(zhǎng)指標(biāo)、果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)、增產(chǎn)指標(biāo)、節(jié)水指標(biāo)、氣象環(huán)境指標(biāo)作為基礎(chǔ)評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)的目的是評(píng)定上述指標(biāo)相對(duì)重要程度和確定5種灌溉制度節(jié)水增產(chǎn)效能的高低。不同灌水定額下食葵產(chǎn)量能直接體現(xiàn)當(dāng)?shù)厥晨鲩L(zhǎng)情況，故將產(chǎn)量作為增產(chǎn)指標(biāo)。在研究灌溉制度節(jié)水效能方面，作物水分利用效率高低程度能直接反映灌溉制度高效用水情況[30]。作物耗水量是節(jié)水灌溉研究中調(diào)整灌水定額的主要依據(jù),且耗水量受作物特性、土壤條件和氣象條件綜合影響[31]。將作物水分利用效率和耗水量作為節(jié)水指標(biāo)能夠反映當(dāng)?shù)厥晨N植的節(jié)水狀況。花盤大小能在一定程度上反映食葵植株生長(zhǎng)的優(yōu)良狀況，較大的花盤表明該食葵植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)良好。為了直接體現(xiàn)不同灌水定額下食葵生長(zhǎng)狀況，故將食葵盤徑作為評(píng)價(jià)生長(zhǎng)指標(biāo)。食葵果實(shí)和種子統(tǒng)稱籽粒，食葵籽粒品質(zhì)優(yōu)則食葵果實(shí)和種子品質(zhì)高[32]。將單盤干籽粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量和出仁率作為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)不同灌水定額下食葵果實(shí)品質(zhì)而言代表意義。作物系數(shù)是由作物耗水量和相應(yīng)氣象數(shù)據(jù)綜合構(gòu)成，對(duì)于同種作物，當(dāng)作物耗水量一致，作物系數(shù)變化規(guī)律反映了不同種植區(qū)氣象變化規(guī)律。故將作物系數(shù)作為評(píng)價(jià)氣象環(huán)境指標(biāo)，對(duì)當(dāng)?shù)厥晨跉庀鬆顩r具有一定的代表性。

4 結(jié) 論

(1)不同灌水定額下食葵耗水量、耗水強(qiáng)度、耗水模數(shù)和作物系數(shù)隨著灌水定額增加而增大，當(dāng)灌水定額繼續(xù)增加到525～600 m2·hm-2時(shí)，耗水量、耗水強(qiáng)度、耗水模數(shù)和作物系數(shù)增大效應(yīng)減弱。與其他生育階段相比，在現(xiàn)蕾期和成熟初期，525～600 m3·hm-2灌水定額對(duì)食葵耗水量、耗水強(qiáng)度和作物系數(shù)影響更大。300 m3·hm-2灌水定額促使食葵耗水量提前穩(wěn)定并減小。食葵盤徑、產(chǎn)量和水分利用效率隨著灌水定額的增加而增大，適宜的灌水定額有利于產(chǎn)量和水分利用效率的增大，當(dāng)灌水定額持續(xù)增加，產(chǎn)量和水分利用效率降低。

(2)375 m3·hm-2灌水定額有利于食葵出仁率增大。525 m3·hm-2灌水定額產(chǎn)量和水分利用效率最大，選用525 m3·hm-2灌水定額對(duì)大田食葵具有較好的節(jié)水增產(chǎn)效果。通過(guò)基于多智能體遺傳算法對(duì)不同灌水定額下食葵產(chǎn)量和耗水的投影尋蹤聚類評(píng)價(jià)，得出，525 m3·hm-2灌水定額綜合評(píng)價(jià)值最高，525 m3·hm-2灌水定額有利于北疆地區(qū)食葵節(jié)水增產(chǎn)，評(píng)價(jià)結(jié)果與大田分析一致。