干旱區(qū)膜下滴灌向日葵農(nóng)田蒸散發(fā)特征*

張振宇, 劉麗娟, 李小玉**

干旱區(qū)膜下滴灌向日葵農(nóng)田蒸散發(fā)特征*

張振宇1,2,3, 劉麗娟1,2, 李小玉1,2**

(1. 浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院 杭州 311300; 2. 中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 烏魯木齊 830011;3. 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

膜下滴灌是中國西北干旱區(qū)農(nóng)業(yè)的新興節(jié)水灌溉模式, 定量分析膜下滴灌農(nóng)田蒸散發(fā)特征并對比分析其與普通灌溉農(nóng)田蒸散發(fā)的差異, 對認(rèn)識和優(yōu)化干旱區(qū)節(jié)水滴灌技術(shù)有重要意義。本文以新疆天山北坡三工河流域綠洲向日葵農(nóng)田為研究對象, 基于2016年作物生育期觀測數(shù)據(jù), 利用波文比-能量平衡法、地理探測器及通徑分析方法對作物不同生育期農(nóng)田蒸散發(fā)特征進(jìn)行了定量分析, 并與普通灌溉農(nóng)田進(jìn)行了比較。結(jié)果表明: 1)膜下滴灌農(nóng)田日均蒸散量在作物開花期最高, 成熟期次之, 苗期最小; 隨著作物的生長發(fā)育, 凈輻射通量與日蒸散發(fā)的相關(guān)性逐漸降低; 日均蒸散量在各階段的變化特征與普通灌溉相同, 但每個階段的日均蒸散量均小于普通灌溉農(nóng)田。2)膜下滴灌農(nóng)田日內(nèi)凈輻射通量在開花期最高, 成熟期次之, 苗期最小; 日內(nèi)湍流通量方面, 苗期潛熱通量與顯熱通量相當(dāng), 開花期潛熱通量明顯高于顯熱通量, 而成熟期潛熱通量小于顯熱通量; 而普通灌溉農(nóng)田在3個時期的潛熱通量均高于顯熱通量。3)溫度、濕度與風(fēng)速是影響膜下滴灌向日葵農(nóng)田蒸散發(fā)的主導(dǎo)因子, 濕度的下限決定了蒸散發(fā)下限, 風(fēng)速與氣溫的上限決定了蒸散發(fā)的上限; 風(fēng)向?qū)φ羯l(fā)的作用不明顯。膜下滴灌向日葵農(nóng)田具有獨(dú)特蒸散發(fā)特征, 與普通灌溉農(nóng)田相比, 全生育期節(jié)水量超過300 mm。

干旱區(qū); 向日葵農(nóng)田; 膜下滴灌; 蒸散發(fā); 波文比能量平衡; 通徑分析

蒸散發(fā)作為陸表能量循環(huán)及水循環(huán)的重要一環(huán), 對全球水資源的分配及氣候變化產(chǎn)生了巨大作用[1-3]。干旱區(qū)占據(jù)著全球陸地面積26%以上區(qū)域[4], 是全球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。近年來, 干旱區(qū)蒸散發(fā)研究也逐漸成為熱點(diǎn)。干旱區(qū)由于水資源的相對匱乏, 農(nóng)業(yè)灌溉多采用節(jié)水灌溉, 而節(jié)水灌溉勢必會改變農(nóng)田的蒸散發(fā)過程, 進(jìn)一步對局地生態(tài)環(huán)境造成影響。因此研究干旱區(qū)節(jié)水灌溉農(nóng)田的蒸散發(fā)過程對理解干旱區(qū)水循環(huán)過程和優(yōu)化水資源配置有著重要意義[5-6]。

目前對地表蒸散發(fā)的測量方法主要有: 渦度相關(guān)法[7]、波文比能量平衡法[8]、大孔徑激光閃爍儀法等[9-10]。波文比能量平衡法因其操作簡單、精度較高等特點(diǎn)在田塊等小尺度蒸散發(fā)測量上得到了廣泛應(yīng)用[11-13]。近年來國際上利用波文比能量平衡法對農(nóng)田蒸散發(fā)進(jìn)行了大量的研究[14-15], 該法在國內(nèi)也得到了較多應(yīng)用。沈彥俊等[16]利用波文比能量平衡法對太行山平原冬小麥()農(nóng)田蒸散進(jìn)行了測量, 分析了冬小麥農(nóng)田能量平衡和能量分配的變化特征及影響因素。吳錦奎等[17]采用波文比能量平衡法對干旱區(qū)內(nèi)陸河低濕草地的蒸散進(jìn)行了有效估算, 闡明了低濕草地蒸散特征。戚培同等[18]利用波文比系統(tǒng)對青藏高原草甸生態(tài)系統(tǒng)蒸散發(fā)進(jìn)行了測定并與其他蒸散發(fā)測量方法進(jìn)行了比較, 結(jié)果表明波文比觀測結(jié)果與其他方法測量結(jié)果相關(guān)性良好。李玉霖等[19]采用波文比能量平衡法分析了科爾沁沙地玉米()農(nóng)田蒸散發(fā)特征, 結(jié)果表明波文比能量平衡法可以較準(zhǔn)確地估算玉米農(nóng)田晴天時的蒸散量。張永強(qiáng)等[20]利用波文比系統(tǒng)對華北平原冬小麥農(nóng)田蒸散發(fā)特征進(jìn)行了討論并對比分析了不同作物通量特征隨時間的變化, 結(jié)果表明凈輻射通量主要用于作物潛熱消耗。以上研究均基于波文比能量平衡法對不同氣候條件下的農(nóng)田蒸散發(fā)特征進(jìn)行分析, 部分研究還討論了蒸散發(fā)與氣象因子間的關(guān)系, 這些應(yīng)用充分肯定了波文比能量平衡法在地表蒸散研究中的有效性。

然而針對膜下滴灌農(nóng)田的蒸散發(fā)研究目前仍較少, 如Ding等[21]對中國黃土高原地區(qū)不同覆膜處理下農(nóng)田蒸散發(fā)進(jìn)行了探究, 結(jié)果表明膜下滴灌有效減少了土壤蒸發(fā)并極大地促進(jìn)了作物蒸騰。林濤等[22]探究了膜下滴灌頻率對南疆棉(spp.)田蒸散發(fā)及水分利用效率的影響, 認(rèn)為高頻灌溉能降低農(nóng)田無效耗水, 提升水分利用效率。Shukla等[23]利用蒸滲儀對不同季節(jié)美國佛羅里達(dá)膜下滴灌甜椒(var.)農(nóng)田蒸散發(fā)進(jìn)行建模與比較, 結(jié)果表明春季農(nóng)田蒸散總量顯著高于秋季。已有的研究更多地側(cè)重于作物不同生長階段蒸散發(fā)的變化特征, 但是對膜下滴灌農(nóng)田的日內(nèi)通量變化特征分析不夠深入; 同時, 針對氣象因子對蒸散發(fā)的影響分析沒有考慮氣象因子間是否存在交互作用[24]。因此本文以新疆三工河流域膜下滴灌農(nóng)田為研究對象, 利用波文比系統(tǒng)對農(nóng)田蒸散發(fā)特征及通量變化進(jìn)行研究, 并基于通徑分析討論氣象因子的交互作用對蒸散發(fā)的影響, 為認(rèn)識干旱區(qū)節(jié)水灌溉農(nóng)田蒸散發(fā)特征和農(nóng)田水資源的合理配置提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

以位于新疆天山北坡的三工河流域綠洲為研究區(qū), 區(qū)域氣候類型為溫帶大陸性氣候, 年平均氣溫為6.9 ℃, 年日照時數(shù)大于2 600 h, 日照充足; 春夏多雨, 自南向北降水量遞減, 多年平均降水234.5 mm。境內(nèi)分布有三工河、四工河和水磨河3條河流, 水資源主要源于天山冰川及積雪融水。觀測站位于流域綠洲農(nóng)田內(nèi)部(44.36°N, 87.87°E, 海拔457 m), 作物種植類型為向日葵(), 作物長勢均勻, 是流域內(nèi)主要經(jīng)濟(jì)作物之一, 農(nóng)田灌溉方式為膜下滴灌。

1.2 數(shù)據(jù)來源

主要數(shù)據(jù)來源于觀測點(diǎn)架設(shè)的波文比自動觀測系統(tǒng)(型號為HTWS07), 觀測項(xiàng)目包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、凈輻射通量、土壤熱通量、降水量等, 主要觀測儀器信息見表1。觀測時段為2016年4—10月, 相關(guān)研究表明[25], 新疆北部向日葵生育期為4—9月, 觀測時段能夠覆蓋作物生育期, 觀測期內(nèi)降水量變化見圖1。

表1 主要觀測儀器信息

圖1 2016年觀測期內(nèi)站點(diǎn)降水量變化

1.3 波文比能量平衡法

波文比能量平衡法基于波文比()[26]和能量平衡方程, 大量研究證明該法是一種有效且精度較高的蒸散量測定方法[27-29]:

式中:為凈輻射通量(W×m-2),為潛熱通量(W×m-2),為水的汽化潛熱系數(shù)(J×kg-1),為蒸散量(kg×m-1×s-1),為顯熱通量(W×m-2),為土壤熱通量(W×m-2)。

式中:a為空氣密度(kg×m-2);p為空氣定壓比熱(kJ×kg-1×℃-1);為水的汽化潛熱系數(shù)(J×kg-1);h為熱量的湍流交換系數(shù);w為水汽的湍流交換系數(shù), 根據(jù)相似理論, 實(shí)際計(jì)算中通常認(rèn)為h=w[30];為觀測高度間的位溫差;為觀測高度間的濕度差;為觀測高度差(m)。

由上面兩式可得到瞬時蒸散量():

在實(shí)際的變電運(yùn)維過程中，其復(fù)雜性特點(diǎn)決定了設(shè)備發(fā)生故障和事故的頻繁性，從而導(dǎo)致了需要經(jīng)常對設(shè)備進(jìn)行檢修，也即其頻繁性。

式中:b為第次測量的瞬時波文比,為波文比觀測時間長度。本研究中使用的波文比自動觀測系統(tǒng)記錄間隔時間段長度為1 h, 因此通過逐小時蒸散量累加得到日蒸散量。另外對波文比系統(tǒng)觀測異常值, 使用該值對應(yīng)前后兩天正常數(shù)據(jù)求平均進(jìn)行處理。

1.4 地理探測器

地理探測器是一種基于空間分異性, 探究因變量背后驅(qū)動因子的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[32-34]。地理探測器主要有4個部分組成: 因子探測器、風(fēng)險探測器、生態(tài)探測器和交互作用探測器。因子探測器用于表達(dá)某種因子對因變量的解釋力, 交互作用探測器用來識別兩種因子共同作用時是否會增加對因變量的解釋力, 抑或是兩種因子相互獨(dú)立。傳統(tǒng)的地理探測器主要探測空間數(shù)據(jù)因子對因變量的影響及互作用, 長時間序列站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)由于時間的重現(xiàn)性使其成為“類空間數(shù)據(jù)”(圖2), 因此本研究通過地理探測器相關(guān)模塊探究不同氣象因子對蒸散發(fā)的解釋力及氣象因子間是否存在交互作用。地理探測器軟件及操作說明來源于www.geodetector.org。

圖2 “類空間數(shù)據(jù)”示意圖(橫軸代表日內(nèi)時間變化, 以小時計(jì),0:00—24:00;縱軸代表觀測日數(shù), 以d計(jì), 0—365/366儒略日; 每個格代表某一天某時段的測量數(shù)據(jù), 每個測量數(shù)據(jù)包含多個測量指標(biāo), 從而構(gòu)成了多層測量數(shù)據(jù))

1.5 通徑分析

氣象因子的變化可能會直接導(dǎo)致地表蒸散發(fā)的變化, 同時多種氣象因子間也可能互相產(chǎn)生作用, 從而間接的影響蒸散發(fā)。因此傳統(tǒng)的相關(guān)分析無法滿足復(fù)雜系統(tǒng)的變量分析需求, 而通徑分析則是一種滿足復(fù)雜系統(tǒng)的多元統(tǒng)計(jì)方法, 它通過定量描述多重自變量對因變量的直接、間接作用, 從而精確反映變量對因變量的影響程度。

設(shè)對因變量有個自變量, 任意2個自變量的相關(guān)系數(shù)為r, 則自變量x對因變量的影響程度為:

式中:P為自變量x對因變量的直接通徑系數(shù),P為自變量x外的其他自變量x對因變量的通徑系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 向日葵生育期蒸散量及各通量變化

2.2 生育期不同階段日內(nèi)輻射通量和熱通量變化

圖3 膜下滴灌向日葵農(nóng)田不同生育期日蒸散量及各通量變化

圖4 膜下滴灌向日葵農(nóng)田不同生育期日蒸散量(ET)與凈輻射通量(R)擬合結(jié)果

Fig. 4 Fitting results of daily evapotranspiration (ET) and net radiant flux (R) of sunflower field at different growth stages under mulched drip-irrigation

圖5 膜下滴灌向日葵農(nóng)田不同生育期日內(nèi)凈輻射通量(R)、土壤熱通量(G)、顯熱通量(H)及潛熱通量(λE)變化

2.3 氣象因子對蒸散發(fā)的貢獻(xiàn)

選取每小時風(fēng)速、風(fēng)向、最低溫度、最低濕度、最高溫度、最高濕度作為自變量, 以每小時蒸散量作為因變量進(jìn)行探測分析。因子探測結(jié)果表明(表2), 各氣象因子對蒸散發(fā)的解釋程度整體超過50%, 其中濕度因子對蒸散發(fā)的解釋程度最高(最高濕度: 0.72; 最低濕度: 0.64), 溫度因子解釋程度次之(最高溫度: 0.54; 最低溫度: 0.56), 風(fēng)速因子最低。各因子間相互作用結(jié)果顯示, 任意兩兩不同氣象因子的相互作用均大于兩者中最大值, 這說明任意兩兩因子相互作用對蒸散發(fā)的解釋程度有促進(jìn)作用, 從而表明這6個氣象因子對蒸散發(fā)產(chǎn)生直接作用的同時, 通過相互作用間接地影響蒸散發(fā)。各因子對蒸散發(fā)影響差異結(jié)果顯示, 風(fēng)速對蒸散發(fā)的影響與其他因子均不一致, 這說明風(fēng)速可能是影響其他因子的重要因素, 風(fēng)向?qū)φ羯l(fā)的影響與最低濕度、最高濕度不同, 與溫度因子一致, 這說明風(fēng)向?qū)囟群蜐穸纫蜃拥淖饔每赡芟喾础?/p>

根據(jù)交互作用探測器結(jié)果(表3), 選取風(fēng)速、風(fēng)向等6個氣象因子數(shù)據(jù)作為自變量, 每小時蒸散量作為因變量, 進(jìn)行通徑分析。結(jié)果表明(表4), 在變量對蒸散發(fā)的直接作用上, 風(fēng)速、最高溫度和最高濕度對蒸散發(fā)起到正向作用, 而風(fēng)向、最低溫度和最低濕度對蒸散發(fā)起到了負(fù)向作用, 同時在作用程度上, 氣溫和濕度影響占據(jù)絕對主導(dǎo)。間接作用方面, 溫度與濕度因子受其他變量的影響較大, 其中其他變量對最低溫度、最低濕度起正向作用, 對最高溫度、最高濕度起反作用?？傌暙I(xiàn)方面, 風(fēng)向、最低濕度和最高濕度對蒸散發(fā)起反作用, 風(fēng)速、最低溫度和最高溫度對蒸散發(fā)起正向作用, 總貢獻(xiàn)強(qiáng)度上, 最低溫度(0.24)>最高溫度(0.21)>風(fēng)速(0.19)=最低濕度(|-0.19|)>最高濕度(|-0.17|)>風(fēng)向(|-0.04|), 溫度、濕度和風(fēng)速是影響蒸散發(fā)的主要因子, 同時溫度和風(fēng)速決定了蒸散發(fā)的上限, 濕度決定了蒸散發(fā)的下限。

3 討論

3.1 膜下滴灌農(nóng)田日通量變化成因

膜下滴灌向日葵農(nóng)田蒸散量與通量變化上, 日蒸散量與凈輻射通量變化一致, 開花期最大, 成熟期次之, 苗期最小, 凈輻射通量是蒸散發(fā)的主要能量來源[41-42]; 土壤熱通量上表現(xiàn)為開花期最大, 苗期次之, 成熟期最小。開花期所處的夏季是太陽輻射最強(qiáng)烈的時期, 氣溫也達(dá)到全年最高水平(圖6), 作物處于快速發(fā)育階段, 呼吸作用開始加強(qiáng), 同時,覆膜良好的保溫性使土壤溫度維持在較高水平[43], 多種因素使得開花期土壤熱通量達(dá)到了最大; 成熟期由于向日葵葉片密度達(dá)到最大, 阻礙了太陽輻射能量進(jìn)入土壤, 使得土壤熱通量最小。顯熱通量苗期最小, 開花期次之, 成熟期最大。苗期作物葉片未發(fā)育完全, 較弱的呼吸作用不足以產(chǎn)生較大的顯熱通量, 進(jìn)入成熟期后作物葉片發(fā)育完全, 葉片密度達(dá)到最大, 強(qiáng)烈的呼吸作用使得顯熱通量達(dá)到最大值。

3.2 膜下滴灌與普通灌溉模式下農(nóng)田蒸散研究結(jié)果的對比

考慮到研究對象(膜下滴灌向日葵農(nóng)田)的特殊性, 研究統(tǒng)計(jì)了國內(nèi)外普通灌溉向日葵農(nóng)田的蒸散研究結(jié)果(表5)。結(jié)果表明, 不同地區(qū)的普通滴灌向日葵農(nóng)田在各階段的蒸散量變化特征均與本研究相同: 苗期蒸散量最小, 成熟期次之, 成長期最大。同時, 上述各階段農(nóng)田蒸散量與本研究比較結(jié)果顯示: 3個階段下普通灌溉向日葵農(nóng)田日均蒸散量均高于本研究結(jié)果, 苗期略高0.1~0.6 mm?d-1, 差異較小; 成熟期約高0.9 mm?d-1, 差異次之; 成長期高約1.0~3.7 mm?d-1, 差異最大, 膜下滴灌的主要節(jié)水階段在作物成長期。由于用作對比的研究涵蓋了干旱區(qū)與濕潤地區(qū), 因此結(jié)果從側(cè)面表明膜下滴灌農(nóng)田能夠極大地減少蒸散量, 達(dá)到節(jié)水的目的, 在整個作物周期中, 節(jié)水量可達(dá)300 mm。

表2 各氣象因子對膜下滴灌向日葵田蒸散發(fā)的解釋貢獻(xiàn)

值代表自變量解釋了×100%的因變量。represents the explanatory power of independent variableto dependent variablewhich explains the dependent variableof× 100%.

表3 各氣象因子間交互作用對膜下滴灌向日葵田蒸散發(fā)的解釋貢獻(xiàn)及各因子對蒸散發(fā)的影響差異

Y表示兩個因子對因變量的影響具有明顯差異, N表示兩個因子對因變量的影響沒有明顯差異?！癥” means obvious differences in effects between two factors, “N” means no significant difference in effects between two factors.

表4 逐小時尺度氣象因子與膜下滴灌向日葵田蒸散量通徑分析結(jié)果

圖6 膜下滴灌向日葵生育期內(nèi)農(nóng)田日均溫變化及各生育期的平均氣溫

表5 部分普通灌溉向日葵農(nóng)田蒸散研究結(jié)果

3.3 不同灌溉模式下農(nóng)田日內(nèi)通量變化比較

膜下滴灌向日葵農(nóng)田不同生育期日內(nèi)通量變化方面, 除土壤熱通量外, 其他通量從9:00開始由負(fù)轉(zhuǎn)正, 至21:00由正轉(zhuǎn)負(fù), 土壤熱通量相較于其他通量在日內(nèi)變化上有明顯的時滯, 由負(fù)轉(zhuǎn)正時間滯后1~2 h, 深層土壤向土壤表層的熱傳遞過程是導(dǎo)致土壤熱通量相較于其他通量在日變化上出現(xiàn)時滯的主要原因[47]。潛熱通量和顯熱通量占據(jù)了凈輻射通量的主要部分, 土壤熱通量在不同時期日內(nèi)峰值變化不大。潛熱通量與顯熱通量在苗期基本相等, 開花期由于作物蒸騰作用加強(qiáng)使得潛熱通量顯著高于顯熱通量, 作物進(jìn)入成熟期后, 干旱脅迫程度增強(qiáng)使得顯熱通量明顯高于潛熱通量。研究區(qū)膜下滴灌農(nóng)田日內(nèi)通量變化結(jié)果與普通灌溉農(nóng)田研究結(jié)果有所不同, 郭家選等[48]和袁再健等[49]分別于2001年和2005年在華北平原進(jìn)行了普通灌溉模式下冬小麥田的蒸散試驗(yàn)及通量測定, 結(jié)果表明, 無論在作物的苗期、開花期還是成熟期, 冬小麥田日內(nèi)潛熱通量均高于顯熱通量, 通量峰值差為50~400 W×m-2, 差異明顯。本研究中, 除作物成長期外, 作物苗期和成熟期日內(nèi)潛熱通量與顯熱通量變化特征與普通灌溉農(nóng)田均存在較大差異: 作物苗期期間, 膜下滴灌農(nóng)田日內(nèi)潛熱通量與顯熱通量相當(dāng), 兩者在日內(nèi)變化上呈現(xiàn)交替上升和交叉現(xiàn)象, 進(jìn)入作物成熟期后,膜下滴灌農(nóng)田日內(nèi)顯熱通量則高于潛熱通量(圖5), 通量峰值差約50 W×m-2, 該結(jié)果與普通灌溉農(nóng)田相反, 表明膜下滴灌在作物成熟期對潛熱通量存在限制作用, 從而阻止了此階段水分的不必要蒸發(fā)。

4 結(jié)論

研究利用2016年膜下滴灌向日葵農(nóng)田觀測數(shù)據(jù), 探討了作物不同階段農(nóng)田蒸散發(fā)及地表通量的變化特征, 并比較了其與普通灌溉農(nóng)田蒸散結(jié)果上的差異, 同時, 基于地理探測器和通徑分析方法實(shí)現(xiàn)了各氣象因子對農(nóng)田蒸散發(fā)的直接和間接作用定量分析, 得出結(jié)論如下:

1)不同階段膜下滴灌向日葵農(nóng)田蒸散發(fā)變化特征與普通灌溉農(nóng)田一致, 開花期日均蒸散量最大, 成熟期次之, 苗期最小; 同時, 普通灌溉農(nóng)田在各階段的日均蒸散水平均高于膜下滴灌農(nóng)田。

2)日內(nèi)通量變化方面, 成長期膜下滴灌農(nóng)田各通量變化特征與普通灌溉農(nóng)田一致; 苗期日內(nèi)顯熱通量與潛熱通量相當(dāng), 成熟期日內(nèi)顯熱通量均顯著高于潛熱通量, 該結(jié)果與普通灌溉農(nóng)田存在較大差異。

3)各氣象因子對蒸散發(fā)的作用方面, 溫度、濕度與風(fēng)速是影響干旱區(qū)膜下滴灌農(nóng)田蒸散的主要因素, 風(fēng)向的作用不明顯。

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Evapotranspiration characteristics of mulched drip-irrigated sunflower farmland in arid region*

ZHANG Zhenyu1,2,3, LIU Lijuan1,2, LI Xiaoyu1,2**

(1. School of Forestry and Biotechnology, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300, China; 2. Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Mulched drip-irrigation is a burgeoning water-saving irrigation mode in the arid region of Northwest China. It is of great significance to understand and optimize mulched drip irrigation in arid region by analyzing the characteristics of evapotranspiration in mulched drip-irrigated farmland and comparing it with ordinarily irrigated farmland. Using the oasis sunflower farmland in the Sangong River basin on the northern slope of the Tianshan Mountain in Xinjiang as the study area, the farmland evapotranspiration characteristics during the sunflower growth period in 2016 were analyzed using the Bowen ratio-energy balance method, geographical detector, and path analysis method. Furthermore, these characteristics were compared to those of ordinarily irrigated farmlands. The results showed that: 1) for mulched drip-irrigated farmland, the average daily evapotranspiration was highest at the flowering stage, followed by the maturity stage, and lowest in the seedling stage. With the growth of crops, the correlation between net radiative flux and daily evapotranspiration gradually decreased. The change trends of average daily evapotranspiration were the same as those of ordinarily irrigated farmland, whereas the average daily evapotranspiration of mulched drip-irrigated farmland was lower than that of ordinarily irrigated farmland at each stage. 2) Regarding the intraday flux in mulched drip-irrigated farmland, the net radiative flux peak was highest at the flowering stage, followed by that at the mature stage, and the minimum appeared at the seedling stage. In terms of turbulent flux, the latent heat flux was equivalent to the sensible heat flux at the seedling stage. Post the flowering period, the latent heat flux was significantly higher than the sensible heat flux, and this characteristic was the opposite at the mature stage. For the ordinarily irrigated farmland, the latent heat flux was higher than the sensible heat flux in all three crop growth stages. 3) The relationship between evapotranspiration and meteorological factors calculated by path analysis showed that temperature, humidity, and wind speed were the dominant factors influencing evapotranspiration. The lower limit of humidity determined the minimum evapotranspiration. The upper limit of wind speed and temperature determined the maximum evapotranspiration. The influence of wind direction was not significant on evapotranspiration. Sunflower farmland using mulched drip-irrigation has unique evapotranspiration features compared with ordinarily irrigated farmland, the amount of water saving exceeds 300 mm during the entire growth period.

Arid region; Sunflower farmland; Mulched drip-irrigation; Evapotranspiration; Bowen ratio energy balance method; Path analysis

S641.1

2096-6237(2019)08-1195-10

10.13930/j.cnki.cjea.190151

* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31470708, U1503182, 41271202)資助

李小玉, 主要研究方向?yàn)榫坝^生態(tài)學(xué)。E-mail: lixy76@163.com

張振宇, 主要研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)農(nóng)業(yè)水文環(huán)境。E-mail: zhangzhenyu162@mails.ucas.ac.cn

2019-02-28

2019-04-23

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31470708, U1503182 and 41271202).

, E-mail: lixy76@163.com

Feb. 28, 2019;

Apr. 23, 2019

張振宇, 劉麗娟, 李小玉. 干旱區(qū)膜下滴灌向日葵農(nóng)田蒸散發(fā)特征[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(中英文), 2019, 27(8): 1195-1204

ZHANG Z Y, LIU L J, LI X Y. Evapotranspiration characteristics of mulched drip-irrigated sunflower farmland in arid region[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(8): 1195-1204