麥后移栽棉蒸發(fā)蒸騰規(guī)律和作物系數(shù)

耿耘，劉浩，李云峰，馮泉清，余軒，孫景生*

麥后移栽棉蒸發(fā)蒸騰規(guī)律和作物系數(shù)

耿耘1,2，劉浩1，李云峰1,2，馮泉清1,2，余軒1,2，孫景生1*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物需水與調(diào)控重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453002；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081）

【目的】探索黃河流域植棉區(qū)麥后移栽棉蒸發(fā)蒸騰規(guī)律及作物系數(shù)?！痉椒ā吭O(shè)置地面灌與滴灌2種灌溉方式，利用大型稱重式蒸滲儀連續(xù)監(jiān)測(cè)的麥后移栽棉的蒸發(fā)蒸騰量和用Penman-Monteith公式計(jì)算的參考作物蒸發(fā)蒸騰量，分析麥后移栽棉的蒸發(fā)蒸騰規(guī)律，計(jì)算麥后移栽棉作物系數(shù)?！窘Y(jié)果】滴灌處理的株高和葉面積指數(shù)均明顯高于地面灌；受降雨影響，2種灌溉方式下麥后移栽棉的實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量相差不大，滴灌和地面灌處理整個(gè)生育期的蒸發(fā)蒸騰量分別為420.79 mm 和415.30 mm；在棉花生育前期，地面灌和滴灌處理的土壤蒸發(fā)（）占蒸發(fā)蒸騰量（c）的比例（/c）變化范圍為46.06%～90.23%和42.24%～77.46%，地面灌處理的/c明顯高于滴灌；分析氣象因子與麥后移栽棉蒸發(fā)蒸騰量的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，日平均溫度（）、總輻射（s）和飽和水汽壓差（）與麥后移栽棉蒸發(fā)蒸騰量均呈顯著正相關(guān)；麥后移栽棉的作物系數(shù)與直播棉花不同，在生長(zhǎng)初期已達(dá)到較高水平，在生長(zhǎng)中期達(dá)到最大，生長(zhǎng)末期明顯下降，地面灌在生長(zhǎng)初期、生長(zhǎng)中期和生長(zhǎng)末期的作物系數(shù)分別為0.91、1.23和0.71。滴灌在生長(zhǎng)初期、生長(zhǎng)中期和生長(zhǎng)末期的作物系數(shù)分別為0.91、1.26和0.64。在地面灌和滴灌處理下麥后移栽棉c均隨增大呈先上升后趨于平緩趨勢(shì)，c與的回歸方程分別為c=1.6630.058 7，2=0.664和c=1.177 90.061 1，2=0.694?！窘Y(jié)論】麥后移栽棉的蒸發(fā)蒸騰量在苗期、蕾期和花鈴期蒸發(fā)蒸騰旺盛，進(jìn)入吐絮期后逐漸降低；麥后移栽棉作物系數(shù)在生長(zhǎng)初期明顯高于FAO-56推薦的c值，因此，在制定灌溉制度時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際情況予以修正。

麥后移栽棉；蒸發(fā)蒸騰量；土壤蒸發(fā)；作物系數(shù)

0 引言

【研究意義】蒸發(fā)蒸騰量是灌排工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)和灌區(qū)科學(xué)用水管理的重要參數(shù)和基本依據(jù)，是決定農(nóng)業(yè)用水量多少的主要影響因素，對(duì)地區(qū)水資源的開(kāi)發(fā)和利用有著十分重要的影響[1]。了解作物蒸發(fā)蒸騰量的變化規(guī)律，掌握準(zhǔn)確計(jì)算作物蒸發(fā)蒸騰量的計(jì)算方法，有助于提高土壤墑情預(yù)測(cè)和灌溉預(yù)報(bào)的精度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，避免發(fā)生過(guò)量灌溉和水分虧缺[2]，從而提高農(nóng)業(yè)用水效率和管理水平，促進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-4]。作物系數(shù)是反映作物生長(zhǎng)與需水情況的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，常作為農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)和管理的參考指標(biāo)。它受到作物類型、種植區(qū)域、溫濕度等各種氣象因素的影響[5-6]，計(jì)算不同灌溉條件下及不同區(qū)域的作物蒸發(fā)蒸騰量，需要根據(jù)實(shí)際條件對(duì)作物系數(shù)進(jìn)行修正[7-8]。黃河流域是我國(guó)重要的植棉區(qū)域之一。該地區(qū)以前采用麥棉套種方式種植棉花，在種植小麥時(shí)需預(yù)先留出棉行，致使小麥無(wú)法實(shí)現(xiàn)滿幅播種，影響小麥產(chǎn)量，從而導(dǎo)致棉糧爭(zhēng)地矛盾出現(xiàn)，并且越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)全程機(jī)械發(fā)展的要求[9]。隨著棉花工廠化育苗、機(jī)械化移栽新技術(shù)的發(fā)展，光熱資源豐富的黃河流域開(kāi)始采用麥后移栽植棉方式，該方式有利于棉區(qū)增糧，麥區(qū)增收，經(jīng)濟(jì)效益顯著[10-12]。由于麥后移栽棉的生育期較短，比傳統(tǒng)的套播棉對(duì)土壤水分的要求更敏感，所以清楚麥后移栽棉的需水規(guī)律對(duì)其田間水分高效管理尤為重要。

【研究進(jìn)展】近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同作物農(nóng)田蒸散發(fā)規(guī)律以及作物系數(shù)進(jìn)行了大量的研究[13-15]，王興繁等[16]研究了新疆塔里木灌區(qū)地面溝灌條件下棉田蒸散與棵間蒸發(fā)變化規(guī)律，為棉花灌溉提供了科學(xué)依據(jù)；劉新永等[17]、秦璐[18]以及葛瑞晨[19]對(duì)不同灌水量處理以及不同灌溉方式下棉花的耗水、生理生態(tài)指標(biāo)和蒸散特征進(jìn)行了研究，確定了研究區(qū)域的棉花灌溉制度和更有利于棉花生長(zhǎng)的灌溉方式，明確了棉花在不同灌溉方式下的蒸散特征。唐婉瑩[20]以大型蒸滲儀與氣象數(shù)據(jù)為依托，通過(guò)多種方法分析了夏玉米生育期內(nèi)的蒸散量變化及其與各個(gè)氣象因子之間的相關(guān)關(guān)系；汪秀敏等[21]對(duì)冬小麥的蒸散發(fā)耗水規(guī)律進(jìn)行了研究，并對(duì)影響蒸散量的氣象因子進(jìn)行了排序，建立了不同數(shù)據(jù)支撐條件下的冬小麥蒸散量估算模型。韓國(guó)君等[22]對(duì)交替灌溉下辣椒的作物系數(shù)研究，發(fā)現(xiàn)辣椒葉面積指數(shù)與作物系數(shù)呈顯著的線性相關(guān)。交替灌溉對(duì)辣椒作物系數(shù)有顯著影響，且隨水分虧缺程度的增加，作物系數(shù)減小。候裕生等[23]對(duì)極端干旱區(qū)滴灌葡萄耗水規(guī)律及作物系數(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)葡萄作物系數(shù)隨生育期的推進(jìn)總體呈先增大再減小的趨勢(shì)，與時(shí)間存在顯著的二次曲線關(guān)系。胡晨等[24]利用渦度相關(guān)法獲取神農(nóng)架大九湖泥炭濕地的蒸散數(shù)據(jù)，選用FAO56 Penman-Monteith公式及實(shí)際蒸散量與參考作物蒸散量之間的線性關(guān)系估算作物系數(shù)，分析了泥炭濕地參考作物蒸散量變化特征及主要影響因子，并確定了以泥炭蘚為主的濕地作物系數(shù)。

針對(duì)麥后移栽棉，韓永亮等[25]研究了不同密度對(duì)麥后移栽棉產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)棉花具有較強(qiáng)的密度適應(yīng)性，在合適的范圍內(nèi)其產(chǎn)量和品質(zhì)基本不受種植密度的影響，而密度過(guò)高與過(guò)低會(huì)造成顯著減產(chǎn)。劉浩等[26]研究表明，翻耕和少耕處理對(duì)麥后移栽棉的總耗水量、籽棉產(chǎn)量、水分利用效率均無(wú)顯著性影響，不同耕作方式對(duì)棉花的纖維品質(zhì)無(wú)顯著影響，而水分虧缺有降低棉花品質(zhì)的趨勢(shì)。余軒等[27]對(duì)麥后移栽棉適宜調(diào)虧灌溉模式展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)蕾期輕度虧水灌溉或花鈴期輕度虧水灌溉均有利于麥后移栽棉產(chǎn)量和灌溉水利用效率的提高。以往關(guān)于麥后移栽棉的研究多集中在不同種植密度、耕作方式、水分虧缺處理以及噴施化學(xué)藥劑[28]對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響等方面，在麥后移栽棉需水規(guī)律和作物系數(shù)確定方面的研究還比較欠缺。

【切入點(diǎn)】麥后移栽棉與傳統(tǒng)的春棉、套播棉不同，未在大田中經(jīng)歷從種子萌發(fā)到出苗的時(shí)期，移栽后即處于夏季的高溫時(shí)節(jié)，其需水特征及棵間土壤蒸發(fā)和植株蒸騰在棉花生育期內(nèi)的分配比例與常規(guī)春棉不同。作物系數(shù)受各種因素影響也會(huì)有一定的差異，目前還缺少針對(duì)麥后移栽棉的作物系數(shù)變化規(guī)律的研究。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為此，以實(shí)測(cè)的麥后移栽棉的蒸發(fā)蒸騰量和氣象資料為基礎(chǔ)，分析麥后移栽棉的蒸發(fā)蒸騰規(guī)律及其作物系數(shù)變化，以期為麥后移栽棉精準(zhǔn)灌溉預(yù)報(bào)和高效用水管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年6—10月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所新鄉(xiāng)綜合試驗(yàn)基地（35°9'N，113°5'E，海拔78.7 m）的大型蒸滲儀群組中進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于河南省新鄉(xiāng)縣七里營(yíng)鎮(zhèn)，氣候類型為暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨量548 mm，年平均氣溫14.5 ℃，日照時(shí)間長(zhǎng)為2 398.8 h，無(wú)霜期200 d。0～100 cm土層的平均土壤體積質(zhì)量為1.63 g/cm3，田間持水率為20.58%，凋萎系數(shù)為6.17%，地下水埋深大于5 m。0～100 cm土層平均土壤有機(jī)質(zhì)量為7.8 g/kg，速效氮量為21.62 mg/kg、速效磷量為4.96 mg/kg、速效鉀量為79.24 mg/kg。采用麥后移栽棉花1年2熟耕作制度，土壤質(zhì)地為粉砂壤土，0～60 cm土體土壤粒徑分析如表1所示。

表1 供試土壤粒徑組成

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

棉花供試品種為“中棉425”，棉花育苗采用溫室穴盤(pán)基質(zhì)育苗法，育苗穴盤(pán)高35 mm，內(nèi)徑40 mm，育苗基質(zhì)成分為泥炭∶蛭石∶珍珠巖=5∶4∶1的混合體，于2020年5月7日播種，于2020年6月13日冬小麥?zhǔn)斋@后，將長(zhǎng)勢(shì)一致的棉花苗移栽到規(guī)格為2.0 m×2.0 m×2.3 m的蒸滲儀中，南北向等行距種植，每個(gè)蒸滲儀中種植3行棉花，行距為70 cm，株距為20 cm。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置地面灌和地表滴灌2種不同的灌溉方式，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，蒸滲儀及試驗(yàn)布置見(jiàn)圖1。不同處理灌水下限一致，均為田間持水量的70%±2%，土壤水分達(dá)到灌水下限時(shí)，根據(jù)不同灌水方式的灌水均勻性和實(shí)際可操作性，采用定量灌溉，即地面灌灌水定額為75 mm，滴灌灌水定額為30 mm，灌水量用水表計(jì)量。實(shí)際灌水日期及灌水量見(jiàn)表2。棉花移栽后在田內(nèi)安裝滴灌灌溉系統(tǒng)，滴灌處理的每個(gè)蒸滲儀中安裝3條Φ16嵌入式滴灌帶，每行棉花鋪設(shè)1條，保證每棵植株對(duì)應(yīng)1個(gè)滴頭供水，滴頭間距為20 cm，流量為2.2 L/h，工作壓力為0.1 MPa。冬小麥?zhǔn)斋@后，移栽前進(jìn)行整地與施肥。不同處理的施肥量和施肥時(shí)間相同，施肥量為尿素（含N量為46%）391 kg/hm2、過(guò)磷酸鈣（含P2O5量為12%）625 kg/hm2、硫酸鉀（含K2O量為51%）353 kg/hm2，磷肥作為基肥一次性施入，氮肥的基追比為4∶3∶3，分別在盛蕾期和花鈴期追肥。鉀肥的基追比為1∶1，在花鈴期追肥。棉花各生育期的時(shí)段劃分見(jiàn)表3。

表2 灌水日期及灌水量

為確保棉花幼苗成活、加強(qiáng)棉花緩苗進(jìn)程和促進(jìn)棉苗生長(zhǎng)，在棉花移栽后及時(shí)澆灌活苗水，地面灌灌水75 mm，滴灌灌水30 mm。棉花于7月16日打杈整枝，7月27日打頂，8月9日噴施縮節(jié)胺化控，9月23日噴施脫葉劑；9月29日第1次收摘棉花，10月13日將棉花全部收摘完畢。其他諸如除草、化控、栽培管理等均按當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)事活動(dòng)正常進(jìn)行。

表3 生育期劃分

圖1 蒸滲儀及試驗(yàn)布置

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水率和生長(zhǎng)指標(biāo)

土壤的水分狀況采用預(yù)先埋設(shè)好的土壤水分傳感器監(jiān)測(cè)（5TE，METER Group, USA），分別在地表以下20、40、60、80、100、120、140、180 cm處測(cè)量土壤含水率。每15 min自動(dòng)記錄1次數(shù)據(jù)。試驗(yàn)期間，在每臺(tái)蒸滲儀中隨機(jī)選取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻、無(wú)病蟲(chóng)害的麥后移栽棉花標(biāo)定掛牌，每隔7～10 d采用直尺測(cè)量株高和葉面積，葉面積指數(shù)計(jì)算式為：

式中：為葉面積指數(shù)；L為葉長(zhǎng)（cm）；B為葉寬（cm）；為第株的總?cè)~片數(shù)；為測(cè)定株數(shù)；為種植密度（株/m2）。

1.3.2 棵間土壤蒸發(fā)

棵間土壤蒸發(fā)采用微型蒸滲儀對(duì)不同的處理進(jìn)行觀測(cè)。微型蒸滲儀分為內(nèi)筒和外筒2部分，外筒有底，內(nèi)筒無(wú)底，材質(zhì)為鍍鋅鐵皮，內(nèi)筒和外筒的直徑分別為10 cm和11 cm，內(nèi)、外筒的高度一致，均為10 cm。觀測(cè)時(shí)，將外筒打到土壤中至上邊緣與地表平齊，取土?xí)r將內(nèi)筒緩慢壓入土壤，直至上邊緣與地面平行，然后將內(nèi)筒連帶土壤緩慢挖出，底部刮平并用塑料薄膜包裹好，稱質(zhì)量后放入外筒中。每天早上07:00采用精度為0.1 g的電子天平稱取內(nèi)筒的質(zhì)量，2 d的測(cè)量讀數(shù)之差即為該時(shí)段的土壤蒸發(fā)量。為保證微型蒸滲儀內(nèi)土壤的水分盡可能與大田環(huán)境一致，以確保棵間土壤蒸發(fā)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，正常天氣下每隔1 d更換1次內(nèi)筒的土樣，降雨及灌水后及時(shí)更換內(nèi)筒的土樣。滴灌分別在行間和株間布置微型蒸滲儀，取平均值作為實(shí)際土壤蒸發(fā)量。

1.3.3 作物蒸發(fā)蒸騰量（c）

采用建于田間的12臺(tái)體積為2.0 m×2.0 m×2.3 m（長(zhǎng)×寬×高）的大型稱重式蒸滲儀群組自動(dòng)獲取麥后移栽棉的每日蒸發(fā)蒸騰量數(shù)據(jù)。每臺(tái)蒸滲儀由土箱、高精度稱質(zhì)量杠桿系統(tǒng)、滲漏量測(cè)量系統(tǒng)、土壤參數(shù)采集系統(tǒng)、土壤溶液提取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集中處理及儲(chǔ)存系統(tǒng)和備用電源系統(tǒng)組成。蒸滲儀每隔1 h自動(dòng)采集儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，精度可達(dá)0.01 g。蒸滲儀內(nèi)植株的長(zhǎng)勢(shì)與外面大田作物的基本一致，盡可能減小試驗(yàn)誤差。

1.3.4 氣象數(shù)據(jù)

由試驗(yàn)地中部2 m高度位置安裝的全自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)，觀測(cè)項(xiàng)目包括風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度、輻射、降雨量、相對(duì)濕度等數(shù)據(jù)，每隔30 min由CR1000數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄。

1.3.5 參考作物蒸發(fā)蒸騰量（0）

采用Penman-Monteith公式計(jì)算參考作物蒸發(fā)蒸騰量，計(jì)算式為：

式中：0參考作物蒸發(fā)蒸騰量（mm/d）；0.408為能量單位mm/d與MJ/（m2·d）的轉(zhuǎn)換系數(shù)；Δ為飽和水汽壓-溫度關(guān)系曲線在處的切線斜率（kPa/℃）；為濕度計(jì)常數(shù)（kPa/℃）；2為2 m高度處風(fēng)速（m/s）；n為凈輻射（MJ/（m2·d））；為土壤熱通量（MJ/（m2·d））；為平均氣溫（℃）；s飽和水汽壓（kPa）；a實(shí)際水汽壓（kPa）。

1.3.6 作物系數(shù)的確定（c）

式中：c為作物系數(shù)；c為作物實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量（mm/d）；0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量（mm/d）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016分析數(shù)據(jù)并繪圖，采用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥后移栽棉生長(zhǎng)發(fā)育變化規(guī)律

麥后移栽棉在2種灌溉方式下株高和變化情況如圖2所示，圖中*表示不同灌溉方式間相關(guān)性顯著（<0.05），ns表示相關(guān)性不顯著（>0.05）。地面灌和滴灌條件下麥后移栽棉株高在全生育期變化趨勢(shì)基本相同，株高在蕾期（25～42 d）迅速增長(zhǎng)，進(jìn)入花鈴期（43 d）后增長(zhǎng)速度有所變緩，在花鈴中后期（59 d）以及吐絮期保持平穩(wěn)；與地面灌相比，滴灌處理株高均高于地面灌，且棉花蕾期株高差異達(dá)到顯著水平（<0.05），滴灌處理株高最大為83.8 cm，地面灌處理最大株高為79.0 cm。在麥后移栽棉生育期內(nèi)，的變化均呈先增大后減小的趨勢(shì)。蕾期（25～34 d）增長(zhǎng)較為緩慢，在花鈴期前中期（43～59 d）增長(zhǎng)速度變快，在花鈴后期達(dá)到最大，滴灌處理和地面灌的最大值分別為2.71和2.69，吐絮期葉片開(kāi)始變黃脫落，導(dǎo)致逐漸降低；滴灌處理全生育期內(nèi)均高于地面灌處理，且棉花蕾期在不同灌溉方式間差異達(dá)到顯著水平（<0.05），花鈴期的差異逐漸變小，在花鈴后期無(wú)明顯差異。由于花鈴期中期（52～69 d）降雨量過(guò)多且降雨頻繁導(dǎo)致處理間株高和差異減小。

圖2 不同灌溉方式麥后移栽棉株高和LAI隨生育進(jìn)程變化

2.2 麥后移栽棉土壤含水率變化

麥后移栽棉全生育期地面灌和滴灌2種灌溉方式在0～40 cm土層的土壤含水率變化規(guī)律基本一致（圖3）。從圖3可以看出，受多次降雨影響，土壤水分得到充足的補(bǔ)給。滴灌與地面灌的土壤含水率并無(wú)明顯差別，但與地面灌處理相比，滴灌方式對(duì)土壤結(jié)構(gòu)影響較小，土壤貯水能力強(qiáng)，強(qiáng)降雨及灌水后表現(xiàn)出0～40 cm土層的土壤含水率較大，促進(jìn)了麥后移栽棉的生長(zhǎng)發(fā)育。在棉花生育前期，滴灌處理的土壤含水率高于地面灌，土層中的貯水量較多，可為棉花的生長(zhǎng)提供了更適宜的條件，所以滴灌處理的棉花比地面灌長(zhǎng)勢(shì)好；在棉花生育后期，由于滴灌處理的麥后移栽棉生長(zhǎng)旺盛而導(dǎo)致作物蒸發(fā)蒸騰量較大，所以滴灌處理的土壤含水率相比地面灌處理的土壤含水率低7.05%。

2.3 麥后移栽棉蒸發(fā)蒸騰量變化規(guī)律

2.3.1 麥后移栽棉棵間土壤蒸發(fā)和蒸發(fā)蒸騰量變化

不同灌溉方式麥后移栽棉在全生育期內(nèi)棵間土壤蒸發(fā)的逐日變化過(guò)程如圖4所示，其中不連續(xù)的點(diǎn)是由降雨日和灌水日未測(cè)導(dǎo)致。2種灌溉方式下棵間土壤蒸發(fā)的變化規(guī)律基本一致，棉花移栽后0～41 d是棉花生長(zhǎng)的苗期和蕾期，植株矮小，覆蓋度低，棵間土壤蒸發(fā)量較大，且受環(huán)境因素的影響起伏波動(dòng)較大。比較而言，地面灌的棵間土壤蒸發(fā)大于滴灌的，其日平均棵間土壤蒸發(fā)量分別比滴灌高31.6%、10.8%（表4）；在移栽后42～71 d，棉花葉面積指數(shù)增長(zhǎng)較快，由于此期適逢雨季，陰雨天多，濕度大，與苗期和蕾期相比，日棵間土壤蒸發(fā)強(qiáng)度明顯降低；隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，到移栽后72～92 d，棉花的生長(zhǎng)處于花鈴期中后期，株高和均達(dá)到了最高，棵間土壤蒸發(fā)的變化趨于平緩；移栽后93 d至收獲，麥后移栽棉進(jìn)入吐絮期，氣溫逐漸降低，棵間土壤蒸發(fā)量逐漸減小。綜合整個(gè)生育期來(lái)看，棵間土壤蒸發(fā)量呈前期大、中期相對(duì)平穩(wěn)、后期逐漸減小的趨勢(shì)。

圖3 麥后移栽棉全生育期0～40 cm土層土壤含水率

圖4 麥后移栽棉棵間土壤蒸發(fā)逐日變化

表4 不同灌溉方式棉花各生育階段日平均棵間土壤蒸發(fā)量和日平均蒸發(fā)蒸騰量

從圖5可以看出，受降雨影響，滴灌與地面灌的日蒸發(fā)蒸騰量差異并沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)，2種灌溉方式的麥后移栽棉的實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量的變化趨勢(shì)一致，即在苗期、蕾期和花鈴期蒸發(fā)蒸騰旺盛，進(jìn)入吐絮期后逐漸降低。在苗期地面灌日平均蒸發(fā)蒸騰量為3.58 mm/d，滴灌處理為3.53 mm/d（表4）；蕾期植株快速生長(zhǎng)，滴灌處理的蒸發(fā)蒸騰量（3.82 mm/d）大于地面灌處理的蒸發(fā)蒸騰量（3.68 mm/d）；花鈴期滴灌處理繼續(xù)保持生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，日平均蒸發(fā)蒸騰量比地面灌高出3.33%；在棉花吐絮期地面灌日平均蒸發(fā)蒸騰量為2.18 mm/d，高于滴灌處理。整個(gè)生育期中，地面灌處理的總實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量為415.30 mm，滴灌處理的總實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量為420.79 mm，二者差異較小。

2.3.2 棉田棵間土壤蒸發(fā)量占蒸發(fā)蒸騰量的比例隨生育期的變化

圖6為不同灌溉方式下移栽棉田棵間土壤蒸發(fā)量（）占蒸發(fā)蒸騰量（c）的比例（/c）在棉花生育期的變化情況。從圖6可以看出，不同灌溉方式下，/c隨著棉花的生長(zhǎng)過(guò)程都呈先增大后減小再增大的變化趨勢(shì)。在棉花苗期和蕾期，由于較小，此階段冠層覆蓋率低，土壤裸露面較大，土壤蒸發(fā)量占比大，地面灌處理的/c范圍為46.06%～90.23%，滴灌處理的/c范圍為42.24%～77.46%，地面灌的土壤蒸發(fā)占比明顯大于滴灌。隨著植株的生長(zhǎng)，逐漸增大，蒸發(fā)蒸騰量逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰魑镎趄v為主，/c迅速降低，地面灌處理的/c范圍為17.28%～38.60%，滴灌處理的/c范圍為17.52%～34.70%，二者差異較小。在吐絮期，由于葉片變黃脫落，土壤裸露的面積增大，/c有回升趨勢(shì)。

圖5 麥后移栽棉日蒸發(fā)蒸騰量動(dòng)態(tài)變化過(guò)程

圖6 棉田棵間土壤蒸發(fā)量占蒸發(fā)蒸騰量的比例（E/ETc）隨生育期的變化

2.3.3 麥后移栽棉蒸發(fā)蒸騰量與氣象因素的相關(guān)關(guān)系

表5為麥后移栽棉的不同生育階段的氣象因子變化情況。從表5可以看出，在麥后移栽棉的苗期，輻射、溫度等各氣象因子已達(dá)到較高水平，太陽(yáng)輻射均值為179.60 W/m2，日平均溫度的均值為26.03 ℃；在蕾期、花鈴期氣象環(huán)境繼續(xù)保持相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài)，棉花生長(zhǎng)在高溫高濕環(huán)境中。在吐絮期，隨著季節(jié)的變化，太陽(yáng)輻射和氣溫均下降明顯，太陽(yáng)輻射的均值為116.66 W/m2，日平均氣溫的均值為19.63 ℃。

表5 麥后移栽棉不同生育階段氣象因子平均值

采用Pearson相關(guān)分析法對(duì)麥后移栽棉的蒸發(fā)蒸騰量與各氣象要素（總輻射（s）、日平均溫度（）、飽和水汽壓差（）、風(fēng)速（））之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可以看出，不同氣象因素與麥后移栽棉蒸發(fā)蒸騰量的相關(guān)性不同。不論哪種灌溉方式下，、s和與蒸發(fā)蒸騰量呈正相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到顯著水平（<0.01），而對(duì)麥后移栽棉的蒸發(fā)蒸騰量的影響很小。其中s的相關(guān)性最大，與地面灌和滴灌的蒸發(fā)蒸騰量的相關(guān)系數(shù)分別為0.917和0.904。

表6 蒸發(fā)蒸騰量與氣象因素的相關(guān)性分析

注表示日平均溫度；s表示總輻射；表示風(fēng)速；表示飽和水汽壓差；cm表示地面灌溉方式下的蒸發(fā)蒸騰量；cd表示滴灌方式下的的蒸發(fā)蒸騰量。**為在0.01水平上顯著相關(guān)。

2.4 麥后移栽棉參考作物蒸發(fā)蒸騰量的日變化規(guī)律

圖7為2020年麥后移栽棉生育期內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量（0）日變化過(guò)程。從圖7中可以看出，參考作物蒸發(fā)蒸騰量在全生育期內(nèi)主要受天氣變化影響，與氣象因素結(jié)合分析，參考作物蒸發(fā)蒸騰量的變化與太陽(yáng)輻射的變化趨勢(shì)相似，在生育期內(nèi)變化起伏較大。在2020年，生長(zhǎng)初期（1～25 d）0為100.11 mm，日平均值為4.00 mm/d；快速生長(zhǎng)期（26～49 d）0為86.82 mm，日平均值為3.62 mm/d；生長(zhǎng)中期（50～94 d）歷時(shí)最長(zhǎng)，0為145.14 mm，日平均值為3.23 mm/d；生長(zhǎng)末期（95～123 d）為67.07 mm，日平均值為2.31 mm/d，2020年總參考作物蒸發(fā)蒸騰量為399.13 mm。

圖7 麥后移栽棉生育期內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量的逐日變化規(guī)律

2.5 麥后移栽棉的作物系數(shù)

作物系數(shù)（c）由蒸發(fā)蒸騰量與參考作物蒸發(fā)蒸騰量的比值得到，在整個(gè)生育期的變化情況如圖8所示。受試驗(yàn)?zāi)攴萁涤贻^多的影響，作物系數(shù)并沒(méi)有因不同灌溉方式處理產(chǎn)生差異，麥后移栽棉作物系數(shù)的變化規(guī)律一致，且數(shù)值相近?？v觀整個(gè)生育期，采用滑動(dòng)平均法分析可以看出，在生長(zhǎng)初期階段（1～25 d），作物系數(shù)已經(jīng)達(dá)到較高水平，隨著生育進(jìn)程的緩慢增加，作物系數(shù)不斷增大，到生長(zhǎng)中期（50～94 d）達(dá)到最大值，棉花生長(zhǎng)到生長(zhǎng)末期（95～123 d）時(shí)，作物系數(shù)呈明顯的下降趨勢(shì)。在生長(zhǎng)初期，地面灌的作物系數(shù)的變化范圍為0.72～1.17，平均值為0.91，滴灌處理的作物系數(shù)變化范圍為0.65～1.18，平均值為0.91?？焖偕L(zhǎng)期，地面灌的作物系數(shù)在0.88～1.25范圍內(nèi)變化，平均值為1.06，滴灌處理的變化范圍為0.91～1.30，平均值為1.12；生長(zhǎng)中期，地面灌的作物系數(shù)取值范圍為1.03～1.45，平均值達(dá)到1.23，滴灌處理的作物系數(shù)取值范圍為1.03～1.47，平均值為1.26。生長(zhǎng)末期，地面灌的作物系數(shù)在0.35～1.28之間，此階段平均作物系數(shù)為0.71，滴灌的作物系數(shù)在0.22～1.28之間，平均作物系數(shù)為0.64。

圖8 麥后移栽棉的作物系數(shù)變化

2.6 麥后移栽棉作物系數(shù)與葉面積指數(shù)的關(guān)系

圖9為麥后移栽棉作物系數(shù)（c）與葉面積指數(shù)（）之間的回歸關(guān)系。由圖9可知，在地面灌和滴灌處理下麥后移栽棉c均隨增大呈先上升后趨于平緩趨勢(shì)。當(dāng)小于1.5時(shí)，c增長(zhǎng)較快，當(dāng)高于1.5時(shí)，c的增加變緩。地面灌和滴灌處理下c與的回歸方程分別為c=1.6630.058 7，2=0.664和c=1.177 90.061 1，2=0.694。原因可能是因?yàn)殡S著麥后移栽棉的生長(zhǎng)，葉片之間相互重疊，冠層吸收的太陽(yáng)輻射沒(méi)有隨之增加，所以c變化趨于平緩。

圖9 麥后移栽棉的作物系數(shù)和LAI的回歸關(guān)系

3 討論

滴灌濕潤(rùn)土壤的范圍較小，主要集中在植株根部附近，土壤通氣性好，有利于根系生長(zhǎng)[29]，促進(jìn)作物對(duì)水分的吸收，相對(duì)于地面灌溉方式給植株創(chuàng)造了更好的生長(zhǎng)條件[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，受降雨影響，滴灌與地面灌的土壤含水率雖并無(wú)明顯差別，但相比于地面灌處理，滴灌方式對(duì)土壤結(jié)構(gòu)影響較小，土壤通透性好，貯水能力強(qiáng)，強(qiáng)降雨后表現(xiàn)出0～40 cm土層的土壤含水率較大，促進(jìn)了麥后移栽棉的生長(zhǎng)發(fā)育，其株高與在蕾期明顯高于地面灌的，且差異達(dá)到顯著性水平，這一結(jié)果與張昊[31]研究結(jié)論一致。

蒸散量由植株蒸騰與棵間土壤蒸發(fā)2部分組成，其中棵間土壤蒸發(fā)量屬于土壤水分的無(wú)效損失，因此，如何減少棵間土壤蒸發(fā)和提高水分的利用效率，有必要對(duì)作物蒸發(fā)蒸騰量、植物蒸騰和棵間土壤蒸發(fā)以及他們占蒸發(fā)蒸騰量的比例進(jìn)行深入探究。與春棉的蒸發(fā)蒸騰量規(guī)律[32]比較，麥后移栽棉是在溫度較高的季節(jié)直接將棉苗移栽到大田中，未經(jīng)歷棉籽播種萌發(fā)至幼苗生長(zhǎng)的階段，因移栽后需及時(shí)澆灌活苗水，所以在棉花生育初期的蒸發(fā)蒸騰量就達(dá)到了較高的數(shù)值，與常規(guī)春棉苗期需水強(qiáng)度較低、之后隨著棉花的生長(zhǎng)發(fā)育不斷增加達(dá)到高峰、在生育后期有一定下降的規(guī)律有一定的差別。本研究發(fā)現(xiàn)，在麥后移栽棉花的苗期和蕾期，棵間土壤蒸發(fā)量上下波動(dòng)且蒸發(fā)量較大，地面灌處理的蒸發(fā)量占蒸發(fā)蒸騰比例（/c）明顯高于滴灌，原因是在棉苗移栽后，植株葉面積指數(shù)較小，地面裸露面積大，地面灌的灌水定額大，土壤蒸發(fā)旺盛，水分多用于無(wú)效蒸發(fā)，而滴灌屬局部灌溉，棵間土壤蒸發(fā)相對(duì)較少[33]。植株的蒸騰作用受自身生長(zhǎng)發(fā)育和外界影響因素的共同作用，不同的灌水方式中，滴灌處理麥后移栽棉的株高與葉面積指數(shù)高于地面灌處理的，植株長(zhǎng)勢(shì)較好，其蒸發(fā)蒸騰量稍高于地面灌的蒸發(fā)蒸騰量，這是因?yàn)樗衷谟绊懽魑锷L(zhǎng)發(fā)育的同時(shí)，植物長(zhǎng)勢(shì)也影響著自身蒸騰作用的進(jìn)行，這與柳藝博等[34]研究發(fā)現(xiàn)葉面積指數(shù)的升高會(huì)促進(jìn)植株的蒸騰相吻合。綜上所述，雖受試驗(yàn)期間降雨的影響，不同灌溉方式下麥后移栽棉的總蒸散量基本相同，但滴灌降低了棵間蒸發(fā)，提高了植株的蒸騰，改變了蒸發(fā)蒸騰量的占比，是植株可以更加高效利用水分的灌溉方式。

植株的蒸騰作用不僅受自身的生理特性的影響，還受外界環(huán)境因子的影響。氣候的變化會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變作物的需水情況。翟超等[35]研究發(fā)現(xiàn)北疆膜下滴灌玉米的需水規(guī)律與太陽(yáng)輻射和平均溫度等因素正相關(guān)，與相對(duì)濕度負(fù)相關(guān)，與本文結(jié)論相一致。本文發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速對(duì)麥后移栽棉的蒸發(fā)蒸騰量影響很小，原因可能是麥后移栽棉的生長(zhǎng)季節(jié)為夏季，風(fēng)速小，對(duì)蒸發(fā)蒸騰的影響不大，這與李謙等[36]關(guān)于稻田的蒸散量結(jié)論相一致。通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，總輻射與麥后移栽棉的蒸發(fā)蒸騰量的相關(guān)性最大，是影響其蒸發(fā)蒸騰變化的最主要的因素，原因是麥后移栽棉的生長(zhǎng)時(shí)期正值夏季高溫時(shí)節(jié)，太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，對(duì)蒸散發(fā)的影響較大，這與Gao等[37]和陽(yáng)伏林等[38]的研究相一致。

作物系數(shù)是反映需水量的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的FAO-56[39]文件中給出的常規(guī)作物系數(shù)變化規(guī)律來(lái)看，通常的作物系數(shù)變化規(guī)律是在生長(zhǎng)初期保持較低水平，在發(fā)育期由小到大，在作物生長(zhǎng)中期達(dá)到最大（1.0左右），后期逐漸減小，F(xiàn)AO手冊(cè)中給出的棉花各階段的參考推薦值為0.35、1.15～1.2和0.7～0.5。這與本試驗(yàn)得出麥后移栽棉的作物系數(shù)有較大差距，本研究得出作物系數(shù)變化規(guī)律是在生長(zhǎng)初期就達(dá)到了較高的水平（0.91），隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，呈緩慢的上升趨勢(shì)，在生長(zhǎng)中期達(dá)到最大值，保持平穩(wěn)，最終在后期逐漸減小。通過(guò)分析，得出導(dǎo)致麥后移栽棉的作物系數(shù)比較特殊的原因可能有2個(gè)：一方面，麥后移栽棉自身的種植方式比較特殊，首先經(jīng)過(guò)基質(zhì)培養(yǎng)，隨后再移栽到大田中，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的緩苗期后，植株在地面已經(jīng)有了一定程度的覆蓋，與常規(guī)的作物生長(zhǎng)初期相比蒸散量已經(jīng)偏大，導(dǎo)致作物系數(shù)較高；另一方面，麥后移栽棉生長(zhǎng)環(huán)境比較特殊，雨熱同季的條件會(huì)對(duì)植株的蒸發(fā)蒸騰有較大的影響。這與Kumar等[40]發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)豤與糧農(nóng)組織推薦值相差6%～26%，c需要特別制定的結(jié)論相一致。楊麗等[41]在研究溫室番茄作物系數(shù)時(shí)所測(cè)c值顯著高于FAO-56推薦值，也說(shuō)明FAO-56推薦的c值不適用于華北地區(qū)的溫室大棚，因此得出在制定灌溉制度時(shí)，作物系數(shù)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正。

4 結(jié)論

1）滴灌處理麥后移栽棉的株高與葉面積指數(shù)稍高于地面灌處理的；由于試驗(yàn)期間降雨量較大，導(dǎo)致2種灌溉方式下麥后移栽棉的實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量相差不大，但與地面灌相比，滴灌方式下的麥后移栽棉的蒸騰占比大，更利于作物對(duì)水分的吸收，提高水分利用效率。

2）整個(gè)生育期中，地面灌處理麥后移栽棉的總蒸發(fā)蒸騰量為415.30 mm，滴灌處理的總蒸發(fā)蒸騰量為420.79 mm，與日平均溫度、總輻射和飽和水汽壓差顯著正相關(guān)，其中與總輻射的相關(guān)性最大。

3）地面灌處理下，麥后移栽棉在生長(zhǎng)初期、生長(zhǎng)中期及生長(zhǎng)末期的作物系數(shù)分別為0.91、1.23和0.71；滴灌處理下，麥后移栽棉在生長(zhǎng)初期、生長(zhǎng)中期及生長(zhǎng)末期的作物系數(shù)分別為0.91、1.26和0.64。地面灌和滴灌處理下麥后移栽棉c均隨增大呈先上升后趨于平緩趨勢(shì)，c與的回歸方程為c=1.6630.058 7，2=0.664和c=1.177 90.061 1，2=0.694。

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Evapotranspiration and Crop Coefficient of Transplanted Cotton after Wheat Harvest

GENG Yun1,2, LIU Hao1, LI Yunfeng1,2, FENG Quanqing1,2, YU Xuan1,2, SUN Jingsheng1*

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Water Requirement and Regulation, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Xinxiang 453002, China;2. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

【Background and objective】Cotton-winter wheat rotation is a common cultivation in the Yellow River basin, but there is an overlapping period during their growing seasons. One technology is to nurture cotton seedlings in seedling beds and then transplant the seedling after the wheat is harvested. The objective of this paper is to study evapotranspiration and crop coefficient (c) of the transplanted cotton under different irrigation methods. 【Method】The experiment was conducted in 2020 and compared surface irrigation and drip irrigation. Evapotranspiration of the transplanted cotton was measured continuously using a large-scale transpiration meter. The reference evapotranspiration was calculated using the Penman-Monteith formula, and thecwas calculated as their ratio. 【Result】 Compared to surface irrigation, drip irrigation promoted crop growth and increased its leaf area index () as a result. There was no significant difference in evapotranspiration between the two irrigation methods due to the influence of rainfalls. The growth-season evapotranspiration under drip and surface irrigation was 420.79 mm and 415.30 mm, respectively. In the early growth stage, the ratio of surface evaporation to evapotranspiration for the surface and drip irrigation was in the range of 46.06%～90.23% and 42.24%～77.46%, respectively. Correlation analysis found that daily average temperature (), total radiation (s) and saturated water vapor pressure () were positively correlated with the evapotranspiration. Thecof the transplanted cotton after wheat harvest differed from that of directly drilled. As the plant grew, thecincreased first followed by decline after maximizing in the middle growth stage. The Kcat the early, middle and late growth stage was 0.91, 1.23 and 0.71, respectively under surface irrigation, while under drip irrigation the associated Kcwas 0.91, 1.26 and 0.64 respectively. Regardless of irrigation treatments, thecincreased first followed by flattening due to the gradual increase in. The relationship betweencandwerec=1.6630.058 7with2=0.664 for the surface irrigation, andc=1.177 90.061 1with2=0.694 for the drip irrigation. 【Conclusion】The evapotranspiration of the transplanted cotton increased from seedling to flowering boll stage and then declined gradually after the flocculation stage. Itscat the early growth stage was significantly higher than that recommended by FAO-56.

transplanted cotton after wheat harvest; evapotranspiration; soil evaporation; crop coefficient

1672 - 3317（2022）07 - 0024 - 11

S274

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021633

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2021-12-21

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-15-13）

耿耘（1997-），女。碩士研究生，主要從事作物高效用水理論與技術(shù)研究。E-mail: gengyun2021@163.com

孫景生（1963-），男。研究員，主要從事作物水分生理及高效用水技術(shù)研究。E-mail: jshsun623@163.com

責(zé)任編輯：白芳芳