鲁西北平原冬小麦和夏玉米耗水量的实验研究

2021-07-29 来源：易榕旅网

　2004年8月

灌溉排水学报

JournalofIrrigationandDrainage　第23卷第4期　

文章编号:1000646X(2004)04003703

鲁西北平原冬小麦和夏玉米耗水量的实验研究

任鸿瑞,罗毅

(中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)

摘　要:利用中国科学院禹城综合试验站的大型称重式蒸渗仪近10年的观测资料和降水资料,分析了冬小麦和夏玉米的耗水特性、作物耗水量与同期降水量的关系、作物年耗水量与降水量之间的关系和作物生长期凝结水与同期降水量的关系。分析结果表明:①冬小麦生长期平均耗水量为450mm左右,同期降水量占作物耗水量的35%左右;②夏玉米生长期平均耗水量为350mm左右,同期降水量占作物耗水量的80%左右;③作物年耗水量平均为

800mm左右,而同期降水量为500～600mm左右,需多次灌溉;④作物生长期凝结水所占同期降水量的比率相当

可观,在水量平衡中占有一定的作用。上述成果可供本区区域作物耗水量计算时参照使用。关　键　词:蒸渗仪;蒸散量;作物耗水量;灌溉中图分类号:S274.4　　文献标识码:A

1　材料与方法

试验于1994～2002年在中国科学院禹城综合试验站进行,该站位于鲁西北平原,平均海拔约20m,土壤为黄河冲积物,土壤质地为轻壤土和粉砂土,土壤有机质含量为0.6%～1.0%,土壤肥力中等。观测数据能代表鲁西北平原冬小麦和夏玉米的农田蒸散规律。观测项目主要是农田蒸散的测定,仪器用建于田间的新型大型称重式蒸渗仪测定。

新型大型称重式蒸渗仪(Lysi重约30t,面积3.14m2,深5m,测量精度(感量)可达meter)含原状土体、0.02mm。蒸渗仪结构包括主体系统、称重系统、供排水系统和数据采集系统。新型蒸渗仪采用的是以重量计

量方式,用称重系统来实现测量能够同时测定蒸散量和地下水对土壤水的补给,并从土地生产力即作物高产着眼,研究水分运移、转化和平衡关系,从而为构造SPAC系统的理论模式提供了良好条件。

在地下水位不发生变化时,加入到土体的水量为地下水对土壤水的补给量,由土体排出的水量为地下水补给量,当大田中的地下水为发生变化时,为了保持仪器内水位与大田水位一致,必须向土体中加入或者排出一定的水量,而这部分水量可以直接测得[3]。

2　结果与分析

2.1　冬小麦和夏玉米不同生育期耗水过程分析

该地区冬小麦一般在每年的10月上中旬播种,次年6月上旬收获,历经冬、春、夏3个季节,是一年中降水量相对较少的时期,天然降水量远远不能满足冬小麦的耗水需要。

试验期(2000～2001年)冬小麦生长季节气候条件是正常年型,整个生育期间降水和灌水能满足冬小麦生长的需求,没有发生水分亏缺,因而观测结果可代表一般年份供水条件下的冬小麦田间蒸散规律。试验期(2000～2001年)冬小麦生育期天数为253d,总耗水量410.85mm,同期降水量110.9mm,降水量只能满足冬小麦耗水量的27%。播种返青期内,此阶段植株幼小,生长缓慢,气温低,作物耗水量少,且以棵间土壤蒸发为主,耗水量计62.09mm,其耗水比率(阶段耗水量与全生育期耗水量之比)为15%,播种出苗耗水强度(阶段耗水量与生育期天数之比)为0.99mm󰃗d,蒸散出现了一个小高峰,同期降水量为作物耗水量的1.45倍,出苗返青耗水强度为0.29mm󰃗d,同期降水量为作物耗水量的1.66倍,因此播种

收稿日期:20031103

基金项目:知识创新工程重要方向项目资助(KZCX2-SW-317)

作者简介:任鸿瑞(1981),男,山西灵石人,在读硕士,从事生态水文学方向研究.

返青期内降水能够满足作物,不需要灌水。返青抽穗期间,随着气温回升,植株生长较快,蒸发力也逐渐增强,此间小麦耗水量178.33mm,其耗水比率为43.4%,孕穗抽穗期耗水强度达到5.17mm󰃗d,同期降水量占作物耗水量的比率很小,需补充灌溉才能满足小麦的耗水需求。抽穗乳熟期为冬小麦生长旺期,作物耗水量最大,并以作物蒸腾为主,其耗水比率高达40.3%,耗水强度在开花灌浆期平均可达6.87mm󰃗d,而同期降水量为零,需补充灌溉。到了成熟期,叶面积指数降低,光合作用逐渐减弱,耗水强度减弱,耗水比率也随之减小,蒸散发转而以棵间蒸发为主。可见,在冬小麦耗水的旺盛期,降水量严重不足,灌溉对于冬小

表1　2000～2001年冬小麦的耗水过程麦的生长是必需的(见表1)。生育期阶段耗水耗水比耗水强度󰃗同期降　　该地区夏玉米一般在6月中旬播种,9月底或10生育期

天数󰃗d

2313422111111127184253

量󰃗mm率󰃗%

(mm・d-1)0.

0.2.3.3.5.2.6.4.1.1.9929232237176787742662

水量󰃗mm

26.264.9041.7113.1000110.9

播种出苗出苗返青返青起身起身拔节拔节孕穗孕穗抽穗抽穗开花开花灌浆灌浆乳熟乳熟收获全生育期

面积指数的增长,作物耗水强度逐渐增大,8月份为整个生育期耗水的高峰期,在后期作物需水强度减弱,直至收获期,植株基本停止水分散失,同时由于地表覆盖度较大,在收获期土壤蒸发强度也不高。

试验期(2001年)夏玉米生长季节气候条件是正常年型,生育期天数为96d,作物耗水量为331.21mm,

22.8839.2148.9735.4337.0556.8832.0848.0885.235.04410.855.59.511.98.69.013.87.811.720.71.2100.0

月初收获,在夏玉米的整个生育期内,大气蒸发力都很强。在播种至玉米的叶面积指数达到3以前,土壤蒸发在蒸散量中所占的比例较大,而且,降水和灌水对土壤蒸发的影响较大,在降水和灌水以后,土壤表层湿度大,且植株郁闭度不高,土壤蒸发强度较大。随玉米叶

同期降水量295.3mm,为作物耗水量的0.89倍,总体上还不能满足耗水需求。播种拔节期内,植株小,作物耗水量少,亦以棵间土壤蒸发为主,耗水量73.96mm,其耗水比率为22%,同期降水量为作物耗水量的1.62倍。拔节-开花期为植株茎叶迅速增长期,作物耗水量大,且以作物蒸腾为主,其耗水比率达31.6%,平均耗水量强度为4.03mm󰃗d,同期降水量为作物耗水量的0.73倍。开花收获期,作物耗水量亦大,虽耗水比率高达46%,但耗水强度略有减少,为3.3mm󰃗d,同期降水量约占作物耗水量的65%,需要进行补充灌溉

表2　2001年夏玉米的耗水过程(见表2)。

2.2　作物耗水过程与同期降水量关系分析

1994～1995年冬小麦生长季的耗水量最大,达到658mm,1997～1998年冬小麦生长季耗水量最小,为199mm。1994～2002年共8个冬小麦生长季平均耗

生育期播种出苗

出苗三叶三叶五叶五叶七叶七叶拔节拔节孕穗孕穗抽雄抽雄开花开花吐丝吐丝乳熟乳熟收获全生育期

生育期阶段耗水耗水比耗水强度󰃗同期降天数󰃗率󰃗%(mm・d-1)水量󰃗d量󰃗mmmm

5591415923202396

10.2213.6432.614.9212.5762.1331.7510.815.491.7245.45331.21

3.04.19.81.43.718.79.53.24.627.713.7100.0

2.2.3.4.3.4.3.5.5.4.1.3.047262921414524013589845

29.843.223.702336.540.205.127.266.6295.3

水量为420.3mm。同期降水量资料表明,1997～1998年冬小麦生长季降水量最大,为246mm;1995～1996年冬小麦生长季降水量最小,仅为48mm,8个生长季期间平均降水量为143.7mm。从同期降水量与耗水量的比值情况来看,1997～1998年生长季最大,为1.24,降水量超过耗水量的需求;1995～1996年生长季最小,仅为0.10,降水量远远不能满足耗水量的需求;8个生长季的均值为0.34,也就是说,降水仅能为耗水量的1󰃗3强,可见灌溉对于冬小麦的生产具有十分重要的意义。

1996年夏玉米的耗水量为452mm,为8个生长季的最大值;2000年夏玉米的耗水量最少,为260mm。8个生长季的平均耗水量354.9mm。同期降水量中,1996年最大,为452mm;2002年最小,仅为133mm,降水雨与耗水量的比值在2000年最大,为1.40,降水量高于耗水量,2002年最小,为0.44,多年平均为0.82。8个生长期作物耗水量平均为354.9mm,降水量仅能满足作物耗水量的82%,尚缺水18%。这就是说,在气候偏旱的条件下,夏玉米需少量灌溉。

在近几年偏旱的条件下,冬小麦夏玉米生育期年平均耗水量为784.4mm,降水量仅能满足作物年耗水量的57%,尚缺水43%。降水总体不能满足作物耗水的需要,且缺口较大。2.3　凝结水观测结果分析

近几十年来,大多数学者通过研究确认了凝结水是水量平衡的组成部分,能补充给土壤水分,但它不是主要的水分补给来源。凝结水是一种特殊的降水。产生凝结水的天数随天气状况而定。在华北夏季和冬季38

产生凝结水的天数较多,凝结水是农田水分收入的一部分,它不仅对植物是有价值的,而且在水分平衡中也占有一定的比重。

根据观测资料可知(表3),禹城试验区冬小麦生育期的平均凝结水量为31.4mm,占同期降水量的22%。夏玉米生育期平均凝结水量为14.7mm,为同期降水量的5%。可见,华北平原地区的凝结水量在水分

总收入中占有相当的比重。它虽不能作为开采资源加以利用,但应作为调节资源加以考虑。

表3　冬小麦、夏玉米生长期凝结与降水关系　　mm

冬　小　麦

年份󰃗凝结量降水量a1994～199536176.01995～199649.248.01996～199722.6140.01997～199835.8246.01998～199928.7203.01999～200016.171.02000～200137.4110.92001～200225.3155.0

平均31.4143.7

夏　玉　米

年份󰃗凝结量降水量a

19951996199719981999200020012002

32.117.86.421.512.16.317.04.814.7

288.452.247.344.197.363.295.133.289.

000000309

3　结　论

冬小麦全生育期耗水量大致变化在400～500mm,个别年份可达到600mm左右。耗水高峰期在每年的4～5月份。同期降水量仅能满足作物耗水量的30%～40%,远远不能满足作物的耗水需求。

夏玉米全生育期耗水量大致变化在300～370mm,个别年份可达到400mm左右,耗水的高峰期在每年的7～8月份。同期降水量能满足作物耗水量的80%左右,个

平均

别年份降水基本能满足作物耗水量的需求。

作物年耗水量一般在800mm左右,而年降水量在500～600mm左右,仅能满足作物耗水量的50%～60%,所以,该地区冬小麦夏玉米轮作制度下,灌溉对于农业生产具有十分重要的意义。

冬小麦全生育期平均凝结水量30mm左右,为同期降水量的20%左右,夏玉米全生育期平均凝结水量15mm左右,为同期降水量的5%左右。

通过大型蒸渗仪每日2次观测的数据所计算的凝结水量同许多专家所计算的数据存在一定的差量,造成这种差额的原因在于观测的间隔较长,而凝结和蒸发是交替进行的,观测值既包括凝结量,也包括夜间蒸发量,只有当凝结大于蒸发时,才会测出凝结量,并且一部分凝结水与蒸发水相抵消,所以测定值要比实际凝结量小得多。如果用蒸渗仪资料计算凝结水量,那么必须对蒸渗仪进行联合观测,即每隔2h或者更短时间进行观测。

采用的观测资料为1994～2002年共计8个作物年份,受观测资料的年限限制,以及仪器与数据本身存在的误差,所得结论只是初步的,仅供参考。

参考文献:

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247.

[3]　刘士平,杨建锋,李宝庆,李运生.新型蒸渗仪及其在农田水分过程研究中的应用[J].水利学报,2000,(3).

TheExperimentalResearchontheWater-consumpionofWinterWheatandSummerMaizeintheNorthwestPlainofShandongProvince

RENHong2rui,LUOYi

(InstituteofGeographicScienceandResourcesofCAS,Beijing100101,China)

Abstract:AccordingtoobservationdateandprecipitationdatemeasuredbytheLysimeterintheYuchengEx2

perimentalStationChineseAcademyofSciences,water2consumptioncharacteristicsofwinterwheatandsum2mermaize,therelationshipbetweenthewater2consumptionofcropsandprecipitationinthesameterm,there2lationshipbetweenthewater2consumptionofcropsandprecipitation,therelationshipbetweenthecondensingwaterinfarmcropperiodandprecipitationinthesametermareanalyzedinthispaper.Theconclusioncanbemadeasfollow:①Forwinterwheat,thewater2consumptionisabout450mm,theprecipitationinthesametermamountto35percentofthewater2consumption;②Forsummermaize,thewater2consumptionisabout350mm,theprecipitationinthesametermamountto80percentofthewater2consumption;③thewater2con2

～600mm,sosumptionoffarmcropsisabout800mmontheaverage,butinthesametermprecipitationis500

needtobeirrigatedmanytimes;④Theratioofthecondensingwatertoprecipitationinthesametermisconsid2erable,thecondensingwaterisimportantinthewaterequilibrium.Theabove2mentionedachievementscanbeusedforthecalculationofregionalwater2consumptionofcropinthearea.Keywords:lysimeter;evapotranspiration;thewater2consumptionofcrops;irrigation

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