噴灌作物冠層截留水量及其消耗機(jī)制.pdf

1、灌溉農(nóng)業(yè)是我國(guó)最大的用水產(chǎn)業(yè)，占總用水量的約70％。水資源日益緊缺要求灌溉農(nóng)業(yè)進(jìn)一步提高灌溉水利用率。噴灌作為一種先進(jìn)灌水技術(shù)，因具有節(jié)約灌溉用水，增加作物產(chǎn)量，提高作物品質(zhì)，調(diào)節(jié)田間小氣候，對(duì)土壤和地形適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用。然而在其發(fā)展過(guò)程中仍遇到一些問(wèn)題，表現(xiàn)為與地面灌溉不同，噴灌存在冠層截留損失，因此在與地面灌相比是否節(jié)水以及節(jié)水比例是多少的問(wèn)題上一直存在較大爭(zhēng)議，這種爭(zhēng)議已影響到我國(guó)節(jié)水灌溉發(fā)展中適宜節(jié)水灌溉技術(shù)的選擇及

2、評(píng)價(jià)。因此，研究噴灌作物截留水量及其消耗機(jī)制，對(duì)于定量回答上述問(wèn)題，進(jìn)而推動(dòng)和促進(jìn)噴灌技術(shù)在我國(guó)的良性發(fā)展均具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。 本研究在參閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，明確定義了冠層截留量和截留損失；通過(guò)噴灌夏玉米田間試驗(yàn)，確定了玉米冠層對(duì)噴灌水量的再分配規(guī)律，并著重分析了截留水量的影響因素；通過(guò)冬小麥?zhǔn)覂?nèi)試驗(yàn)，確定了冠層截留的變化規(guī)律及存儲(chǔ)能力；以地面灌溉為對(duì)照，研究了截留損失對(duì)農(nóng)田小氣候（空氣溫濕度）的改變，確定了截留

3、損失對(duì)作物蒸騰的影響，進(jìn)而估算了冠層截留損失；利用Cupid模型模擬計(jì)算了噴灌作物冠層截留損失，并用試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行了應(yīng)用。本文的研究結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)在于： （1）基于水量平衡法，對(duì)噴灌水量經(jīng)夏玉米（寬行闊葉作物）冠層再分配后的各分量（棵間水量、莖稈下流水量和冠層截留量）的空間分布及占噴灌水量的比重進(jìn)行了研究。得到噴灌水量經(jīng)夏玉米冠層重新分配后各組分的空間變異性較其未進(jìn)入冠層前大，表現(xiàn)為截留量最

4、大，其次為莖稈下流水量，棵間水量相對(duì)較小。冠層截留量在夏玉米生育初期最?。?.8mm），而后逐漸增加直至生育盛期達(dá)到最大（2.6 mm），進(jìn)入生育后期又有所降低（2.4mm］）。 （2）采用稱(chēng)重法對(duì)噴灌冬小麥（密植小葉作物）冠層截留過(guò)程及其存儲(chǔ)能力進(jìn)行了研究，結(jié)果表明噴灌初始階段（灌水量小于5mm）冬小麥冠層截留量隨灌水量的增加而迅速增加，此后增速逐漸減緩直至達(dá)到冠層存儲(chǔ)能力。不同生長(zhǎng)期的冬小麥冠層存儲(chǔ)能力各不相同，變化范圍為0

5、．7~1．5mm。噴灌強(qiáng)度對(duì)冠層存儲(chǔ)能力大小影響不明顯。冬小麥拔節(jié)至成熟階段，冠層存儲(chǔ)能力隨葉面積指數(shù)（LAI）和株高的增大而線(xiàn)性增大。冬小麥抽穗前，冠層存儲(chǔ)能力與植株鮮重呈正線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系。 （3）基于能量平衡原理，利用農(nóng)田蒸騰蒸發(fā)觀測(cè)儀器（熱平衡莖流計(jì)、渦度相關(guān)儀及波文比能量平衡觀測(cè)系統(tǒng)）對(duì)截留水量蒸發(fā)產(chǎn)生的抑制蒸騰效應(yīng)進(jìn)行了研究，并估算了冠層毛、凈截留損失。結(jié)果表明對(duì)各灌水日而言，截留水量的蒸發(fā)使得噴灌處理冬小麥的蒸騰量?jī)H占

6、地面灌（或未噴灌）處理的7％~14％，蒸騰抑制量變化范圍為1.7~4.1mm；夏玉米噴灌處理蒸騰量?jī)H占地面灌處理的23％~42％，蒸騰抑制量變化范圍為0.5～2.8mm。蒸騰抑制量隨灌水當(dāng)日日太陽(yáng)輻射的增加而線(xiàn)性增加，隨日平均空氣相對(duì)濕度的增加而線(xiàn)性減小，日平均氣溫、日平均風(fēng)速對(duì)蒸騰抑制量的影響不明顯。噴灌冬小麥冠層凈截留損失不足0.1mm，而夏玉米冠層凈截留損失變化范圍在1～2mm之間。全生育期內(nèi)，噴灌夏玉米凈截留損失占灌水總量的5％

7、左右；對(duì)于冬小麥，因凈截留損失近乎為零，說(shuō)明由噴灌產(chǎn)生的冠層截留量在蒸發(fā)過(guò)程中完全用于抑制蒸騰耗水，故在評(píng)價(jià)噴灌水利用率時(shí)應(yīng)將其視為有效消耗。 （4）利用Cupid模型對(duì)冠層截留損失進(jìn)行了模擬計(jì)算，并利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)不同條件下的冠層截留損失進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明Cupid模型可以較好地模擬噴灌條件下作物冠層附近的空氣溫濕度變化及截留過(guò)程。對(duì)噴灌和地面灌條件下的作物蒸騰及冠層截留水量蒸發(fā)的模擬得出與試驗(yàn)