耗水效率（精选八篇）
耗水效率 篇1
玉米是山西省旱地主栽的作物之一,不同玉米品种在吸水、耗水和产量形成上有明显的差异,研究如何减少玉米的蒸腾失水,是玉米农艺节水的一个难点问题[5,6,7]。因此,对不同玉米品种在不同耕作技术下耗水特性及水分利用效率进行研究,可为北方干旱区选育和推广抗旱性强、耗水少的玉米品种提供理论依据。该试验在干旱条件下,选用北方目前生产上使用面积较大的玉米品种郑单958和农大108为供试材料,在平作、垄作和起垄覆膜3种不同种植方式和单粒及双粒播种的不同种植粒数下,研究其耗水规律及水分利用效率差异,以为北方旱区玉米生产选用抗旱品种、采取抗旱措施提供研究基础。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地点设在太原市小店区寺庄村。试验所在地属暖温带大陆性季风气候,年平均降雨量456 mm,年平均气温9.5℃,全年日照平均时数2 808 h,全年≥10℃的积温3 400~3 600℃,无霜期160 d左右。供试土壤为潮土,含有机质15.6g/kg,全氮1.14 g/kg,碱解氮87.4 mg/kg,速效磷11.6 mg/kg,速效钾185 mg/kg,肥力水平中等偏上。
1.2 试验材料
供试玉米品种为郑单958、农大108。
1.3 试验设计
试验采用裂区设计,品种为主区,种植方式和每穴粒数为副区。经组合后,每个品种共设6个处理,试验共12个处理,具体设计如表1所示。其中,平作采取等行距60 cm种植;垄作与起垄覆膜的垄宽60 cm,垄高10~15 cm,行距60cm,使用90 cm的地膜,且郑单958按9.3万株/hm2、农大108按6.9万株/hm2种植,3次重复。2009年4月30日播种,其他管理措施与玉米大田生产一致。
1.4 测定指标
根据玉米生长情况,测定播前、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、吐丝20 d、成熟时0~200 cm的土壤水分,每20 cm为1个层次,用中子水分仪测定水分利用效率。
1.5 数据处理
数据处理、绘图与分析采用Excel、DPS统计分析软件。
2 结果与分析
2.1 试验地降水资料
2009年试验地玉米全生育期降雨量为527.7 mm,比30年平均值(381.3 mm)高146.4 mm。如图1所示,2009年5月降雨量为48.2 mm,6月降雨量最少,仅23.6 mm,玉米受旱严重,而7、8、9月降雨量大且集中。因此,2009年试验区玉米生育前期严重干旱,生长受抑,后期多雨,籽粒灌浆充分。
2.2 不同处理玉米生育期耗水规律分析
如图2所示,农大108在单粒播种的情况下,前期6月16日至7月19日,即拔节至抽雄阶段的生育期中,处理3起垄覆膜的耗水量大于处理1、2。7月19日进入灌浆期后,处理1、2的耗水量增加,且增加的趋势比处理3高。
如图3所示,农大108在双粒播种的处理下,不同种植方式的生育期耗水量情况基本与单粒播种的相一致,也是前期起垄覆膜的高于平作和起垄,后期起垄覆膜的耗水量较平作和起垄的要少;且相同种植方式下,单粒播种和双粒播种生育各期的耗水量差异不明显。
如图4所示,6月中旬至7月上旬即拔节至抽雄阶段受旱严重的时期,处理9耗水量明显大于处理7、8,而进入生育后期,其耗水量逐渐小于处理7、8。
如图5所示,在郑单958双粒播种的情况下,其生育期耗水规律与单粒播种的基本相似,起垄覆膜的前期耗水量大于平作和垄作,而进入后期,其耗水量小于平作和垄作。
综上分析得出,起垄覆膜由于其增温保墒的作用,加快了玉米生长速度,而且受旱阶段正是玉米穗分化的关键时期,此阶段受旱会严重影响到后期的产量。因此,在前期受旱的条件下,由于起垄覆膜的集雨保水效果好,所以其水分都被玉米穗分化阶段吸收利用,而平作和垄作无法充分利用水分。因此,起垄覆膜的耗水量大于平作和垄作。另外,不论是农大108,还是郑单958,相同种植条件下,单粒和双粒播种在生育期总体耗水量上均没有明显差异。
2.3 不同处理的水分利用效率
如表2所示,对于农大108、郑单958起垄覆膜的水分利用效率均明显高于平作和垄作。由此表明,郑单958、农大108在起垄覆膜种植中,水分利用效率均得到提高,说明起垄覆膜栽培的大部分水分被玉米吸收利用,转化为产量,而不是经蒸发而散失。另外,在相同品种和种植方式下,单粒播种与双粒播种之间没有差异;且在相同种植方式下,郑单958的水分利用效率总体上都高于农大108。因此,郑单958是高水分利用效率的品种。
3 结论与讨论
耗水规律和水分的有效利用是旱地农业研究的一项重要内容。研究表明,玉米在苗期较为抗旱,在全生育期中耗水不均衡,表现出前期少、中期多、后期少的特性。因此,在栽培中,要保证中期的田间保水措施[8]。农田起垄覆膜微集水种植技术是一种田间集水农业技术,大量研究表明,将起垄与覆盖地膜有机结合起来,能改善土壤水分条件,起到增温保墒的作用,有效提高玉米水分利用效率[9]。该试验结果表明,农大108和郑单958起垄覆膜的中期耗水量大于平作和垄作,后期耗水量小于平作和垄作,但整体表现出后期耗水量大于前期和中期,主要原因是该前期受旱严重,抑制了玉米的生长发育,耗水量较少,但是起垄覆膜的由于具有保墒作用,水分被玉米生长所利用,所以中期耗水量较大;而在生育期后期,降水较多,玉米整体灌浆充分,因而耗水量大于前期和中期。
玉米作为C4植物,其品种的耗水规律和水分利用效率也不同,该试验所选品种在试验期间的气候条件下,郑单958的产量和水分利用率均明显高于农大108;而目前对于单粒播种和双粒播种种植方法的研究报道较为少见,试验运用这种方法主要是为配合机具使用,因为目前播种机都是双粒点播,而人工间苗耗费又很大,很难控制单粒播种。试验结果表明,这2种种植方法之间没有明显差异,根据种植密度,可考虑机器播种后,免去间苗,留双苗,以提高产量,但在生产上运用尚待进一步的研究。
摘要：在干旱条件下,选用郑单958和农大108为供试材料,在不同种植方式(平作、垄作和起垄覆膜)及不同种植粒数(单粒和双粒播种)下,研究其耗水规律及水分利用效率。结果表明:相同品种间,起垄覆膜在拔节至灌浆期,耗水量大于平作和垄作,灌浆至成熟期,耗水量小于平作和垄作;整体上,郑单958水分利用效率高于农大108;种植粒数处理之间没有差异。因此,采用起垄覆膜方式,选用合理品种,是提高玉米抗旱性和保证产量的有效途径。
关键词：种植方式,玉米,耗水规律,水分利用效率
参考文献
[1]吴巍.灌溉与种植方式对冬小麦和夏玉米耗水规律及生长发育影响的研究[D].泰安:山东农业大学,2006:11-25.
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额济纳绿洲中柽柳耗水规律的研究 篇2
额济纳绿洲中柽柳耗水规律的研究
本文利用热脉冲技术对黑河下游额济纳绿洲的柽柳灌丛液流进行了测定.结果表明:在正常生长下,柽柳在开始生长的初期(5-6上旬),单位面积液流通量为0.05-0.08L・cm-2・d-1;日平均耗水量为0.8-1.2L・d-1, 在生长旺盛时期,液流通量为0.06-0.108L・cm-2・d-1;日平均耗水量为1.1-1.5L・d-1;在生长的`后期(6月-9月),液流通量明显下降(9月下旬-10月),液流通量为0.04-0.06L・cm-2・d-1;在液流的日变化中,树液流速具有的多峰变化趋势,在中午有短暂液流明显减小的现象,晚上有明显液流上升,以补充树冠部分的水分储存;随着胸径的增大,茎流速率和茎流量也随之增大;在生长季节地径4-5cm的柽柳日平均耗水量1.25L,整个生长季节耗水量为150.8L.
作 者：张小由 康尔泗 司建华 周茅先 ZHANG Xiao-you KANG Er-xi SI Jian-hua ZHOU Mao-xian 作者单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃,兰州,730000刊 名：干旱区资源与环境 PKU CSSCI英文刊名：JOURNAL OF ARID LAND RESOURCES AND ENVIRONMENT年，卷(期)：20(3)分类号：Q948.123.3关键词：柽柳 热脉冲技术 额济纳
耗水效率 篇3
自引黄水量统一调配及大型灌区节水改造实施以来,河套灌区引水量减少,水量分配发生改变,其水循环要素必然受到影响[1]。蒸散发量作为水量循环重要组成部分,是灌区水平衡分析、灌溉用水效率评价、水资源管理和高效利用等方面研究的基础和支撑。
利用遥感资料反演区域蒸散发量近20年来有了很大的发展[2],为蒸散发的定量计算提供了数据支持。随着遥感技术的不断成熟,大量蒸散发模型被广泛应用[3]。常见的遥感蒸散发模型包括基于能量平衡的SEBAL[4]、S-SEB[5]、SEBS[6]模型和基于特征空间法的三角形空间法[7]和梯形空间法[8]等模型。杨雨亭[1]等利用MODIS数据和SEBAL模型反演了河套地区不同土地利用类型蒸散发变化,并应用于年际变化分析当中;夏婷[9]等利用SEBAL模型反演了黄河流域河龙区间蒸散发,并研究了模型对输入参量的敏感性;陈鹤[3]利用SEBS模型有效反演了位山灌区小麦-玉米生育期蒸散发变化,并对模型参数进行敏感性分析,反演结果较好;Jiang等[10]利用Ts/NDVI三角形关系,逐像元估算P-T(Priestly Taylor)系数,估算了美国南大平原的蒸发。王文[11]等将地表温度和植被指数梯形空间方法扩展到Priestly-Taylor系数的估算,并利用PriestlyTaylor公式进行实际蒸散发估算,该方法在Walnut Gulch流域取得较理想的精度。
目前针对区域蒸散发年际变化以及单一年份空间分布研究较多,而对蒸散发空间分布的差异性随时间的变化研究相对较少。本文对解放闸灌域作物生育期(4-10月)蒸散发在年际变化、空间分布特征以及其与地下水埋深空间分布的相关性进行了分析。并在此基础上通过遥感蒸散发和水量平衡模型,对研究区域灌溉水利用效率年际变化进行了评价。同时,对大型灌区节水改造以来研究区域灌溉引水量、地下水等水循环要素年际变化进行了分析,研究解放闸灌域节水改造所取得的成效。
1 研究方法和数据来源
1.1 研究区概况
本文以河套灌区解放闸灌域灌溉农田为研究对象,见图1。解放闸灌域(106°43′~107°27′E,40°34′~41°14′N)为河套灌区第二大灌域,地处干旱半干旱内陆地区,海拔高程在1 030~1 046m之间,年平均降雨量151.3mm,年均蒸发量(20cm蒸发皿)达2 300 mm,年内平均气温9℃。灌域总土地面积约2 345km2,其中60%以上为耕地,土壤类型为潮灌淤土和盐化土,粮食作物以夏玉米和春小麦为主,经济作物以向日葵为主,伴有一定比例的瓜果、蔬菜[12]。
1.2 数据来源
研究区域所采用的农田蒸散发数据由杨雨亭等[1]采用SEBAL模型计算的河套灌区蒸散发数据,经过裁剪掩膜生成。遥感影像采用MODIS传感器数据,空间分辨率为250 m~1km,时间分辨率为每日,估算结果为250 m分辨率每日数据,模型估算ET与实测值吻合。地下水和降水数据由解放闸灌域沙壕渠实验站提供,其中本灌域地下水监测井共56眼,文中采用4月份生育期初期(灌水前)平均埋深数据。解放闸灌域灌溉排水数据来源于河套灌区解放闸灌域管理局(http:∥www.htgq.gov.cn/jfz)。
1.3 遥感蒸散发模型
蒸散发估算采用基于能量平衡的单源遥感蒸散发SEBAL模型,通过能量余项法计算,即:
式中:λ为蒸发潜热,J/m3;ET为蒸散发量,m/s;Rn为净辐射量,W/m2;G为土壤热通量,W/m2;H为显热通量,W/m2。
式中:ρa为空气密度,kg/m3;Cp为空气的定压比热,J/(kg·K);rah为热量传输的空气动力学阻力,s/m;dT为地表温度与空气温度差值,K。
Rn、G具体计算过程详见文献[13]。
1.4 灌溉水利用效率
灌溉效率采用蒋磊等提出的灌溉水利用系数评价方法[14,15],该方法将土壤非饱和带和饱和带作为整体来研究,避免了根系层下边界深层渗漏和补给,由于非饱和带和饱和带含水量年际变化不大,在研究中不予考虑。同时该方法借助遥感蒸散发来计算灌溉水的有效消耗量,将农田消耗的灌溉水量(蒸散发与降水量差值)表示灌溉水的有效利用量,其与灌区净引水量的比值定义为灌溉水的有效利用系数。简化后水量平衡方程为:
式中:I为时段内灌域毛引水量,m3;D为时段内灌域排水量,m3;ETI为灌溉地生育期蒸散发量,m3;PI为生育期时段灌溉地降水量,m3;ETN为非灌溉地生育期蒸散发量,m3;PN为生育期时段非灌溉地降水量,m3;本文中不考虑非灌溉的蒸散发及降水,灌溉地基本上为农田。
式中:ET为农田生育期蒸散发量,m3;P为农田生育期时段降水量,m3;(I-D)为研究区净灌溉引水量,m3;ηe为灌溉效率。
2 结果与分析
2.1 农田蒸散发年际变化
对2000-2014年农田蒸散发、降水量及灌溉水有效利用量(农田蒸散发与降水量差值)进行年际变化分析,见图2。
由图2可知,研究区农田蒸散发量2001年较2000年有所下降,2001-2005年呈稳中有升的变化趋势,2005-2008年呈减小趋势,在2008-2012年期间逐年增大,变化比较明显,2012-2014年有所下降。就整体而言,蒸散发表现为上升趋势,多年均值为8.56亿m3(597.30mm)。灌溉水有效利用量整体上呈增加的趋势,均值6.63亿m3(462.50mm),其变化趋势与农田蒸散发量基本一致,在2005年和2009年灌溉水有效利用量较大,分别为7.51亿m3(523.74 mm)和7.17亿m3(499.77mm)。
结合降水量年际变化可知,2005年和2009年降水量偏少,分别为77.9和72.1mm,低于其他正常年份降水量为枯水年份,灌溉水有效利用量较其他年份大。
2.2 农田蒸散发空间分布特征
受篇幅限制,文中仅对解放闸灌域2000、2003、2006、2009、2012和2014年生育期(4-10月)农田蒸散发空间分布特征进行对比分析,见图3。
2000、2003、2006、2009、2012和2014年研究区农田蒸散发均值分别为618.03、584.08、571.86、593.80、660.19和622.04mm。2012年高值区域的范围明显大于其他年份,结合蒸散发年际变化可知,2012年平均蒸散发量为历史最大,2000年、2006年和2014年次之,2003年和2009年高值区域的范围明显低于其他年份。由多年蒸散发空间分布相对差异性可以看出,高值区域均出现在西部和东北靠中部,均高于其他地区,农田蒸散发这一空间分布特征及相对差异性并未随时间发生明显变化,而是表现为相似的分布特征。
2.3 地下水空间分布及其对农田蒸散发的影响
地下水埋深采用普通克里格法对4月份(生育初期)数据进行插值并展布到研究区域[16],其空间分布见图4。
2000、2003、2006、2009、2012和2014年地下水埋深范围分别为0.8~2.99、0.97~4.89、0.75~6.60、1.05~4.79、1.32~6.91和0.71~6.42m,均值分别为1.76m、1.90、2.04、2.19、2.32和2.32m。地下水埋深较浅区域(小于1.80m)主要分布在西部以及东北靠中部地区。灌区节水改造以来,随着渠道衬砌率和灌溉效率的提高,地下水位整体有所下降,埋深呈增大的趋势[17],但空间分布特征及空间相对差异性并未随时间发生明显变化。
结合以上分析,区域蒸散发与地下水埋深表现为相似的分布特征和空间差异,蒸散发高值区域与地下水埋深较浅区域的分布一致,这种空间差异性说明了地下水埋深对农田蒸散发空间变化的影响。由于河套灌区引黄水量大,农田渗漏量大,地下水位偏高,潜水蒸发量大[18],而在地下水埋深较浅地区(3~5m以内),潜水蒸发量则不可忽视[19],潜水蒸发剧烈,对蒸散发影响大。同时,地下水空间分布特征可以为灌溉管理提供依据,在地下水埋深较浅区域采取井渠结合灌溉,以降低地下水位,减少引黄水量,达到节水目的[20]。
2.4 灌溉效率
2000-2013年灌、排数据来源于河套灌区解放闸灌域管理总局,见表1。净灌溉水量为研究区域灌溉水量与排水量差值,灌溉有效利用量为蒸散发量与降水量差值,灌溉效率定义为灌溉有效利用量与净灌溉水量的比值,见公式(3)。
研究区域2000-2013年灌溉效率年际变化,见图5。可以看到,灌溉效率有所提高,整体变化为上升趋势。2001年、2008年和2011年灌溉效率较低,分别为0.53、0.52和0.53,2003年、2005年和2012年灌溉效率较高,分别达到了0.67、0.67和0.73,在2012年达到最高,该年净引水量为历年最低的9.89亿m3,而灌溉水有效利用量(7.26亿m3)并未减小。
2.5 区域水循环各要素年际变化
自引黄灌区灌溉总量控制以及大型灌区节水改造以来,区域水循环要素发生了改变,各要素年际变化如图6所示。
由图6可知,2000-2003年总引水量连续下降,2004和2005年有所回升,2005-2008年连续下降,在2009、2010和2011年份总引水量有所偏高,2012年下降为历史最低,2013有所回升,灌域引水量波动较大,但引水总量整体变化有所下降。
节水改在以来,地下水位逐年来呈下降趋势,表现最为明显。其埋深由2000年的1.76m降到2013年的2.16m。在引水总量得到控制以来,农田蒸散发量并未减小,而是表现为稳中有升的趋势,同时佐证了研究区域灌溉效率的提高。
结合以上分析可知,近年来,灌区输配水设施不断完善,净引水量得到控制,灌溉效率得到提高,反映出大型灌区节水改造实施以及引黄水量统一调配所起到的积极影响。
3 讨论
受水土环境和作物生理特征影响,灌域种植结构分布比较零散,无明显地域分布特征。由于不同作物耗水规律不同,种植结构的调整将对农田蒸散发时空变化产生直接的影响,因此对影响农田蒸散发时空变化的因素需要做进一步讨论和分析。
对地下水与农田蒸散发空间差异的一致性分析表明,研究区域地下水埋深较浅,潜水蒸发对总蒸散发影响较大。因此,如何准确估算潜水蒸发对蒸散发量的影响需要进一步讨论和分析,尤其是对较大空间尺度的估算。
4 结语
解放闸灌域2000-2014年农田蒸散发量年际变化稳中有升,多年均值为8.56亿m3(597.30mm)。灌溉水有效利用量整体上呈增加的趋势,均值为6.63亿m3(462.50 mm),在2005年及2009年降水量偏少的枯水年份灌溉水有效利用量较大。
根据2000、2003、2006、2009、2012和2014年研究区蒸散发和地下水埋深分布情况,两者空间分布特征相似,蒸散发高值区域与地下水埋深较浅区域分布一致,这是由于研究区域灌溉水量达,地下水位高,在地下水埋深较浅区域潜水蒸发较强烈。地下水和农田蒸散发量空间分布的相对差异随时间并未发生明显变化,这种空间上分布的一致性同时也印证了地下水对农田蒸散发空间分布的影响。
滴灌哈密大枣耗水规律初步研究 篇4
目前,国内学者关于滴灌技术在枣树应用方面也做了大量研究并取得了很多成果。吴普特等[1]通过不同灌水量处理的田间试验,初步确定了适合陕北山地红枣的灌水量,并提出了坡地低压滴灌工程设计理论。蒋岑等[2]采用目前最常用的滴灌、涌泉灌、微喷3种微灌技术进行田间试验,从产量、品质、生理性状、根系分布及土壤水分状况分析表明,微喷是成龄红枣最适宜的微灌技术形式,其次为滴灌,与地面灌相比,均能增产10%以上,减少灌溉定额40%以上。这些研究结果表明:采用滴灌技术进行枣树灌溉,不但可以节水增产,而且也有利于树体本身对矿物质元素的吸收。目前,对于极端干旱区大枣滴灌耗水方面的研究还比较少。因此,本文通过田间滴灌试验对不同灌水量处理下哈密大枣生育期内的土壤含水量及生长变化进行观测和分析,探讨滴灌灌水量对大枣耗水的影响,制定符合当地实际情况的滴灌大枣灌溉制度。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地点设在新疆生产建设兵团农十三师红星一场园林二场,地处新疆东部,天山南部,东经93°32′10.09″,北纬42°49′11.23″,属典型极端干旱气候,年平均降水量仅30 mm,年平均蒸发量高达3 300 mm,年均日照时间达3 360 h,>10 ℃的积温为4 260 ℃,无霜期180 d左右。试验区内地下水埋15 m以下,土壤剖面土质变化很大,80 cm以内土壤基本为砂壤土,其中40～60 cm深度内埋有有机肥料,80 cm内土壤平均容重为1.50 g/cm3,田间持水率16%(质量含水率),60 cm以下土层夹杂含有粗砂和砾石,在1 m深度左右出现黏土层。
试验地大枣已栽种11 a,当地种植模式为行距5 m,株距2 m,亩株数76株,滴灌带采用的是单翼迷宫式滴灌带,直径为16 mm,滴头间距30 cm,采用1行2管的布置方式,滴灌带间距60 cm。具体布置图见图1。
1.2 试验小区布置
试验区布设于新疆生产建设兵团农十三师红星一场园林二场4斗1垄滴灌小区。试验小区东西走向,由北向南逐次排列15个(见表1),规格为31 m×5.0 m(长×宽),对3个灌水量处理(880 mm,1 000 mm,1 120 mm)进行全面试验布置,5个小区为一个处理,各处理灌水时间相同。供水系统以水泵加压,管道前部装有压力表用来监测管道内水压力,每个处理辅管进口处安装有水表及压力表,以监测各处理灌水量和工作压力。从大枣萌芽开始试验观测,每次灌水时记录水表的起止读数,通过水表控制各处理灌水量。在本研究中,各处理的施肥情况相同,故未作考虑。具体各处理的灌水情况见表2。
1.3 试验观测内容和方法
试验地试验期间相关的气象资料通过便携式自动气象站观测。试验中土壤水分采用取土烘干法观测,观测深度为1 m,平均分为5层,每层20 cm,平均3～5 d测定一次,降雨前后加测。
在试验中选择每个处理同一小区内具有代表性的3棵枣树,每棵枣树上选取5根新梢,用标签标记,定期监测不同处理大枣的叶片中脉长度及叶片数、新梢长度、果穗长度及大枣粒径,同时记录大枣生育期的起止时间。
2 结果与分析
2.1 滴灌大枣各生育阶段的生长情况
大枣属于多年生植物,试验中大枣为11 a ,植株每年的需水量趋于稳定,其灌溉制度应根据全生育期内每个生育期的耗水强度来确定。大枣的生长主要分为萌芽期、新梢生长期、花期、膨大期、白熟期和完熟期。试验年大枣各生育阶段的起止日期和生长天数见表3。
通过观测大枣在滴灌条件下叶片、新梢及果粒的生长,将各阶段的生长量变化趋势绘于图2。从图2中可以看出,在新梢生长期(5月9日至5月31日),大枣新梢迅速生长,至主梢打顶(5月23日)前长度已达70 cm左右,生长速度很快,打顶后基本维持在60 cm。在此期间,叶片生长量达到全年生长量的2/3以上。大枣开花期(6月初)新梢生长减慢,这有利于大枣各器官生长。当大枣生长进入膨大期(6月21日至7月15日)后,营养生长减弱,叶片和新梢也不再变化,果粒开始不断膨大,直至果实完全成熟。当大枣进入转色期时, 浆果含糖量迅速增加, 含酸量急速减少, 新梢生长减缓、停止,枝条加快成熟。
观察图2中各图可知,在大枣生长期内,叶片和新梢在处理B(1 000 mm)下生长要好于其他两个处理;而果粒粒径则是处理A(880 mm)最优,处理B(1 000 mm)次之,处理C(1 120 mm)最后。
2.2 滴灌大枣土壤含水率变化
为了分析大枣滴灌条件下的土壤含水率变化,将各处理灌前相对含水率变化趋势绘制于图3,以灌水量为1 000 mm处理为例,研究大枣果实膨大期灌水周期内的土壤含水率变化,并将变化趋势图绘制于图4。
根据图3中灌水前土壤相对含水量(占田间持水量的百分数)大小,在大枣全生育期内,各处理灌前土壤水分变化趋势基本一致。处理C的灌前土壤含水率高于其他2个灌水量处理,全生育期内灌前土壤含水率约为田间持水率的42%,而处理B约为35%,处理C约为30%。一般当土壤含水量为60%～70%时,土壤中水分与空气状况,对根系和新稍生长最好;当含水率超过80%,则会影响土壤通气状况,地温不易上升,对根系的吸收和生长不利;当土壤水分降到35%以下时,新梢停止生长,但是新梢生长期适度干旱有助于控制营养生长,促进花芽的形成。根据观察灌前的枣树叶片,发现各个灌水量处理的大枣生长均正常,没有发生萎蔫缺水现象。由于当地大枣根系主要分布层的土壤为沙砾土,透水性强,为了防止灌水量大而造成水肥流失,应该适当缩短灌水周期,增加灌水次数。
从图4(a)中可以发现,大枣主干处灌水周期内土壤含水率变化最大,在外侧距主干越远,含水率变化越小。从图4(b)中可以发现,土壤含水率在80 cm深度内的变化较大,说明大枣耗水主要集中在距主干1 m,深度在80 cm左右的范围内,这是因为该范围是大枣根系主要分布层。由于哈密当地土壤属于沙砾土,土壤中养分含量较少,为了保证大枣水分和养分的正常吸收,在40～60 cm土壤深处埋有大量有机肥,这样即可以改善土壤理化性质,增加土壤的保水保肥性,也有利于前期幼根的根系发育,试验中发现大枣的根系主要集中水肥较多的土壤中,这是由于根系的向水向肥性生长所造成的。
2.3 大枣滴灌条件下的耗水规律
根据通过取样烘干法监测的土壤贮水量的变化和水均衡原理获得田间耗水量的实测值。大枣在不同处理下的耗水规律可以通过水量平衡原理来分析确定。根据《灌溉试验规范》[3](SL13-2004)中的水量平衡计算公式计算各物候期的耗水量:
式中:ET1-2为计算时段内作物田间耗水量,mm;i为土壤层次编号;γ为土壤干密度,g/cm3;Hi为第i层土壤厚度,cm;Wi1、Wi2为土壤在时段初和时段末的含水率(干土重的百分比);M为时段内灌水量或灌水定额,mm;P0为时段内有效降雨量,mm;K为时段内地下水补给量,mm;C为时段内排水量,mm。由于试验地地下水埋深较深,又无排水,K、C均可忽略不计。哈密地区在4-10月份降雨少,蒸发大,对土壤含水率几乎没有影响,P可忽略不计。故上式可以简化为:
根据公式(2)计算大枣各个生育阶段的耗水量,计算结果见表4。
以中间处理灌水量1 000 mm时大枣的产量为标准,计算得出灌水量为880 mm和1 120 mm时的大枣增长率分别为-34.37%和-3.49%,并计算各处理灌水生产效率,具体计算结果见表5。
根据表4的计算结果可知,随着灌水量的增加,大枣的耗水量也相应的增加。由表5可知,在灌水量为1 000 mm时,大枣产量和灌水生产效率均相对较大,而当灌水量小于或大于1 000 mm时,大枣产量和灌水生产效率均减小,且灌水量小于1 000 mm时减小幅度较大,说明在此试验条件下灌水量为1 000 mm左右时产量达到最高。在880～1 000 mm,大枣产量随灌水量增加而增加,且增加幅度较大。当灌水量为1 000 mm时,大枣各阶段的耗水量为萌芽期33.46 mm,新梢生长期115.92 mm花期90.06 mm,膨大期135.12 mm,白熟期244.11 mm,完熟期195.10 mm。其中白熟期的耗水量约占全生育期耗水量的30%,而白熟期和完熟期的耗水量占全生育期耗水量的54%。因此白熟期和完熟期是哈密大枣灌水的2个关键期。
不同灌水量条件下,哈密大枣的耗水强度变化见图5。从图5中可知不同灌水量条件下,在整个生育期内大枣的耗水强度呈先增高再降低的变化趋势,萌芽期由于叶片面积比较小,所以耗水强度较低,以后随着叶片及果实的生长,耗水强度增高,至白熟期大枣的耗水强度达到整个生育期最大,最后在果实完熟期,大枣的耗水强度降至最低。
3 结论与讨论
通过1 a的滴灌哈密大枣田间试验研究,初步得出滴灌灌水量对哈密大枣耗水规律的影响。经过分析发现,在滴灌条件下,哈密大枣的根系分布在距主干1 m范围内,计划湿润层为80 cm,哈密大枣在整个生育期内各处理耗水呈现由低到高再降低的变化趋势,白熟期耗水量达到最大。试验中发现当灌水量为1 000 mm时,灌水生产效率和产量最大,结合当地实际情况,各生育阶段的灌水定额可设定为萌芽期40 mm,新梢生长期120 mm,花期90 mm,膨大期140 mm,白熟期250 mm,完熟期200 mm。
在试验过程中发现本试验灌水量设计偏大和设定的灌水梯度较少,在后面的试验中,优化灌水定额并且增加灌水处理,以便制定出更加合理的滴灌哈密大枣灌溉制度和哈密大枣的耗水规律。
本研究只针对成龄枣树进行了研究,在目前情况下,各地都已经开始对大枣进行矮化密植耕作,对于这种矮化及减小行株距的密植幼龄枣树的耗水规律,还需进一步深入研究。
参考文献
[1]吴普特,汪有科,辛小桂,等.陕北山地红枣集雨微灌技术集成与示范[J].干旱地区农业研究,2008,26(4):1-6.
[2]蒋岑,刘国宏,谢香文,等.干旱区红枣微灌技术研究[J].新疆农业科学,2009,46(2):332-337.
蔬菜清洗机耗水性能测试方法 篇5
水资源保护已成为全球面临的一个重要课题。随着水资源的日益减少, 我国许多城市都存在水荒问题, 加大节水力度已迫在眉睫。
在清洗蔬菜过程中, 水是最大的消耗资源, 清洗耗水量不仅与清洗用水模式以及清洗后蔬菜的产品要求有关, 也与蔬菜的种类、脏污程度、清洗工艺密切相关。只有采用科学合理的测试方法对清洗过程耗水量进行测试计量, 才能对清洗过程中设备与工艺选用的合理性做出正确判断, 对清洗机设备性能的优劣做出评价, 以指导生产企业制定合理的生产方案。
清洗机设备是产业化生产中蔬菜清洗过程的关键设备, 耗水量是清洗机设备的主要性能参数之一, 如何评价各类清洗机设备的耗水量, 对设备性能做出优劣比较判断, 目前尚无标准可依。只有明确了表述耗水性能的参数内容, 统一规范试验方法和测试标准, 才有可能对生产工艺的合理性和机械设备性能优劣做出判断。
为了促进蔬菜清洗机设备性能测试和评定工作的开展, 农业部规划设计研究院承担了《蔬菜清洗机耗水性能测试方法》农业行业标准的制定工作。本文拟在试验研究的基础上对蔬菜清洗机耗水性能参数及测试方法进行探讨。
1清洗机耗水性能测试时的条件参数
综观生产和生活中清洗蔬菜的全过程, 不难看出, 蔬菜越脏、期望达到的洁净程度越高则需要消耗的水量越多; 而清洗过程中换水的频次决定了清洗水的脏污程度, 也会影响清洗耗水量。因此, 通过测定清洗机耗水量来评价其耗水性能时, 所用蔬菜的脏污程度、清洗过程水的脏污程度以及清洗后蔬菜的洁净程度是不可回避的条件参数。
1. 1蔬菜致浊率
清洗机清洗蔬菜的过程是利用水与蔬菜接触并借助各种机械力作用于蔬菜, 使蔬菜表面污物进入水中被带走的过程。不同清洗机所采用的清洗作用原理有所不同, 即便是同种类清洗机也会由于设计或制造的原因, 对蔬菜作用的结果也有所不同, 即清洗蔬菜的效果不同。另外, 即便用同一清洗机, 由于清洗时间或清洗换水次数的不同, 清洗效果也会不同。
显然, 清洗用水量不仅取决于清洗机种类、机型, 也取决于采用的清洗作业工艺、清洗的蔬菜种类及其脏污程度。若要测试和比较清洗机的耗水状况, 需要在清洗同种类及同等脏污程度蔬菜的条件下进行。 然而, 现实中无法获得脏污程度一致的蔬菜用于清洗机的试验测试, 而由于蔬菜种类多又具有鲜活、易损伤、不规则等诸多特征, 洗衣机性能测试时采用的标准物方法[1]对蔬菜清洗机也不适用。
从实用出发, 在对清洗机耗水量进行试验测试时, 通过对试验蔬菜经清洗机清洗前后脏污程度进行描述, 作为清洗机耗水量测试的条件参数, 则可以客观地反映出清洗机的耗水状况。换言之, 清洗机清洗蔬菜时, 经清洗机清洗前后蔬菜的脏污程度在得以描述的前提下, 清洗机用水的多少才具有比较意义。
清洗蔬菜的过程是将蔬菜表面附着的泥沙等污物去除的过程, 一定脏污程度的蔬菜所携带的泥沙或污物可认为是一致的, 而一定泥沙或污物进入水中引起的水质变化也是一定的, 因此当蔬菜携带的泥沙全部进入水中时, 可以利用水质变化来描述蔬菜的脏污程度[2]。
含有泥沙或污物的水被称为污染水、污水或废水等, 通常用色度、臭味、浊度、透明度、p H、残渣 ( 可滤+ 不可滤) 、矿化度、电导率、氧化还原电位、酸度、碱度及二氧化碳等进行测量和对水质进行评价。其中, 浊度测量是较为快捷、方便并且能够很好反应水质状况的测量和评价方式。
用一定量的水清洗一定量的蔬菜时, 蔬菜携带的泥沙等污物使水的浊度发生改变。因此, 蔬菜的致浊率定义为水清洗蔬菜前后的浊度变化量与单位体积水清洗蔬菜量的比值 ( 或无浊度水清洗蔬菜后浊度与单位体积水清洗蔬菜量的比值) 。
引入致浊率作为描述蔬菜脏污 ( 或洁净) 程度的参数, 并通过抽取蔬菜样本进行手工清洗和测量水质浊度可以得到该参数值。致浊率为
式中ζ —蔬菜致浊率[FNU / ( kg·L- 1) ], ( 由于采用不同的浊度标准测定方法时, 描述浊度的单位不同[3 - 7], 在此用[浊度单位]表示浊度的单位名称, 并以举例方式给出单位符号;
ΔT —测定蔬菜致浊率时, 清洗蔬菜前后的清洗水浊度变化量, 单位为[浊度单位] ( FNU) ;
mτ—清洗的蔬菜量 ( kg) ;
Vτ—清洗蔬菜的用水量 ( L) 。
蔬菜经清洗机清洗前后的脏污程度 ( 或洁净程度) 均可用致浊率进行描述。
1. 2清洗水浊度
清洗机清洗蔬菜过程中, 清洗水的水质状况会影响到蔬菜在清洗过程中是否会被污染以及可能污染的程度, 而良好水质是通过频繁换新水或大流量补充新水获得的。显然, 换新水频次和补充新水流量的大小直接影响到耗水量。
在日常生活中, 最后一道清洗水的水质状况直接影响人们对清洗后蔬菜的可接受程度, 人们会通过感官观察水质的好坏并决定是否需要再次清洗。在实际生产过程中, 清洗蔬菜的水质状况会影响到蔬菜在清洗过程中是否存在交叉感染的问题, 也是决定是否需要换水的依据。
因此, 在测试清洗机耗水量时, 需要了解清洗过程是在怎样的水质状况下完成的, 同样可以用浊度指标来反映水质状况, 通过测试清洗过程水的浊度, 即可了解清洗机完成清洗蔬菜过程的水质状况。为使测试方法简便可行, 可以选择在清洗开始和结束、清洗机中最洁净水体和最恶劣水体中取样。
2清洗机用水方式和耗水率
蔬菜清洗机的类型很多, 但就用水方式可分为蓄水式清洗、蓄满清洗槽+ 连续补水方式和清洗过程中连续用水方式3类。
2. 1蓄水式清洗机
蓄水式清洗机通过外接管路将清洗槽蓄满水, 然后对蔬菜进行清洗, 清洗水脏后从排水口排出, 再重新蓄水进行清洗, 如图1所示。
2. 2蓄满清洗槽+ 连续补水方式清洗机
蓄满清洗槽+ 连续补水方式清洗机, 通过管道将清洗槽蓄满水, 然后进行清洗; 清洗过程中连续或间歇补充新水, 同时槽中水连续或间断性的通过排水口向外排放, 如图2所示。
2. 3连续用水方式清洗机
连续用水方式清洗机, 是在清洗过程中连续用水, 水通过管道送入, 用后的水自然流走或回收净化后再利用或回收后做其他用途, 如图3所示。
2. 4清洗机耗水率
综上分析, 所有用水方式清洗机均可用清洗机蓄水量和清洗过程中补充水量的总和计量清洗蔬菜总耗水量, 即
式中V —清洗机清洗一定量蔬菜的总耗水量 ( L) ;
V0—清洗机初始蓄水量 ( L) , 无蓄水清洗机该项为0;
Vq—清洗机补充水量 ( L) , 无蓄水清洗机的补充水量即为使用水量。
耗水率为总耗水量与清洗蔬菜总质量的比值, 按式 ( 3) 计算, 有
式中ξ —清洗机耗水率 ( L /kg) ;
m —清洗蔬菜的总量 ( kg) 。
3试验测试材料与方法
3. 1试验用仪器设备
试验用仪器设备为硕果牌洗菜机, 滚筒旋转喷淋清洗方式, 批次式喂入: 1清洗能力根茎类≤50kg、茄果类≤25kg、叶菜类≤15kg; 2浊度计, 日本笠原理化工业株式会社产TR - 55; 3冷水水表, 北京慧怡产LXSF - 15C型防滴漏水表; 4涡轮流量计, 上海徽恒自动化设备公司产HHLWGY - DN15型, 测量范围0. 6 ~ 6m3/ h, 测量精度0. 5% ; 5电子秤, 测量范围0 ~ 30kg, 准确度0. 001kg。
3. 2试验用蔬菜
叶菜类、茄果类和根茎类蔬菜分别选择油菜、青椒和马铃薯, 均采购自批发市场; 预处理时剔除腐坏菜, 并将油菜逐叶分开。
3. 3试验用水
试验用水为自来水, 水温10℃ , p H7. 42。
3. 4清洗程序
对油菜、青椒和马铃薯分别进行清洗试验, 按清洗机使用说明书进行操作。
1) 清洗油菜时, 启动喷淋加清洗程序, 滚筒旋转加喷淋清洗2 ~ 3min, 清洗水流回水箱, 然后补充新水喷淋漂洗1 ~ 2min。逐批次清洗量为15kg。
2) 清洗青椒时, 启动喷淋加清洗程序, 滚筒旋转加喷淋清洗2min, 清洗水流回水箱, 然后补充新水喷淋漂洗1min。逐批次清洗量为25kg。
3) 清洗马铃薯时, 先启动清洗程序, 少量水抽取到上清洗槽中, 滚筒旋转清洗2min后将清洗水排放, 然后启动喷淋加清洗程序再清洗2 ~ 3min, 清洗水回到水箱, 然后补充新水喷淋漂洗1 ~ 2min。逐批次清洗量为45kg。
3. 5测试内容
1) 清洗前对蔬菜进行抽样, 测定蔬菜致浊率。
2) 把水表和涡轮流量计按照产品说明书要求接入进水总管道, 当注水量达到设备正常运行要求时, 记录冷水水表和涡轮流量计的初始蓄水量V0。
3) 喂入量按照清洗机的额定值, 每次清洗作业结束时, 取样测试清洗水的浊度。记录计量周期内补充水的累积量Vq, 并记录整个过程中清洗的蔬菜质量m 。清洗完毕, 测试清洗后的蔬菜致浊率。
4) 清洗过程中测量水箱中水的浊度。
4试验测试结果
4. 1清洗油菜测试结果
清洗机清洗前后, 油菜的致浊率分别如表1和表2所示。耗水量测试记录如表3所示。
4. 2清洗青椒测试结果
清洗机清洗前后, 青椒的致浊率分别如表4和表5所示。耗水量测试记录如表6所示。
4. 3清洗马铃薯测试结果
清洗机清洗前后, 马铃薯的致浊率分别如表7和表8所示。耗水量测试记录如表9所示。
5结果分析
5. 1蔬菜致浊率和清洗水浊度
1) 选用了3种蔬菜: 油菜、青椒和马铃薯, 蔬菜的脏污程度用蔬菜致浊率来描述。清洗机清洗前, 油菜、青椒和马铃薯的致浊率分别为192. 4度/ ( kg · L- 1) , 34. 4度/ ( kg·L- 1) 和774. 9度/ ( kg·L- 1) , 与感官观测到的实际脏污情况相一致, 并由此可以看到蔬菜的脏污程度有很大差异。清洗机清洗后, 油菜、 青椒和马铃薯的致浊率分别为7. 5度/ ( kg·L- 1) , 5. 6度/ ( kg·L- 1) 和9. 5度/ ( kg·L- 1) , 这些值比较接近, 说明清洗后的蔬菜可达到较低的、相对一致的致浊率水平。
2) 从清洗机清洗过程用水的采样测试结果可以看出, 随着清洗蔬菜量的增加, 清洗水浊度不断增加。 清洗油菜时, 清洗量到45kg时清洗水浊度为110度; 清洗量到90kg时清洗水浊度为231度。清洗青椒时, 清洗量到150kg时清洗水浊度为23. 8度; 清洗量到275kg时清洗水浊度为37. 3度。清洗马铃薯时, 清洗量到90kg时清洗水浊度为153度; 清洗量到135kg时清洗水浊度为214度。
从清洗水浊度测试数据还可看到, 在相近清洗量下 ( 油菜90kg, 青椒100 kg) , 由于清洗前蔬菜的致浊率有较大差异 ( 油菜192. 4度/ ( kg·L- 1) , 青椒34. 4度/ ( kg·L- 1) ) , 清洗水的浊度也存在较大差异 ( 油菜231度, 青椒20. 5度) 。
5. 2清洗机耗水率
1) 清洗机清洗蔬菜过程中, 清洗水水质在发生改变, 清洗蔬菜累计量越多, 清洗水的水质越差。如清洗油菜累计清洗量为45kg时的清洗水浊度为110度, 累计清洗量为90kg时的清洗水浊度为231度, 以前者清洗量计算得出的耗水率为3. 45L /kg, 以后者清洗量计算得出的耗水率则为1. 99L /kg。
可见, 如果对清洗水水质无要求, 耗水率则随着清洗累计量的增加下降。因此, 在计算清洗机耗水率时, 不能不考虑清洗水水质要求的影响。清洗水水质要求是更换清洗水的依据, 描述和测试清洗水水质是计量清洗机耗水率的前提条件。因此, 通过测量清洗机耗水量并以此测定清洗机耗水率时, 有必要测量和描述清洗水的水质状况。
2) 本试验测试时, 采用了两种水量计量法: 水表计量和涡轮流量计计量, 从测试结果分析, 两者的相对误差为1.26%, 如表10所示。
6结论
作物需水耗水规律的研究进展 篇6
一、作物需水耗水量的概念
作物需水量, 系指生长在大面积上的无病虫害作物, 土壤水分和肥力适宜时, 目前国内外尚无一个权威性的定义。谢贤群把作物耗水量定义为一种作物在土壤水分适宜、生长正常、产量水平均较高条件下的棵间土壤 (或水面) 蒸发量与植株蒸腾量及组成植物体、消耗于光合作用等生理过程所需水量之和。在确定作物需水量的时, 必须首先确定作物的耗水量。
二、作物需水耗水量的影响因素
1、作物需水量的影响因素
作物需水量取决于作物生长发育和对水分需求的内部因子和外部因子。其中内部因子是指对需水规律有影响的生物学特性, 与作物种类、品种以及生长阶段有关。气候条件 (包括太阳辐射、气温、相对湿度、水面蒸发量、风速等) 和土壤条件 (包括土壤质地、含水量等) 属于外部因子。同时, 农业技术措施也会对作物需水产生影响。
2、作物耗水量的影响因素
作物耗水量的影响因素也取决于作物生长发育和对水分需求的内部因子与外部因子。所谓内部因子, 就是指对作物耗水规律有影响的那些生物学特性B, 这些生物学特性与作物种类K和品种V有关, 同时也与作物的发育期和生长状况G有关。天气条件M (包括太阳辐射、气温、日照、风速和湿度等) 和土壤条件S (包括土壤含水量、土壤质地、结构和地下水位等) 属于外部因子。各种不同的农业技术措施和灌溉排水措施只对作物耗水量产生间接影响, 或者通过改变土壤含水量, 或者通过改变农田小气候条件, 或者最后改变作物的生长状况。作物耗水量和主要影响因子B, M, S之间的多因子关系使此研究工作变的极为复杂。
三、作物需水耗水量的测定方法
1、水量平衡法
采用水量平衡法研究作物需水耗水量。根据作物根区内水的质量守恒法, 估算作物耗水量的方程如下:
用田间水量平衡法测定ET的主要问题在于有几项测定在整个生长季中必须反复进行, 由于测量精度所限, 计算土壤水量平衡时的最短时间间隔通常为一周左右。土壤含水量直接测定主要有土钻法、中子仪、TDR法等方法。国内外学者对3种方法进行了对比, TDR法精确性高, 且稳定性好, 作为一种连续、准确地测量土壤含水量的方法目前在蒸散测定方面得到了应用。另外, 如果深层渗漏或径流量较大, 田间水量平衡法的使用也会受到限制。因此, 针对上述问题, 或在需要经常测定ET的地方, 常把代表性的田间区域和周围隔离开来, 蒸渗仪隔离这类田间最常用的方法, 蒸渗仪是完全封闭的容器, 它可以精确地测定由灌溉、降雨和作物蒸发蒸腾所引起的土壤含水量变化。
2、蒸渗仪测定法
各类蒸渗仪都可用来确定参照作物的腾发量, 差别仅在于估值的时间精度上。一般排水式蒸渗仪只能得到腾发量的星期估值而称重式蒸渗仪则可获得日估值。Allen (1994) 通过对比试验后提出, 要确保蒸渗仪内的作物生长状况与周围大田相同并最大限度减少在其周围由于人为踏踩产生的影响, 否则将会给估值带来30%以上的误差。尽管蒸渗仪设施在具有一定规模的试验站 (场) 已得到应用, 但其总体数量的相对不足制约着使用该法获得数据的普遍性。尽管如此, 它的观测结果却为率定和校验后两种方法提供了科学依据。
四、存在的问题
水量平衡法虽然简单实用, 但其精度不高。在深层渗漏或径流量较大时, 田间水量平衡法的使用会受到很大限制。蒸渗仪测定法精度很高, 但大型称重式蒸渗仪造价昂贵, 其总体数量的相对不足制约着使用该法获得数据的普遍性。尽管如此, 它的观测结果却为率定和校验后两种方法提供了科学依据。
五、研究展望
需要进一步在已有研究工作的基础上, 对各测定方法加以改进, 考虑气候、土壤水分状况、地形、植被、灌溉农业发展及生产力水平的提高等因素对作物需水耗水的综合影响。由于制造技术进步和传感技术的发展, 作物需水耗水的测定在精度、广度上已有明显提高, 并且尽可能做到方便、快速、省力。因各测定方法均有利弊, 为保证作物需水耗水测定的可靠性, 未来的发展趋势是根据研究需要将两种或两种以上方法集成起来或综合运用。
摘要：本文对目前国内外作物需水耗水的主要理论和方法, 包括水量平衡法、蒸渗仪法、波文比-能量平衡法、经验公式法和遥感方法进行了总结, 探讨了其使用中存在的问题, 预测了作物需水耗水在测定和估算研究方面的发展趋势。
关键词：需水量,耗水量,研究进展
参考文献
[1]张劲松:《植物蒸散耗水量计算方法综述》, 《世界林业研究》。
[2]陕西省水利水土保持厅, 西北农业大学.陕西省作物需水量及分区灌溉模式。
耗水效率 篇7
试验地设在河南省郑州市“荥阳周边复合农林业综合研究”试验区内 (35°11′N, 112°03′E) 。试验区地处太行山南段南麓, 属温带大陆性季风气候。全年日照时数为2367.7h, 年日照率为54%, 稳定通过0℃的多年平均积温为5282℃, 大于等于10℃的多年平均积温达4847℃。历年平均降水量641.7mm, 基本上能满足作物生长的需要, 但由于受季风气候的影响, 年内季节性分布不均匀。6～9月份多年平均降水量为438.0mm, 占全年的68.3%, 尤其集中在7～8月份, 占全年的44.3%。试验区土壤以石灰岩风化母质淋溶性褐色土为主, 土层厚度50～80cm, pH值6.8～8.5, 石砾含量为10%～18%, 有机质含量在10g·kg-1左右, 速效氮21.4～80.0mg·kg-1, 速效磷5.4～16mg·kg-1, 速效钾60～103mg·kg-1。
2试验材料及方法
2.1果园基本情况
本研究的具体对象是水平梯田条件下的苹果果园, 梯田南北宽度36m、东西长度200m, 株行距3m×4m , 密度 787 株hm-2, 株高2.4 m, 南北冠幅3.7m, 郁闭度95%。栽植于1992年, 果树带行向为东西行, 品种:新红星。
2.2小气候观测
在试验地中部选择1株代表性较好的果树, 在冠幅边缘处设立南、北、中心三个观测点, 于活动面上0.5m、1.5m高度处小气候自动监测系统连续观测冠层太阳总辐射 (Q) 、净辐射 (Rn) 、风速 (V) 、空气温度 (Ta) 及相对湿度 (RH) 、降雨量 (P) 。Q、Rn、V、Ta和RH、P所采用的传感器 (探头) 分别为LI200X、Q7_1、05103、HMP45C、TE525M。数据采集器为CR10X, 每隔2min扫描1次, 数据采集时间步长10min (输出10min平均值) 。观测时期:2003年4月1日-2004年3月31日。
2.3果树蒸腾速率测定
在小气候观测果树附近, 再选择3棵与其相邻的果树构成矩形排列, 在矩形中心采用TDP技术测定树干蒸腾, 与小气候同步观测。数据采集器为CR10X, 每10分钟记录一次数据。每棵树东、南、西、北4个方向各1个TDP30mm探针。
2.4土壤水分观测
采用土壤水分频率反射仪 (FDR) , 测定土壤容积含水量。共设置18个观测点。测点观测层次:0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-40cm、40-50cm、50-60cm、60-70cm、70-80cm、80-90cm、90-100cm。每10天测定1次, 雨后加测。
2.5果树叶面积指数观测
采用CI-101植物冠层分析仪测定果树叶面积指数 (LAI) , 每月观测1次。
2.6计算方法
通过笔记本电脑与采集器相连接, 获得气象和苹果茎流的数据。其中, 气象数据直接读取即可, 苹果蒸腾数据需要用以下方法换算:
Fs=0.0119K1.231×SA×3.6 (1)
式 (1) 中, Fs为蒸腾速率 (L/h) ;SA为边材面积 (cm2) 。K= (dTM-dT) /dT, dTM为无蒸腾时探针的最大温差值, 一般为当天最大的dT值, dT为当时测定的温差值。使用SPSS11.5统计软件, 对苹果蒸腾速率和气象因子进行多元回归分析。
3蒸腾速率时间变化规律
苹果的全年分为主要生长期 (2003年4月至2003年10月) 和非主要生长期 (2003年11月至2004年3月) 2个时期。在2个时期内再分别按晴/多云、阴天2种天气情况, 逐月地将各日对应时刻测得的苹果蒸腾速率平均, 其分析结果如下:
在苹果的主要生长期 (2003年4月至2003年10月) 内, 晴/多云天气条件下 (如图-1) :各月的苹果蒸腾速率都有明显的昼夜变化, 表现为单峰曲线趋势。在清晨, 太阳辐射弱, 气温低, 苹果的蒸腾速率上升缓慢;随着太阳辐射的逐渐增加, 气温逐渐升高, 空气相对湿度降低, 蒸腾速度逐渐增大, 在12:00-14:00 达到最高值。而后, 光照强度减弱, 温度降低, 空气相对湿度增高, 导致叶内外水汽压差减少, 蒸腾速度减小, 到次日日出时, 蒸腾速度降低为最低值。只不过由于各月的气象条件, 土壤水分以及苹果自身的生理状况不同, 蒸腾的启动时间、结束时间、最大值及其出现的时间出现了一定的差异。
4结论
4.1蒸腾速率时间变化规律
在主要生长期, 晴/多云天气下日内蒸腾速率最大值为0.92-2.84L/h, 出现时刻为12:00-14:00。夜间 (19:00-次日7:00) 平均蒸腾速率仅为0.22 L/h, 不及白天 (7:00-19:00) 1.45 L/h的20%。非主要生长期白天 (7:00-19:00) 平均蒸腾速率为0.29L/h, 同主要生长期的1.45L/h相比, 苹果蒸腾速率明显降低。在日际变化或季节变化方面, 从3月份起, 果树的耗水量迅速增加, 苹果月耗水量在5月和6月达到全年的峰值, 分别为1168.7L、1117.8L。这说明5月和6月是苹果的主要需水期, 应加强水分管理, 保证果树水分的供应。此后, 苹果耗水量有所减小。从10月开始, 苹果的叶片脱落, 蒸腾量迅速降低。从11月至次年2月, 果树叶片全部脱落, 每天仅需少量水分维持自身的生理活动, 耗水量很低。在次年1月, 月耗水量达到一年当中的最低值, 为102.1L。
4.2苹果水分供需平衡
2003年4月1日-2004年3月31日 1周年期间, 单株苹果日平均蒸腾耗水量为17.11L, 年耗水量为6263.33 L。按每公顷787 株的密度计算, 果园蒸腾量为492.92mm/y, 1.35mm/d。其中主要生长季节蒸腾量占总量的87.48%, 日蒸腾量为2.01mm/d。非主要生长季节占总量的12.52%, 日蒸腾量为0.41mm/d。对各月的降水与蒸腾进行比较, 就周年而言, 苹果蒸腾与降水的比例为1.61, 降水完全可以满足苹果蒸腾耗水的需要。但由于降水集中在5月-10月, 供需比 (A) 各月间差异很大。2003年6月-10月, A大于1, 降水完全满足蒸腾之需。2003年11月-04年2月, 苹果耗水量很低, 降水不足完全可以由雨季的降水补充。而在2003年4、5月和04年3月, 苹果蒸腾量较大, A很小, 这对苹果生长不利, 应加强灌溉。
4.3苹果蒸腾速率与气象因子的关系
在苹果的主要生长期内, 苹果蒸腾速率 (Tr) 与冠层净辐射 (Rn) , 空气温度 (Ta) 、湿度 (RH) , 风速 (V) 等气象要素有很好的复相关性。其统计回归模型为: 其中, 样本数n=52704, R2=0.714, F计算=18783.77>>F0.01 (4, 52699) =3.32, 认为回归方程达到极为显著水平。V的偏相关系数为0.11;Ta的偏相关系数为0.221;RH的偏相关系数为-0.344;Rn的偏相关系数为0.709。
摘要：利用由TDP技术测算得到苹果树蒸腾速率数据, 并结合土壤水分及叶面积指数等实测数据, 以及由CR10X自动气象观测系统同步观测得到苹果冠层小气候参数, 分析荥阳周边苹果蒸腾变化耗水规律及其影响机制
关键词：苹果树,蒸腾,影响机制
参考文献
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耗水效率 篇8
造成土壤水分对烤烟生长研究结果各异的原因主要与各地烤烟品种、土壤和气候等因素有关。尽管土壤水分对烤烟的耗水特征和产量的影响已有许多报道, 但尚未见南雄烟区烤烟生长与土壤水分关系的相关报道。南雄烟区紫色砂页岩质的旱坡地种植的烤烟质量好, 但旱坡地保水、保肥性能极差, 灌溉条件缺乏, 烟叶生产完全依赖天然降水。而南雄烟区降雨量的季节和年际间变异较大, 在烟草生长期间内时常发生不同程度的干旱, 严重地影响当地的烤烟生产, 成为烤烟产量、产值提升的制约因素。因而, 笔者拟通过大田试验, 研究烤烟不同生育期土壤水分对烤烟生长发育、产量和耗水特征的影响, 旨在为南雄烟区烤烟生产水分管理提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验概况
试验于2012年在广东省烟草南雄科学研究所试验大田的防雨棚内进行, 试验地土壤为紫色土, 质地为砂壤土。0~40 cm田间持水量为25.5%, 土壤容重为1.45 g/cm3。土壤主要化学成分:含有机质0.78%、全氮0.082%、全磷0.062%、全钾2.278%、碱解氮52.19 mg/kg、速效磷7.81 mg/kg、速效钾120.3 mg/kg, p H值7.56。供试烤烟品种为粤烟98, 统一育苗后于2012年2月28日移栽。移栽后, 除水分因素外田间管理按优质烤烟管理规范进行。
1.2 试验设计
试验对烤烟的伸根期、旺长期和成熟期各设4个水分处理, 土壤中的水分含量分别为田间持水量的70%~80% (CK) 、60%~70%、50%~60%和40%~50%, 共10个处理组合 (表1) , 随机排列, 每个处理重复3次。小区面积14.4 m2, 行株距120 cm×60 cm, 每小区20株烤烟。从移栽之日到伸根期前, 保持土壤中有足够的水分, 确保烟株成活和试验处理的一致性。计划湿润土层的深度为40 cm, 土壤中的实际含水量用烘干法进行测定, 以土壤水分控制下限作为灌溉控制条件, 每次灌溉使土壤中的含水量达到上限指标。
1.3 测定项目与方法
土壤含水量:烤烟移栽后, 用烘干法测定0~10、10~20、20~30、30~40 cm处土壤含水量, 每7 d测1次。农艺性状:从伸根期开始直至烤烟的生长基本定型, 选择各处理内长势相对一致的烟株10株, 测定烤烟的株高、叶面积 (长×宽×经验系数0.634 5[6]) 等农艺性状, 每7 d测1次。经济性状:烟叶烤后经济性状按国家烤烟分级标准 (GB2635-1992) 进行分级, 测定烤烟的产量、产值、均价和上等烟比例。耗水量计算:烟田耗水量采用简化农田水分平衡方程进行计算, 计算公式为:
式 (1) 中, ET为一定时段内的实际蒸散量 (mm) ;n为取土层次;Hi为第i层土层厚度 (cm) ;γi为第i层土壤容重 (g/cm3) ;θt、θo分别为时段开始和结束时第层土壤含水量, 以土壤干重百分率的分子表示;M为同时段内灌水量 (mm) ;P为同时段内降雨量 (mm) ;K为同时段内地下水补给量 (mm) ;C为同时段内地下水排水量 (mm) 。由于地下水位较深, 试验在遮雨棚内并且小区隔离进行, 所以P、K和C均忽略不计。
2 结果与分析
2.1 不同土壤水分对烤烟各生育期农艺性状的影响
2.1.1 土壤水分对株高的影响。
土壤水分对烤烟各生育期株高的影响见表2。从表2可以看出, 伸根期不同水分处理T1、T2、T3和T4中, 以处理T1 (CK) 长势最好, 表现为处理T1>处理T2>处理T3>处理T4, 株高的差异均达到显著水平。随着土壤水分含量增加, 烤烟植株显著增高。旺长期是烤烟生长最旺盛、干物质积累最多的关键时期, 该时期烟株的生长决定了烤烟的产量和质量[7]。旺长期株高以处理T2表现最好, 比CK增加了5.56%;最差的是处理T7, 比CK减小了21.31%。在旺长期中, 处理T2的株高反超CK, 说明伸根期60%~70%的土壤水分, 在旺长期充分灌溉后, 烤烟根系更充分的利用水分, 株高生长、叶片扩展受到激发, 从而弥补了前期干旱所造成的损失[8]。处理T4的株高比CK减少了9.88%, 这可能是因为处理T4在伸根期受到过度水分的胁迫, 影响烟株后期的正常发育。旺长期干旱处理T5、处理T6和处理T7与CK差异显著, 且随着土壤含水量的减少, 烟株的株高呈递减关系, 易知旺长期土壤水分低于田间持水量的70%, 即影响到烤烟的正常生长。随着水分胁迫程度的加深, 烟株受影响程度越大。成熟期株高表现最好的是处理T2, 与CK差异显著, 增加了3.85%。CK与旺长期的水分胁迫处理T5、处理T6和处理T7的差异均达到显著水平。处理T8株高比CK减少2.28%, 但差异不显著。处理T9、处理T10株高显著低于CK, 可知成熟期土壤相对含水量低于60%, 对烟株生长有影响。由此可知, 烤烟生长对干旱胁迫的反应以旺长期最为敏感, 成熟期次之, 伸根期干旱对烟株生长的影响最小[9]。
注:同列数据后不同字母表示同一生育期处理间经Duncan法测验差异显著。下同。
2.1.2 土壤水分对单株叶面积的影响。
不同土壤水分处理结束后烤烟单株叶面积的变化情况见表3。从表3可以看出, 伸根期各处理单株叶面积大小为处理T1 (CK) >处理T2>处理T3>处理T4, 各处理间差异达到显著水平。旺长期单株叶面积最大的为处理T2, 比CK增加了5.92%。这是因为伸根期60%~70%土壤相对含水量促进根系的生长, 旺长期充足的水分使叶片扩展受到激发, 使单株叶面积超过CK。处理T4、处理T5、处理T6和处理T7单株叶面积比CK分别减少8.98%、7.90%、27.77%和37.78%, 表明伸根期土壤含水量低于50%, 旺长期土壤含水量低于70%, 均使烤烟单株叶面积明显减少, 从而导致产量的下降。在成熟期, 单株叶面积最大的是处理T2, 比CK增加了5.08%;处理T5、处理T6和处理T7依然明显小于CK, 表明成熟期充分供水并不能弥补旺长期干旱造成的损失。处理T8、处理T9和处理T10单株叶面积依次递减。处理T8单株叶面积比CK减少了1.67%, 但差异不显著。处理T9、处理T10单株叶面积显著小于CK, 分别减少5.43%、12.28%。这主要是因为成熟期水分不足导致上部叶开片程度降低, 叶片狭长, 使叶面积减少。随着土壤相对含水量下限的降低, 干旱对上部叶的抑制作用愈加明显。
2.2 土壤水分对烤烟经济性状的影响
产量、产值、均价和上等烟比例是烤烟经济性状的直接反映[10]。不同土壤水分对烤烟经济性状的影响见表4。从表4可以看出, 产量最高的为处理T2, 与处理T1 (CK) 差异显著, 增加了5.75%;产量最低的是处理T7, 比CK减少了20.83%。旺长期土壤水分干旱处理T5、处理T6和处理T7, 成熟期土壤水分干旱处理T10均显著低于CK。处理T3和处理T8和处理T9产量均低于CK, 但差异不显著。从产值来看, 产值最高的是处理T8, 比CK提高了5.15%, 为51 702.60元/hm2, 且上等烟比例、均价明显高于对照及其他处理。其次是处理T2, 为50 974.95元/hm2。究其原因, 是因为成熟期土壤水分为田间持水量的60%~70%时更有利于烤烟的成熟。当土壤水分超过田间持水量的70%时, 会导致烤烟贪青晚熟, 且由于南雄烟区采烤成熟期6—7月气温较高, 剧烈的曝晒会使上部烟叶叶脉突出, 形成粗筋暴叶, 使等级下降, 得不到好的产值。而当土壤水分低于田间持水量的60%, 不但不利于上部叶的生长, 使上部叶厚而粗糙, 叶片狭长, 且会导致烟株由于缺水而假熟, 降低烟叶的产质量。除处理T2、处理T8外, 其他处理产值均比CK低, 产值最低的处理T7比对照减少了20.62%。综合分析, 烤烟伸根期60%~70%、旺长期70%~80%、成熟期60%~70%的土壤相对含水量组合能使南雄烟区烤烟有较高的产量和产值。
2.3 不同土壤水分烤烟的耗水特征
2.3.1 伸根期耗水规律。
不同土壤水分烤烟的耗水特征见表5。伸根期各处理耗水量占全生育期耗水量的12.31%~22.15%。伸根期烤烟植株小, 耗水主要集中于土壤的水分蒸发, 降低土壤水分下限可使蒸发量明显减少。伸根期的3个水分处理即处理T2、处理T3和处理T4, 与处理T1 (CK) 相比, 耗水量依次递减。在处理T1、处理T2、处理T3和处理T4中, 烟株长势随着土壤水分的增加而明显趋好, 但处理T2对烤烟的中后期生长发育有明显的促进作用。该时期维持土壤相对含水量在60%~70%, 耗水量约47 mm。
2.3.2 旺长期耗水规律。
旺长期各处理耗水量占全生育期耗水量的38.94%~52.47%。旺长期是烤烟植株快速生长的时期, 也是烤烟产质量形成的关键时期, 对水分的需求量大。该时期烤烟的光合作用、蒸腾作用等生理活动最旺盛, 耗水量主要是用于自身蒸腾作用。处理T2与处理T1 (CK) 相比, 耗水量有明显的增加, 这是因为伸根期土壤相对含水量为60%的下限促进了烤烟旺长期的生长, 使旺长期需水量加大。处理T5、处理T6和处理T7的耗水量和耗水强度明显低于CK, 结合植株的生长情况可知, 旺长期土壤相对含水量低于70%即影响了烤烟根系的生长和根系活力, 进而影响茎部和烟叶的正常生长, 使耗水量下降。烤烟旺长期土壤相对含水量维持在70%~80%, 耗水量为145~150 mm。
2.3.3 成熟期耗水规律。
成熟期各处理耗水量和耗水强度与旺长期相比, 明显减少。烤烟进入成熟期后, 新陈代谢活动逐渐降低, 下部叶片在打顶后逐渐成熟采收, 叶面系数减小。该时期烤烟耗水量占全生育期耗水量的27.47%~40.50%。成熟期干旱处理可明显降低烤烟耗水量。这是由于南雄烟区成熟采收期平均气温较高, 相同温度下土壤水分高的处理, 表土浸润面积较大, 株间蒸发较高, 因而降低土壤相对含水量下限可明显减少水分蒸发量。土壤相对含水量在60%~70%时, 对产量影响不大, 但可明显提高烤烟的上等烟比例和均值, 成熟期维持土壤相对含水量60%~70%耗水量约为92 mm。
2.3.4 全生育期耗水规律。
烤烟全生育期耗水明显具有前期少、中期多、后期又少的规律。耗水强度旺长期最大, 成熟期次之, 伸根期最小。全生育期处理T6、处理T7耗水量较低, 其他处理与处理T1 (CK) 差别不大。为使产量、产值较优, 伸根期、旺长期和成熟期土壤相对含水量应分别维持在60%~70%、70%~80%、60%~70%, 相应耗水量为47、150、92 mm, 总耗水量约289 mm。
3 结论与讨论
烤烟在不同的土壤水分下, 烟株的形态、产量产值和耗水特征都有明显的差异。伸根期60%~70%的相对含水量有利于烟株根系的生长, 能促进烤烟中后期的发育, 有利于提高烟叶产量。旺长期土壤水分低于田间持水量的70%时均不利于烟株的生长, 使烤烟植株代谢紊乱, 植株生长矮小, 营养不良, 且在成熟期复水后, 充足的水分并不能够弥补因旺长期水分不足带来的损失, 导致产量下降。成熟期60%~70%的土壤相对含水量对产量影响不大, 可提高上等烟比例和产值, 过高、过低的土壤相对含水量均使烤烟品质降低, 产值下降。南雄烟区特殊的土壤及气候条件下, 伸根、旺长和成熟期土壤相对含水量分别维持在60%~70%、70%~80%、60%~70%, 相应耗水量分别为47、150、92 mm, 有利于提高产值。由于本试验在防雨大棚内人工操作, 棚内烟株的生长环境与田间自然状态有一定差异, 且统计样本仅为大棚内烤烟, 具有一定的局限性。因此, 应结合南雄烟区多年气象资料, 对土壤水分对烤烟耗水特征和产量产值的影响做进一步的研究, 以期为南雄烟区烤烟生产水分管理提供更好的指导。
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