不同灌水定额下北疆地区滴灌打瓜耗水规律的研究

艾鹏睿，赵经华，马英杰，黄红建，陶洪飞，杨 磊(.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 83005；.新疆阿勒泰地区水利管理处， 新疆 阿勒泰 836500)

新疆地处于欧亚大陆腹地，常年干旱少雨，是典型的干旱半干旱地区，其经济来源以农业为主。由于该地区经济发展较为落后，农业是典型的灌溉农业区，造成水资源供需紧张，供需矛盾日益突出，经济增长受限严重。为保证经济发展速度，减少农业用水，促进节水灌溉势在必行。

打瓜，又称籽瓜，是西瓜的一种，营养价值较高。由于其对环境有良好的耐瘠薄、耐干旱性，所以成为新疆的主要经济作物之一，其种植面积已经达到20万hm2[1]。但由于新疆地处于欧亚大陆腹地，常年干旱少雨。因此，打瓜生产受水资源紧缺限制严重。故发展节水灌溉，分析打瓜耗水规律具有重要意义。打瓜耗水量是由产量和灌水量所决定的，在保持或尽可能提高产量的前提下，降低灌水量是节水技术的重要发展方向。为了降低灌水量，需要了解打瓜各时段的耗水特性及其产量之间的关系。近些年来对作物耗水过程的研究，正日益受到国内外结果灌溉研究者的重视[2,3]。而新疆地区同样对作物耗水规律研究颇多，程裕伟等对滴灌条件下春小麦的耗水规律进行详细的探究[4]；刘虎等对青贮玉米需水量与需水规律进行详细的研究[5]；王振华等对棉花土壤耗水变化特征进行的研究[6]。这些研究虽然取得了较好的研究成果，但其研究多关注于大田作物，而对于瓜果类，尤其是打瓜耗水规律研究基本为空白。因此对不同灌水定额下打瓜耗水规律尚需系统的定量进行测试分析。

有研究表明[7-9]，瓜果类作物对水分的敏感期主要在开花坐果期和果实膨大前中期。瓜果在这两个生育期的生长发育都对产量有着显著的影响，而其他生育期则对产量影响程度较小。因此可着重对这两个生育期进行灌溉，以保证植株的良好生长，增加产量。同时分析其耗水规律，并对该时期耗水量进行系统的定量测试分析，以探究新疆地区瓜果类在生育期的耗水规律。这样既可以保证保证植株的良好生长，降低试验成本及人力物力的浪费。

本试验利用TRIME-IPH土壤剖面含水量测量系统对不同灌水定额下打瓜在开花坐果期和果实膨大前中期耗水规律进行分析研究，旨在为打瓜的节水灌溉技术提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验地条件

灌溉试验站位于新疆阿勒泰地区福海县。地理位置为：东经87°35′58″；北纬47°01′22″；海拔约为445 m。试验地土壤知底经测定：多为砾石沙土，质地较差。其中土壤干密度为1.56～1.70 g/cm3、田间持水率为12%～26%、有机质含量为0.213%、全氮为0.027%、速效氮为19.5×10-6、速效磷为9.0×10-6、 速效钾为92.4×10-6。依据新疆生产建设兵团耕地土壤研发分分级标准评价[10]，该土壤质地属于极低量级，容易影响作物产量，使产量偏低。

1.2 试验设计

打瓜供试采用周边地区常用品种——黑大片。试验采用滴灌灌溉，人工播种方式，设株距为25 cm，行距为(40+80)cm，其结果如图1所示。依据前人研究成果[1,11]和当地瓜农经验表明：开花坐果期和果实膨大前中期大致时间在7月上旬至8月上旬左右。故灌水时间主要在该时间进行灌溉。为保证试验具有较好的涵盖性，本试验共设置6个由小到大的灌水处理(T1：225 m3/hm2；T2： 300 m3/hm2；T3： 375 m3/hm2；T4：450 m3/hm2；T5： 525 m3/hm2；T6：600 m3/hm2)。其中小区长42 m，宽7.2 m，面积为302.4 m2，折合0.030 24 hm2。依据灌排试验规范，保证试验结果精准程度，减少人为及其他不可预知因素所产生的误差。每个处理分别设置3个重复，小区采取随机排列方式,共计设置18个灌水小区。试验于5月20日播种开始，9月5日收获结束，各处理灌溉制度设计见表1 。

图1 打瓜灌溉布置形式(单位：cm)

表1 打瓜滴灌水分高效利用试验设计 m3/hm2

1.3 参数测定方法

(1)土壤水分测定方法：在打瓜行向两侧各布置若干TRIME管， TRIME管分别距植株20 cm。采用TRIME-IPH土壤剖面含水量测量系统对不同深度土壤水分状况进行监测。垂直深度每隔20 cm测一个含水率，测量深度60 cm。

(2)测定时间：选定每次灌水前和灌水后隔1 d各进行1次测量。灌水后隔1 d进行测量由于滴灌灌水周期较长，一般为下午灌溉完成。但为保证灌溉后水分充分下渗湿润，需要等待一段时间后方可进行测定。因此选择灌水后隔1 d进行测定土壤含水量。

(3)作物耗水量测定：根据水量平衡原理计算打瓜各时段的耗水量[12]，可以用下式表示：

ET=W0-Wt+P0+M+K-S

(1)

式中：ET为时段t内作物的耗水量，mm；W0、Wt为时段初和任一时间t的土壤计划湿润层内的储水量，mm；P0为土壤计划湿润层内保存的有效水量，mm；M为时段t内的灌水量，mm；K为时段t内的地下水补给量，mm；S为时段t内的深层渗漏量，mm[12]。

对该地区地下水位进行取样测量，发现该地区地下水位较深，均为6 m以下，因此忽略地下水补给(即K=0)。

(4)阶段水分利用效率WUE阶：水分利用效率是指作物消耗单位水量所制造的干物质量[13]，计算公式见(2)。但公式中所用耗水量为作物全生育期耗水，本试验无法计算出全生育期耗水量，但可以计算出阶段耗水量，故用阶段耗水量代替全生育期耗水量，所求出水分利用效率称为阶段水分利用效率WUE阶。

WUE=Y/ET

(2)

式中：WUE为作物水分利用率，kg/(hm2·mm)；Y为作物产量，kg/hm2；ET为作物全生育期耗水，mm。

(5)土壤水分消退指数：土壤水分消退指数主要与气象、作物、土壤等条件有关，可以反映出土壤含水率消退的变化规律，其计算公式见下式。

k=ln [(Wm-P)/Wn]/(tn-tm)

(3)

式中：k为土壤水分消退指数；Wm、Wn分别为第m日和n日的土壤贮水量；tm、tn分别为日期。

(6)作物产量：待打瓜成熟后，分别取各小区打瓜籽重量进行测产，然后采用同倍比放大法折合成每公顷产量，作为最终产量。

2 结果与分析

2.1 不同灌水处理下打瓜各生育期阶段耗水模数

依据水量平衡原理(1.3节)，计算出打瓜7月1日-8月10日植株耗水量，并按各生育期进行汇总，最终得到打瓜开花坐果前、中、后期和果实膨大前、中期累计耗水量及平均耗水量，计算结果见表2。

表2 打瓜各时段耗水模数

注：CA为耗水量；CP为耗水模系数；CD为耗水强度。

由表2容易发现，当灌水量从T1处理(225 m3/hm2)上升到T4处理(450 m3/hm2)时，作物耗水量从151 mm上升到了211 mm。灌水量增加幅度为100%，作物耗水量增加幅度为43%，耗水量增加幅度较为明显。说明灌水量显著影响作物耗水量，且耗水量随灌水量增加而变大。当灌水量从T4处理(450 m3/hm2)上升到T6处理(600 m3/hm2)时，灌水量增加幅度为33%，而作物耗水量则变化幅度较小，耗水量为 199～211 mm左右。说明当灌水量增加到一定程度时，灌水量的增加将不影响作物耗水量，甚至有可能限制耗水量的增加。分析认为：灌水量影响作物耗水量，当灌水量较小，也会引起植物水势和膨压降低等，干扰植物正常代谢机能，造成作物耗水量较小。但当灌水量大于450 m3/hm2时，会造成土壤含水量过多或过高，同时促进大气湿度引起植物体内水分失衡，进而影响作物的生长发育、产量及产品品质等情况[14,15]。

由表2还可以发现，各处理作物耗水模数总体变化趋势相似，但各生育期作物耗水模数差异显著。比较各生育期作物耗水模数，其大小依次为开花坐果前期(31%)>开花坐果中期(29%)>开花坐果后期(20%)>果实膨大中期(12%)>果实膨大前期(7%)。由此可见打瓜各生育期耗水量波动及规律非常明显。但在正常情况下[15-17]，打瓜在开花坐果期生殖器官逐渐发育，且由少到多。因此作物消耗水量应呈上升趋势，到果实膨大期，耗水量虽有减少，但减少幅度较小。而实际所测数据为开花坐果前期>中期>后期，果实膨大前期突然耗水量急剧减少，而到了中期开始增大。这与正常情况不相符合。分析认为：可能有两种情况造成该现象。①由气象资料可知，该地区在7月6日前后发生暴雨天气，降水量较大，造成土壤含水率增幅明显。土壤含水率增加会促进作物耗水量增加，以至于开花坐果前期耗水量最大，而到了中后期，土壤水分含量逐渐恢复正常，作物耗水量也随之减少。②根据该地区土质情况认为，该情况有可能是由于土地较为贫瘠所造成的。因为作物在经历某时期后后会消耗养分过多，而该土地较为贫瘠，无法充分供给。因此作物需要进行一段时间的“休养”，方可重新供给养分。由此，为验证上述两种情况是否正确，需要对打瓜日均耗水量进行详细分析。

2.2 不同灌水处理下打瓜日均耗水量

由图2可以看出，日均耗水量出现两个峰值，两个谷值。第一峰值出现在7月12日前后，各处理日均耗水量在7.44～9.36 mm之间变化。第二个峰值出现在7月21日前后，各处理日均耗水量在3.8～8.02 mm之间变化。第一谷值出现7月17日前后，各处理日均耗水量在2.54～3.85 mm之间变化。第二谷值出现7月29日前后，各处理日均耗水量在0.69～1.64 mm之间变化。因此打瓜耗水量上下波动较为频繁，且总体呈下降趋势。因此表明谷值所产生是由于作物进行“休养”所导致，试验出现异常现象是土地较为贫瘠所引起的。而两个峰值耗水量差幅明显，且各处理在该时间耗水量大小顺序类似，所以不是由于降雨所引起的异常现象。故在打瓜开花坐果期和果实膨大期应注意保证作物水分补充，防止因灌水量不足而造成的减产，同时也应注意土壤肥力，在该时期应保证养分供给，增加产量。

由图2还可以发现，总体上打瓜各处理日均耗水规律相同。比较各处理耗水量发现：日耗水量出现最大峰值时，各处理差幅最大；日耗水量出现最低谷值时，耗水量差幅最小。说明增加灌水量，主要对作物耗水量较大或水分敏感程度较高时影响显著；而对耗水量较小或水分敏感程度较差时，影响程度较小。因此在进行节水灌溉研究时，可对耗水量较大或水分敏感程度较高的生育期进行灌溉，其他生育期可减少灌溉量或者不进行灌溉。

2.3 不同灌水处理下打瓜土壤水分消退指数

依据土壤水分消退指数计算公式(2)，计算出打瓜各处理土壤水分消退指数。其计算结果如图3所示。

图2 不同灌水处理下打瓜日均耗水量变化趋势

图3 不同灌水处理下土壤水分消退指数变化趋势

由图3可以看出：各处理土壤水分消退指数变化趋势相同，数值在0.015～0.254之间波动，其中最大值出现在T4处理的7月12日前后。对比土壤水分消退指数两个峰值发现，在该时期各处理大小规律基本相同。而其他时期，大小规律明显程度较差。但总体上均呈现先增大后减少的趋势。分析认为：该情况是由于作物各时期对水分的敏感程度不同所致[18-20]。在两个峰值时期对水分敏感程度类似，造成各处理大小规律基本相同。而其他时间，水分的敏感程度差距明显，造成大小规律明显程度各不相同。

2.4 不同灌水处理下打瓜的产量

对作物产量进行汇总后，计算出阶段水分利用效率，并利用LSD法进行检验，其结果如表3所示。由表3可以看出。T1～T4处理作物产量增加显著， T4～T6处理作物产量差幅不明显。说明当水量达到450 m3/hm2时，灌水量的增加不会促进产量的增加。耗水量与作物产量变化趋势类似，对两者进行相关分析，相关系数为0.85，达到显著相关。说明耗水量与作物产量有着很好的相关关系。而阶段水分利用率，除T1处理外其变化趋势也与作物产量类似。T1处理出现反常原因可能为，当灌水量较小时，作物会产生应激保护情况，用于保护部分果实的生长发育，致使水分利用率出现反常。

表3 不同灌水定额下红枣打瓜产量

3 结 语

(1)试验说明：作物耗水量与作物产量有着很好的相关性，研究作物耗水规律可以为节水灌溉技术提供很好理论指导依据。但是当灌水量较小时，会出现反常现象，其原因是因为作物会产生应激保护情况，用于保护部分果实的生长发育，致使出现反常。

(2)打瓜开花坐果期和果实膨大前中期耗水规律为：开花坐果后期(31%)>开花坐果中期(28%)>开花坐果前期(20%)>果实膨大中期(14%)>果实膨大前期(7%)。但在土地贫瘠的情况下，作物耗水规律有可能出现“休养”情况，即作物耗水突然出现数值较低情况，其原因为作物在前一时段消耗养分过多，造成作物养分缺失，需进行“休养”，补充养分。因此在打瓜开花坐果期和果实膨大期应注意对作物进行水分与养分的补给。以增加作物产量，提高产品品质等。

(3)试验结果表明：作物灌水需求程度，主要由该时期作物对水分敏感程度所决定。由试验可知，当水分敏感程度较大时，各灌水处理日耗水量差距显著。当水分敏感程度较差时，各灌水处理日耗水量差距较小。同时作物各生育期水分敏感程度不同，会引起各生育期最佳灌水定额不同。因此在以后的试验中，可能需要对各生育期进行定量分析，以探究各生育期单独的最佳灌水定额。

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