气象因子对滴灌小麦青贮玉米复播体系参考作物蒸发蒸腾量ET0值的影响

张仔罗 文 雯 刁 明 王江丽 李鲁华

（石河子大学农学院 /新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832003）

前言

新疆处于我国西北干旱半干旱地区，年降水量不足200mm，水资源严重短缺，绝大部分地区只能开展灌溉农业，农业用水至今仍占总用水量95%左右[1-3]。近年来，随着农业结构的调整，新疆地区“滴灌小麦-青贮玉米”复播模式的种植面积不断扩大，但由于该模式灌溉水用量增加，进一步增加了水资源的压力，因此，在此地区开展节水灌溉，提高水分利用率的研究十分有必要[4-5]。

参考作物蒸发蒸腾量ET0是作物蒸发蒸腾量计算、灌溉制度制定、精准灌溉施行的关键因子，而ET0计算主要依靠气象因子（最高温度、最低温度、日照时长、平均风速（离地面2m处）、相对湿度），利用气象因子估算ET0值，是目前主要的方法[6]。前人研究表明，利用气象因子估算ET0值在精度和准确度上都是十分可靠的，但此方法需要完整的气象因子，计算量较大，计算方法较复杂，气象因子一旦缺失将无法进行估算[7]。本研究以2017年石河子地区4—10月（“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系生育期）的气象因子为基础，研究单个气象因子与ET0的相关性及拟合性，以期简化“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系ET0的估算方法，在气象数据缺失的情况下也能估算出该复播体系ET0值，为北疆地区“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系灌溉制度的制定提供理论依据。

1 研究方法

1.1 试验地概况

本试验于2017年4—10月在石河子天业集团试验地（E85.95，N44.27），天业集团试验地海拔412m、平均地面坡度为6×10-20，多年年平均日照时长大于2870h，年均≥10℃积温为3463℃，年平均降水量195mm，年均无霜期≥160d，昼夜温差大，属于典型大陆性干旱气候。

1.2 气象数据的收集

本试验气象数据来源于石河子大学小型气候观测站，其中有效降水量采用《灌溉排水工程学》中推荐有效降水利用率0.8[8]。

1.3 参考作物蒸腾蒸发量ET0计算

参考作物腾发量，指的是生长旺盛、高度整齐、不缺水而且地面完全被覆盖的低矮青草地（草高8～15 cm）的腾发量。参考作物蒸腾蒸发量（ET0）的计算方法很多，本文采用标准化、统一化后的FAO 彭曼公式[9-14]：

式中：ET0为参考作物蒸腾蒸发量量(mm/d)；Rn为作物表面的净辐射量(MJ·m-2·d-1)；G为土壤热通量(MJ·m-2·d-1)；T为平均气温(℃)；u2为2 m高处的平均风速(m/s)；es为饱和水汽压(kPa)；ea为实际水汽压(kPa)；⊿为饱和水汽压与温度曲线的斜率(kPa/℃)；γ为干湿表常数(kPa/℃)。

2 结果与分析

2.1 “滴灌小麦-青贮玉米”复播体系ET0值

图1 “滴灌小麦-青贮玉米”复播体系ET0值随时间变化走势图

图2 气象因子与ET0的变化关系

由图1可以看出，“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系ET0值随时间变化规律表现为：先增加后减小，总体数值分布呈拱形。整个变化过程中出现多个峰值，峰值出现主要集中在5月15日—8月10日之间，峰值出现并无明显的时间间隔和变化规律。在4月25日之前和9月7日之后，其ET0数值均小于趋势线。在5月8日—8月6日期间，绝大多数ET0值都高于趋势线，但也有部分时间ET0突然变化，下降至趋势线以下。

小麦生育期内（4月7日—7月5日）ET0之和为420 mm，日均ET0为4.67 mm/d，其中最大值为6.9 mm，出现在7月3日；最小值出现在4月7日，为1.6 mm。青贮玉米生育期内（7月15日 — 10月1日）ET0之和为341 mm，日均为4.32 mm/d，其中ET0最大值为6.7 mm，出现在7月27日，最小值出现在10月1日，为1.1 mm。

整个复播体系ET0值为662.6 mm，变化范围为1.1～6.9 mm，日均ET0为4.5 mm/d。

2.2 气象因子对“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系ET0值的影响

表1 气象因子与ET0的回归方程

图3 累积气象因子与ET0的拟合曲线（x，y散点图）

由图1和表2可以看出，最高温度、最低温度、平均温度、日照时长与“滴灌小麦-青贮玉米”复播体ET0之间的变化趋势基本一致，ET0随着最高温度、最低温度、平均温度、的升高或日照时长的变长而变大，随着最高温度、最低温度、平均温度、日照时长的降低或日照时长的变短而减小，最高温度、最低温度、平均温度、日照时长与ET0呈线性正相关，其相关系数大小排序为：最高温度（R2= 0.6915）＞平均温度（R2= 0.5900）＞日照时长（R2= 0.5900）＞最低温度（R2= 0.4892）。

平均风速与“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系ET0值之间的变化趋势基本无明显规律，其相关系数大小仅为R2= 0.0006，相对湿度与ET0之间的变化趋势表现为：ET0随着相对湿度的增加而减小，随着相对湿度的减小而增大，相对湿度与ET0呈线性负相关，其相关系数为R2= 0.3499。

2.3 “滴灌小麦-青贮玉米”复播体系累计ET0值与累计气象因子关系分析

由图3和表2可以看出，“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系生育期内单个累积气象因子（累积最高温度、累积最低温度、累积平均温度、累积日照时长、累积相对湿度、累积平均风速）与累积ET0之间存在极显著的相关性（相关系数R2均＞0.99），其中相关系数最大的是累积最高温度（R2=0.9986），最小的是累积平均风速（R2 = 0.996）。因此在计算“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系累积ET0时可以简化为利用单一气象数据的累积值来计算（参照表2），当气象数据缺失不完整时，也可以利用此方法较精确的估算“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系累积ET0。

表2 累积气象因子与ET0的回归方程

3 结论与讨论

3.1 讨论

“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系ET0与最高温度、最低温度、平均温度呈正相关关系，主要是由于随着温度的升高，叶片与大气之间的水汽压变大，作物蒸腾变强，土壤蒸发变大，因此参考作物蒸发蒸腾量ET0变大，而日照时长在一定程度上也会影响温度的高低，因此日照时长在一定程度上也与参考作物蒸发蒸腾量ET0呈正相关关系[15]。

风速主要是通过改变水汽扩散和水汽扩散阻力来影响参考作物蒸发蒸腾量ET0，但一天内风并不是无时无刻都有，只有在风存在的时间才会改变水汽扩散和水汽扩散阻力，所以风速对参考作物蒸发蒸腾量ET0的影响较小[16]。

“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系ET0随着相对湿度的增加而减小，随着相对湿度的减小而增大。主要是由于随着相对湿度的增加，大气的蒸汽压也会增加，叶片与大气之间的水汽压则会减小，作物蒸腾变弱，土壤蒸发变小，故参考作物蒸发蒸腾量ET0随之变小；而当相对湿度减小时，大气蒸汽压也会随之减小，叶片与大气之间的水汽压则会变大，作物蒸腾变强，土壤蒸发变大，参考作物蒸发蒸腾量ET0随之变大，因此相对湿度与ET0呈负相关[6]。

“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系累积ET0与累积单一气象因子（累积最高温度、累积最低温度、累积平均温度、累积日照时长、累积相对湿度、累积平均风速）均存在极显著相关性（相关系数R2均＞0.99），而单一气象因子（最高温度、最低温度、平均温度、日照时长、相对湿度、平均风速）与“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系ET0之间的相关性较差（参照表1）[17]。这主要是由于某天参考作物蒸发蒸腾ET0受当天多个气象因子影响，如果用单一气象因子估算当天的ET0，势必无法避免偶然情况的干扰（其他气象因子），因此无法用某天单一气象因子准确的估算当天的ET0值，而采用累积气象因子能很好的避免偶然情况的干扰，所以“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系生育期内单个累积气象因子与累积ET0之间存在极显著的相关性[6，18]。

3.2 结论

参考作物蒸发蒸腾量ET0的大小受气象因子影响，在“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系中4、5、9、10月份ET0值较小，6、7、8月份ET0值较大。因此在实际生产过程中，灌溉时期和灌溉量的确定不能只考虑生育时期，也应与气象因素相结合，在持续高温、长日照的气象条件下应该对田间土壤水分进行及时补充。

参考作物蒸发蒸腾量ET0与最高温度、最低温度、平均温度呈正相关，与相对湿度呈负相关关系。

当气象数据缺失不完整时，可以用某日最高温度估算当天“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系参考作物蒸发蒸腾量ET0，其估算公式为“ET0= 0.1823×最高温度 -0.6491（R2= 0.6915）”，一般不能用单独的风速来估算ET0，主要是由于相关系数太低，仅为R2= 0.0006。

“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系生育期内单个累积气象因子与累积ET0之间存在极显著的相关性，在计算“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系累积ET0时，可以简化的利用单一气象数据的累积值来计算，当气象数据缺失不完整时，也可以利用此方法较精确的估算“滴灌小麦-青贮玉米”复播体系参累积ET0。

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