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user: 2. 数据来源与研究方法 2.1. 研究区概况 新疆山脉与洪积冲积、山前平原、山间盆地相间，以天山形成南疆、东疆和北疆格局，水资源、水生环境、自然地貌、水文土壤、气象等差异较大。全疆14个地(州、市)及所属89个县(市)单位，兵团14个师及178个团场均对应分布其间。鉴于农业灌溉区域性以86个县(市)级为覆盖全疆灌区研究对象，由灌区地理区位、海拔高程、作物生长年积温和无霜期、降水蒸发、土壤类型质地等因素见表1，可以看出，农业灌区降水少蒸发量大，海拔、气温、积温、无霜期变化较大，有36种土类分布 [ 111 ]，其中有自然肥力较高黑钙土，但灌区多以棕钙土、淡棕钙土、草甸土、棕漠土、绿洲灰棕漠土、盐土、沙土分布，质地多以粉沙、沙壤、中轻壤质以及戈壁砾质土，灌区尚未见团粒状结构良好土质，由此，干旱新疆农业生产和节水灌溉技术应用尤显重要。 Table 1 Physical Geography and agrometeorological soil elements of irrigation area in Xinjian 地州 灌区 经、纬度 海拔/m 气温、积温/℃ 无霜期/d 年降水/mm 年蒸发/mm 灌区主要土壤分布 E N 年均 ≥10 土类 质地 和田地区 8 88˚39'~ 82˚43' 36˚ 52'~ 37˚ 56' 1262.8~ 1427.0 10.4~ 12.6 4065.3~4360.9 210~230 18.1~ 52.1 2309.7~ 2824.0 棕漠土、绿洲灰棕漠土、盐土、沙土 粉沙、沙壤、中轻壤土 喀什地区 12 75˚14'~ 78˚34 37˚47'~ 39˚ 48' 1116.5~ 3090.9 3.3~ 13.3 1506.9~4363.7 79~ 241 43.2~ 72.3 2013.0~ 2618.4 棕漠土、绿洲灰棕漠土、沙土 沙壤、中轻壤、粉壤 克州灌区 4 75˚12'~ 78˚27' 39˚09'~ 40˚ 56' 1297.9~ 3505.2 6.5~ 13.1 2434.7~4697.7 138~261 74.3~ 229.0 1712.4~ 2938.7 棕漠土、绿洲灰棕漠土、盐(次生)土 沙壤、中轻壤、重壤 阿克苏区 9 79˚08'~ 82˚57' 40˚30'~ 41˚ 47' 980.4~ 1395.6 7.8~ 11.6 3327.3~4378.8 162~248 45.1~ 117.3 1384.1~ 2871.9 棕漠土、绿洲灰棕漠土、盐(次生)土 多以砂壤、中壤土 巴州灌区 9 84˚09'~ 88˚10' 38˚09'~ 43˚ 02' 846.0~ 2458.0 6.2~1 1.8 2524.0~4353.9 167~235 23.1~ 195.1 1820.4~ 2777.5 棕漠土、绿洲灰棕漠土、盐(次生)土 多以砂壤、中壤土 吐鲁番区 3 88˚38'~ 90˚14' 42˚48'~ 42˚ 56' 1.0~ 977.8 11.3~ 14.4 4518.1~5391.3 263~295 8.0~ 25.2 2597.3~ 3403.9 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、沙土 中壤、砾石土质 哈密灌区 3 91˚38'~ 95˚08' 41˚32'~ 44˚ 12' 469.0~ 1728.6 2.0~ 10.0 1735.0~4178.3 101~279 12.0~ 243.9 1606.4~ 4401.3 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、沙土 沙壤、中壤、砾石土质 乌鲁木齐 3 86˚37'~ 88˚58' 42˚45'~ 45˚00' 600.3~ 935.0 5.0~ 8.0 3335.0~3547.5 170~181 235.1~ 200.1 2100.0~ 2171.8 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、草甸土 轻壤、中壤、砾石土质 克拉玛依 1 84˚44′~ 86˚01′ 44˚07′～46˚08′ 522.1~ 340.0 7.0~ 7.3 3500.3~3595.5 160~175 150.0~ 179.0 2129.6~ 2500.0 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、沙土 轻壤、中壤、戈壁砾石土 昌吉州区 7 86˚19'~ 90˚ 32' 43˚50'~ 45˚ 22' 471.4~ 1650.1 2.4~ 7.3 1732.2~3561.3 123~174 127.6~ 318.7 1635.7~ 2350.0 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、草甸土 轻壤、中壤、少量重壤土 博州灌区 3 81˚04'~ 82˚ 54' 44˚37'~ 44˚ 59' 320.1~ 1133.0 3.8~ 7.7 2395.4~3582.5 138~174 102.2~ 222.7 1501.7~ 1563.3 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、草甸土 轻壤、中壤、少量重壤土 塔城灌区 7 82˚56'~ 85˚ 43' 44˚03'~ 46˚ 47' 291.0~ 1493.5 2.4~ 7.6 1688.0~3685.6 133~183 143.2~ 273.5 1225.8~ 2114.4 棕钙土、灌溉棕钙土、草甸土 轻中壤、重壤、砾质土 伊犁灌区 10 80˚29'~ 83˚ 18' 43˚09'~ 44˚ 14' 600.0~ 1848.6 3.0~ 9.5 1316.7~3534.0 100~179 220.1~ 507.6 1259.2~ 1887.0 淡粟钙土、旱作粟钙土、草甸土 轻壤、中壤、少量重壤土 阿勒泰区 7 85˚52'~ 90˚ 23' 46˚40'~ 48˚ 03' 475.6~ 1225.6 1.0~ 4.8 1983.9~3081.2 75~ 160 110.1~ 205.1 1371.2~ 2331.1 棕钙土、薄层淡棕钙土、草甸土 轻中壤、戈壁砾质土 表1. 新疆县市灌区自然地理、农业气象土壤要素状况 2.2. 数据来源 本研究数据主要有：1) 各县级相关气象数据《新疆各县气象站农业气象统计资料汇编》(1950~2008年)，2009~2019年农业气象源于新疆气候中心提供；2) 各灌区不同作物种类种植面积单产及收获为《新疆统计年鉴2018》(中国统计信息网)和《新疆2018年国民经济和社会发展统计公报》(新疆维吾尔自治区统计局网站)及《新疆农业用水定额技术研究应用》；3) 新疆区域性滴灌需水量及土壤类型、土壤质地、地貌类型为《新疆滴灌作物需水量与灌溉制度试验研究成果汇编》(2013~2018) [ 112 ] 和中国科学院资源环境科学数据中心 [ 113 ] 相关地理区位空间分布信息。 2.3. 研究方法 基于水资源合理投入有效利用节约目标，综合考虑灌溉分区、灌溉保证率、地理区位(前山带、平原带、盆地区)、气候土壤(粘壤土、壤土质、沙土质)分布、作物需水及有效降水响应，研究分析灌区30种作物滴灌用水定额。 1) 作物需水量及作物用水响应，采用彭曼-蒙特斯(Penman-Monteith)式 [ 114 ]： E T 0 = 0.408 ⋅ Δ ⋅ ( R n − G ) + γ ⋅ 900 T + 273 ⋅ u 2 ( e a − e d ) Δ + γ ⋅ ( 1 + 0.34 ⋅ u 2 ) (1) 式中，ET 0 为参考作物蒸发蒸腾量，mm/d；∆为温度~饱和水汽压关系曲线在T处的切线斜率，kPa/℃；R n 为净辐射，MJ/m 2 ·d；G为土壤热通量，MJ/m 2 ·d；γ为湿度表常数，kPa/℃；T为平均气温，℃；u 2 为2 m高水平处风速，m/s；e a 为饱和水汽压，kPa；e d 为实际水汽压，kPa。式(1)参数较多为简化采用彭曼公式计算软件，利用当地平均气温、水气压、2米高风速、日照时数参数计算ET 0 。 作物用水响应表征为作物灌溉用水量ET，按下式分析： E T = E T 0 ⋅ K C − P 0 (2) 式中，ET为作物用水量，mm；ET 0 为参考作物蒸发蒸腾量(植物水分蒸散量)，mm；K C 为作物系数；P 0 为有效降水量，mm。 K C = ∑ i = 1 n E T i / E T 0 i (3) 式中，i为作物生长的第i阶段；n为作物生长划分的阶段数目；ET i 为作物生长的第i阶段需水量，mm；ET 0i 为作物生长的第i阶段参考蒸发蒸腾量，mm。 P 0 = 10 γ H ( W 2 − W 1 ) + ( E T d − K d ) t (4) 式中，P 0 为有效降雨量，mm；γ为土壤干容重，g/cm 3 ；H为根系吸水层深度，cm；t为前后两次测定土壤含水率相隔时间，d；ET d 为时段内日均蒸发蒸腾量，mm/d；K d 为t时段内日均地下水有效补给量，mm/d；W 1 、W 2 为降雨前、后测得土壤重量含水率，%。降水量P与有效降水量关系为P 0 = P a ，新疆南疆a = 0.35，北疆a = 0.52，全疆a = 0.41 [ 115 ]。 2) 滴灌作物需水量分配，遵循作物种类水分生理特征，按不同作物水分需求分布法： E T c i = k j ∑ i = 1 n ( E T c i ) / n (5) 式中，ET ci 为灌区分配第i种作物需水量，mm；k j 为灌区i种作物需水量占作物种类需水量之和平均比例系数；i为灌区1， 2， 3， …， n种作物。 3) 同作物所处不同土壤质地地理区位，灌溉用水定额有一定差异，作物生长在粘壤土、壤土质、沙土质，以及“前山带”、“平原带”、“盆地区”不同区位，灌溉用水定额有增加现象。为此，考虑土壤质地地理区位对灌溉用水定额影响，采用系数面积分布加权法分析： M 加 权 = M 0 K 1 i K 2 j (6) K 1 i = { M 0 = 667 γ i H β i = ( 1 ) ， ( 2 ) ， ( 3 ) ( 1 ) ， ( 2 ) ， ( 3 ) = 粘 壤 土 ， 壤 土 质 ， 沙 土 质 (7) 同时，与(2)相比，获得(1):(2):(3)比例系数： 1 : ( 1 ) / ( 2 ) : ( 3 ) / ( 2 ) (8) 于是，不同土壤质地灌溉用水定额为： M 综 i = ∑ i = 1 n M 0 A i (9) K 2 j = { D i = f ( E T 0 ) i = ( 1 ) ， ( 2 ) ， ( 3 ) ( 1 ) ， ( 2 ) ， ( 3 ) = 前 山 带 ， 平 原 带 ， 盆 地 区 (10) 同时，与(2)相比，获得 (1):(2):(3) 比例系数： 1 : ( 1 ) / ( 2 ) : ( 3 ) / ( 2 ) (11) 于是，不同地理区位灌溉用水定额为： M 综 j = ∑ i = 1 n M 0 A j (12) 所以，灌区不同土壤质地地理区位灌溉用水定额加权为： M 加 权 = ( M 综 i + M 综 j ) / 2 (13) 式中，M 加权 为灌区综合加权灌溉用水定额，mm；M 0 为基本灌溉用水定额，mm；K 1i 为灌区不同土壤质地调节系数，下标i为粘土质、粉砂土、沙土质类型；K 2j 为灌区不同地理区位调节系数，下标j为前山带、平原带、盆地区类型；γ为土壤容重，t/m 3 ；H为作物湿润层深度，m；β为田间持水量，占干土重%；D i 为不同地理区位作物3~9月蒸发蒸腾量，mm。 4) 滴灌用水定额以正常平水年50%，偏旱年75%两种灌溉保证率分析： P ( % ) = [ m / ( n + 1 ) ] × 100 (14) 式中，m为计算较长系列用水定额由大到小排列序号数；n为用水定额系列长度。 调查统计试验数据利用Excel 2007进行图表绘制分析。