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user: 3. 结果与分析 3.1. 作物需水量 基于试验作物生长期动态及土壤水分观测信息，应用式(1)~(2)得12种作物生长阶段及生育期需水量，由表2结果看出，春小麦生育期年均需水量和需水强度分别为412.46 mm、4.51 mm/d；旱稻分别为829.04 mm、5.28 mm/d；谷子分别为538.66 mm、4.07 mm/d；土豆分别为559.65 mm、4.22 mm/d：大豆分别为559.41 mm、4.91 mm/d；油菜分别为469.17 mm、4.81 mm/d；葵花分别为515.07 mm、4.10 mm/d；甜菜分别为492.60 mm、3.45 mm/d；打瓜分别为510.39 mm、4.07 mm/d；蕃茄分别为532.57 mm、4.43 mm/d； Table 2 Water requirement analysis of 12 crops in the same perio 试验作物 试验年份 分析项目 初始生长期 快速发育期 生育中期 成熟期 全生育期 春麦 2016 阶段需水量/mm 54.24 201.32 98.67 55.68 409.91 需水强度/(mm/d) 2.26 7.19 7.59 2.32 4.61 2017 阶段需水量/mm 53.28 201.04 102.90 57.78 415.00 需水强度/(mm/d) 2.22 7.18 6.86 2.14 4.42 年均 阶段需水量/mm 53.76 201.18 100.79 56.73 412.46 需水强度/(mm/d) 2.24 7.18 7.23 2.23 4.51 旱稻 2016 阶段需水量/mm 162.86 413.58 142.80 108.00 827.24 需水强度/(mm/d) 4.79 6.78 5.95 3.00 5.33 2017 阶段需水量/mm 204.61 399.6 119.13 107.5 830.84 需水强度/(mm/d) 5.53 6.66 6.27 2.50 5.23 年均 阶段需水量/mm 183.74 406.59 130.97 107.75 829.04 需水强度/(mm/d) 5.16 6.72 6.11 2.75 5.28 谷子 2016 阶段需水量/mm 78.40 227.20 152.00 59.83 517.43 需水强度/(mm/d) 2.24 5.68 6.08 1.93 3.95 2017 阶段需水量/mm 99.00 232.76 147.84 80.28 559.88 需水强度/(mm/d) 3.30 5.29 6.16 2.23 4.18 年均 阶段需水量/mm 88.70 229.98 149.92 70.06 538.66 需水强度/(mm/d) 2.77 5.49 6.12 2.08 4.07 土豆 2016 阶段需水量/mm 23.43 220.89 211.68 101.99 557.99 需水强度/(mm/d) 2.13 5.97 5.88 2.17 4.26 2017 阶段需水量/mm 30.16 231.62 205.92 93.6 561.3 需水强度/(mm/d) 2.32 6.26 5.72 1.95 4.19 年均 阶段需水量/mm 26.80 226.26 208.80 97.80 559.65 需水强度/(mm/d) 2.22 6.11 5.80 2.06 4.22 大豆 2016 阶段需水量/mm 59.40 265.08 135.30 98.10 557.88 需水强度/(mm/d) 4.95 5.64 6.15 3.27 5.03 2017 阶段需水量/mm 52.74 273.07 127.60 107.52 560.93 需水强度/(mm/d) 2.93 5.81 6.38 3.36 4.80 年均 阶段需水量/mm 56.07 269.08 131.45 102.81 559.41 需水强度/(mm/d) 3.94 5.73 6.27 3.32 4.91 油菜 2016 阶段需水量/mm 81.94 172.44 101.43 99.25 455.06 需水强度/(mm/d) 2.41 9.58 4.83 3.97 4.64 2017 阶段需水量/mm 146.32 108.63 113.24 115.08 483.27 需水强度/(mm/d) 4.72 6.39 5.96 4.11 4.94 年均 阶段需水量/mm 114.13 140.54 107.34 107.17 469.17 需水强度/(mm/d) 3.57 7.99 5.40 4.04 4.81 葵花 2016 阶段需水量/mm 28.3 197.40 157.36 130.05 513.11 需水强度/(mm/d) 2.83 5.64 5.62 2.55 4.14 2017 阶段需水量/mm 56.64 52.82 146.07 261.50 517.03 需水强度/(mm/d) 4.72 1.39 5.41 5.23 4.07 年均 阶段需水量/mm 42.47 125.11 151.72 195.78 515.07 需水强度/(mm/d) 3.78 3.51 5.52 3.89 4.10 甜菜 2016 阶段需水量/mm 16.32 122.08 104.39 182.40 425.19 需水强度/(mm/d) 2.04 4.36 8.03 2.28 3.29 2017 阶段需水量/mm 30.6 159.84 88.66 280.9 560 需水强度/(mm/d) 2.55 6.66 6.82 2.65 3.61 年均 阶段需水量/mm 23.46 140.96 96.53 231.65 492.60 需水强度/(mm/d) 2.29 5.51 7.42 2.46 3.45 打瓜 2016 阶段需水量/mm 22.47 144.00 168.50 178.20 513.17 需水强度/(mm/d) 3.21 4.80 6.74 2.70 4.01 2017 阶段需水量/mm 36.1 131.25 185.4 154.86 507.61 需水强度/(mm/d) 3.61 5.25 6.18 2.67 4.13 年均 阶段需水量/mm 29.29 137.63 176.95 166.53 510.39 需水强度/(mm/d) 3.41 5.03 6.46 2.68 4.07 蕃茄 2016 阶段需水量/mm 18.60 266.50 198.90 73.50 557.50 需水强度/(mm/d) 1.55 6.50 6.63 2.10 4.73 2017 阶段需水量/mm 18.15 245.28 184.20 60.00 507.63 需水强度/(mm/d) 1.65 5.84 6.14 1.50 4.13 年均 阶段需水量/mm 18.38 255.89 191.55 66.75 532.57 需水强度/(mm/d) 1.60 6.17 6.38 1.80 4.43 胡萝卜 2016 阶段需水量/mm 21.00 113.88 165.30 132.24 432.42 需水强度/(mm/d) 1.75 4.38 5.70 2.28 3.46 2017 阶段需水量/mm 46.86 133.44 146.07 177.55 503.92 需水强度/(mm/d) 4.26 5.56 5.41 3.35 4.38 年均 阶段需水量/mm 33.93 123.66 155.69 154.90 468.17 需水强度/(mm/d) 3.76 5.10 5.08 2.84 3.92 苜蓿 2016 阶段需水量/mm 18.00 497.93 51.15 35.8 602.88 需水强度/(mm/d) 1.50 4.93 4.65 3.58 4.50 2017 阶段需水量/mm 8.28 546 37.62 20.43 612.33 需水强度/(mm/d) 0.92 4.20 3.42 2.27 3.85 年均 阶段需水量/mm 13.14 521.97 44.39 28.12 607.61 需水强度/(mm/d) 1.21 4.57 4.04 2.92 4.18 表2. 同期试验12种作物需水量分析 胡萝卜分别为468.17 mm、3.92 mm/d；苜蓿分别为607.61 mm、4.18 mm/d。结果表明，即使相同滴灌模式和试验方案条件下，不同作物需水量和需水强度有较大差异。 由图2可知，12种作物需水量和需水强度范围分别为413 mm~829 mm、3.45 mm/d~5.28 mm/d之间，春麦需水量相对小，旱稻最大，需水量由小到大顺序为：春麦、油菜、胡萝卜、甜菜、打瓜、葵花、番茄、春玉米、谷子、棉花、土豆、大豆、苜蓿、旱稻。甜菜需水强度相对小，旱稻最大，由小到大顺序为：甜菜、胡萝卜、打瓜、谷子、葵花、苜蓿、土豆、番茄、春麦、油菜、大豆、旱稻。 图2. 同期12种作物需水量由小至大排序 3.2. 气候对需水量影响 基于试验区田间自动化气象观测站数据，获得12种作物生长期主要气象因素及作物需水量(表3)信息，应用式(3)~(4)进一步分析有效降水P 0 、蒸发W、气温T与需水量M关系，经拟合多元线性回归方程为： M = 273.14.70 − 0.195 P 0 + 0.199 W + 0.741 T ( R ( 36 ， a = 0.01 ) = 0.756 * * > R u = 0.418 ) 由拟合方程分析看出，滴灌作物试区，有效降水量P 0 系数−0.195，对作物需水量M具有负效应影响，说明有效降水量可以减少作物需水量，对作物需水有着补给作用；蒸发量W系数0.199，气温T系数0.741，对作物需水量M表现正效应影响，说明蒸发、气温尤其是气温增量变化对作物需水量影响大，反映了降水少、气温高、蒸发强烈的干旱区与灌溉农业作物需水关系。 3.3. 作物灌溉制度 3.3.1. 作物灌溉制度试验 表4为灌水定额单因素四种处理水平，同期12种滴灌作物灌溉制度试验结果，由试验分析可以看出，旱作水稻灌水次数多17~18次，灌溉定额525~915 mm较大，试验产量3600~8460 kg∙hm −2 ；其它滴灌作物第一水滴灌采用“干播湿出”方法。春小麦灌水8次，在灌溉用水量较高的处理4水平下，灌溉定额420 mm，试验产量5250 kg∙hm −2 ，油菜、葵花、打瓜、蕃茄、胡萝卜5种作物灌溉定额小于600 mm；土豆、谷子、大豆、甜菜、油菜、苜蓿，灌溉定额605~657 mm。 3.3.2. 灌溉制度优化分析 基于12种作物滴灌试验观测的土壤湿度β (占田间持水量的%)，以及表4试验作物灌水定额m (mm)、灌溉定额M (mm)、作物试验产量y (kg/hm 2 )信息，以式(5)建立滴灌试验作物灌溉制度优化分析的拟合函数见表5所示，从拟合函数结果看出，12种滴灌作物观测分析因素与试验作物产量之间呈非线性多项式模型，总体拟合效果较好，采用式(6)对12种滴灌试验作物灌溉制度进行优化分析结果见表6和图3。 由分析研究成果看出，通过作物试验处理设计及试验观测获取相关信息优化分析，进一步明确了12种作物灌溉制度适宜技术指标：春小麦灌水8次，适宜土壤湿度71%，灌水定额46.5 mm，灌溉定额390 mm；旱作水稻灌水18次，适宜土壤湿度80%，灌水定额52.5 mm，灌溉定额933 mm；土豆灌水11次，适宜土壤湿度69%，灌水定额43.5 mm，灌溉定额510 mm；谷子灌水11次，适宜土壤湿度72%，灌水定额46.5 mm，灌溉定额573 mm；大豆灌水11次，适宜土壤湿度71%，灌水定额45 mm，灌溉定额557 Table 3 Relationship between meteorological factors and water requirement during different crop growth stage 试验作物 试验年份 生育期气象要素 生育期需水量M/mm 降水P/mm 有效P 0 /mm 蒸发W/mm 气温T/℃ 春麦 2016 99.4 51.7 1056.6 22.0 409.91 2017 42.1 21.9 1318.8 22.5 415.11 平均 70.8 36.8 1187.7 22.3 412.51 旱稻 2016 126.2 65.6 1703.7 22.8 826.79 2017 40.6 21.1 1830.0 22.4 831.06 平均 83.4 43.4 1766.9 22.6 828.93 谷子 2016 126.1 65.6 1559.0 23.2 517.64 2017 45.8 23.8 1483.4 23.1 559.94 平均 86.0 44.7 1521.2 23.2 538.79 土豆 2016 126.1 65.6 1552.0 23.2 558.14 2017 45.8 23.8 1444.9 23.4 561.12 平均 86.0 44.7 1498.5 23.3 559.63 大豆 2016 120.4 62.6 1336.0 23.0 558.14 2017 43.1 22.4 1271.9 23.4 561.34 平均 81.8 42.5 1304.0 23.2 559.74 油菜 2016 98.2 51.1 964.8 21.7 455.05 2017 41.3 21.5 925.0 22.1 469.20 平均 69.8 36.3 944.9 21.9 462.13 葵花 2016 125.6 65.3 1397.0 23.0 513.06 2017 46.9 24.4 1303.9 23.2 516.93 平均 86.3 44.9 1350.5 23.1 515.00 甜菜 2016 126.1 65.6 1493.0 23.1 424.98 2017 39.2 20.0 1611.2 22.8 559.97 平均 82.7 42.8 1552.1 23.0 492.48 打瓜 2016 125.6 65.3 1509.0 21.2 513.06 2017 29.4 15.3 1205.9 23.7 507.84 平均 77.5 40.3 1357.5 22.5 510.45 蕃茄 2016 125.6 65.3 1509.0 21.2 557.84 2017 38.4 20.0 1330.6 23.6 507.64 平均 82.0 42.7 1419.8 22.4 532.74 胡萝卜 2016 126.1 65.6 1452.0 23.1 432.84 2017 22.3 11.4 1167.5 23.1 503.94 平均 74.2 38.5 1309.8 23.1 468.39 苜蓿 2016 126.1 65.6 1552.0 23.2 602.91 2017 58.7 30.5 1572.1 22.2 612.58 平均 92.4 48.1 1562.1 22.7 607.75 表3. 不同作物生育期气象因素与需水量关系 Table 4 Experimental results of irrigation system for different crops in drip irrigatio 试验 作物 试验 年份 1处理/(mm; kg∙hm −2 ) 2处理/(mm; kg∙hm −2 ) 3处理/(mm; kg∙hm −2 ) 4处理/(mm; kg∙hm −2 ) 灌水 次数 灌溉定额 试验产量 灌水 次数 灌溉 定额 试验产量 灌水 次数 灌溉 定额 试验产量 灌水 次数 灌溉 定额 试验产量 春麦 2016 8 240 4395 8 300 5040 8 360 5085 8 420 4935 2017 8 240 4650 8 300 4950 8 360 6300 8 420 5550 平均 8 240 4530 8 300 4995 8 360 5700 8 420 5250 旱稻 2016 17 510 3675 17 638 7050 17 765 10，125 17 893 9825 2017 18 540 3510 18 675 3975 18 810 7800 18 945 7095 平均 18 525 3600 18 660 5520 18 788 8970 18 915 8460 谷子 2016 11 330 7875 11 413 9225 11 495 9825 11 578 9750 2017 12 360 6450 12 450 9765 12 540 10，635 12 630 10，230 平均 12 345 7170 12 432 9495 12 518 10，230 12 605 9990 土豆 2016 11 330 28，875 11 413 31，425 11 495 37，755 11 578 35，250 2017 12 360 24，900 12 450 30，150 12 540 56，070 12 630 30，600 平均 12 345 26，895 12 432 30，795 12 518 46，920 12 605 32，925 大豆 2016 11 330 2550 11 413 3525 11 495 4650 11 578 3975 2017 12 360 3795 12 450 4425 12 540 5295 12 630 4605 平均 12 345 3180 12 432 3975 12 518 4980 12 605 4290 油菜 2016 9 270 1425 9 338 1605 9 405 2340 9 473 1905 2017 10 300 1950 10 375 2250 10 450 2400 10 525 2325 平均 10 285 1695 10 357 1935 10 428 2370 10 500 2115 葵花 2016 10 300 2325 10 375 2520 10 450 3405 10 525 3060 2017 11 330 2400 11 413 3180 11 495 3990 11 578 3540 平均 11 315 2370 11 395 2850 11 473 3705 11 552 3300 甜菜 2016 11 330 50，250 11 413 54，750 11 495 69，150 11 578 55，350 2017 12 360 83，550 12 450 85，200 12 540 99，600 12 630 89，250 平均 12 345 66，900 12 432 69，975 12 518 84，375 12 605 72，300 打瓜 2016 10 300 1800 10 375 2025 10 450 2250 10 525 1500 2017 11 330 2670 11 413 3000 11 495 3900 11 578 3105 平均 11 315 2235 11 395 2520 11 473 3075 11 552 2310 蕃茄 2016 11 330 76，440 11 413 103，950 11 495 120，855 11 578 114，660 2017 11 330 109，200 11 413 128，850 11 495 140，250 11 578 136，590 平均 11 330 92，820 11 413 116，400 11 495 130，560 11 578 125，625 胡萝卜 2016 11 330 81，150 11 413 84，450 11 495 100，800 11 578 86，625 2017 11 330 55，380 11 413 57，810 11 495 73，740 11 578 59，760 平均 11 330 68，265 11 413 71，130 11 495 87，270 11 578 73，200 苜蓿 2016 12 360 16，905 12 450 17，100 12 540 19，395 12 630 15，345 2017 13 390 16，485 13 488 23，190 13 585 35，625 13 683 28，995 平均 13 375 16，695 13 470 20，145 13 563 27，510 13 657 22，170 表4. 滴灌不同作物灌溉制度试验处理结果 mm；油菜灌水9次，适宜土壤湿度72%，灌水定额46.5 mm，灌溉定额533 mm；葵花灌水10次，适宜土壤湿度73%，灌水定额48 mm，灌溉定额530 mm；甜菜灌水11次，适宜土壤湿度69%，灌水定额45 mm，灌溉定额515 mm；打瓜灌水10次，适宜土壤湿度66%，灌水定额42 mm，灌溉定额467 mm；蕃 Table 5 Optimization analysis model of irrigation system for drip irrigatio 作物 土壤湿度β 灌水定额m 灌溉定额M 模型 R 模型 R 模型 R 春麦 y = − 2.29β + 236 − 6122 0.93 ** y = −4.067m 2 + 3734m − 3090 0.86 * y = −0.064M 2 + 46.7M − 3091 0.86 * 旱稻 y = −6.08β + 971 − 29985 0.96 ** y = −10.800m 2 + 1131m – 20，895 0.96 ** y = −0.034M 2 + 62M – 20，022 0.92 ** 土豆 y = −44.73β + 6023 – 171，285 0.78 y = −79.533m 2 + 7017m – 114，165 0.78 y = −0.596M 2 + 606.5M – 113，149 0.78 谷子 y = −6.41β + 926 – 23，040 0.99 ** y = −11.400m 2 + 1063m – 14，432 0.99 ** y = −0.086M 2 + 91.8M – 14，288 0.99 ** 大豆 y = −3.71β + 526 – 13，932 0.94 ** y = −6.600m 2 + 602m − 9044 0.94 ** y = −0.050M 2 + 52.0M − 8961 0.94 ** 油菜 y = −1.23β + 178 − 4146 0.92 ** y = −2.200m 2 + 204m − 2492 0.92 ** y = −0.0241M 2 + 21.3M − 2459 0.92 ** 葵花 y = −2.21β + 324 − 8384 0.93 ** y = −3.933m 2 + 373m – 53，640 0.93 ** y = −0.035M 2 + 35.3M − 5309 0.93 ** 甜菜 y = −37.88β + 5229 – 101，790 0.77 y = −37.33m 2 + 5963m – 53，280 0.77 y = −0.505M 2 + 514.5M – 52，410 0.77 打瓜 y = −2.63β + 349 − 8735 0.84 * y = −4.666m 2 + 395m − 5507 0.84 * y = −0.042M 2 + 37.3M − 5444 0.84 * 番茄 y = −71.28β + 10392 – 249，105 0.99 ** y = −126.732m 2 + 11950m – 152，295 0.99 ** y = −1.047M 2 + 1087.0M – 152，295 0.99 ** 胡萝卜 y = −42.33β + 5813 – 118，725 0.75 y = −75.266m 2 + 6622m – 64，830 0.75 y = −0.622M 2 + 602.0M – 64，830 0.75 苜蓿 y = −21.98β + 3095 – 83，925 0.88 * y = −39.066m 2 + 3540m – 55，170 0.88 * y = −0.248M 2 + 281.3M – 54，720 0.88 * 表5. 滴灌作物灌溉制度优化分析模型 注：相关系数临界值R (45%) = 0.81；R (41%) = 0.92，“**”表示极显著；“*”表示显著。 Table 6 Optimal irrigation system for drip irrigation crop 试验作物 土壤湿度/% 灌水次数 灌水定额/mm 灌溉定额/mm 产量水平/(kg∙hm −2 ) 试验 优化 范围 平均 试验 优化 试验 优化 试验 优化 春麦 50~80 71 8 8 30.0~52.5 46.5 420 390 5115 6000 旱稻 50~80 80 17~18 18 30.0~52.5 52.5 915 933 6630 8940 土豆 50~80 69 11~12 11 30.0~52.5 43.5 476 510 34，380 41，340 谷子 50~80 72 11~12 11 30.0~52.5 46.5 473 573 9225 11，985 大豆 50~80 71 11~12 11 30.0~52.5 45.0 476 557 4110 5520 油菜 50~80 72 9~10 9 30.0~52.5 46.5 500 533 2025 3210 葵花 50~80 73 10~11 10 30.0~52.5 48.0 434 530 3060 4005 甜菜 50~80 69 11~12 11 30.0~52.5 45.0 476 515 73，395 79，965 打瓜 50~80 66 10~11 10 30.0~52.5 42.0 434 467 2535 3270 番茄 50~80 73 11 11 30.0~52.5 46.5 455 519 116，355 129，930 胡萝卜 50~80 69 11 11 30.0~52.5 43.5 455 486 74，970 81，300 苜蓿 50~80 70 12~13 12 30.0~52.5 45.0 516 570 21，630 25，425 表6. 滴灌作物优化灌溉制度 茄灌水11次，适宜土壤湿度73%，灌水定额46.5 mm，灌溉定额519 mm；胡萝卜灌水11次，适宜土壤湿度69%，灌水定额43.5 mm，灌溉定额486 mm；苜蓿灌水12次，适宜土壤湿度70%，灌水定额45 mm，灌溉定额570 mm。 从以上灌溉制度优化分析结果看出，12种滴灌作物灌水定额普遍45~53 mm，而目前农田作物滴灌设计应用多以30~45 mm较小的灌水定额，从作物灌溉用水需求结合试验研究认为，较小灌水定额可适于砂质或粉沙等保水保肥性相对较低的土壤质地，对于壤质类土壤质地作物滴灌宜用较大灌水定额，这样符合作物滴灌局部灌溉用水特征，既可保持土壤水分有效贮存利用，也能适当减少灌水次数，还可获得节水增产效果。 图3. 同期12种滴灌作物优化灌溉制度