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user: 3. 结果与分析 3.1. 滴灌作物种类 本研究分析滴灌共计30种大田作物：9种粮食作物(冬麦、春麦、春玉米、夏玉米、水稻、谷子、土豆、大豆、薯类)；12种经济作物(棉花、油菜、葵花、甜菜、蕃茄、葡萄、打瓜、西瓜、甜瓜、辣椒、胡萝卜、其它蔬菜)；1种苜蓿牧草类；7种果树类(苹果、红枣、核桃、梨树、无花果、枸杞、其它果树)；1种林地类(防护林、生态林和苗圃)，涵盖了新疆灌区大田粮作、经作、蔬菜、果树、林地、牧草大宗类作物。 3.2. 滴灌作物系数 基于86个县级灌区1952~2019年67年长系列，作物生长期气温、水汽压、风速、日照、湿度、降水、蒸发和地理位置、高程等36万组数据，由式(1)得参考作物蒸发蒸腾量，采用式(2)参考联合国粮农组织“作物需水量计算”及灌溉工程管理手册 [ 115 ] 等作物系数计算需水量与滴灌用水实际差别较大。鉴于此，滴灌作物需水关键技术参数之滴灌作物系数，检索了近10年国内大专院校及科研院所，新疆区开展19种滴灌作物试验研究经归整，见表2所示。为使成果信息应用拓展，利用表2全生育期作物系数与影响的11项综合因子进行了逐步回归计算，分析结果表明，滴灌作物系数与作物种类Z、灌区高程H、平均气温T、年降水P，年蒸发W，3~9月蒸发蒸腾ET 0 相关性好，经多元线性模型拟合方程为： { K i = 1.643 + 0.094 Z + 0.00003 H + 0.0175 T − 0.0008 P − 0.00003 W − 0.0018 E T 0 R = 0.743 * * ≥ [ R 0.05 = 0.232 ， R 0.01 = 0.302 ] ， n = 77 F = 14.37 * * ≥ [ F 0.05 = 2.25 ， F 0.01 = 3.12 ] ， n = 77 F = 14.37 * * ≥ [ F 0.05 = 2.25 ， F 0.01 = 3.12 ] ， n = 77 (15) 式中：K i 为滴灌作物系数，i = 1， 2， 3分别为单子叶、双子叶和果树类滴灌作物系数。 式(15)统计检验达到极显著水平代表性好。因此，各灌区作物全生育期单、双子叶滴灌作物系数可以量化给出，对于滴灌水稻作物系数，可据灌区蒸发、降水等气象要素，在1.90~3.70范围选用。由此，利用各灌区地理气象影响因子，可以得出全疆灌区大田滴灌不同作物种类作物系数见图1所示，由结果可以看出，1) 不同灌区滴灌作物种类，具有双子叶系数大于单子叶作物系数相同的变化，滴灌种类作物系数大小变化表现为水稻 > 林果类 > 双子叶 > 单子叶作物，与植物水分生理需水特性吻合。2) 从不同灌区滴灌作物系数大小变化看出，作物种类均表现出：南疆灌区 > 东疆灌区 > 北疆灌区变化特征，这表明滴灌作物系数与灌区地理区位、降水蒸发气象水文、干旱环境程度呈正相关，反映了滴灌作物系数对于作物需水量之间的水分生长重要地理环境特征属性。 Table 2 Research results of drip irrigation experiment in Xinjiang in recent year 作物 代表区域 试验年份 3~9月蒸发蒸腾ET 0 /mm 灌溉 定额/mm 灌水定额/mm 灌水 次数 全生长期作物系数K c 下限 上限 平均 1冬 小 麦 石河子 2015~2018 426 525~600 45~53 11 1.23 1.41 1.32 昌吉 2017~2018 585 420~450 45 9~10 0.72 0.77 0.74 奇台 2014~2016 558 420~465 53 8~9 0.75 0.83 0.79 乌鲁木齐 2013 597 405~473 45~53 9 0.68 0.79 0.73 乌苏 2014 458 458~570 53~60 8~10 1.00 1.25 1.12 博乐 2013 477 450~570 45~53 10~11 0.94 1.19 1.07 裕民县 2016 411 300~375 45~53 6~7 0.73 0.91 0.82 阿克苏 2017 681 495~540 45 11~12 0.73 0.79 0.76 莎车 2017 521 450 45 10 0.86 0.86 0.86 和静 2017 521 390~450 45 9~10 0.75 0.86 0.81 2春 小 麦 石河子 2012~2014 432 375~450 45 8~10 0.87 1.04 0.95 乌鲁木齐 2017 566 375~450 45 8~10 0.66 0.80 0.73 昌吉 2013~2015 615 398 45 8 0.65 0.65 0.65 阿勒泰 2016 389 405 45 9 1.04 1.04 1.04 福海 2015 806 405~450 45 9~10 0.50 0.56 0.53 木垒 2014 701 225~315 45 5~7 0.32 0.45 0.39 额敏 2014 570 315~420 45~53 7~8 0.55 0.74 0.64 托里 2013 596 368~420 53 7~8 0.62 0.71 0.66 阿克苏 2018 666 375~450 45~53 8 0.56 0.68 0.62 拜城县 2015 320 420 45~53 8~9 1.31 1.31 1.31 焉耆 2012 473 420-473 53 8~9 0.89 1.00 0.94 3春 玉 米 石河子 2016 470 525~600 45~53 10~11 1.12 1.28 1.20 沙湾 2016 528 510~540 45~53 10~11 0.97 1.02 0.99 昌吉 2013~2015 615 495~600 45~53 8~10 0.80 0.98 0.89 奇台 2015~2017 536 540~600 45~53 8~11 1.01 1.12 1.06 伊宁县 2016 474 510~540 45~53 10~11 1.08 1.14 1.11 4复播玉米 阿克苏 2013 570 450~465 45~53 7~8 0.79 0.82 0.80 库尔勒 2011 653 420 53 8 0.64 0.64 0.64 5水稻 石河子 2017 401 1028 53~75 14~20 2.57 2.57 2.57 阜康市 2012 570 1335 53~75 17~25 2.34 2.34 2.34 昌吉 2009 599 1125~1200 53~60 19~22 1.88 2.01 1.94 6谷子 昌吉 2013~2015 615 525 45 11 0.85 0.85 0.85 博乐 2016 507 375~450 45~53 7~10 0.74 0.89 0.81 7土豆 石河子 2015 429 375~450 45~53 8~10 0.87 1.05 0.96 昌吉 2013~2015 615 510 45 11 0.83 0.83 0.83 巴里坤 2012 587 300~450 30~45 8~10 0.51 0.77 0.64 裕民 2012 519 225~300 45 5~6 0.43 0.58 0.51 8大豆 石河子 2010 420 300~375 45 6~8 0.71 0.89 0.80 昌吉 2013~2015 615 450 45 10 0.73 0.73 0.73 伊宁县 2017~2018 398 300~420 45 6~9 0.75 1.06 0.91 布尔津 2011 494 270~330 45 6~7 0.55 0.67 0.61 9棉花 石河子 2013~2018 426 450~480 45 10~11 1.06 1.13 1.09 昌吉 2017 575 450~525 45~53 9~10 0.78 0.91 0.85 玛纳斯 2015 842 450~525 53 9~10 0.53 0.62 0.58 博乐 2014 557 450~570 53 8~9 0.81 1.02 0.92 库尔勒 2015~2016 744 555 45~53 10~12 0.75 0.75 0.75 10油菜 昌吉 2013~2015 615 533 45 11 0.87 0.87 0.87 11复播葵花 石河子 2009 449 225~300 45 5~6 0.50 0.67 0.59 昌吉 2013 542 225~300 45 5~6 0.42 0.55 0.48 昌吉(正播) 2013~2015 615 450 45 10 0.73 0.73 0.73 玛纳斯 2012 581 225~300 45 5~6 0.39 0.52 0.45 12甜菜 昌吉 2013~2015 615 495 45 11 0.80 0.80 0.80 玛纳斯 2018 804 473~540 45~53 10~12 0.59 0.67 0.63 塔城 2006 527 300~390 38~45 8~10 0.57 0.74 0.66 13蕃茄 昌吉 2013~2015 615 525 45 11 0.85 0.85 0.85 14葡萄 吐鲁番 2014~2017 701 795~900 45~53 15~20 1.13 1.28 1.21 哈密 2013~2017 419 720~750 45~53 13~16 1.72 1.79 1.76 阜康 2011~2013 542 525~600 53 10~11 0.97 1.11 1.04 伊宁 2014 407 465~525 53 9~10 1.14 1.29 1.22 于田 2012 426 750~795 45 16~17 1.76 1.87 1.81 15打瓜 塔城 2007 662 225~300 38 6~8 0.34 0.45 0.40 额敏 2005 645 270~315 45 6~7 0.42 0.49 0.45 福海 2005 600 270~315 45 6~7 0.45 0.53 0.49 阜康 2008 584 375~450 38~45 8~12 0.64 0.77 0.71 昌吉 2013~2015 615 465 45 10 0.76 0.76 0.76 16西瓜 阜康 2015 689 375~450 38~45 8~12 0.54 0.65 0.60 17甜瓜 哈密 2015 420 315~420 35 6~8 0.75 1.00 0.88 昌吉 2012 587 405~525 45~53 9~11 0.69 0.90 0.79 18辣椒 昌吉 2015 662 450~563 38 12~15 0.68 0.85 0.77 19胡萝卜 昌吉 2013~2015 615 420~480 45 9~10 0.68 0.78 0.73 裕民 2008 693 300~338 38 8~9 0.43 0.49 0.46 巴里坤 2010 575 360~450 45 8~10 0.63 0.78 0.70 表2. 近年新疆滴灌作物灌溉试验研究成果 图1. 灌区滴灌作物种类全生长期作物系数K C 3.3. 作物需水验证分析 基于滴灌作物系数以各灌区1952~2019年系列气象数据，按彭曼模型计算滴灌作物种类需水量，与2013~2018年滴灌作物需水量试验结果比较，见表3，可以看出，北疆灌区单子叶、双子叶、水稻3类，滴灌需水量分别减少4.2%、3.9%和增加3.8%，3类作物平均增加0.4%；东疆灌区单子叶、双子叶、水稻3类，滴灌需水量分别减少1.0%、增加0.2%和1.6%，3类作物平均增加0.7%；南疆灌区单子叶、双子叶、水稻3类，滴灌需水量分别增加0.3%、2.5%和3.2%，平均增加2.4%。从全疆灌区总体看，单子叶、双子叶、水稻3类，滴灌作物需水量分别减少2.0%、0.6%和增加3.3%，3类作物平均增加1.3%，由滴灌作物系数计算与滴灌试验结果，两者差异范围较小具有同质性，为滴灌用水定额研究提供了技术保障。 3.4. 不同滴灌作物需水分配 滴灌作物需水，因作物种类需水量大小和分配有所差别。采用新疆灌溉中心试验站2016~2018年连续3年，北疆灌区滴灌15种作物同期需水试验研究成果，按式(5)计算不同滴灌作物需水分配系数，见表4所示。15种作物需水量相对小者为春小麦，最大者为旱作水稻，需水量由小到大顺序：春麦、油菜、甜菜、胡萝卜、冬麦、打瓜、葵花、番茄、谷子、春玉米、大豆、土豆、棉花、苜蓿、旱作水稻。试验分析结果看，不同作物滴灌需水量有较大差异，反映了作物水分需求特征。灌区大田30种不同滴灌作物需水占比系数，单子叶、双子叶作物基于表4计算，水稻和林果类需水特征明显，采用滴灌作物系数计算需水量成果。 Table 3 Comparison and analysis of water requirement of two kinds of drip irrigation crop 灌区 (1) 作物系数计算需水/mm (2) 滴灌试验需水/mm 与(2)比较/±% 单子叶 双子叶 水稻 单子叶 双子叶 水稻 单子叶 双子叶 水稻 平均 和田 459 491 1203 449 464 1184 2.2 5.7 1.6 2.6 喀什 453 483 1178 450 467 1103 0.7 3.4 6.8 4.6 克州 432 476 1298 455 494 1292 −5.1 −3.7 0.4 −1.6 阿克苏 440 476 1214 429 456 1172 2.4 4.3 3.5 3.5 巴州 447 468 1298 438 453 1248 2.1 3.3 4.0 3.4 吐鲁番 518 560 — 512 555 — 1.1 0.8 — 0.9 哈密 431 462 1203 446 462 1184 −3.5 0.0 1.6 0.2 乌鲁木齐 399 429 1191 471 495 1178 −15.3 −13.3 1.1 −5.8 昌吉州 428 453 1236 452 474 1170 −5.4 −4.4 5.6 1.0 博州 404 435 1193 419 438 1182 −3.7 −0.7 0.9 −0.4 塔城 432 455 1260 443 465 1160 −2.5 −2.3 8.6 3.8 伊犁州 390 417 1116 407 428 1086 −4.2 −2.6 2.8 0.1 阿勒泰 399 428 — 425 444 — −6.1 −3.7 — −4.9 克拉玛依 396 453 — 390 450 — 1.5 0.7 — 1.1 北疆平均 411 438 1199 429 456 1155 −4.2 −3.9 3.8 0.4 东疆平均 474 510 1203 479 509 1184 −1.0 0.2 1.6 0.7 南疆平均 446 479 1238 444 467 1199 0.3 2.5 3.2 2.4 全疆平均 432 465 1217 441 468 1178 −2.0 −0.6 3.3 1.3 表3. 两种方式的滴灌作物种类需水量比较分析 Table 4 Average proportion coefficient of water requirement of different crop species under drip irrigatio 单子叶作物k j 冬麦 春麦 春玉米 夏玉米 谷子 1.00 0.85 1.11 0.93 1.10 双子叶作物k j 土豆 大豆 薯类 油菜 葵花 棉花 甜菜 蕃茄 1.02 1.03 1.04 0.86 0.99 1.05 0.91 1.00 辣椒 胡萝卜 其它蔬菜 打瓜 西瓜 甜瓜 葡萄 苜蓿 0.93 0.92 0.92 0.94 0.96 0.95 1.15 1.07 表4. 滴灌不同作物种类需水量均值占比系数 3.5. 土壤质地地理区位对滴灌用水影响 同作物生长在粘壤土、壤土质、沙土质，分布在“前山带”、“平原带”、“盆地区”地理区位，滴灌用水需求有相对增加现象，研究滴灌用水定额，尤其是干旱区新疆地理气象水文环境多样性，更需考虑滴灌用水定额科学合理实用性。基于中国科学院资源环境科学数据中心、国家北斗卫星地理空间分布网格解析，分析得不同土壤质地地理区位及其植物生长耗水量变化见图2所示，分析结果可知，灌区粘壤土、壤土质、沙土三类土壤质地，总体分布面积为1.03、25.91、747.77万hm 2 ，占比分别为0.21%、5.16%和94.63%。结果表明，粘壤土各灌区分布极少，东疆灌区几乎没有，轻中壤质适宜的土壤质地，全疆灌区面积占比仅3.72%~6.49%，而93.43%~95.94%为沙土类质地，这体现干旱荒漠新疆灌区土壤自然肥力普遍低的状况。灌区“前山带”、“平原带”、“盆地”地理区位，总体分布面积为58.44、403.43和40.04万hm 2 ，占比为11.65%、80.41%和7.98%。结果表明，全疆灌区78%~86%分布平原带，5%~8%分布于盆地区，6%~16%分布于前山区。东疆区45%左右分布于盆地，其次近40%面积分布在平原区，说明东疆尤其吐鲁番地理区位作物耗水量相对其它灌区高。 图2. 灌区不同土壤质地地理区位植物耗水分布 由图2(c)可知，北疆灌区，“前山带”、“平原带”、“盆地”区位，植物生长耗水分别为542 mm、599 mm和659 mm，前山带和盆地区植物耗水量为平原区的90.5%和109.8%；东疆灌区三类地理区位，植物生长耗水量分别为592 mm、637 mm和706 mm，前山带和盆地植物耗水量为平原区的92.9%和110.8%；南疆灌区三类地理区位，植物生长耗水量分别为511 mm、542 mm和632 mm，前山带和盆地区植物耗水量为平原区的94.2%和116.6%。 由地理区位植物生长耗水分布来看，呈现东疆灌区高北疆灌区次之南疆灌区相对少，西部灌区小东部灌区大，山区及山前带小，平原灌区逐步增大盆地边缘相对减小，盆地腹部加原带(平原中部) > 山前带基本规律。 3.6. 滴灌作物用水定额 基于上述，利用各灌区长期系列农业气象信息，采用彭曼模型结合滴灌试验作物系数需水计算，运用不同滴灌试验分析作物需水分配，采用式(6)~(13)进行灌区土壤质地和地理区位对作物用水影响系数，考虑平水年50%和偏旱年75%灌溉保证率以及扣除灌区有效降水量，综合研究分析得86个县域5个一级40个二级灌溉分区1623个滴灌田间用水定额成果。 限于篇幅本文仅给出14个地州所属灌区30种不同作物滴灌田间灌溉用水定额综合成果，见表5、表6和图3所示。由各地州滴灌田间用水定额来看，正常年份灌溉保证率50%条件，和田、喀什、克州、阿克苏、巴州、吐鲁番、哈密、乌鲁木齐、昌吉州、博州、伊犁州、塔城、阿勒泰和克拉玛依灌区，滴灌田间用水定额分别为380、375、372、381、380、498、359、405、354、360、351、345、348、389 mm，偏旱灌溉保证率75%滴灌田间用水定额，高于50%灌溉保证率的10.4%~15.4%。 Table 5 Irrigation water quota of drip irrigation crops (unit: mm 作物 和田灌区 喀什灌区 克州灌区 阿克苏灌区 巴州灌区 吐鲁番灌区 哈密灌区 50% 75% 50% 75% 50% 75% 50% 75% 50% 75% 50% 75% 50% 75% 冬小麦 403 446 401 458 383 435 412 463 405 457 0 0 370 415 春小麦 323 366 315 371 323 368 325 370 328 373 413 465 315 360 春玉米 407 450 405 459 390 435 405 456 412 463 520 580 380 430 夏玉米 343 386 340 394 398 450 385 444 387 440 470 540 0 0 水稻 1211 1347 1211 1352 1200 1350 1203 1355 1313 1388 0 0 0 0 谷子 373 431 364 419 349 398 361 406 358 403 453 515 340 383 土豆 354 404 346 395 360 405 350 398 387 438 470 540 370 430 大豆 343 384 339 393 338 386 340 393 345 390 460 518 355 415 薯类 354 404 346 395 360 405 350 398 355 403 470 540 370 430 油菜 343 390 336 387 353 401 337 391 343 392 450 503 318 363 葵花 388 435 385 439 364 409 383 428 370 415 460 513 355 405 棉花 414 461 415 477 435 488 412 456 414 468 540 620 385 435 甜菜 0 0 0 0 360 413 352 397 347 401 0 0 0 0 蕃茄 399 443 388 453 371 416 383 430 375 422 530 598 360 415 辣椒 373 407 364 421 375 420 367 412 362 407 490 560 335 383 胡萝卜 366 409 359 416 364 398 361 406 350 400 485 555 335 383 其它蔬菜 366 409 359 416 360 394 361 406 350 400 485 555 335 383 打瓜 373 414 370 431 360 405 368 421 353 398 485 555 335 383 西瓜 375 418 370 431 383 428 382 430 368 413 490 560 335 383 甜瓜 375 418 370 431 380 425 376 424 358 403 485 555 335 383 核桃、无花果、苹果、梨树 476 523 472 530 455 510 465 538 459 516 575 655 410 470 红枣 446 491 453 525 430 483 438 508 438 498 0 0 435 495 葡萄 448 495 451 524 425 478 438 497 427 482 610 705 450 555 其它果树 439 499 453 535 435 491 453 515 445 498 560 640 400 465 苜蓿 416 461 406 464 398 443 413 458 398 446 500 575 375 435 林地 (防护生态苗圃) 431 476 423 478 435 484 442 500 438 498 565 650 390 460 表5. 滴灌作物田间灌溉用水定额(单位：mm) 注：核桃种植主要为和田灌区，无花果主要为克州灌区，苹果主要为阿克苏灌区，梨树主要为巴州灌区。 Table 6 Water quota for field irrigation of drip irrigation crops (unit: mm 作物 乌鲁木齐 昌吉州灌区 博州灌区 克拉玛依 塔城灌区 伊犁州灌区 阿勒泰灌区 50% 75% 50% 75% 50% 75% 50% 75% 50% 75% 50% 75% 50% 75% 冬小麦 428 468 388 433 370 420 390 435 373 422 377 422 369 414 春小麦 325 365 300 347 320 365 330 375 287 332 296 341 274 319 春玉米 440 495 395 443 380 428 390 435 373 418 390 435 369 414 夏玉米 0 0 0 0 0 0 0 0 380 425 0 0 0 0 水稻 1215 1305 1238 1335 1200 1335 0 0 1095 1245 1170 1253 0 0 谷子 380 420 347 392 345 390 360 405 329 374 330 375 326 371 土豆 435 480 375 420 370 420 383 428 363 409 369 414 356 401 大豆 425 470 345 390 360 405 375 420 354 399 338 383 341 386 薯类 435 480 375 420 370 420 383 428 363 409 369 414 356 401 油菜 358 403 345 390 315 365 345 390 313 355 327 372 321 366 葵花 400 435 362 407 350 400 368 413 345 391 369 414 347 392 棉花 150 165 396 441 398 448 420 465 402 455 426 471 0 0 甜菜 253 295 343 388 328 378 338 383 312 354 338 383 311 356 蕃茄 405 435 375 420 360 405 390 435 351 399 369 414 356 401 辣椒 405 435 345 390 340 385 360 405 326 371 345 390 326 371 胡萝卜 390 423 330 374 335 380 360 405 326 371 330 375 326 371 其它蔬菜 390 423 330 374 335 380 360 405 326 371 345 390 326 371 打瓜 390 423 345 390 338 380 368 413 319 371 332 376 326 371 西瓜 390 423 354 405 350 395 375 420 331 379 353 398 336 381 甜瓜 390 423 354 405 350 395 375 420 331 379 353 398 336 381 苹果 470 515 423 468 450 495 465 510 392 450 460 515 420 465 红枣或枸杞 0 0 0 0 435 488 450 495 0 0 0 0 0 0 葡萄 415 470 400 445 428 473 435 480 398 444 418 463 405 450 其它果树 455 515 408 453 430 475 450 495 401 448 440 491 411 459 苜蓿 405 450 373 417 380 425 405 450 362 407 374 417 377 422 林地 (防护生态苗圃) 443 500 394 446 415 460 450 495 379 429 411 470 394 439 表6. 滴灌作物田间灌溉用水定额(单位：mm) 注：枸杞种植主要为博州及克拉玛依灌区，其它灌区多有苹果种植。 图3. 综合滴灌田间用水定额 由全疆灌区分布来看，北疆灌区50%和75%灌溉保证率，滴灌田间用水定额为365 mm和410 mm，两者相差12.3%；东疆灌区滴灌田间用水定额为429 mm和491mm，两者相差14.5%；南疆灌区滴灌田间用水定额378 mm和428 mm，两者相差13.2%。灌区综合滴灌田间用水定额372 mm和420 mm，两者相差12.9%。滴灌田间用水定额呈现东疆灌区 > 南疆灌区 > 北疆灌区，与地理环境区位有效降水气象水文、植物水分蒸散及作物需水特征一致。