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user: 2. 材料与方法 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，以中部天山形成南疆、东疆和北疆格局，水资源水生环境、自然地貌水文土壤、农业气象等差异较大。灌溉分区以86个县(市)级为覆盖全疆灌区范围，综合新疆灌区地理位置、海拔高程、作物生长、年积温和无霜期、降水蒸发、土壤类型及质地因素，新疆滴灌农业灌区具有降水少蒸发量大，海拔气温、积温无霜期变化较大特点，新疆土壤类型分布有36种 [ 5 ] 之多，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，土壤质地多以粉沙、沙壤、中轻壤质，以及戈壁砾质土分布，灌区尚未见自然和灌溉形成团粒状结构良好的土质，因此，干旱新疆农业生产节水灌溉用水管理显得突出重要。 2.2. 研究内容方法 本研究分析在2014年新疆18种作物灌溉用水定额应用基础上，结合滴灌推广应用作物种类，近年扩充至灌区30种作物滴灌用水灌溉制度：9 种粮作(冬麦、春麦、春玉米、夏玉米、水稻、谷子、土豆、大豆、薯类)；12种经作(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；7种果树(苹果、红枣、核桃、梨树、无花果、枸杞、其它果树)；1种林地(防护林、生态林和苗圃)，涵盖了灌区大田作物种类。滴灌用水制度研究包括滴灌用水定额及作物生长期用水分配灌溉制度。滴灌用水定额及灌溉制度相关研究数据，源于各县1950~2018年气象站点农业气象资料、新疆统计年鉴2018、新疆农业用水定额技术研究应用 [ 6 ]、新疆2013~2018滴灌作物需水量与灌溉制度试验研究成果汇编 [ 7 ]，以及中国科学院资源环境科学数据中心关于新疆地理和土壤质地分布信息。 基于灌区水土要素合理配置水资源节约利用目标，以行政辖属结合灌溉分区为基本单元，综合考虑灌区用水地理区位(前山、平原、盆地)、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，构建灌区30种滴灌作物用水定额及灌溉用水制度。 1) 不同气候土壤及地理区位环境，对滴灌作物生长水分综合影响Z k 由下式构成： Z k = f ( k 1 ， k 2 ， k 3 ， k 4 ， ⋯ ， k n ) (1) 式中，k 1 为滴灌作物生长需水灌溉用水时间，d；k 2 为滴灌作物生长区土壤类型及土壤质地；k 3 为滴灌作物生长所处不同地理区位(平原、山前、盆地)环境；k 4 为滴灌作物生长区位气温、积温、日照、降水、蒸发等气象因素。 2) 作物需水及用水响应，采用彭曼-蒙特斯(P-M)分析 [ 8 ]： 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 ) (2) 式中，ET 0 为参考作物蒸腾量，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2m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(2)参数较多简化计算采用彭曼软件，利用当地平均气温T、水气压e d 、2米高风速u 2 、日照时数n计算ET 0 。 基于作物需水响应的滴灌作物用水量ET按下式分析： E T = E T 0 ⋅ K C − P 0 (3) 式中，ET为滴灌作物用水量，mm；ET 0 为参考作物蒸腾量，mm；K C 为作物系数；P 0 为有效降水量，mm。 式(3)中K C 为作物生长期需水量与参考作物蒸腾量比值，由下式计算： K C = ∑ i = 1 n E T i / E T 0 i (4) 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阶段参考蒸腾量，mm。 式(3)中P 0 由下式分析： P 0 = 10 γ H ( W 2 − W 1 ) + ( E T d − K d ) t (5) 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 = Pa，新疆南疆a = 0.35；北疆a = 0.52；全疆a = 0.41 [ 6 ]。 3) 不同土壤质地地理区位，滴灌用水定额有所差异，考虑土壤质地地理区位对用水定额影响，采用系数面积分布加权分析： 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，不同土壤质地滴灌用水定额为： 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，不同地理区位滴灌用水定额为： M 综 j = ∑ i = 1 n M 0 A j (12) 所以，灌区不同土壤质地及地理区位滴灌用水定额加权： M 加 权 = ( M 综 i + M 综 j ) / 2 (13) 式中，M 加权 为灌区综合加权滴灌用水定额，mm；M 0 为基本滴灌定额，mm；K 1i 为不同土壤质地调节系数，下标i为粘土质、粉砂土、沙土质；K 2j 为不同地理区位调节系数，下标j为前山带、平原带、盆地区；γ为土壤容重，t/m 3 ；H为滴灌作物湿润层深度，m；β为田间持水量(占干土重)%；D i 为不同地理区位作物3月~9月蒸腾量，mm。 4) 滴灌作物用水定额与灌区气象影响要素有关，考虑气象因素拓展分析各灌区滴灌用水定额，采用地统多元回归分析 [ 9 ]： M = { X i 1 ， X i 2 ， X i 3 ， X i 4 ， ⋯ ， X i n k 0 + k 1 x 1 + k 2 x 2 + ⋯ + k n x n R ≥ R ( a ， n ) F ≥ F ( a ， n ) (14) 式中，M为回归分析确定各灌区滴灌用水定额，mm；X in 为影响因子(灌区高程、气温、降水、蒸发、蒸发蒸腾、日照、相对湿度、作物种类等)；k n 、x n 为回归方程检验系数和自变量因素；R、F为检验相关系数和方差：R (a，n) 、F (a，n) 为相关系数和方差临界值，其中a、n分别为置信度和统计样本数。 5) 滴灌用水灌溉制度，由滴灌用水定额、灌水定额、灌水次数及灌水时间组成，基于式(14)滴灌作物全生长期灌水次数： N = M / m (15) m = 10 γ H ( W 2 − W 1 ) (16) 式中，N为滴灌作物灌水次数；M为滴灌用水定额，mm；m为滴灌灌水定额，mm；γ为土壤干容重，g/cm 3 ；H为根系吸水层深度，cm；W 1 、W 2 为灌水前、后土壤重量含水率，%。 本研究数据处理分析采用Excel 2003系统。