噴灌作物冠層截留水量及其消耗機制.pdf

1、灌溉農業(yè)是我國最大的用水產業(yè)，占總用水量的約70％。水資源日益緊缺要求灌溉農業(yè)進一步提高灌溉水利用率。噴灌作為一種先進灌水技術，因具有節(jié)約灌溉用水，增加作物產量，提高作物品質，調節(jié)田間小氣候，對土壤和地形適應性強等優(yōu)點而得以廣泛應用。然而在其發(fā)展過程中仍遇到一些問題，表現(xiàn)為與地面灌溉不同，噴灌存在冠層截留損失，因此在與地面灌相比是否節(jié)水以及節(jié)水比例是多少的問題上一直存在較大爭議，這種爭議已影響到我國節(jié)水灌溉發(fā)展中適宜節(jié)水灌溉技術的選擇及

2、評價。因此，研究噴灌作物截留水量及其消耗機制，對于定量回答上述問題，進而推動和促進噴灌技術在我國的良性發(fā)展均具有重要理論意義和實用價值。 本研究在參閱大量國內外文獻的基礎上，明確定義了冠層截留量和截留損失；通過噴灌夏玉米田間試驗，確定了玉米冠層對噴灌水量的再分配規(guī)律，并著重分析了截留水量的影響因素；通過冬小麥室內試驗，確定了冠層截留的變化規(guī)律及存儲能力；以地面灌溉為對照，研究了截留損失對農田小氣候（空氣溫濕度）的改變，確定了截留

3、損失對作物蒸騰的影響，進而估算了冠層截留損失；利用Cupid模型模擬計算了噴灌作物冠層截留損失，并用試驗實測結果對模擬結果進行了驗證，在此基礎上對模型進行了應用。本文的研究結論和創(chuàng)新點在于： （1）基于水量平衡法，對噴灌水量經夏玉米（寬行闊葉作物）冠層再分配后的各分量（棵間水量、莖稈下流水量和冠層截留量）的空間分布及占噴灌水量的比重進行了研究。得到噴灌水量經夏玉米冠層重新分配后各組分的空間變異性較其未進入冠層前大，表現(xiàn)為截留量最

4、大，其次為莖稈下流水量，棵間水量相對較小。冠層截留量在夏玉米生育初期最?。?.8mm），而后逐漸增加直至生育盛期達到最大（2.6 mm），進入生育后期又有所降低（2.4mm］）。 （2）采用稱重法對噴灌冬小麥（密植小葉作物）冠層截留過程及其存儲能力進行了研究，結果表明噴灌初始階段（灌水量小于5mm）冬小麥冠層截留量隨灌水量的增加而迅速增加，此后增速逐漸減緩直至達到冠層存儲能力。不同生長期的冬小麥冠層存儲能力各不相同，變化范圍為0

5、．7~1．5mm。噴灌強度對冠層存儲能力大小影響不明顯。冬小麥拔節(jié)至成熟階段，冠層存儲能力隨葉面積指數（LAI）和株高的增大而線性增大。冬小麥抽穗前，冠層存儲能力與植株鮮重呈正線性相關關系。 （3）基于能量平衡原理，利用農田蒸騰蒸發(fā)觀測儀器（熱平衡莖流計、渦度相關儀及波文比能量平衡觀測系統(tǒng)）對截留水量蒸發(fā)產生的抑制蒸騰效應進行了研究，并估算了冠層毛、凈截留損失。結果表明對各灌水日而言，截留水量的蒸發(fā)使得噴灌處理冬小麥的蒸騰量僅占

6、地面灌（或未噴灌）處理的7％~14％，蒸騰抑制量變化范圍為1.7~4.1mm；夏玉米噴灌處理蒸騰量僅占地面灌處理的23％~42％，蒸騰抑制量變化范圍為0.5～2.8mm。蒸騰抑制量隨灌水當日日太陽輻射的增加而線性增加，隨日平均空氣相對濕度的增加而線性減小，日平均氣溫、日平均風速對蒸騰抑制量的影響不明顯。噴灌冬小麥冠層凈截留損失不足0.1mm，而夏玉米冠層凈截留損失變化范圍在1～2mm之間。全生育期內，噴灌夏玉米凈截留損失占灌水總量的5％

7、左右；對于冬小麥，因凈截留損失近乎為零，說明由噴灌產生的冠層截留量在蒸發(fā)過程中完全用于抑制蒸騰耗水，故在評價噴灌水利用率時應將其視為有效消耗。 （4）利用Cupid模型對冠層截留損失進行了模擬計算，并利用試驗結果對模擬結果進行了檢驗，在此基礎上對不同條件下的冠層截留損失進行了模擬。結果表明Cupid模型可以較好地模擬噴灌條件下作物冠層附近的空氣溫濕度變化及截留過程。對噴灌和地面灌條件下的作物蒸騰及冠層截留水量蒸發(fā)的模擬得出與試驗