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西藏高寒牧区燕麦作物系数的推求及验证

 2015年2月

灌溉排水学报

Journal of Irrigation and Drainage

 第34卷第2期 

文章编号:1672-3317(2015)02-0056-05

西藏高寒牧区燕麦作物系数的推求及验证

赵世昌1,徐冰2,魏占民1,郭克贞2,汤鹏程2

(1.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特010018;

2.中国水利水电科学研究院牧区水利科学研究所,呼和浩特010020)

摘 要:运用FAO-56推荐的单作物系数法和双作物系数法推求充分灌溉条件下西藏高寒牧区燕麦的作物系数,并通过灌溉试验数据验证所求作物系数的可靠性以及这2种方法在海拔4 000m以上地区的适用性。结果表明,基于单作物系数法,2011年和2012年作物系数Kcini、Kcmid、Kcend分别为1.06、1.18、0.28和1.09、1.17、0.28。2011年和2012年双作物系数法与单作物系数法计算的ETc拟合相关系数分别为0.743和0.894。理论计算的作物需

水量与实测值接近,该2种作物系数法均适用于西藏高寒牧区。

关 键 词:西藏;高寒牧区;燕麦;作物系数

中图分类号:S274.1;S512.6 文献标志码:A doi:10.13522/j.cnki.ggps.2015.02.014

赵世昌,徐冰,魏占民,等.西藏高寒牧区燕麦作物系数的推求及验证[J].灌溉排水学报,2015,34(2):56-60.

FAO-56推荐的作物系数法是目前使用最广泛的作物需水量计算方法,作物种类、生育阶段、气候条件、土壤水肥状况以及田间管理水平等都是作物系数的影响因素。研究[3-6]表明,作物系数法广泛应用于小麦、夏玉米、水稻等作物,但西藏高寒牧区燕麦的作物系数以及海拔4 000m以上的高寒区作物系数法的适用性验证鲜有研究。为此,采用FAO-56作物系数法推求充分灌溉条件下燕麦作物系数,并利用2a的试验资料对作物系数进行验证,为充分灌溉条件下西藏高寒牧区人工牧草腾发量计算和灌溉制度设计提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究区概况及处理

研究区位于拉萨市当雄县(北纬30°28′,东经91°04′)。该县地处藏北高原,平均海拔4 200m以上,属高原大陆性气候,年平均降水量480mm,主要集中在6—9月,年蒸发量1 996mm。光照充足,气候干燥、寒冷、多风,无霜期仅60d,是典型的高寒牧区。试验区耕作层土壤质地为砂质壤土,土壤密度为1.44g/cm3,田间体积持水率为23.6%(θFC),体积饱和含水率为35.3%,凋萎系数为6%(占体积的百分比)。

供试作物为燕麦(丹麦444),该品种在藏北高寒牧区推广面积较大,产量稳定。采取条播方式,行距30cm,播种量187kg/hm2。于5月28—31日播种,9月20—25日刈割。

采用时域反射仪(TDR)测定土壤含水率,其上限值设为饱和含水率,播种—分蘖期、分蘖—拔节期、拔节—抽穗期、抽穗—成熟期土壤含水率下限分别设为θFC的70%、70%、75%、70%。随机抽样,每15d用测尺测定1次株高。气象数据来源于当雄县国家气象站。

收稿日期:2013-07-05

基金项目:中国水科院科研专项基金项目(MK2010J03,MK2012J05)

作者简介:赵世昌(1986-),男,硕士研究生,主要从事农田水利研究。E-mail:zhao.shichang@163.com

通讯作者:魏占民(1960-),男,河北石家庄人。教授,博士生导师,主要从事灌溉排水原理与管理决策。

E-mail:wei_zhanmin@yahoo.com.cn

1.2 研究方法

1.2.1 FAO-56单作物系数法

1)初始生长期作物系数(Kcini)计算

Kcini=

ETso

ET0

=1.15 tw≤t1

TEW-(TEW-REW)exp-

(t

w-t1

)E

so

1+

TEW

TEW-

()

REW

TEW

tw>t

,(1)

式中:REW为在大气蒸发力控制阶段蒸发的水量(mm);TEW为一次降雨或灌溉后总计蒸发水量(mm);Eso为潜在蒸发率(mm/d);ET0为参照作物腾发量(mm/d);tw为灌溉或降雨的平均间隔天数(d);t1为大气蒸发力控制阶段的天数(t1=REW/Eso)(d)。其中TEW和REW的计算式如下:

TEW=

Ze(θFC-0.5θWp) ET0≥5mm/d

Ze(θFC-0.5θWp)

ET0

槡5 ET0<5mm/

,(2)REW=

20-0.15 Sa Sa>80%

11-0.06 Cl Cl>50%

8+0.08 Cl Sa<

烆80%

,(3)

式中:Ze为土壤蒸发层深度,通常为100~150mm;θFC和θW

分别为土壤的田间持水率和凋萎点含水率;Sa和Cl分别为蒸发层土壤含砂粒量和含黏粒量。

2)生育中期作物系数(Kcmid)、末期作物系数(Kcend)的计算

根据FAO-56推荐值,半湿润气候区(RHmin≈45%,u2≈2m/s)、无水分胁迫、管理水平高条件下,燕麦Kcini(Tap)=0.3、Kcmid(Tap)=1.15、Kcend(Tap)=0.25。

对于非标准状态下的作物系数,FAO-56给出了修正公式:

Kcmid=Kcmid(Tap)+[0.04(u2-2)-0.004(RHmin-45)]h

()30.3,(4)

Kcend=

Kcend(Tap)+[0.04(u2-2)-0.004(RHmin-45)]

()30.3 Kcend(Tap)≥0.45

Kcend(Tap) Kcend(Tap)<0.

烆45

,(5)

式中:u2为该生育阶段内高2m处的日平均风速;RHmin为该生育阶段内平均日最低相对湿度;h为该生育阶段内作物平均高度。参数取值详见表1。

表1 各生育阶段的相关参数

生育阶段初始生长期生长发育期生育中期生育后期

阶段时间/d2011年40 25 25 202012年40 25 25 20

u2/(m·s-1)2011年2.16 2.23 2.01 1.812012年2.7 1.85 2.067 1.89

RHmin/%2011年30.93 42.62 28.33 30.942012年29.02 40.11 37.61 31.94

h/m2011年0.13 0.28 0.51 0.642012年0.11 0.30 0.56 0.69

1.2.2 双作物系数法

双作物系数是将作物系数(Kc)分为2个系数:表征作物蒸腾的基础作物系数(Kcb)和表征土壤表面蒸发的土壤蒸发系数(Ke),且Kc=Kcb+Ke。

1)基础作物系数Kcb的计算

根据FAO-56推荐值,半湿润气候区(RHmin≈45%,u2≈2m/s)、无水分胁迫、管理水平高条件下,燕麦Kcbini(Tap)、Kcbmid(Tap)、Kcbend(Tap)分别为0.15、1.10、0.15。

非标准状态下,FAO-56给出了作物系数修正公式:

Kcb=Kcb(Tap)+[0.04(u2-2)-0.004(RHmin-45)]h

()30.3。(6)

2)土壤蒸发系数Ke的计算

当土壤表面较湿润时,Ke最大;当土壤表面干燥时,Ke很小甚至为0。Ke计算如下式:

Ke=Kr(Kc max-Kcb)≤fewKc max,(7)为降雨或灌溉后Ke的最大值;Kr为土壤蒸发累积深度的蒸发减小系数;few为裸露和湿润土壤式中:Kc

 max

的比值。采用excel软件反复迭代计算Ke,其他参数的确定见文献[2]。

1.2.3 田间试验验证

田间试验是确定作物需水量的最佳方法,但往往由于条件有限而不能进行田间试验,只能进行估算。根据西藏当雄县试验小区含水率数据,运用水量平衡方法计算不同时段内作物的实际腾发量(ETc)以验证由作物系数法所求的作物需水量。

ETc=(P+I-Q-ΔW)/Δt,(8)式中:P为时段内降雨量;I为时段内灌水量;Q为时段地下水补给量;ΔW为时段内土壤储水量变化量;Δt为试验时段。由于试验区地下水深度为28m,故不考虑地下水补给量。

2 结果与分析

基于试验区2011年和2012年的气象数据以及充分灌溉条件下燕麦土壤含水率数据,分别采用单作物系数法和双作物系数法推求西藏高寒牧区燕麦作物系数(如图1),计算ETc并将其与实测的ETc绘于图2,2种方法计算的ETc对比分析如图3所示。

西藏高寒牧区燕麦作物系数的推求及验证

图1 作物系数和降雨量的变化

西藏高寒牧区燕麦作物系数的推求及验证

图2 单、双作物系数法ETc计算值与实测ETc的对比

由图1可知,基于单系数法,2011年西藏高寒牧区燕麦Kcini、Kcmid、Kcend分别为1.06、1.18、0.28,2012年分别为1.09、1.17、0.28。该2年度的初始生长期作物系数略有差别,生育中期和生育后期基本一致,这主要是由于修正公式中tw的差别导致,即初始生长期灌溉和降雨的频率所导致。

基于双作物系数法,2011年基础作物修正系数Kcbini、Kcbmid、Kcbend分别为0.15、1.13、0.25;2012年基础5

作物修正系数分别为0.15、1.12、0.25。可见,初始生长期,Kcb较小,Kc的主要构成为土面蒸发。从生长发育期开始,作物蒸腾所占的比重逐渐增大并于生育中期达到最大,同时由于该时期作物覆盖度不断增加,导致土面蒸发占腾发量比重减小;进入生育后期,作物生长停滞并开始出现老化,ETc和Kc同时下降。其中Kcb的变化主要由作物的生长变化导致,故该阶段变化稳定、较规律;而Ke与降雨和灌溉有密切关系,降雨和灌溉后土壤表面湿润,水分极易蒸发,故Ke突然增大。

由图2可知,充分灌溉下,2011年和2012年燕麦腾发量波动趋势和波动范围基本一致。初始生长期,ETc波动较大,且极大值均出现在该生育期;这是因为该地区作物初始生长期风速大,日照时数长,尤其6月中上旬多为晴天,且灌溉后土壤表面湿润,导致该时段土壤蒸发系数较大,最终该时期出现腾发量极值。生长发育期和生育中期,西藏进入雨季,2011年和2012年ETc均较稳定,在3~6mm之间波动。生育末期,该地区雨季结束,同时灌溉减少,腾发量呈下降趋势。

西藏高寒牧区燕麦作物系数的推求及验证

图3 单、双作物系数法ETc计算值的对比

由图3可知,2011年和2012年2种方法计算的ETc拟合相关系数分别为为0.743和0.894,说明2种方法的计算结果比较接近。

综上,2种方法计算的ETc基本接近,且与实测值差异较小,故FAO-56推荐的作物系数法适用于西藏高寒区。

3 结 论

单作物系数法和双作物系数法计算的ETc基本接近,且通过田间试验,运用水量平衡方法求得作物实际腾发量和理论计算值相近,初步验证FAO-56推荐的单作物系数法和双作物系数法均适用于西藏高寒牧区,可为该地区其他相似气候条件下燕麦作物系数的确定提供参考。

研究的仅是高寒牧区燕麦在充分灌溉条件下的作物系数,对于非充分条件下作物系数需考虑水分胁迫系数,有待进一步研究。

参考文献:

[1] 康绍忠.农业水土工程概论[M].北京:中国农业出版社,2007.

[2] Allen R G,Pereira L S,Raes D,et al.Crop evaportranspiration Guidelines for computing crop water requirements[M].Rome:FAO,1998.[3] 刘钰,Pereira L S.对FAO 56推荐的作物系数计算方法的验证[J].农业工程学报,2000,16(5):26-30.

[4] 樊引琴,蔡焕杰.单作物系数法和双作物系数法计算作物需水量的比较研究[J].水利学报,2002,(3):50-55.

[5] 杨晓光,Bouman B A M.华北平原旱稻作物系数试验研究[J].农业工程学报,2006,22(2):37-41.

[6] 彭世彰,丁加丽.用FAO-56作物系数法推求控制灌溉条件下晚稻作物系数及验证[J].农业工程学报,2007,23(7):30-34.

Ascertainment and Verification of Crop Coefficient for

Oat in Alpine Pasture of Tibet

ZHAO Shichang1,XU Bing2,WEI Zhanmin1,GUO Kezhen2,TANG Pengcheng2

(1.Water Conservancy and Civil Engineering College,Inner Mongolia Agricultural University,

Huhhot 010018,China;2.Institute of Water Resources for Rastoral Area,

China Institute of Water Resources and Hydropower Reseach,Huhhot 010020,China)

Abstract:The crop coefficient of oat was calculated through single crop coefficient approach and dual cropcoefficient approach recommended by FAO-56under sufficient irrigation in alpine pasture of Tibet.The re-liability of the calculated crop coefficient and the applicability of the two methods were verfied according tothe data of two years’irrigation experiments in Dangxiong county of Tibet.Results suggested that Kcini,Kcmid,Kcendcomputed by single crop coefficient approach in 2011and in 2012were 1.06,1.18,0.28and 1.09,1.17,0.28respectively.The correlation coefficients between water requirements calculated by singlecrop coefficient approach and dual crop coefficient approach were 0.743and 0.894in 2011and in 2012re-spectively.The theoretical calculated water requirements were close to the measured data,indicating thatthe two methods recommended by FAO-56could be used to calculate the crop coefficient in the alpine pas-ture of Tibet.

Key words:Tibet;alpine pastoral area;oats;crop coefficient

(上接第28页)

Effects of Different Moisture and Mulching Treatments on Soil

Hydrothermal Regimes and Summer Maize Growth

ZHANG Junpeng,LIU Zugui,SUN Jingsheng,FENG Di,LIU Xiaofei

(Farmland Irrigation Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences/

Key Laboratory of Crop Water Use and Regulation,Ministry of Agriculture,Xinxiang 453002,China)

Abstract:The effects of different moisture conditions and mulching modes on soil moisture,soil tempera-ture as well as summer maize aboveground growth,yield,water consumption and water use efficiency werestudied by field comparison trials.The results showed that the hydrothermal regimes of summer maize rootzone was improved under plastic film mulching(PM)and straw mulching(SM)by regulating soil moistureand soil temperature.The aboveground biomass and yield of summer maize were increased,and water useefficiency was improved as well by PM and SM under three moisture conditions.The water saving andyield increasing effects by PM and SM under medium and low moisture conditions were higher than thoseunder high moisture condition.The effects of SM treatments on soil hydrothermal regimes and summermaize growth rose as straw-mulch amount increased under the same moisture condition.It was appropriateto control soil water low limit of 65%FCand use the plastic mulching mode or straw mulching of 7 500kg/hm2at the same time.

Key words:moisture;mulching;hydrothermal regimes;summer maize;growth