基于水量平衡原理陕西省苹果适生区滴灌灌溉制度分析_李天星

2016年12月

灌溉排水学报

Journal of Irrigation and Drainage

第35卷增刊2

文章编号：1672-3317(2016) Supp.2-0009-05

基于水量平衡原理陕西省苹果适生区滴灌灌溉制度分析

李天星'，曹红霞'七李宏礼\陈红武3,唐龙I明冈!J?

（1.西北农林科技大学/旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌712100;

2.洛川县水务局，陕西洛川727400:3.西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌712100）

摘要：为了探讨陕西省各苹果适生区不同水文年滴灌的充分与非充分灌溉■制度，基于4个代表站长序列的月气象 资料、苹果作物系数及土壤水分参数资料，采用水量平衡原理制定了 4个代表站的滴灌灌溉制度。结果表明，与充 分灌溉相比，非充分灌溉推迟了灌水时间，并减少了灌水次数和灌水定额，并且越是在干旱的地区，节水效果越显 著；灌溉定额整体的变化趋势为渭北台堀东部地区〉陕北丘陵沟壑区〉渭北高原沟壑区〉渭北台塚西部地区；除千阳 县（渭北台塚西部地区）在湿润年不需灌溉外，陕西省不同适生区的苹果各水文年均需灌水，不同分区的灌溉定额 均随干旱程度逐渐増加。

关键词：陕西；苹果适生区；水量平衡原理；灌溉制度

中图分类号：S147.3 文献标志码:A doi: 10.13522/j .cnki.ggps.2016.z2.003

李天星,曹红霞，李宏礼，等.基于水量平衡原理陕西省苹果适生区滴灌灌溉制度分析[J].灌溉排水学报,2016,35 （z2）：9-13.

0引言

陕西苹果主要分布于干旱半干旱气候的陕北和渭北旱墟地区，由于地形起伏较大，水资源利用难度 大气 随着黄土高原气候干暖化趋势的加剧四，果园水分供需矛盾十分突出。近年来，相关人员针对黄土区 果园的土壤水分状况心、苹果树耗水规律啊等做了有益的探索，认为陕西苹果树土壤水分普遍亏缺。国内 外大量研究表明，结合穴灌、滴灌、微喷灌等节水技术并采用非充分灌溉可在产量不降低或稍有降低的情况 下品质有所提高険-也 迄今为止，鲜有针对陕西各区域苹果详实可靠的灌溉试验数据。为此,基于水量平衡 原理，制定陕西不同分区苹果的灌溉制度，以期为陕西省苹果灌溉管理以及西北高效节水灌溉工程的大范 围推广应用提供一定理论依据和实践指导。

1材料与方法

1.1研究区概况与分区

根据前人对陕西苹果适生区划分研究成果叫分区结果见表1»

表1陕西苹果适生区分区表

收稿日期：2016-06-06

基金项目：陕西省水利科技计划项目（2013slkj-48）；陕西省果业发展项目（tg2015-075）

作者简介:李天星（1990—）,男,河南商丘人。硕士研究生，研究方向为农业节水理论研究。E-mail: Iitxl990@163.com

通讯作者:曹红霞（1971-）,女，新疆五家渠人。副教授，硕士生导师，博士，研究方向为节水灌溉理论与技术研究。E-mail: chx662002@163.com

9

延安宝塔区	3.20-4.20	4.20-6.10	6.10-9.10	9.10-10.10	10.10-翌年 3.20
洛川	3.20-4.20	4.20-6.20	6.20-9.10	9.10-10.10	10.10-翌年 3.20
千阳	3.25-4.10	4.10-6.10	6.10-9.15	9.15-10.20	10.20-翌年 3.25
合阳	3.15-4.10	4.10-5.30	5.30-8.30	8.30-9.30	9.30-翌年 3.15

1.2数据来源及处理

月气象数据主要包括最高气温、最低气 温、平均气温、风速、相对湿度、降雨、蒸发、日 照时间等要素，来源于各研究区基准站。资料 时段为1951—2010年。

物候资料以陕西主栽品种富士为准，来源 于陕西省经济作物气象服务台2001—2009年累年观测平均值，具体见表2。

充分供水条件下，苹果需水量(EC)计算公式为:ETXKxETo,其中E爲釆用Penman-Monteith公式计

区域	站点	初期 4月	中期					成熟期落叶-休眠期
			5月	6月	7月	8月	9月	1。月	11—3 月
I	延安宝塔区	0.38	0.57	0.86	1.04	1.04	0.99	0.65	0.33
II	洛川	0.43	0.59	0.88	1.06	1.06	1.01	0.67	0.33
UI	千阳	0.45	0.73	1.04	1.03	0.92	0.77	0.53	0.33
IV	合阳	0.45	0.79	1.11	1.11	1.01	0.85	0.59	0.33

算四;環为作物系数，以西北农林科技大学节水 灌溉试验站(杨凌)及延安站试验成果皿叫乍为 标准状态下苹果作物系数。按地理位置接近和 气候特点相似的原则，延安、洛川以延安站为参 照，千阳、合阳以杨凌节水灌溉试验站为参照， 釆用单作物系数法四计算各代表站—io月爪, 11、12、1、2、3月果树处于落叶休眠期，耗水量较 少,统一采用延安站试验结果㈣,具体见表3 o

供水不足条件下，釆用詹森(Jensen)模型回进行计算，并取根系层深为1 m。

1.3苹果滴灌灌溉制度的确定

苹果树主要利用2m根区土层的水分叫因此兹以2m土体进行土壤水量平衡计算。方程式为：明-払= 払式中：见、肌分别为时段末、时段初2 m土层内的储水量(mm)；阳是由于计划湿润层增 加而增加的水量(mm),由于计算土体为2 m,故忽略不计;K为时段内地下水补给量(mm)；R为时段内有效降 水量为时段内灌水量(mm)；ET为时段内作物需水量(mm)；F为深层渗漏量(mm)；夫为地表径流量 (mm)o因黄土区地下水埋深超过60m,且降水、灌溉水的入渗深度均在根区以内，因此K、F、R可忽略不 计啤。故水量平衡方程可简写为：M= Wt-W0-Pe+ET.

以土壤墙情反映作物对水分的胁迫，一般以土壤相对湿润度(保)(土壤平均含水率占田间持水率9田的 比例)进行干旱等级划分叫无旱(欧>60%)、轻度干旱(50%<SZ?W60%)、中度干旱(40%<S7?W50%)、重度干 旱(30%<SRW40%)、特别重度干旱(SRW30%)。基于当年的灌水应使翌年苹果萌芽前土壤水分适宜来考虑， 假设时段初的土壤平均含水率为0.65。国,并以旬为时段递推计算。确定模型各参数，即：

(1)土壤水分参数。各代表区苹果园主要立地土壤属性数据来自文献[18],见表4。

资源短缺，兹取0.8 m。

(3) 适宜土壤水分上下限。考虑到黄土高原地区土壤干燥化的问题，根据有关研究认为以田间持水率 的50%作为果园土壤干燥化的标准是合理的叫因此对计划湿润层以下土壤水分下限设为0.5。国。针对不同 的灌溉策略,确定不同物候期的适宜土壤水分上下限：①充分灌溉。果树适宜的土壤水分水平为0.6〜0.8 。田。参考干旱指标等级的划分，确定充分灌溉条件下各物候期计划湿润层的土壤含水率上下限为:萌芽开 花和成熟期0.7即~0.6⑶，展叶幼果、果实膨大及釆后-休眠期0.8即〜0.6缶。②非充分灌溉。研究表明知, 在苹果花后约40-70 d中等胁迫,到果实迅速膨大期恢复充分供水,由于补偿生长的效应,苹果不会因适度 胁迫而引起产量的下降;在果实成熟期控制水分则有利于果实成熟和提高果实品质。参考干旱指标等级的 划分，将6月(花后40-70 d)、成熟期计划层水分下限设为0.5。田。

(4) 有效降水量。釆用系数法计算有效降雨量，即:R=aP,P为次降水量,a为经验系数。兹以旬为时段, 将月降水量按旬平均分配,P<5 mm时,a=0；5WP<50mm时,a=1.0；50寸<100 mm时,a=0.9； 100«P<150 mm 10

时,a=0.8；/^150 mm 时,a=0.7。

表5各代表站不同水文年的水量平衡要素

釆用净灌溉频率法进行频率分析，分别确定出4个代表站不同水平的频率年:湿润年(25%)、平水年 (50%)、干旱年(75%)、特旱年(90%)o各站不同水文年的水量平衡要素见表5，其中净灌溉定额MR为负值 时，表示不需要灌水。

(5) 滴灌方式说明及其湿润比确定。以盛果期苹果树为研究对象，依据相关研究成果叩,釆用单行毛管, 绕树铺设环状滴灌链，滴灌链距树干约树冠半径的2/3o湿润比取30%o

2结果与分析 2.1陕西各苹果适生区滴灌灌溉制度

注只展示需要灌水的各物候期，"一”表示不需要灌水

从表6可以看出，与充分灌溉相比,非充分灌溉推迟了灌水时间，同时减少了灌水次数和灌水定额,灌水 次数减少了 1次,均在各代表站湿润年或平水年份。合阳地区不同水文年非充分灌溉的灌溉定额减较充分 灌溉减少15〜30 mm,在延安地区可减少5〜15 mm,而在洛川地区和千阳地区仅减少了 5〜10 mm。可见，非 充分灌溉在较干旱地区节水效果更显著。

2.2分区灌溉制度的特征

总体上，除千阳县湿润年不需灌溉外，其他代表站各水文年均应灌溉。延安宝塔区、洛川、合阳、千阳全 生育期充分灌溉的灌溉定额分别在45~110、15~85、60〜120、0〜75mm之间变化，非充分灌溉下分别在30〜 100、10〜80、30〜105、0〜70mm之间变化。从某一水平年分区来看，灌溉定额表现为:合阳〉延安宝塔区〉洛川 ＞千阳。

需要说明的是，表6中灌水时间和灌水量是不同灌溉保证率下的灌溉制度,主要作为灌区水资源宏观调 配和规划的依据。具体到年份，需要根据果园的土壤水分状况、短期降水预报等来确定。

3讨论

釆用净灌溉频率法选择的不同水文年，一般情况下，年内降水量大则作物的净灌溉需水量就较小，反之 亦然，但是受作物需水规律影响，如果降水与作物需水匹配性较差，即水文年内降水量大且较集中,就会出 现如千阳县干旱年(75%)有效降水量较平水年(50%)多约8 mm的情况下，净灌溉定额(枷)仍高出湿润年 约70 mm的现象。因此，该方法充分考虑了作物需水量变化过程、降水年内分配对净灌溉需水量的影响，更 符合实际情况。

土壤水分状况是灌溉决策的定量指标之一。已有研究表明，在陕西渭北24个苹果基地县，土壤水分状 况以西部地区最好，中部果区次之，北部和东部果区土壤水分状况较差㈣，这与文中渭北3个分区灌溉定额 的空间分布规律相一致。

4结论

1) 与充分灌溉相比,非充分灌溉推迟了灌水时间，并减少了灌水次数和灌水定额,并且越是在干旱的地 区，节水效果越显著。

2) 千阳县湿润年不需灌溉，其他代表站各水文年均需灌水，灌溉制度受气候特征影响较大。从区域尺 度上，灌溉定额总的变化趋势是渭北台墟东部地区(合阳)〉陕北丘陵沟壑区(延安宝塔区)〉渭北高原沟壑区 (洛川)〉渭北台墟西部地区(千阳)。不同分区的灌溉定额均随干旱程度逐渐增加。

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Drip Irrigation Scheduling for Apple in Different Suitable Climate Zone
in Shaanxi Province Based on Water Balance Principle

LI Tianxing1, CAO Hongxia吃 LI Hongli2, CHEN Hongwu3, TANG Long', MING Gang2

(1. Northwest A&F University/ Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid
Area of Ministry of Education, Yangling 712100, China; 2. Luochuan Water Resources Bureau, Luochuan
727400, China; 3. College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

Abstract： In order to estimate the sufficient and non- sufficient irrigation scheduling at different hydrological years for full bearing apple trees in Shaanxi, four represent planting sites were selected to obtain information on long series of climate data, crop coefficient and soil conditions. Water balance method was applied to calculate the accurate irrigation water quota during the growth period in different hydrological years. Results showed that, compared with full irrigation, non-sufficient irrigation postponed irrigation time, reduced irrigation quota and irri­gation times, moreover, the water saving effect was more remarkable as drought conditions worsen. The overall trend of irrigation water quota was as follows: the eastern tableland area of Weibei plateau> hilly and gully area of northern Shaanxi> Weibei Plateau Gully Area> the western tableland area of Weibei plateau. Except that Qian- yang (the western tableland area of Weibei plateau) not being irrigated in rainy years, other areas all needed be ir­rigated in different hydrological years, and the irrigation water quota increased gradually with worsening drought conditions.

Key words: Shaanxi; suitable climate zone fbr apple; water blance principle; irrigation scheduling

责任编辑：刘春成