噴灌條件下土壤水氮空間分布特性及對(duì)作物產(chǎn)量的影響

1、第二章,噴灌條件下水氮空間分布特性及其對(duì)作物產(chǎn)量的影響,第二小組,姜春梅,王承毅,何強(qiáng),王文皓,白國新,本章在不同生態(tài)區(qū)開展了噴灌條件下土壤水分，氮素和作物產(chǎn)量變化規(guī)律的田間試驗(yàn)，分析了均勻系數(shù)對(duì)水分深層滲漏和硝態(tài)氮淋失的影響，為噴灌均勻系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選取提供了科學(xué)依據(jù)。,內(nèi)容提要,sprinkler irrigation用專門的管道系統(tǒng)和設(shè)備將有壓水送至灌溉地段并噴射到空中形成細(xì)小水滴灑到田間的一種灌溉方法。,什么是噴灌？,噴灌技術(shù)創(chuàng)

2、始于19世紀(jì)末，在美國和俄國首先使用了固定式的自壓管道噴灌系統(tǒng)。1913～1920年間出現(xiàn)了簡(jiǎn)易的噴灌車，用于草地、菜園、苗圃和果園等。蘇聯(lián)于1922年研制出自動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴頭和遠(yuǎn)射程噴灌裝置，30年代制成了雙懸臂式噴灌機(jī)和塑料管道。至40年代，搖臂式噴頭和快速接頭，以及鋁合金管開始出現(xiàn)，端拖式和滾移式噴灌機(jī)在美國得到應(yīng)用。50年代美國又研制和生產(chǎn)了水力驅(qū)動(dòng)型圓形噴灌機(jī)；60年代研制成電力驅(qū)動(dòng)型圓形噴灌機(jī)，同時(shí)出現(xiàn)了聚乙烯半軟管和鋼索絞盤式噴

3、灌機(jī)；60年代末研制成平移式噴灌機(jī)；70年代初研制成同步脈沖固定式噴灌系統(tǒng)。70年代末美國已生產(chǎn)電力驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)化平移式噴灌機(jī)，并發(fā)展耗能少的低壓噴灌機(jī)。,2.1概述,發(fā)展歷程,中國于50年代初開始，在一些大城市郊區(qū)的蔬菜地發(fā)展固定式噴灌系統(tǒng)。70年代初研制了小型噴灌機(jī)（人工降雨機(jī)）和旋轉(zhuǎn)式噴頭。1978年完成了搖臂式噴頭和噴灌泵兩個(gè)系列產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)，還先后研制成輕型、小型、中型和大型噴灌機(jī)，此后，全射流噴頭和時(shí)針式（圓形）、平移式

4、、絞盤式和滾移式噴灌機(jī)又研制成功，同時(shí)低壓噴頭和微型噴頭也相繼出現(xiàn)?！熬盼濉币詠?，我國的噴灌面積增長(zhǎng)迅速，已超過267.5萬hm2，占有效灌溉面積的4.7%。,我國概況,優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn),節(jié)約灌溉用水，增產(chǎn)，改善作物品質(zhì)，對(duì)土壤和地形適應(yīng)性強(qiáng)，可以多目標(biāo)利用以及便于自動(dòng)化。⑴噴灌系統(tǒng)的投資較高。⑵噴灌的能耗較高。⑶要求噴灌能夠進(jìn)一步節(jié)約灌溉用水。,主要由水源動(dòng)力機(jī)、水泵、管道系統(tǒng)和噴頭等部分組成。水源動(dòng)力機(jī)、水泵輔以調(diào)壓和安全設(shè)備構(gòu)

5、成噴灌泵站。與泵站聯(lián)接的各級(jí)管道和閘閥、安全閥、排氣閥等構(gòu)成輸水系統(tǒng)。噴灑設(shè)備包括末級(jí)管道上的噴頭或行走裝置等。噴灌系統(tǒng)按照噴灌作業(yè)過程中可移動(dòng)的程度分為下列 3類。,噴灌系統(tǒng),固定式噴灌系統(tǒng)　　除噴頭外，各組成部分在長(zhǎng)年或灌溉季節(jié)均固定不動(dòng)。干管和支管多埋設(shè)在地下，噴頭裝在由支管接出的豎管上。操作方便，效率高，占地少，也便于綜合利用（如結(jié)合施肥、噴農(nóng)藥等）和實(shí)現(xiàn)灌溉的自動(dòng)控制。但需要大量管材，單位面積投資高。適用于灌溉頻繁的經(jīng)濟(jì)作物

6、區(qū)（如蔬菜種植區(qū)）和高產(chǎn)作物地區(qū)。,噴灌設(shè)備,半固定式噴灌系統(tǒng)　　噴灌機(jī)、水泵和干管固定，而支管和噴頭則可移動(dòng)。移動(dòng)的方式有人力搬移、滾移式，由拖拉機(jī)或絞車牽引的端拖式，由小發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作間歇移動(dòng)的動(dòng)力滾移式、絞盤式以及自走的圓形及平移式等。其投資比固定式噴灌系統(tǒng)少，噴灌效率較移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)高。常用于大田作物。 　　① 絞盤式噴灌機(jī)。由干管上的給水栓通過軟管供水。有3種類型：一種是將鋼索絞盤連同驅(qū)動(dòng)絞盤用的動(dòng)力機(jī)、噴頭等裝在噴灌車上，

7、鋼索的一端固定在地頭牽引噴灌車前進(jìn)；另一種是將鋼索絞盤及其動(dòng)力機(jī)置于地頭，通過鋼索牽引裝有噴頭的噴灌車前進(jìn)；還有一種是將作為供水支管的軟管卷繞在絞盤上，絞盤及噴頭裝在噴灌車或滑橇上，由軟管牽引前進(jìn)。水力驅(qū)動(dòng)的絞盤式噴灌機(jī)是利用干管引來的高壓水，通過水渦輪驅(qū)動(dòng)絞盤作業(yè)，免去了動(dòng)力機(jī)。,②圓形噴灌機(jī)和平移式噴灌機(jī)。均為多塔車自走式，即將裝有許多噴頭的薄壁金屬支管支承在若干個(gè)可以自動(dòng)行走的塔車上。各塔車都有一套調(diào)速、同步、安全控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，

8、使整個(gè)支管系統(tǒng)在電力或水力驅(qū)動(dòng)下，自動(dòng)協(xié)調(diào)地作緩慢直線運(yùn)動(dòng)或繞其一端作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圓形噴灌機(jī)（圖1）由中心樞軸處供水，支管長(zhǎng)60～800米,轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間為8小時(shí)至7天，控制面積150～3000畝，自動(dòng)化程度很高。但噴灑面積為圓形，為解決方形地塊上四個(gè)邊角地帶的灌溉問題，有的裝有角噴裝置,即在支管的末端裝設(shè)伸出噴桿或遠(yuǎn)射程噴頭，當(dāng)轉(zhuǎn)到邊角地帶時(shí)自動(dòng)接通。平移式噴灌機(jī)是通過軟管由渠道或固定干管上的給水栓供水。由干管供水時(shí)，噴灌機(jī)行走一定距離后

9、要移動(dòng)軟管,改接在下一個(gè)水栓上，因而自動(dòng)化程度較低，但噴灌后不會(huì)留下邊角。,移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)　　除水源外，動(dòng)力機(jī)、水泵、干管、支管和噴頭等都是可以移動(dòng)的，因而可在一個(gè)灌溉季節(jié)里在不同地塊輪流使用,提高了設(shè)備利用率，并可節(jié)省單位面積投資，但工作效率和自動(dòng)化程度低。常用的類型中，有的是動(dòng)力機(jī)和水泵裝在手推車或手架上的輕、小型噴灌機(jī)，其噴頭裝在輕便三角架上，通過軟管同水泵連接；有的是將水泵同噴頭裝在手扶拖拉機(jī)上的小型噴灌機(jī)，由手扶拖拉機(jī)的動(dòng)力

10、輸出裝置驅(qū)動(dòng)水泵作業(yè)；有的是裝在大、中型拖拉機(jī)上的雙懸臂式噴灌機(jī)。移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)適用于灌溉次數(shù)較少的大田作物和小塊地段。 　　此外，在有條件的地區(qū)，還可發(fā)展自壓噴灌。其優(yōu)點(diǎn)是可以利用水的自然落差，不需動(dòng)力機(jī)和水泵，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，使用成本低。,克里斯琴森均勻系數(shù),∑,2.1.1噴灌條件下土壤水分空間分布特性,1972年Hart模擬模型結(jié)果指出：隨著灌水結(jié)束后歷時(shí)的增加，土壤含水率在作物根區(qū)分布的均勻系數(shù)增大，1~2天后趨于穩(wěn)定。噴

11、灑水量在進(jìn)入土壤后的再分布，使得水分在土壤中的分布均勻的多。1995Li和Kawano網(wǎng)格模擬結(jié)果表明：深層滲漏量隨均勻系數(shù)的增大而減小，但當(dāng)CU超過85%后，CU的增大對(duì)減少深層滲漏量作用不明顯。1997年他們進(jìn)行的研究表明：灌溉水量在土壤中分布的均勻性在很大的程度上取決于初始土壤含水率分布的均勻性。1996年對(duì)火山灰和砂壤土實(shí)驗(yàn)研究表明：在灌水過程中，土壤含水率的均勻系數(shù)略有下降，但灌水結(jié)束后隨著水分在土壤中的再分布的進(jìn)行，土壤含

12、水率的均勻系數(shù)增大。同時(shí)亦說明噴灌水量在土壤中的分布比其在地表的分布均勻得多，而且土壤含水率均勻系數(shù)主要取決于初始土壤含水率及其分布和灌水定額的大小。對(duì)不同噴灌均勻系數(shù)條件下的土壤含水率分析，其服從正太分布。,2.1.1噴灌條件下土壤水分空間分布特性,1990Ben—Asher和Ayars提出了根系交錯(cuò)系數(shù)的概念：Fu=100-fx(100-CU)式中　Fu—— 田間土壤含水率均勻系數(shù), %;　fx——根系交錯(cuò)系數(shù)?！　x的變化范

13、圍為［0,1］, 當(dāng)根系完全搭接連成一體時(shí), fx = 0, 此時(shí)Fu =100%, 也就是說田間土壤含水率均勻系數(shù)與噴灌均勻系數(shù)無關(guān); 當(dāng)根系彼此互不搭接時(shí)fx=1, 此時(shí)田間土壤含水率均勻系數(shù)與噴灌均勻系數(shù)相等。,如果噴灌的目的是為形成均勻的土壤含水率分布，那么噴灌均勻系數(shù)的設(shè)計(jì)值可以比現(xiàn)行規(guī)范的要求值低些，以降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用。；,結(jié)論,2.1.2噴灌均勻系數(shù)對(duì)作物產(chǎn)量的影響,作物產(chǎn)量除了與耗水量有關(guān)外還與灌水均勻系數(shù)有關(guān)。

14、如果在傳統(tǒng)的作物需水量試驗(yàn)中增加灌水均勻系數(shù)這一因子, 試驗(yàn)處理個(gè)數(shù)將會(huì)成數(shù)倍增加, 并且目前所使用的試驗(yàn)小區(qū)面積也要增大許多。鑒于上述原因, 噴灌均勻系數(shù)對(duì)作物產(chǎn)量影響的試驗(yàn)資料十分缺乏。為了減少試驗(yàn)工作量, 一些學(xué)者提出了模擬研究方法。Zaslavsky and Buras 利用水分生產(chǎn)函數(shù)的Taylor級(jí)數(shù)展開來研究灌水均勻性對(duì)產(chǎn)量的影響。 Varlev利用式 (2—3) 探討了均勻系數(shù)與作物產(chǎn)量之間的相互關(guān)系和達(dá)到最優(yōu)產(chǎn)量水

15、平時(shí)的均勻系數(shù)和灌水量。Varlev 使用了入滲水深均勻系數(shù), 但未對(duì)噴灌均勻系數(shù)與入滲水深均勻系數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行研究,Seginer 假設(shè)矩形噴灑水量分布和線性水分生產(chǎn)函數(shù), 研究了噴灌均勻系數(shù)對(duì)作物產(chǎn)量和最優(yōu)灌水量的影響。Warrick and Gardner 假設(shè)線性水分生產(chǎn)函數(shù), 模擬了多種水量分布函數(shù)時(shí)灌水量的變差系數(shù)對(duì)作物產(chǎn)量的影響。 Warrick and Gardner 在模型中既考慮了灌水的不均勻性, 又考慮了土壤的空

16、間變異性。他們用Monte Carlo方法導(dǎo)出了灌水與土壤空間變異的聯(lián)合概率密度函數(shù)?！　〖僭O(shè)噴灑水量服從直線分布和線性水分生產(chǎn)函數(shù)［19］, 文獻(xiàn)［20］推導(dǎo)出如下模擬噴灌均勻系數(shù)對(duì)作物產(chǎn)量影響的模型Y=Ym［1-βCD（1－p)］,式中　Y——作物產(chǎn)量; 　Ym——與最大蒸騰量ETm對(duì)應(yīng)的作物最大產(chǎn)量;　 HR——要求灌水深度; 　HG——實(shí)際平均灌水深度; 　Hmax——最大灌水深度;　p——非灌溉水量占ETm的比例;　CD—

17、—水分虧缺系數(shù), 　β—— 產(chǎn)量對(duì)水分虧缺的敏感系數(shù),利用上述模型對(duì)噴灌均勻系數(shù)對(duì)玉米產(chǎn)量的影響進(jìn)行研究的結(jié)果表明, 灌水量一定時(shí), 產(chǎn)量隨CU的減小而降低。,結(jié)論：,前述關(guān)于噴灌均勻系數(shù)對(duì)作物產(chǎn)量影響的模擬模型都將線性水分生產(chǎn)函數(shù)作為各自模型推導(dǎo)的基礎(chǔ)。隨著非充分灌溉理論研究的深入, 許多研究表明, Jensen連乘模型能更好地描述作物不同生育階段受旱對(duì)產(chǎn)量的影響, 因此, 文獻(xiàn)Li建立了利用Jensen連乘水分生產(chǎn)函數(shù)模擬均勻系數(shù)對(duì)

18、作物產(chǎn)量影響的模型,式中　λi——Jensen模型中的水分敏感指數(shù); 　∑λi——水分敏感指數(shù)累積值。上述模擬模型的共同不足之處在于都未考慮噴灌水量在土壤中再分布的影響。已有研究結(jié)果表明, 由于再分布, 噴灌水量在土壤中的分布比其在地表的分布 (承雨筒測(cè)試結(jié)果) 均勻得多。如何將水分再分布在模型中加以考慮是需要進(jìn)一步研究的。,均勻系數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響,Stern and Bresler 進(jìn)行了噴灌均勻系數(shù)對(duì)甜玉米 (sweet corn)

19、 產(chǎn)量影響的試驗(yàn)。對(duì)灌水深度、土壤含水率、作物產(chǎn)量的空間結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明, 噴灌范圍內(nèi)的土壤含水率、作物產(chǎn)量的差異主要是由于灌水深度的不均勻性引起的。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少, 該研究未能就作物產(chǎn)量是取決于土壤含水率分布還是取決于灌水量在地面上的分布作出回答, 因而, 也未能對(duì)噴灌均勻系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供建議。,結(jié)果,Mateos 等1997年進(jìn)行了噴灌均勻系數(shù)對(duì)棉花產(chǎn)量影響的試驗(yàn), 試驗(yàn)處理包括兩個(gè)均勻系數(shù)水平 (均勻系數(shù)為 80 % 和52

20、 %) 和兩個(gè)灌水量水平 (生育期灌水量為 400 mm和260 mm)。結(jié)果指出, 均勻系數(shù)對(duì)棉花產(chǎn)量影響不顯著。他們將產(chǎn)生這一結(jié)果的原因歸結(jié)于產(chǎn)量與灌水量之間的非線性關(guān)系以及噴灌水量在土壤中的再分布。,2.2噴灌條件下土壤水分空間分布特征,2.2.1裸地條件下土壤含水率分布的均勻性,,,2.1試驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)（詳見課本34頁）2.2土壤水空間分布（詳見課本35頁）,不同土壤裸地和作物生長(zhǎng)條件下噴灌水量在土壤中分布的試驗(yàn)結(jié)果表明，由于

21、作物冠層截留對(duì)水分均勻程度的改善和噴灌水分在土壤中的再分布，噴灌條件下水分在土壤中分布的均勻性比其在地表的均勻性要好的多，即使噴灌均勻系數(shù)小于60%時(shí)，土壤水分的均勻系數(shù)仍可達(dá)到90%，因此如果噴管的目的是為了形成均勻的土壤水分，現(xiàn)行噴灌均勻系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（CU≧90%）可考慮適當(dāng)降低。,2.2.3結(jié)論,第二章 噴灌條件下土壤水氮空間分布特性及其對(duì)作物產(chǎn)量的影響,,2.3噴灌條件下土壤氮素空間分布特征,隨著施肥量的增加，面源污染問題越來越

22、嚴(yán)重。而氮肥的超量施用和灌溉制度不合理是引起硝態(tài)氮淋失和面源污染的主要原因。因此，近年來有關(guān)優(yōu)化灌溉和施肥技術(shù)參數(shù)、減輕面源污染的研究受到關(guān)注。影響硝態(tài)氮淋失的主要因素有噴灌均勻系數(shù)、灌溉制度、施肥制度、澆水量及其分布和土壤特性。,,通過一些實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們采用了水量平衡法和氮素質(zhì)量平衡法，指出了施肥量是影響氮素淋失的主要因素。硝態(tài)氮淋失量隨均勻系數(shù)的降低明顯增加。但是，由于田間試驗(yàn)條件的差異，造成了模擬與試驗(yàn)研究結(jié)果之間的差異。因此，近

23、年來對(duì)均勻系數(shù)對(duì)水氮淋失影響的研究呈增加趨勢(shì)。本節(jié)的目的是利用田間試驗(yàn)，研究噴灌系數(shù)在較大范圍內(nèi)變化的土壤水、氮時(shí)空分布和水、氮淋失，為噴灌均勻系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)。,2.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法,試驗(yàn)于2002-2003年冬小麥和夏玉米生育期內(nèi)在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的站內(nèi)進(jìn)行的。冬小麥試驗(yàn)對(duì)于小麥在一定的季節(jié)時(shí)期給予一定的理會(huì)。噴灌施肥時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)施肥量和灌水量，在蓄水箱內(nèi)配置肥料溶液，然后進(jìn)行噴灑。噴灌水量、施肥量以及氮素分布的均勻

24、系數(shù)用克里斯琴林均勻系數(shù)CU表示。,每次灌溉的日期、水量、均勻系數(shù)、生育期積水量灌溉均勻系數(shù)、平均均勻系數(shù)、累計(jì)施肥量及其均勻系數(shù)為與圖2-6中。從圖中可看出，東中西三個(gè)處理生育期平均灌溉系數(shù)分別為84%、79%和72%，三次施肥灌溉系數(shù)為85%、78%和71%。如圖2-6：,,2.3.1.2夏玉米試驗(yàn),夏玉米田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件與冬小麥相同，土壤氮素空間分布也采用與冬小麥試驗(yàn)相同的方法。結(jié)果數(shù)據(jù)見圖2-7：,2.3.2土壤氮素在作物生育期

25、內(nèi)的變化,圖2-9繪出了三個(gè)均勻系數(shù)處理處理不同土壤層次NH4-N含量在生育期內(nèi)的變化。如圖2-9：,,從圖中可看出來，三個(gè)均勻系數(shù)處理呈現(xiàn)出大致相同的變化趨勢(shì)，0-20cm土層和0-40更為明顯。例如，4月10日施肥灌溉后，東處理0-20土層NH4-N含量由3.6mg/kg增加到5.2mg/kg，20-40cm土層由3.5mg/kg增加到6.2mg/kg.從圖中還可以看出來5月28日降雨后，土壤較深層次的NH4-N含量都有明顯增加。這

26、一現(xiàn)象可能是由于優(yōu)先流造成的。以下的圖2-10還可以看出三個(gè)均勻系數(shù)處理不同土層NO3-N含量在冬冬小麥生育期內(nèi)的變化。如圖：,,,由圖可見，在土壤剖面上，一般20-60cm深度的硝酸氮含量最高，0-20cm最低。從以上，兩幅圖中可看出來，玉米生育期內(nèi)NH4-N和NO3-N含量呈現(xiàn)出來與冬小麥大致相同的變化趨勢(shì)，施肥灌溉后土壤氮素含量都有所增加，表層更為明顯，尤其是第一次施肥灌溉（7月16日）后，NH4-N含量由冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)的5mg/

27、kg左右增加到10mg/kg以上。,2.3.3土壤氮素分布特性,科學(xué)家們還繪制出了冬小麥4月30日和5月25日測(cè)土壤NO3-N含量的空間分布。由以上的數(shù)據(jù)，可見NH4-N的分布一般比NO3-N的分布均勻。在糯玉米生育期內(nèi)，土壤NO3-N含量的均勻系數(shù)一般大于NH4-N含量的均勻系數(shù)，東中西三個(gè)處理NO3-N的平均系數(shù)分別為66%、71%、70%，而NH4-N平均均勻系數(shù)分別為49%、61%和63%。與冬小麥相似，噴灌均勻系數(shù)對(duì)土壤氮素分

28、布均勻性的影響不明顯。由此可見，土壤中的分布均勻性不僅取決于噴灌灌水和施肥均勻，而且與土壤初始初步等因素有關(guān)。,圖為NO3-N和NH4-N在糯玉米生育期的變化,對(duì)于更多的數(shù)據(jù)，詳情與參考材料。對(duì)于高均勻系數(shù)的東處理來說，土壤硝態(tài)氮的呈現(xiàn)出隨施肥灌溉深度增加而增大的趨勢(shì)，但相關(guān)系數(shù)僅為0.1，其他兩個(gè)均勻系數(shù)表現(xiàn)出施肥灌溉深度對(duì)硝態(tài)氮含量影響不明顯。這從里一個(gè)角度說明，土壤中的硝態(tài)氮分布均勻性不僅取決于噴灌灌水和施肥均勻，而且與土壤初始初

29、步等其他因素有關(guān)。,,2.3.4結(jié)論,利用田間試驗(yàn)研究了小麥和玉米噴灌施肥條件下均勻系數(shù)對(duì)土壤水氮淋失和時(shí)空分布的影響。通過對(duì)作物的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，土壤NO3-N和NH4-N隨時(shí)間和空間的分布表現(xiàn)出很強(qiáng)的變化范特征，冬小麥在生育期內(nèi)NH4和NO3含量均勻系數(shù)變化范圍為23%-97%，變差系數(shù)的變化范圍分別為0.04-1.06和0.04-1.00；糯玉米生育期內(nèi)NH4和NO3含量均勻系數(shù)變化范圍分別為4%-95%和39%-96%，變差系數(shù)的變化

30、范圍分別為0.14-1.85和0.06-0.95。,方法：達(dá)西定律和ROSETTA估算硝態(tài)氮是利用實(shí)測(cè)的土壤硝態(tài)氮含量與土壤含水率換算得到,2.4 噴灌均勻系數(shù)對(duì)水氮淋失的影響,2.4.1 深層滲漏量對(duì)水氮淋失量的估算方法,2.4.2噴灌均勻系數(shù)對(duì)深層滲漏和硝態(tài)氮淋失影響,圖像分析,通過對(duì)冬小麥的實(shí)驗(yàn)可知：均與系數(shù)對(duì)深層滲透量的影響不明顯。,結(jié)論,糯玉米的實(shí)驗(yàn),夏玉米的研究發(fā)現(xiàn)：似可得出均勻系數(shù)對(duì)深層滲漏和硝態(tài)氮淋失不明顯的結(jié)論。此外

31、水氮淋失還受空間變異和優(yōu)先流的影響。,結(jié)果,由于受外界影響，冬小麥深層滲透量不大；而夏玉米生育期處于降雨階段，大多數(shù)時(shí)間有深層滲漏發(fā)生。噴灌均勻系數(shù)對(duì)深層滲漏和氮素淋失有一定影響，但也表現(xiàn)較強(qiáng)的不確定性。,結(jié)論,1冬小麥氮素吸收劑產(chǎn)量對(duì)噴灌施肥均勻性的影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法噴灌施肥均勻性對(duì)氮素吸收和產(chǎn)量分布的影響施肥量對(duì)氮素吸收和產(chǎn)量的影響,2.5噴灌均勻系數(shù)對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響,噴灌均勻系數(shù)對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響,2玉米氮素吸收劑

32、產(chǎn)量對(duì)噴灌施肥均勻性的響應(yīng)3噴灌均勻系數(shù)對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響,噴灌均勻系數(shù)對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法見P57~59頁。噴灌施肥均勻性對(duì)氮素吸收和產(chǎn)量分布的影響圖2-20 和圖2-21對(duì)比2002~2003年度實(shí)驗(yàn)不同均勻系數(shù)處理的生理期灌水深度 生育期是非灌溉深度 地上部分干物質(zhì) 植株全氮含量 氮數(shù)吸收量和產(chǎn)量的空間分布。對(duì)高均勻系數(shù)（東）處理來說，氮素吸收量 產(chǎn)量與灌水深度和施肥灌溉深度在空間上不相關(guān)。,噴灌均勻系

33、數(shù)對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響,對(duì)中（中） 地均勻系數(shù)（西）處理而言，處理中心區(qū)域較小的灌水和施肥灌溉深度，致使氮素吸收量在這一區(qū)域也較小，對(duì)地均勻系數(shù)（西）處理尤為明顯，但是產(chǎn)量與灌水和施肥灌溉深度在空間上不存在一致性。為了更清楚地說明噴灌均勻性對(duì)氮素吸收和產(chǎn)量的影響，圖2-22和圖2-23分別繪出了2002~2003年冬小麥氮素吸收量 產(chǎn)量與施肥灌溉深度之間的關(guān)系。見P61~62頁。,施肥量對(duì)氮素吸收和產(chǎn)量的影響,2003~2004年度

34、不同時(shí)膽量處理的秸稈全氮含量 地上部分干物質(zhì) 氮素吸收量和產(chǎn)量的均值 均勻系數(shù)及變差系數(shù)（見下圖2）。對(duì)比表1和表2可以看得出：1三個(gè)處理的地上部分干物質(zhì) 氮素吸收量和產(chǎn)量的空間分布都很均勻（CU一般在90%以上），且他們的均勻程度均優(yōu)于生育期灌水深度和施肥灌溉深度，這一結(jié)果證明了2002~2003年度實(shí)驗(yàn)得出的噴灌施肥灌溉均勻性對(duì)氮素吸收和產(chǎn)量影響不明顯的結(jié)論,2不同施肥量處理的地上部分干物質(zhì)差異不明顯，但由于秸稈全氮含量隨施肥量的

35、增加明顯增加，氮素吸收量隨氮量的增加呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢(shì)。3冬小麥產(chǎn)量沒有表現(xiàn)出隨施肥量增加持續(xù)增加的趨勢(shì)。,,分析不同施肥量處理的氮素吸收量可知，氮素吸收量的增加院校與施肥量的增加。施加的氮素一部分可能通過揮發(fā)損失掉，擔(dān)任有相當(dāng)大部分或殘留在土壤中或被淋失知根系層以下，對(duì)地下水污染構(gòu)成潛在威脅。,2玉米氮素吸收劑產(chǎn)量對(duì)噴灌施肥均勻性的響應(yīng),通過實(shí)驗(yàn)研究噴灌施肥灌溉均勻?qū)ε从衩桩a(chǎn)量和但素吸收影響的實(shí)驗(yàn)。（實(shí)驗(yàn)設(shè)置高 中 低三個(gè)噴灌均

36、勻系數(shù)處理分別對(duì)應(yīng)東 中 西處理。,糯玉米生育期噴灌均勻系數(shù)與產(chǎn)量均勻系數(shù)對(duì)比,3噴灌均勻系數(shù)對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響,1998~1999年 1999~2000年度和2002~2003年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所氣象試驗(yàn)站進(jìn)行了噴灌均勻系數(shù)對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響的田間試驗(yàn)，1998~1999年的小麥實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法分別在本章2.2.2.1和2.3.1.1小節(jié)進(jìn)行了介紹。1999~2000年的冬小麥實(shí)驗(yàn)也在同一地點(diǎn)進(jìn)行。,1999-20

37、00年度冬小麥生育期內(nèi)的灌水日期 灌水量及噴灌均勻系數(shù)（冠層上部）,注：*生育期內(nèi)噴灌均勻係數(shù)平均值,結(jié)論,（1）均勻系數(shù)對(duì)冬小麥秸稈全氮含量 氮素吸收和產(chǎn)量的均值及分布均勻程度的影響均不明顯，因此對(duì)類似于冬小麥這樣的根系較深作物，在華北平原地區(qū)（生育期內(nèi)有100~120mm的天然降雨）目前我國采用的噴灌均勻系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（CU≥75%）是足夠高的，在噴灌作物經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低時(shí)，可考慮適當(dāng)降低。,（2）當(dāng)噴灌施肥量在0~180㎏／h㎡范圍內(nèi)變

38、化時(shí)，施肥量對(duì)冬小麥產(chǎn)量無明顯影響，而秸稈全氮含量 氮素吸收量均隨施肥量增加而增加；氮素吸收量的增加量明顯小于施肥量的增加，因此過大的施氮量可能致使土壤殘留氮量增加或部分氮淋失到根層以下，成為影響氮素淋失的重要因素。,影響作物產(chǎn)量的因素非常復(fù)雜，土壤固有的性質(zhì)和灌水特性是影響產(chǎn)量的重要因子。及時(shí)氣候條件 耕作措施 灌溉與施肥狀況完全一致，同一地塊不同位置的常量仍存在差異。1m土層（作物根系活動(dòng)層）在陸地水泉中水轉(zhuǎn)化最活躍，對(duì)人類生產(chǎn)活動(dòng)

39、影響最大，這一層次土壤水分狀況對(duì)作物產(chǎn)量具有重要影響。,2.6土壤及噴灌不均勻性對(duì)作物產(chǎn)量的影響,目的：利用田間試驗(yàn)，研究噴灌和土壤特性的變異對(duì)干旱的區(qū)早春小麥產(chǎn)量的影響，評(píng)價(jià)灌水與土壤特性的空間變異對(duì)作物產(chǎn)量影響的相對(duì)性，為干旱地區(qū)噴灌均勻系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定提供建議。,2.6土壤及噴灌不均勻性對(duì)作物產(chǎn)量的影響,作物產(chǎn)量與土壤及灌水量之間的關(guān)系（Warrick和Gardner，1983）：P67（2-17）,2.6土壤及噴灌不均勻性對(duì)

40、作物產(chǎn)量的影響,土壤及噴灌不均勻性對(duì)作物常量的影響,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法土壤持水能力的空間變異土壤顆粒組成的空間變異噴灌水量及土壤特異性空間變異對(duì)作物產(chǎn)量的影響結(jié)論,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法,試驗(yàn)布局噴灌水量分布及土壤含水率的測(cè)定灌溉設(shè)計(jì)土壤物理指標(biāo)空間變異的測(cè)定,土壤持水能力的空間變異,從表2-24可以看出；160~80cm層次內(nèi)土壤質(zhì)地 結(jié)構(gòu)的變化最大2土壤含水率變化的這一特點(diǎn)對(duì)田間土壤含水率取樣十分有利3試驗(yàn)田塊土壤特性的變異

41、性較大4西處理的土壤含水率離散程度最大，中處理次之，東處理最小5東 中 西3個(gè)處理的1m土層儲(chǔ)水量平均值為139 ·180mm和197mm。,土壤顆粒組成的空間變異,試驗(yàn)田塊60~80cm土層顆粒組成的統(tǒng)計(jì)特征值匯于表2-26.從表中可以看出，西處理的黏粒（粒徑小于0.002mm）含量最高，中處理次之，東處理最低；沙粒（2~0.02mm）含量則相反，西處理最低，東處理最高。對(duì)比表2-24和表2-26還可以發(fā)現(xiàn)，土壤細(xì)顆粒（

42、粒徑＜0.002mm）含量離散程度較大的處理，田間持水量的離散程度也較大。,噴灌水量及土壤特異性空間變異對(duì)作物產(chǎn)量的影響,P72~74頁的實(shí)驗(yàn)表明，土壤特性（有效水量）和灌水量離散程度的增大，都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量離散程度的增大。對(duì)比式CVAW和CVl的系數(shù)可見， CVAW的系數(shù)是CVl系數(shù)的2.6倍，這說明產(chǎn)量分布的不均勻性主要是由于土壤有效水量的空間變異引起的。,結(jié)論,1田間持水量 春小麥生育期累計(jì)灌水量可用正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布來描述；粒徑

43、小于0.02mm顆粒百分?jǐn)?shù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。2田間持水量隨土壤系顆粒（粒徑小于0.02mm）含量增加而增大；當(dāng)細(xì)顆粒含量離散程度較大時(shí)，田間持水量的離散程度也較大。,結(jié)論,3噴灌均勻系數(shù)和有效水量（田間持水量-凋萎含水量）的離散程度對(duì)作物產(chǎn)量及其分布均有影響，氮對(duì)所試驗(yàn)地塊而言，有效水量離散程度的影響更明顯。4由于干旱地區(qū)作物生育期降水量明顯小于濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)地區(qū)，降低難以彌補(bǔ)灌水不均勻?qū)Ξa(chǎn)量的負(fù)面影響，因此干旱地區(qū)噴灌均勻系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)

44、準(zhǔn)應(yīng)比濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)地區(qū)高。,灌溉設(shè)計(jì),當(dāng)1m土層土壤水分消耗值田間持水量的70%~75%是既進(jìn)行灌溉，灌水上限為田間持水量，每次灌水定額根據(jù)作物生育階段調(diào)整，一般控制在40~60mm。平均噴灌強(qiáng)度約為12mm/h，灌水過程中未發(fā)現(xiàn)地面徑流。春小麥生育期內(nèi)共灌水11次，各次灌水的日期 灌水量和噴灌均勻系數(shù)列于表2-23，灌溉季節(jié)內(nèi)的平均噴灌均勻系數(shù)CU平均（各次灌水CU的算術(shù)平均）和累計(jì)灌水量均勻系數(shù)CU累計(jì)也列入表中。小麥生育期內(nèi)大于

45、5mm的有效降雨2次，共17.2mm。,2.7基于稱重式蒸滲儀的噴灌作物系數(shù)估算方法,,作物系數(shù)是指不同發(fā)育期中需水量與可能蒸散量之比值 作物系數(shù)放映了實(shí)際作物與參照作物之間的差異,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾囟ㄗ魑锏男杷恳蕾囉谧魑锵禂?shù)，得出作物的需水規(guī)律,實(shí)驗(yàn)地的基本情況,實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)大陸性氣候區(qū)實(shí)驗(yàn)田塊尺寸為15cm×15cm，0~40cm為沙質(zhì)黏壤土，40~60cm為壤質(zhì)黏土,觀

46、測(cè)方法,實(shí)際蒸發(fā)量的測(cè)定氣象資料觀測(cè)土壤水分觀測(cè)灌水日期與灌水量的確定灌水量的測(cè)定,作物系數(shù)的確定,充分供水條件下作物需水量的計(jì)算公式ET=KCET0 ET=（Kcb+Ke)ET0其中ET0是參照作物需水量；KC是作物系數(shù)；Kcb是基礎(chǔ)作物系數(shù)；Ke土面蒸發(fā)系數(shù),灌溉條件下的作物需水規(guī)律,,糯玉米蒸散強(qiáng)度在開花期和灌漿期最大，日蒸散量呈單峰變化，拔節(jié)期開始日蒸散量逐漸增大，開花期達(dá)到最大，之后開始減少。冬

47、小麥呈單峰變化，越冬期間日蒸散量最小，返青后日蒸散量逐漸增大，灌漿期間最大，植株成熟后日蒸散量又逐漸減小,作物在生育期內(nèi)作物系數(shù)變化,糯玉米作物系數(shù)與播種后天數(shù)之間的關(guān)系KC=2.52×10-6X4－4.69×10-4X3＋2.94×10-2X2 －1.69×10-1X ＋5.92，r2=0.84冬小麥作物系數(shù)與播種后天數(shù)之間的關(guān)系KC=5.20×10-8X4－4.03×

48、;10-5X3＋1.13×10-2X2 －1.36×10-1X ＋59.26，r2=0.84,糯玉米實(shí)測(cè)作物系數(shù)與播種后天數(shù)的關(guān)系可用四次多項(xiàng)式表征 冬小麥實(shí)測(cè)作物系數(shù)與播種后天數(shù)的關(guān)系可用五次多項(xiàng)式表征。,分段單植作物與雙作物系數(shù),1.由蒸滲儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的作物系數(shù)的變化與Allen等推薦的KC典型曲線變化趨勢(shì)基本一致,2. 兩種作物在初生長(zhǎng)和快速發(fā)育期雙作物系數(shù)值變化波動(dòng)較大，到成熟期，雙作物系數(shù)有所波動(dòng),