吐魯番地區成齡葡萄滴灌水分利用效率研究

韋 東， 盧震林

(1.新疆吐魯番市水利科學研究所，新疆吐魯番 838000；2.新疆水利水電科學研究院，新疆烏魯木齊 830049)

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吐魯番地區成齡葡萄滴灌水分利用效率研究

韋 東1， 盧震林2

(1.新疆吐魯番市水利科學研究所，新疆吐魯番 838000；2.新疆水利水電科學研究院，新疆烏魯木齊 830049)

[目的]研究吐魯番地區成齡葡萄滴灌水分利用率。[方法]采用對比法，共設6個處理，研究吐魯番地區成齡葡萄滴灌條件下產量、邊際產量、水分利用與耗水量效率之間的關系，并擬合了葡萄產量、水分利用效率與全生育期耗水之間的關系。[結果]葡萄水分利用效率和產量與耗水量均呈二次拋物線關系，吐魯番地區成齡葡萄合理耗水區間為783～905 mm。[結論]葡萄產量、水分利用效率與全生育期耗水量之間的相關性較高，可定量描述吐魯番地區成齡葡萄滴灌條件下葡萄產量、水分利用效率與全生育期耗水的關系。

水分利用效率；葡萄；產量；耗水量

吐魯番地區具有優越的光熱條件和獨特的氣候環境，但由于該地區年平均降水量不足30 mm，農業發展對水資源的需求依賴于有限的山區徑流和地下水的灌溉。水資源短缺是影響吐魯番盆地生態平衡及制約國民經濟持續穩定發展的關鍵因素[1-2]。葡萄是吐魯番地區種植面積最大、產量最高的優勢經濟作物，占地區當年農民收入的60%左右，是吐魯番地區農業經濟的主導產業[3-4]。同時，葡萄是吐魯番的特色支柱產業，葡萄種植的耗水量占農業耗水量的90%左右[5]。滴灌是農田灌溉最節水的灌溉技術之一。葡萄滴灌技術是在葡萄灌溉過程中，水通過鋪設在地表毛管上的灌水器緩慢滲入土壤，再借助毛細管作用和重力擴散到整個葡萄根域的灌溉技術。該技術具有省工節水，降低能耗；減少土壤水分養分流失，提高肥料利用率；減少病害，促進葡萄優質高產等優點[6]。

水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是節水農業研究的關鍵指標,高水平的WUE 是缺水條件下農業持續穩定發展的關鍵所在。各種節水技術、節水措施的應用,歸根結底是為了提高水分利用效率[7],因此，WUE 被公認為考量節水技術應用水平的重要指標。國內外學者對作物水分利用效率進行了大量研究[8-11]。從研究層次來看，作物水分利用效率分為葉片水平的水分利用效率、作物群體水平的水分利用效率和作物產量水平的水分利用效率3個層次。從研究內容來看，不僅研究了作物因素、水文年型、土壤水分狀況、灌溉、地力等環境因素與作物水分利用效率的關系，還研究了水肥耦合作用對提高水分利用效率的影響。從研究對象來看，對冬小麥、玉米的水分利用效率研究較多[12]。葡萄作為吐魯番地區農業發展的主要經濟作物，其生產效益直接關系到農民的收入水平，同時影響著農業經濟的發展和社會穩定。隨著成齡葡萄滴灌技術在吐魯番地區的大面積推廣，研究葡萄滴灌條件下水分利用效率對于當地節水農業的進一步開展具有指導意義。筆者研究了成齡葡萄滴灌條件下產量水平的水分利用效率，以期為葡萄生產的可持續發展提供科學依據。

1　材料與方法

1.1試驗地概況試驗地點位于吐魯番地區火焰山以南，吐魯番市東南部的葡萄鄉鐵提爾村，地理坐標為89°13′ E，42°56′ N，海拔-68.8 m。土壤為黏壤土，質地較均一。年均降雨量為16.6 mm，年均蒸發量為3 300 mm，地下水位距地表30 m左右，年均氣溫為14.4 ℃，多年最高氣溫、最低氣溫分別為48.3、-28.8 ℃，10 ℃以上活動積溫達5 455 ℃，全年年均日照時數為3 095 h，無霜期達210 d。

1.2試驗材料葡萄品種為無核白(ThompsonSeedless)，中晚熟品種，大于10 ℃活動積溫為3 300 ℃左右。大部分葡萄從1998年開始定植，栽培溝為東西走向，溝長為60 m，溝寬為1.0～1.2 m，溝深約為0.5 m；株距為1.2～1.5 m，行距3.5～4.5 m，栽培方式為小棚架栽培。以溝面為參考面，棚架前段高2.0 m，后端高 0.8 m，平均高1.2 m。

1.3試驗設計滴灌帶布置方式為一溝三管，滴頭流量為2.7 L/h，滴頭間距40 cm。試驗采用對比法，根據不同灌水周期滴灌共設置6個處理：高水、中水、低水、組合1、組合2、組合3。每處理2個重復。高水、中水和低水3個需水處理的灌水周期分別為4.5、9.0、13.5 d；組合1在關鍵期和非關鍵期的灌水周期為4.5和9.0 d；組合2在關鍵期和非關鍵期的灌水周期為4.5和13.5 d；組合3在關鍵期和非關鍵期的灌水周期為9.0和13.5 d。灌水定額均為525 m3/hm2。各處理布設方式見表1。

表1　各試驗處理的布設方式

1.4測定項目與方法采用TRIME-IPH土壤剖面水分測量系統定點定位監測各處理土壤含水量，試驗期間定期采用取土烘干法標定。一般5～7 d測1次，測量深度0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。試驗期間灌水前后加測數次或連續定點觀測1個灌水周期。測定產量時采用樣方法，每個處理挑選3 個長勢均勻4 m×4 m 的小區，分別在每個小區摘取較均勻的9串果穗，稱取每串果穗的鮮質量，求均值，再對每個小區的果穗總數進行統計，計算每個小區產量。 單位產量= (果穗均重×果穗總數/小區面積)×單位面積。以3個小區單位產量的均值代替葡萄園單位產量。2結果與分析

2.1吐魯番地區成齡葡萄滴灌水分利用效率產量水平上的水分利用效率即單位耗水量的產量。產量采用實際測產的結果，耗水量包括葡萄蒸騰和土面蒸發。葡萄水分利用效率定義為葡萄產量(Y)與葡萄園耗水量(ET)的比值，即：

WUE=Y/ET

(1)

葡萄耗水量計算根據《灌溉試驗規范》(SL13—2004)[13]計算：

(2)

式中,ET1-2為階段耗水量，mm；γi為第i層土壤干容重，g/cm3；Hi為第i層土壤厚度，cm；θi1、θi2為第i層土壤在計算時段始末的含水率(干土重的百分率)；M、P、K、C分別為時段內灌水量、降雨量、地下水補給量和排水量，mm。

由于吐魯番地區年降雨量僅為16.6mm，式(2)中降雨量P可以忽略；試驗點地下水埋深約80m，對分析范圍幾乎沒有影響，因此式(2)中K也可以忽略；灌溉水全部滲入地下，并無排水，因此可忽略式(2)中C，上式可以簡化為：

(3)

由式(1)計算的葡萄耗水量及由式(3)計算的葡萄水分利用效率見表2。

表2　葡萄耗水量及水分利用效率

2.2葡萄滴灌產量與水分利用效率的關系從圖1可以看出，各處理以中水灌溉產量最大，中水處理的全生育期耗水量為886 mm，對應的產量達73 770 kg/hm2；高水和低水均不利于葡萄產量的形成，這是由于灌水過多，葡萄根系長期淹水，影響土壤氣、熱因子，從而影響葡萄正常生長，導致產量降低，而供水過少，葡萄受到水分脅迫而不能正常生長，也會導致葡萄產量的降低。因此，隨著灌水量的增加，葡萄產量表現出先增加后降低的二次拋物線規律。組合3處理的水分利用效率最大，達91.066 kg/(mm·hm2)。水分利用效率隨著灌水量的增大，表現出先增大后降低的趨勢，特別是高水處理，水分利用效率最低。

根據水分利用效率的定義，增加耗水量的同時提高葡萄產量，葡萄產量的增加幅度高于耗水量的增加幅度，可提高葡萄的水分利用效率。組合3處理的灌水量大于低水處理，組合3處理的產量大于低水處理，組合3處理產量的增加幅度高于耗水量的增加幅度,與低水處理相比，組合3處理水分利用效率提高。當增加耗水量的同時產量提高，但產量的增加幅度低于耗水量的增加幅度，葡萄的水分利用效率降低。

組合3、組合2、中水處理的灌水量增加，葡萄的產量也增加，但葡萄產量增加的幅度低于葡萄耗水量增加的幅度，水分利用效率依次下降。高水、組合1、低水處理的灌水量增加，葡萄的產量下降，水分利用效率下降。葡萄的水分利用效率與灌水量表現出二次拋物線規律。

圖1　不同試驗處理下產量和水分利用效率 Fig.1　The yield and water use efficiency in different experiment treatment

2.3葡萄產量、水分利用效率、邊際產量與耗水量的關系由于葡萄全生育期耗水量和灌水量相關程度較高，因此葡萄產量、水分利用效率與全生育期總耗水量呈良好的二次拋物線關系(圖2)。

圖2　葡萄產量、水分利用效率、邊際產量與耗水量的關系 Fig.2The relation between water consumption and yield,water use efficiency,and marginal yield of grapes

根據水分利用效率和耗水量的關系，可擬合兩者之間回歸方程：

WUE=-0.000 3ET2+0.437 4ET-79.33

(4)

經相關性檢驗，相關系數達0.974 5，所擬合的公式滿足相關性要求。根據水分利用效率和耗水量的關系，可擬合兩者之間回歸方程：

Y=-0.319 6ET2+579.490 0ET-187 624

(5)

經過相關性檢驗，相關系數達0.974 5，所擬合的公式滿足相關性要求，可以用來定量描述葡萄耗水量與產量的關系。

當水分投入增加時所引起的產量變動率為邊際產量，可以用產量與耗水量的一階導數求解。根據式(5)求解邊際產量與耗水量的關系，表達式見下：

M=-0.639 2ET+579.49

(6)

式中，M為邊際產量，指葡萄每多消耗1 mm的水所能增加的產量。邊際產量隨著灌水量增加直線下降，M-ET線與WUE-ET交于A點，與橫軸交于B點，B點對應的耗水量下葡萄可以獲得最大產量。經過A點垂直于橫軸的直線AC和經過B點垂直于橫軸的直線BD將整個Y-ET曲線分成3個區間。從圖2可以看出，Ⅰ 區葡萄邊際產量高于水分利用效率，繼續灌水，水分利用效率提高，產量大幅增加。該區間為成齡葡萄滴灌易加大灌水區。Ⅱ 區葡萄邊際產量小于水分利用效率，灌水增加，水分利用效率較低，但產量繼續增加，為成齡葡萄滴灌耗水合理區間，經計算合理區間對應的耗水量為783～905 mm。Ⅲ 區邊際產量為負值，灌水量增加，水分利用效率降低，產量減少，為成齡葡萄滴灌耗水不合理區間。

3　結論

該研究結果表明，葡萄水分利用效率和產量與耗水量均呈較好的二次拋物線關系。通過分析吐魯番地區成齡葡萄滴灌條件下耗水量、產量、邊際產量、水分利用效率之間的關系，吐魯番地區合理耗水區間為783～905 mm。

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Study on Water Use Efficiency of Drip Irrigation for Mature Grapes in Turpan

WEI Dong1,LU Zhen-lin2

(1.Turpan City Water Resources Research Institute of Xinjiang,Turpan,Xinjiang 838000; 2.Xinjiang Research Institute of Water Resources and Hydropower,Urumchi,Xinjiang 830049)

[Objective] To study water use efficiency of drip irrigation for mature grapes in Turpan.[Method] Comparison method was used to analyze the relation between yield,marginal yield,water use,and water consumption efficiency of drip irrigation for mature grapes in Turpan.Besides,the relation between grape yield,water use efficiency and water consumption in the whole growth period was fitted.[Result] The water use efficiency of grape and the yield , water consumption presents quadratic parabola relationship, the reasonable water consumption range is 783-905 mm for mature grapes in Turpan.[Conclusion] There is high correlation between grape yield,water use efficiency and water consumption in the whole growth period.It is able to make a quantitative description of the relation between grape yield,water use efficiency and water consumption in the whole growth period in drip irrigation condition for mature grapes in Turpan.

Water use efficiency; Grapes; Yield; Water consumption

新疆自然科學基金項目(2014211A050)。

韋東(1975- )，男，新疆吐魯番人，工程師，從事水資源高效利用研究。

2016-05-09

S 607+.1

A

0517-6611(2016)21-041-03