阿勒泰青河縣阿葦灌區拖管灌溉條件下苜蓿灌溉制度研究

王成福

（新疆水利科技推廣總站，新疆 烏魯木齊 830000）

新疆苜蓿種植面積已發展到30.667萬hm2，北疆地區是苜蓿優質高產基地，目前大量地區仍采用地面灌溉的傳統方法，灌溉不足或灌水過多，都會導致苜蓿減產和品質降低。溝灌用水量大，且灌溉不均勻，噴灌易受風影響，不能施肥灌溉。高溫高濕易致苜蓿發病，經研究，在噴灌基礎上研發一種拖管施肥灌溉機械，可避免風對施肥灌溉的影響，苜蓿受水面低、面濕度低，可降低病害發生率，拖管灌溉又是有壓穩流出水灌溉，可提高施肥灌溉有效性。由于拖管灌溉制度與機械行走速度、穩流器出流和間距等因素有關，因此需要根據不同地區的苜蓿生長氣候條件，不同的土質計算其需水量，并對需水規律進行研究，制定出合理的灌溉制度。本文以青河縣阿葦灌區為例，參照當地苜蓿生長氣候條件，研究拖管灌溉條件下苜蓿的灌溉制度，對提高灌區水資源的優化配置和苜蓿優質高產具有重要意義，在北疆地區有借鑒和推廣意義。

1 苜蓿灌溉定額計算

1.1 苜蓿需水量累加公式模型

典型年資料選擇一般選用滴灌的灌溉設計，保證率為85%，按最不利原則，選擇接近設計灌溉保證率的年份作為典型年的氣象資料，將該年的ET0值制定的灌溉制度作為管理灌溉制度。本模型采用聯合國糧農組織（FAO）氣象站的實測多年平均值資料，見表1。新疆阿勒泰多年平均值（數據資料來源FAO），運用 FAO Penman-Monteith（1992）法計算出作物每月的參考作物蒸發蒸騰量ETo值。

表1 阿勒泰地區氣象資料

并對P-M法計算結果進行逐月累加計算。累加值為因變量，自變量為天數，進行多項式回歸分析，回歸方程為：

式中：∑ET0為作物參考需水量的累加值；T為植物生長天數。

因回歸方程的自變量是按照日數值來計的，所以可按照此回歸公式計算指定日數內的ETo之和。計算公式如下：

式中：ETo為參考作物在T2-T1時間內的需水量；T2-T1為植物生長的日數。

1.2 苜蓿需水量計算

苜蓿需水量是指植物細胞生長及蒸騰、蒸發的水量（大面積無病作物，在最佳土壤水肥條件下）。也有人定義作物需水量是指作物在正常生長情況下，供應植株蒸騰和棵間蒸發所需的水量，故也成為植物騰發量。估算植物需水量的方法很多，這里參照植物騰發量計算植物需水量：

式中：ET為作物需水量，單位：mm；KC為作物系數，對苜蓿可選1；ETo為參考作物騰發量。植物需水量ET可由（2）式與植物系數KC的乘積算得：

1.3 不同土質苜蓿一定根系深度的儲存水量研究

1.3.1 根區土壤可利用水分計算

灌溉前植物從根區土壤中消耗的土壤水分可按式（5）計算：

式中：PSW為植物可從根區土壤中消耗的水量，單位：mm；AWH為不同質地土壤的田間有效水，單位：mm/mm，由表2選取；RZ為植物根區平均深度，單位：mm；AD為植物不受旱時各種土壤的最大可消耗水量，以小數表示，對于拖管灌濕潤比是100%；苜蓿在拖管灌溉條件下根系約60 cm。

表2 不同土壤的田間有效水（AWH）

1.3.2 苜蓿根系60cm深在不同土壤類型中存儲平均消耗水量

表3 拖管灌溉條件下根系60厘米根區土壤中消耗的水量Psw（mm）

1.4 苜蓿年需水總量ET

苜蓿平均KC取1.0，生長期為150天（4月下旬至9月中旬），根據式（4）可計算年需水量 ET，則 ET=Kc×ET0=1.0×827=827 mm，阿勒泰年平均有效降雨量171 mm，則苜蓿灌溉需水量為M=(827-171)/0.9=728 mm。

2 拖管灌溉條件下苜蓿灌溉制度分析

2.1 灌水周期

如果有歷史資料或代表年，設計確定灌水周期應根據灌溉前植物可從根區土壤中消耗的水量和植物多年平均日凈需水量確定。灌水周期可按式（6）計算：

式中：T為設計灌水周期，單位：天；PSW為植物可從根區土壤中消耗的水量，單位：mm；ID為植物多年平均日凈需水量，mm/天。

如果有監測氣象站或有預報ET0。灌水周期應根據灌溉前植物可從根區土壤中消耗的水量PSW和氣象監測或預報ET累加需水量比較確定。灌水周期可按式（7）計算：

式中：T為灌水周期，單位：天；N為當∑ETi≥PSW的累加天數，單位：天；PSW為不同土質與根系深度植物可從根區土壤中消耗的水量，單位：mm。

2.2 周期灌水定額

每個灌水周期的設計灌水定額應根據植物多年平均日凈需水量、灌水周期以及要求的灌水均勻程度由試驗資料來確定。每個灌水周期的設計灌水定額可按式（8）計算：

式中：m為每個灌水周期的設計灌水定額，單位：mm；ηu為灌溉水利用系數，對于拖管灌溉ηu，取0.8～0.9。

2.3 拖管灌溉運行速度

灌水行進速度V可按式（9）計算：

式中：V為拖管機行進速度，單位：m/h；Q為拖管出口流量，單位：m3/h；m 為灌水定額，單位：mm；L為拖管間距，單位：m。

2.4 灌溉定額

苜蓿全年的設計灌溉定額可采用式（10）計算確定：

式中：M為植物全年的灌溉定額，單位：mm；mi為第i次灌水定額，單位：mm；n為全年灌水次數。

2.5 苜蓿灌溉制度

根據歷史資料按照月來劃分灌水周期，并且根據以上研究和建立的模型和公式，對阿葦灌區需水量和灌溉周期進行計算。土質為壤土，根系深60 cm。阿葦灌區苜蓿生長期從4月下旬到9月中旬，生長期150天。項目地是以壤土為主，苜蓿根系土壤Psw由表3可知為46 mm。灌溉效率為0.9，灌水定額m為51 mm。拖管灌溉設備拖管間距為1.1 m，流量1 m3/h,要滿足灌水定額，根據公式（9）計算得到機械行走速度為20 m/h。拖管灌溉條件下苜蓿灌溉制度見表4。

表4 拖管灌溉條件下苜蓿灌溉制度表

3 結論

通過公式模擬率定參數，根據不同月份的ET值，阿勒泰地區苜蓿拖管灌溉條件下年灌溉次數約16次，每次灌水定額51mm，機械行走速度20 m/h，以減少灌溉水的深層滲漏，且滿足苜蓿需水量728 mm的要求，產量可以達到最高。因此，北疆地區苜蓿種植要根據當地ET值、作物的潛在需水量、土壤環境、根系深度的儲存水量規律條件合理制定和調整作物灌溉制度，在拖管灌溉條件下作物產量可提高20%～30%，為干旱半干旱地區作物優化灌溉制度、提質增效具有較強的推廣和示范意義。