渭北旱塬农田水分条件及其产量效应的定量评价李开元，李玉山（中国科学院西北水土保持研究所， 水利部西北水土保持研究所陕西杨陵７１２１００）摘要根据多年的田间试验，提出了农田水分条 件与水分亏缺对产量影响效应的定量评价方法，并对渭北旱塬农田进行了评价。结果表明：渭北西 部旱塬农田水分条件较好；而渭北东部旱塬农田水分条件较差，农田具有较大的灌溉增产潜力；水 资源的分配利用和发展灌区应首先考虑渭北东部早塬。关键词农田水分，产量效应，评价，渭北渭 北旱源位于陕西中部，包括延安地区南部，宝鸡、咸阳、渭南和铜｝ｉｆ４个地市渭河以北源区的 ２９个县。这一地区盛产小麦和玉米，粮食总产占全省的１／４一１／５．号称陕西第二粮仓。本 区属温带半湿润大陆季风气候，多年平均降水量５００－７００ｎ。ｍ，其中６０％以上集中在７ －９月。该区域由于水资源缺乏，历史上一直以实行旱作农业为主，属典型的旱作农业区。旱作农 业水分来源有限，因此如何充分利用农田水分和提高农田水分利用效率就成了旱作农业的关键。然 而，据我们在长武的多年试验研究。＇］，目前在渭北旱源，限制作物产量提高的首要因子是肥料 不足而不是水分亏缺；这意味着农田水分尚未得到充分利用，农田水分仍有一定的增产潜力。那么 农田水分究竟还有多大的增产潜力？在目前生产力条件下，旱作单产能够达到多高？要回答这些问 题，首先要弄清作物需要多少水量，农田最大可以供给多少，这就需要对农田水分进行定量评价。 以往对农田水分条件的评价多属定性评价，而且多数没有和作物的水分需求结合起来，所以有很大 的局限性。本文根据我们在长武的多年田间试验，拟对农田水分条件与水分亏缺对产量影响效应的 定量评价方法进行探讨，并对渭北旱原农田做一评价。一、农田水分条件的定量评价方法单从降水 量或干燥度都不能完全反映农田的水分条件，因为它们没有和作物水分需求发生联系。如果农田水 分不能满足作物的需水量，则说明农田存在水分亏缺。本文提出农田水分满足率作为定量评价农田 水分条件的指标，且定义农田水分满足率为农田可供水量占作物需水量的百分率。那么，农田水分 亏缺率则定义为农田水分亏缺量占需水量的百分率，农田水分亏缺量为作物需水量和农田可供水量 之差额。农田水分满足率和农田水分亏缺率可用下式表一、＞、，。。。示：凡一不一Ｘ１００％ （１）ＥＴｍ式中，凡：农田水分满足率（％）；＊。：农田水分亏权率（＄）；Ｓ：农田可供水 量（ｍｍ）；ＥＴｍ：作物需水量（。ｍ）。由（１）、（２）表达式可以看出，农田水分满足率 或亏缺率是一个非常简明购指标，便于实际应用。关键问题是如何来计算农田可供水量和作物需水 量。《一）农田可供水量的计算１．冬小麦在田可供水量的计算冬小麦农田可供水量包括两部分， 一部分是生育期内的降水量，另一部分是播种前土壤储水供给量。冬小麦农田可供水量可用下式表 示：Ｓ＝Ｓ＂＋Ｐ（３）式中，Ｓ＂：播种前土壤储水供给量（ｍｍ）；Ｐ：生育期内降水量（多 年平均，ｍｍ）；Ｓ＂可依下式计算：Ｓ＂＝１０００（ＷＩ－ＷＺ）ｉｅ（４）式中：风括种时 土壤重量含水量（＄）；隅：收获时土壤重量含水量（＄）；Ｄ：作物耗水层深度（ｍ）；Ｃ：土 壤容重（ｇ／一勺。由（４）式可知：计算Ｓ＂值的关键是如何求得Ｗｉ、ＷＺ和Ｄ的值。作物耗 水层深度（Ｄ）因作物种类、土壤性质和土体厚度不同而异。ＦＡＯ研究表明［２］，冬小麦耗水 层在１．０－１．ｓｔｎｍ之间。我们在长武的多年田间试验表明（表１），冬小麦整个生育期Ｚ ｍ上层土壤供水量占整个土层供水量的９１．６％；按Ｚｍ土层计算的作物耗水量占作物实际耗水 量的９６．１％。当然，作物耗水层深度因水文年份不同而有波动，干旱年份超过Ｚｍ，而湿润年 份不到Ｚｍ；但从平均意义上讲，常态年份按Ｚｍ计算作物耗水量误差不到４％。所以，在渭北旱 原将冬小麦耗水层确定为Ｚｍ是可行的，即：Ｄ＝Ｚｆｆｉ。据研究，播种时和收获时的土壤重量 含水量认与队分别和田间持水量与凋萎湿度有关。田间持水量（）是土壤保持悬着水的上限，凋萎 湿度（＊ＷＰ）是土壤有效水的下限，二者是土壤最基本的水分物理常数。渭北旱源年降水量的６ ０％集中于７－９月，常态水文年份冬小麦播种时Ｚｍ土层的土壤湿度接近于田间持水量。又由于 冬小麦生育期处于非雨季节，冬小麦收获时Ｚｍ土层的土壤湿度靠近凋美湿度。长武的ＦＣ为２１ ．０％。ＰＷｈ为８．８％。由表２（试验数据来自我们在长武的田间试验，以下同）可知，ＷＩ 的多年平均值为１８．５％，ＷＩ和Ｍ之比为０．８８，即ＷＩ＝０．８８ＦＣ；ＷＺ的多年平均 值为１２．５％，ＷＺ和ＰＢｑＪ之比为１．４２，即ＷＺ一１．４２ＰＷＴ由以上分析可知：Ｓ ＂＝２０００（０．８８ＦＣＩ．４２ＰＷＰ）Ｃ（５）Ｓ＝２０００（０．８８ＭＩ．４２ＰＷ ｈ）Ｃ＋Ｐ（６）表１＄小麦生育用Ｚｍ土层供水量、耗＊且所占各自总量的比例表２＄小麦播前 和收获时的土坯湿度（重量％）２．春玉米农田可供水量的计算根据我们在长武的田间试验，一般 水文年份，春玉米耗水量绝大部分来自生育期降水。由表３可知，春玉米生育期降水量占耗水量平 均高达９５．５％。长武春玉米耗水量多年平均为４４７．ｏｍｒｎ（表３），生育期（４－９月 ）降水量多年平均为４６７．３ｍｍ，二者非常接近。由此可见，用生育期（４－９月）的多年平 均降水量作为春玉米农田可供水量是可行的。因此，春玉米农田可供水量可用下式表示：Ｓ＝Ｐ（ ７）式中，Ｐ：春玉米生育期（４－９月）降水量（多年平均，ｍｍ）表３＄玉米生育用降水量占 耗水量比例（％）《二）作物需水量的计算作物需水量＊Ｔｉｎ可根据下式求得：ＥＴｍ＝ＰＥＴ ·Ｋｃ（８）式中，ＰＥＴ潜在蒸散，根据彭曼法求得附］；兄：作物系数。根据我们在长武６年 的田间试验结果，冬小麦和春玉米的Ｋｃ值分别为１．０５和１．０４（表４）。表４作物系被（ Ｋｃ）＂。ＥＴｍ和ＩＷＴ是１９８５－１９９０年的平均值二、水分亏缺对作物产且影响效应的 定量评价方法如果农田水分亏缺，则会导致作物产量下降。本文提出产量减低率作为水分对产量影 响效应的评价指标。定义水分亏缺所减低的产量占水分充分满足时作物产量的百分率为产量减低率 ，其可用下式表示：Ｙ－－Ｙ－Ｒｎ＝－－ｗ－－ｕｄｓｕ＂Ｘ１００＄（９）－。ｖｖ．ｖ式中 ，Ｒ３：产量减低率（＄）；ＹＧ：水分亏缺时的产量（旱作产量）；ＹＷ。水分充分满足时的产 量（最大产量）。根据ＦＡＯ提出的公式［２］：Ｙｍ－Ｙａ－－．ＩＣＤｌｌ一ＥＴａ、ｍ＂ｖ ＂）Ｒ３可用下面公式计算得：－－－．ＥＴｍ一Ｈｔａ、Ｒ。＝Ｋｖ（Ｈｒｆｆｒｗ－－－－－ －）（１１）＂＂＂ＥＴｍ＂＂－＂式中：ＥＴｍ：作物需水量（ｎｕｎ）；ＥＴａ：作物耗水量 （ｒｕｍ）；Ｋｙ：产量反应系数。ＥＴｍ可依据（８）式求得；ＥＴａ近似等于农田可供水量Ｓ ，冬小麦可依据（６）式求得，春玉米可依据（７）式求得；Ｋｙ可参照我们在长武的田间试验结 果（表５），冬小麦为０．６９，春玉米为０．９２。表５作物产量反应系致（Ｋｙ）三、渭北旱 场农田水分条件及其对产量影响效应的定量评价运用上述定量评价方法，对渭北旱原８个典型县的 农田进行了评价。结果表明（表６），渭北西部旱原农田水分条件较好，冬小麦和春玉米的农田水 分满足率分别为８４％一１００％和８０％～９３％，农田水分亏缺率分别的为０％～１６％和７ ％一２０％，由于水分亏缺所引起的产量减低率分别为０％一１１％和６％一１８％；而渭北东部 旱源农田水分条件相对较差，冬小麦和春玉米的农田水分满足率分别为６８％和６６％，＿农田水 分亏缺率分别高达３２％和３４％，由于水分亏缺所造成的产量减低率分别达２２％和３１％。由 表６可知，东部旱源冬小麦和春玉米需水量（ＥＴｍ）均高于西部旱源，而耗水量（ＥＴａ）却低 于西部旱源。这主要是因为两个地区的气象因子不同所致。需水量是作物水分达到满足条件下产量 达到最大时的耗水量，它决定于气温、日照率、风速等影响作物蒸腾的气象因子。渭北东部旱源各 县年平均气温为１２．４℃，而西部为９．６ｔ，显然东部旱原热量条件明显优于西部，这是造成 东部旱原作物需水量高于西部的重要原因。作物耗水量是作物水分条件未得到满足时作物的实际耗 水量，它通常决定于农田水分条件。渭北东部旱原年平均降水量为５４６．ｏｔｎｍ，而西部旱源 为６０３．７ｒｕｍ；这是造成西部旱源作物耗水量高于东部的主要原因。需要说明，需水量是潜 在蒸散（ＰＥＴ）和作物系数（Ｋｃ）的乘积，而对立和作物品种有关；如果作物品种改善有可能 使作物需水量（ＥＴｍ）增加。另外，作物反应系数（Ｋｙ）和作物品种也有关，所以作物因缺水 造成的产量减低率和品种也有关系，本文研究结论是在现有生产力水平条件下（最优品种，最佳栽 培）得出的。综上所述，渭北东部旱源在现有生产力条件下尚有较大的灌溉增产潜力，水资源的分 配利用和发展理区应优先考虑这一地区。表６Ｎ北旱原农田水分条件及其产且效应参考文献｜｜１ ．李玉山、郭明航等．渭北旱塬旱作水分产量潜势与水－肥－产量关系．长武王东沟高效生态经济 系统综合研究．科技文献出版社．１９９１；１１５～１２５２．ＦＡＯ．ＹｉｅｌｄＲｅｓｐｏ ｎｓｅｔｏＷａｔｅｒ．ＦＡＯＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅＰａＰｅｒ．Ｒｏ ｍｅ．１９７９；１～２０３．ＦＡＯ：ＣｒｏｐＷａｔｅｒＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．ＦＡＯ ＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅＰａｐｅｒ．Ｒｏｍｅ．１９７７；１５～２０渭 北旱塬农田水分条件及其产量效应的定量评价@李开元，李玉山$中国科学院西北水土保持研究所，水利部西北水土保持研究所农田水分，产量效应，评价，渭北根据多年的田间试验，提出了农田水分条件与水分亏缺对产量影响效应的定量评价方法，并对渭北旱塬农田进行了评价。结果表明：渭北西部旱塬农田水分条件较好；而渭北东部旱塬农田水分条件较差，农田具有较大的灌溉增产潜
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