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在地下水埋深较浅的地区,潜水蒸发是作物水分管理中应该考虑的问题。由于地下水蒸发受作物生长、地下水埋深、土壤剖面性质、气候、灌溉等诸多要素的影响,从而该问题具有复杂性。探讨不同的灌溉制度和降水条件下作物对地下水的利用,合理灌溉,提高灌水利用效率,对灌区节约用水具有指导意义。
黄河下游山东省潘庄引黄灌区是一个大型灌区,引水、灌溉规模在黄河下游灌区中位居第二位,灌区内地下水位在气候、作物种植、降水和灌溉等影响下常年在1.5m左右变动,其水资源管理问题在黄河下游引黄灌区中具有典型性和代表性。
本文在位于潘庄灌区内的中国科学院禹城综合试验站布置了冬小麦不同固定地下水位埋深条件下的潜水蒸发观测实验。实验在由12个蒸渗筒组成的体积式蒸渗仪组中进行,每个简横截面积是1mz的正方形,高2m。其上为回填土,回填土表层30cm为移植熟土,其余部分为原地土,质地相对较为均匀。分别设置6个地下水埋深,每个埋深设两个重复。地下水位由马里奥特瓶控制,内置排水管至筒外。每个蒸渗仪内部装有中子管,蒸渗仪在降雨时由防雨棚遮盖,实验过程中无灌水。观测内容包括土壤水分剖面、每日的地下水蒸发量和排水量,以及作物生长情况。土壤水分剖面10cm一个层次每5日观测一次,用中子水分仪观测,特殊情况加测。冬小麦叶面积指数在周边保护行取样观测。每日8:00和20:00观测马里奥特瓶的水量消耗,地下水蒸发量通过马里奥特瓶消耗水量计算得到。在4月26日将两个蒸渗仪内麦子割除,用于分析作物生长对地下水利用和土壤水分剖面的影响。收获时测定各筒的籽粒产量。本文所用数据为2006-2007年冬小麦生长季观测数据。
以实验数据为基础,用Hydros模型模拟了地下水-土壤水-作物-大气连续体系统水分过程。用实验数据进行了模型参数反演和验证,从而模型有比较好的可用性。以禹城市1981-2006年气象资料驱动模型,模拟三种灌溉制度(三种灌溉制度即雨养、2次灌水、3次灌水:2次灌水日期分别为3月13日和4月15日,3次灌水日期分别为3月13日、4月15日和5月9日;每次灌水量75mm)和1.0m、1.5m、2.0m和2.5m共4个地下水位埋深组合情况下,冬小麦生育期内地下水利用情况,旨在揭示不同降水、灌溉、地下水埋深、作物生长等要素作用下,地下水蒸发对补充作物耗水的贡献,为灌溉管理提供参考依据。本文研究获得如下认识:
(1)地下水浅埋地区作物的生长明显增大潜水蒸发,农田的地下水消耗远远大于无植被覆盖地区的地下水消耗。
(2)实验资料显示当无降水无灌溉,地下水埋深在1.5m以内时,小麦需水完全可以由地下水提供。
(3)地下水浅埋地区小麦的蒸散发随着地下水埋深的增加而减小,随着降水+灌溉水量的增加而增加。整个小麦生长季,雨养条件下1.0m、1.5m、2.0m和2.5m的平均蒸散分别为516mm、456mm、419mm和400mm;2次灌水条件下四个水位埋深的平均蒸散分别为524mm、470mm、437mm和419mm;3次灌水条件下四个水位埋深的平均蒸散分别为528mm、475mm、443mm和426mm。
(4)地下水浅埋地区,地下水对小麦蒸散的贡献率随着地下水埋深、降水量和灌溉量的增加而减小。整个小麦生长季,雨养条件下1.0m、1.5m、2.0m和2.5m的平均潜水补耗差为354mm、295mm、257mm和237mm,相应的地下水贡献率分别为68%、65%、61%和59%;2次灌水条件下四个水位埋深的平均潜水补耗差为212mm、159mm、126mm和107mm,相应的地下水贡献率分别为58%、54%、50%和48%;3次灌水条件下四个水位埋深的平均潜水补耗差为140mm、89mm、57mm和39mm,相应的地下水贡献率分别为26%、18%、13%和9%。
(5)综合统计情景模拟结果,地下水对小麦蒸散发的贡献随着供水水平(降水+灌水)的增加而变小。整个小麦生长季,对于供水水平100mm、200mm、300mm和400mm的水量来说,相应的平均潜水蒸发量为345mm、308mm、270mm和233mm,标准差为67mm、62mm、57mm和52mm。标准差可归因于地下水位、供水频率及每次供水水量和大气蒸发力的变化。这为地下水对冬小麦耗水的贡献评估提供了一个数量上的参考依据。
本文研究显示在气候、土壤和水资源形势相近的黄河下游引黄灌区开展冬小麦利用浅层地下水的研究对地下水埋深浅的地区的灌溉管理具有重要意义。