豫北农作物耗水规律与灌溉机制
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1 材料与方法
试验区位于河南省新乡市中国农业科学院农田灌溉研究所试验场，多年平均降水量600mm左右，年降水量变化较大，丰水年和枯水年可相差3～4倍，且降水年内季节分配不均，7－9月份降水量占全年降水量的70％左右；多年平均蒸发量2 000mm。试验地的土壤类型属轻沙壤土，土壤密度1．35g／cm3，田间持水率为24％（质量含水率），地下水埋深为5m。
冬小麦品种为百农66，试验设置了12个处理，每个处理3个重复，顺序排列，试验时间是2004年10月至2005年6月，生育期划分为苗期、越冬期、返青期、拔节期、孕穗期和灌浆期6个阶段，试验底墒充足，而且12月份有降雪过程，在苗期和越冬期不灌水，试验设计方案如表1和表2所示。
2 结果与分析
表3为冬小麦生育期平均日耗水量，图1为处理12（水分适宜）冬小麦日耗水强度变化过程。
从图1可以看出，冬小麦一生中的日耗水强度变化很大，出苗后到冬前分蘖期间，日需水强度缓慢增加，进入越冬期后逐渐减小，返青后又逐渐增大，至孕穗—扬花期冬小麦日需水强度达到最大，以后又所减少。因此，在冬小麦日需水强度过程线上有2个峰，即冬前分蘖期的小峰和孕穗—扬花期的大峰，而后一个高峰期所需水量，占冬小麦全生育期需水量的65％左右。
从表3可以看出，虽然各处理的灌水不同，作物在日需水量上有所不同，但是总体的趋势是一致的，有着很好的规律性。即在冬前温度较高，越冬期的气温下降到最低，返青期气温逐渐增加，因此冬小麦的日需水强度也表现为前期稍高、越冬期变低，返青期逐渐增大的特点。
作物日耗水强度还受作物因素的影响，其中最明显的是叶面积系数和叶片蒸腾强度。冬小麦在冬前和返青后表现得就极为明显，出苗后，随着叶面积系数的增大，尽管气温已开始降低，但冬小麦日需水强度仍缓慢增大；越冬期气温低，叶面蒸腾力下降，所以冬小麦的日需水强度降至最低；返青后，气温逐渐回升，叶蒸腾活力提高，叶面积系数逐渐增大，故冬小麦的日需水强度开始增大，到孕穗—扬花期，冬小麦叶面积系数达一生中的最大值，其日需水强度也达至最大；灌浆以后，尽管气温仍在增加，但绿色叶面积开始逐渐减少，叶面积系数下降，叶蒸腾活力降低，因此冬小麦的日需水强度也开始逐渐下降。
灌水处理在土壤含水率不同的情况下，日耗水强度也不同，说明土壤水分是影响作物耗水量的一个比较重要的因素。苗期作物叶面积系数较低，田间水分消耗以棵间土蒸发为主，表层土壤水分越高，棵间蒸发在总蒸发蒸腾中所占的比例越大，作物的日耗水量也比较高；冬小麦在拔节以后，随着地面覆盖度的增加，田间耗水转为以叶面蒸腾失水为主，此时的土壤水分状况主要影响植株株高和叶面积的发育，进而间接影响到作物总蒸腾量的大小，同时土壤水分状况对作物叶片的蒸腾强度的高低还有着直接的影响。
2．2 不同水文年非充分灌溉制度
根据1984—2003年记录的逐日降雨资料，可以求出历年各个月份的降雨总和，将统计结果按照从大到小的顺序排列，并绘制出经验累积频率曲线，从而可以得到不同的典型水文年（25％、50％、75％、95％）的降雨量，如表4所示，同时结合冬小麦和夏玉米的各个生育阶段的起始日期和不同的水文年型，便可以估算出作物生育阶段内的相应降雨量，如表5所示。
作物水分生产函数反映水资源消耗量与作物产量关系，模型很多，最为著名的是1968年Jensen提出的Jensen模型。由于Jensen模型为指数形式，是非线性连乘模型，采用动态规划来进行模型求解，也就是将Jensen模型分解成多阶段决策过程。阶段变量为作物各生长阶段；决策变量为各阶段灌水量和实际腾发量；状态变量为各阶段可供水量和计划湿润层内土壤水量；目标函数为在可分配水量一定情况下，Jensen模型追求单位面积的产量最大；约束条件包括决策约束和土壤含水率约束；初始条件为土壤初始含水率。
Jensen二维动态模型中有2个决策变量和状态变量，决策过程中一个变量（灌水量）的变化必将引起另一个变量（实际腾发量）的变化，难以求解。模型求解采用降维德逐次逼近法，首先给一个变量一（实际腾发量）的初始估值，推求变量二，这实际上变成一维动态规划问题；然后再固定变量二，推求变量一；与初始估值进行比较，修改初始估值，重新计算，这样反复比较，直到初估值与计算值相同。求解过程分为二个部分，即按上述逐次逼近法将二维动态规划分解为2个一维动态规划。
试验表明，各阶段灌水量（di）的步长确定为600m3／hm2时，单位灌水增产效益较好、便于实施、灌水均匀度较高，此次求解di选择600m3／hm2，表6为不同水文年不同灌溉定额情况下灌溉制度，表6中相对产量为实际产量也最大产量之比。可以看出，在水量不足情况下，首先保证拔节期的灌水，其次是灌浆期的灌水，对于保证冬小麦的产量有着重要的意义。在水量较为充足的情况下，苗期是依次考虑的生育期，因为苗期的灌水对于冬小麦的顺利出苗和越冬起到一定的作用，返青期的灌水亦有利于冬小麦产量的提高。
3 结 论
冬前分蘖期和孕穗—扬花期是冬小麦生育期内2个耗水高峰，后一个阶段占冬小麦全生育期需水量的65％左右；在水量不足情况下，拔节期的灌水至关重要，其次是灌浆期的灌水，在水量较为充足的情况下，除了拔节期和灌浆期外，苗期和返青期是应考虑的对象。