全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2016, 42(7): 10581066 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31160260)和国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2011AA100508)资助。
This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31160260) and National High-tech Research and
Development Program (863 Program) of China (2011AA100508).
* 通讯作者(Corresponding author): 马富裕, E-mail: mfy_agr@shzu.edu.cn, Tel: 0993-6650999
第一作者联系方式: E-mail: lj880902@126.com
Received(收稿日期): 2015-11-04; Accepted(接受日期): 2016-03-14; Published online(网络出版日期): 2016-03-28.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160328.1116.012.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2016.01058
基于大型称重式蒸渗仪研究北疆滴灌麦田蒸散量
李 杰 1 吴杨焕 2 陈 锐 1 杨 平 1 柴顺喜 1 崔 静 1 马富裕 1,*
1石河子大学农学院 / 新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室, 新疆石河子 832003; 2新疆生产建设兵团农六师农科所, 新疆五
家渠 831300
摘 要: 基于大型称重式蒸渗仪研究了北疆地区滴灌冬小麦不同时段(生育阶段、日、时)的农田水分蒸散特征, 分析
了气温、相对湿度、风速等因子对农田水分蒸散的影响及产量和蒸散的关系, 旨在为北疆地区滴灌冬小麦的灌溉制
度制定提供理论依据。3个灌水处理分别为全生育期灌溉 375、600和 750 mm。结果表明, 在滴灌冬小麦全生育期内
日蒸散量为抽穗–乳熟>拔节–抽穗>乳熟–成熟>返青–拔节>播种–越冬>越冬–返青; 在一天中, 滴灌冬小麦农田水分
蒸散主要发生在 8:00–20:00, 夜间 20:00–8:00蒸散量较小且比较稳定, 时蒸散量随天气变化而改变。滴灌条件下, 冬
小麦的棵间蒸发量占农田水分蒸散的 25.2%~28.3%。棵间蒸发与土壤含水率和叶面积指数具有良好的二元二次模拟
关系, 拟合系数为 0.98。综合产量和水分利用效率, 滴灌冬小麦的蒸散量为 600~650 mm。本研究对合理制定滴灌冬
小麦的灌溉制度具有重要的参考价值。
关键词: 滴灌; 冬小麦; 农田水分蒸散; 棵间蒸发
Measurement of Evapotranspiration for Drip-Irrigated Winter Wheat Using
Large Weighing Lysimeter in Northern Xinjiang
LI Jie1, WU Yang-Huan2, CHEN Rui1, YANG Ping1, CHAI Shun-Xi1, CUI Jin1, and MA Fu-Yu1,*
1 Agricultural College, Shihezi University / Key Laboratory of Oasis Eco-agriculture of Xinjiang Production Construction Corps, Shihezi 832000,
China; 2 Sixth Division Agricultural Science of Xinjiang Production and Construction Corps, Wujiaqu 831300, China
Abstract: Drip-irrigation is a promising water-saving technique in arid agricultural area. To sep up efficient drip-irrigation sys-
tems for winter wheat grown in northern Xinjiang table land, we measured the evapotranspiration (ET) rate of wheat field using
large-scale weighing lysimeter and analyzed the temporal responses of ET (in growing phase, daily and hourly) to air temperature,
relative humidity and wind speed. Three treatments were designed with irrigation amounts of 375 (D1), 600 (D2), and 750 mm
(D3). During the whole growing period of wheat, daily ET rate varied in different phases, showing heading–milk > joint-
ing–heading > milk–maturity > regreening–jointing > sowing–overwintering > overwintering–regreening. During a day, hourly
ET was in high level from 8:00 to 20:00 and stable from 20:00 to 8:00 of next, which varied with weather condition. Under
drip-irrigation condition, the ratio of soil evaporation to ET was 25.2–28.3% during the entire growing season. Soil evaporation
could be predicted with soil moisture and leaf area index using a bivariate quadratic function (R2 > 0.98). Based on a combination
of yield and water use efficiency, we suggest 600–650 mm as the optimum irrigation amount under the drip-irrigated winter wheat
field.
Keywords: Drip-irrigated; Winter wheat; Evapotranspiration; Evaporation
新疆地处西北干旱地区, 受地理环境的限制淡
水资源匮乏严重影响新疆农业的发展, 近年来随着
全球气候变化及水资源的不合理开发利用, 导致淡
水资源紧缺, 严重影响农业的发展[1-2]。如何利用有
限的水资源, 提高农作物产量和水分利用效率是推
増广发展旱作节水 粮技术的关键 [3], 许多学者在农
第 7期 李 杰等: 基于大型称重式蒸渗仪研究北疆滴灌麦田蒸散量 1059


业节水技术等[4-11]方面做了大量工作。滴灌技术作为
当前最先进的工程化节水技术已在世界各国广泛推
广应用, 其灌水量少且灌溉频率高, 可根据作物需水
需肥规律将水分和养分均匀持续地输送到植株根部,
最大限度地降低了土壤水分的深层渗漏和其他无效
途径的用水浪费, 且能形成一定的农田小气候, 可有
效缓解水资源不足与农业用水利用率不高的矛盾[12]。
新疆是中国粮食生产后备耕地资源区。滴灌冬
小麦的种植模式已在新疆适宜种植区全面推广, 滴
灌冬小麦较常规灌溉种植节水 1500~2500 m3 hm–2,
另外, 由于滴灌改变麦田根区供水方式, 改善了小
麦根系特征与水分利用效率之间的关系, 增产效果
明显[13]。国内外许多学者已对滴灌春小麦的耗水规
律、农田蒸散特征、作物产量的关系、测定仪器、
测定方法等积累了一定的研究成果[14-15]。但关于滴
灌条件下冬小麦农田水分蒸散特征、耗水规律及水
分管理的精准化仍缺少有力的支持理论。因此研究
冬小麦农田水分蒸散特征, 了解蒸散动态过程, 将
对灌溉水资源优化配置、提高水分利用效率有着极
其重要意义。目前, 国内外采用的计算蒸散的方法
很多, 但需要对其结果进行适当校正, 由于蒸渗仪
测定蒸散的精度较高(一般可达 0.01~0.02 mm), 因
而已成为测定蒸散的标准试验仪器[16-17], 可用于校
正和比较其他方法所获得的数据, 尽管蒸渗仪内外
在热量和水分方面存在差异, 如 0~20 cm 土层地温
的资料显示 , 器内比器外高约 5.4%, 但其蒸散规
律、蒸散过程对周围农田有较好的代表性[18]。
自 20 世纪 90 年代以来, 人们利用蒸渗仪进行
了大量蒸散测定试验, 但是针对新疆北部地区滴灌
模式下农田水分蒸散的研究却鲜有报道。探索本区
滴灌模式下冬小麦的农田水分蒸散特征有助于缓解
水资源不足与农业用水利用率不高的矛盾。本研究
基于大型称重式蒸渗仪对北疆地区滴管模式下冬小
麦蒸散规律展开研究, 旨在探明滴灌条件下冬小麦
农田蒸散规律及其影响因素, 探求其作物因素、土壤
水分和气象因素与蒸散之间的关系, 以期为北疆地区
农田水分管理提供依据, 为北疆地区滴灌作物及其气
候和种植模式相似地区需水规律的确定提供科学依据
和理论基础, 并为发展高效节水农业提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
石河子大学节水灌溉试验站(45º19 N, 86º03 E,
海拔 440 m)平均年降雨量为 154 mm, 年均气温 7℃,
无霜 130~170 d, ≥10℃积温 2800~3700℃。试验区
在 1 m深土层内土壤质地为沙壤土, 0~60 cm土层土
壤含有机质 21.78 mg kg–1、碱解氮 61.0 mg kg–1、速
效磷 25.26 mg kg–1、速效钾 194.0 mg kg–1, pH 7.62。
试验气象数据由石河子气象局气象观测站提供,
该站与石河子大学农学院田间试验站的直线距离为
500 m, 自动监测小麦整个生育期内每日的风速、气
温、湿度、土壤温度、相对湿度等。
1.2 试验设计
供试冬小麦品种为新冬 43(新疆农垦科学院选
育)。播种期分别为 2013 年 9 月 25 日和 2014 年 9
月 30 日, 收获期为 2013 年 6 月 28 日和 2015 年 6
月 27日。播种密度均为 450万粒 hm–2, 播种行距为
15 cm。全生育期施基肥尿素(N质量分数≥46%) 150
kg hm–2, 磷酸二铵(P2O5 质量分数≥48%) 250 kg
hm–2, 分别于冬前、返青前、拔节期、抽穗期追施尿素
75 kg hm–2。试验期间其他管理措施与当地农田相同。
按随机区组设计, 试验小区面积为 5 m × 8 m =
40 m2, 重复 3次。设置 3个灌溉定额处理, 分别 375
(D1)、600 (D2)和 750 mm (D3), 通过水表控制滴灌
量, 冬小麦整个生育时期灌水 10 次。两年度 D1、
D2和 D3处理均在播种期(2013年 9月 28日和 2014
年 10 月 1 日)滴灌出苗水 60 mm; 冬前(2013 年 11
月 11日和 2014年 11月 14日)分别滴灌越冬水 35、
92和 138 mm; 返青后滴灌 8次, 第一次在 2014年 3
月 28日和 2015年 3月 27日, 此后每 10 d滴水一次,
每次灌水量分别为 35、56和 69 mm。
采用北京绿源公司生产的 515型内镶式滴灌带,
滴头间距 20 cm, 滴头流量 3.2 L h–1, 滴管带间距为
60 cm, 一条滴灌带灌溉 4行小麦。各处理间设 1 m
隔离带, 为了防止水分侧渗, 各处理间均埋有 1 m
深防渗膜隔开。试验小区安装有体积为 2.0 m × 2.0 m
× 2.3 m (长×宽×高)的大型原状土自动称重渗漏式蒸
渗仪系统(西安碧水环境新技术有限公司造)自动获
取农田蒸发蒸腾量数据, 测量精度为 0.05 mm, 每小
时自动采集一次数据。
1.3 田间水分蒸发特征测定方法
1.3.1 棵间蒸发量测定 采用置于小麦行间的小
型棵间蒸发器测定棵间蒸发, 设每处理 4 个规格相
同的棵间蒸发器, 距离滴管带 15 cm 和 30 cm 各 2
个, 取其测定的平均值作为各处理的测定值。小型
棵间蒸发器(Micro-1ysimeter)由外桶(直径 110 mm,
1060 作 物 学 报 第 42卷


高 200 mm, 不封底)和内桶(内径 90 mm, 高 200 mm,
壁厚 2 mm)两部分组成, 材料为聚氯乙烯(PVC)管。
外桶是固定的, 内桶可取出, 为使桶内土壤水分与
大田一致, 在小麦种植后, 将外桶和内桶分别垂直
放入试验区, 并使其顶面与地面齐平, 减少对内桶
土壤的扰动, 使其与田间的土壤尽量保持一致。为
保证 Micro-1ysimeter内的土体水分含量和结构同大
田相似, 降雨或灌溉后立即换土, 用小型蒸发器测
定棵间蒸发的换土最短时间频率是 3~5 d [19]。用精
度 0.01 kg的电子天平称重, 得到单位时间内的棵间
蒸发量, 即 E = ΔW/πr2 (E为棵间蒸发; ΔW为单位时
间内小型棵间蒸渗桶的重量差值, 可以直接通过称
量获得; r为小型棵间蒸渗桶的内径)。
1.3.2 农田蒸发蒸腾量获取 采用建于田间的大
型称重式蒸渗仪来测定, 其测定田间蒸散量的有效
面积为 4 m2, 该系统主要包括土体系统、称质量系
统、供排水系统和数据采集系统, 自动采集储存数
据, 采集步长为 1 h, 精度为 0.05 mm。
1.3.3 土壤水分数据采集 利用采集器 5ET
(Decagon Device Inc. Washington State, USA)来获得
蒸渗仪和试验小区土壤水分数据, 测定步长一天一
次, 测定土壤深度分别为 0~20、20~40和 40~60 cm。
1.4 叶面积指数及产量相关性状测定
1.4.1 叶面积指数 每隔 7 d, 采用 Li-3100
(LI-COR Inc, Lincoln, NE, USA)叶面积仪测定样本
的总叶面积, 再根据取样面积计算叶面积指数。
1.4.2 考种测产 成熟期每小区取 2 m2典型样方,
收获后室内考种。测定样方的单位面积穗数、穗粒
数、千粒重, 并计算产量。
1.5 数据处理
用 Microsoft Excel 2007进行数据计算和归一化
处理; 用 SPSS 17.0软件进行方差分析, 采用LSD法
多重比较; OriginPro8.5绘图。
2 结果与分析
2.1 不同天气条件下的蒸散特征
可以从微观角度理解蒸散的动态过程, 真实地
定量反映特定天气条件下一定群体生物量蒸散量。
利用大型称重式蒸渗仪的实测值, 可以精确地刻画
出滴灌冬小麦一昼夜内不同时段的蒸散量变化趋
势。在抽穗至乳熟期, 选取具有代表性的 2014 年 5
月 26 日(晴天)、5 月 30 日(多云)、6 月 2 日(阴天)
测定蒸散特征, 不同天气状况的间隔时间很短, 可
认为不同天气下具有相同的群体冠层特征, 本结果
可近似真实反映冬小麦群体耗水量最大阶段不同天
气条件下的蒸散特征。从图 1 可以看出, 不同天气
条件下日内的时蒸散变化不同, 晴天日变化曲线为
单峰型, 峰值出现在 14:00, 多云和阴天日变化曲线
为多峰型; 尽管不同天气的时蒸散日变化波形不同,
但总体上看时蒸散的日变化一般从 8:00 开始增大,
13:00至 16:00达到最大值, 随后逐渐减小, 20:00以
后在 0.1 mm以下, 并在零附近波动, 之后变化起伏
较小。滴灌冬小麦时蒸散规律与当天的大气温度变
化规律相同, 时蒸散量随气温的变化而同步波动。
滴灌冬小麦田的蒸散量晴天为 8.0 mm d–1左右, 多
云与阴天的蒸散量分别为 5.0 mm d–1和 3.7 mm d–1
左右, 夜间为 0~0.3 mm d–1, 波动较小且比较稳定。
2.2 各生育阶段蒸散特征
全生育期滴灌冬小麦生育阶段间蒸散量动态变
化呈抛物线形状, 各阶段蒸散量年季间差异不明显
(图 2)。冬小麦返青后, 不同水分处理间的蒸散强度
是 D3 > D2 > D1的趋势。播种至越冬和越冬至返青
阶段, 3个处理间蒸散强度没有明显差异(P > 0.05),
返青开始至成熟, 3个处理间的蒸散强度差异显著(P
< 0.05)。两年度 3 个灌水处理的蒸散强度在抽穗至
乳熟阶段最大, 拔节至抽穗阶段次之, 这两阶段为
水分敏感时期, 应该保证水分的充足供应。越冬至
返青阶段蒸散强度最小, 耗水量最小。在整个生育
期, 作物蒸散量随灌溉量的增加而增加, 处理间差
异显著, 以 D3 处理蒸散量最大, 为 2.63~2.66 mm
d–1, 比D2高出 16.8%~17.2%, 比D1高 68.4%~74.2%。
2.3 棵间土壤蒸发量特征
播种至越冬阶段3个处理灌水量相同 , 在此阶
段的棵间蒸发量和耗水量的年际间差异较小, 阶段
棵间蒸发量占此阶段总耗水量的74.7%~79.5% (表1),
该阶段棵间蒸发量占耗水量的比例较大, 这与冬前
小麦体较小、田间蒸散基本属裸土蒸发为主有着密
切的关系。越冬至返青阶段由于气温下降, 作物进
入休眠状态, 蒸腾速率降低, 土壤表层消冻交替使
此阶段田间水分耗散仍以棵间蒸发为主, 此期棵间
蒸发量占耗水量的68.2%~79.7%。返青开始后大气温
度升高, 小麦地上部分迅速生长, 叶面积指数逐渐
增大, 棵间土壤蒸发相应减少, 农田蒸散由棵间蒸
发为主逐渐转变为以作物蒸腾为主。3个处理在返
青至拔节阶段棵间蒸发量分别占耗水量的比例为
28.9%~29.2%、39.6%~41.1%和41.8%~43.1%, 处理
第 7期 李 杰等: 基于大型称重式蒸渗仪研究北疆滴灌麦田蒸散量 1061


间差异明显; 拔节至抽穗阶段棵间蒸发量占耗水量
的15.6%~16.9%、18.8%~20.7%和19.7%~20.9%, 各
处理的棵间蒸发量占阶段耗水量的比例明显减小 ,
处理间差异不显著; 在抽穗至乳熟阶段, 3个处理的
棵间蒸发量比例降到最小 , 分别为8.1%~8.6%、
9.8%~11.5%和11.6%~12.0%, 处理间差异不明显。进
入乳熟期后冬小麦叶片开始衰老、变黄、变干, 作
物蒸腾降低, 棵间土壤蒸发较前一阶段略有增大的

图 1 不同天气冬小麦田时蒸散量(2013–2014)
Fig. 1 Hourly evapotranspiration of winter wheat field under different weather conditions (2013–2014)
测定日期分别为 2014年 5月 26日(晴)、5月 31日(多云)和 6月 2日(阴)。
The dates for measurement were May 26 (sunny), May 31 (overcast), and June 2 (cloudy), 2014.

图 2 冬小麦各生育阶段的日蒸散量
Fig. 2 Intensity of evapotranspiration in various growth stages of winter wheat
S: 播种; O: 越冬; R: 返青; E: 拔节; H: 抽穗; MR: 乳熟; M: 成熟; WGS: 全生育期。
S: sowing; O: overwinter; R: regreeing; E: elongation; H: heading; MR: milk ripening; M: matunity; WGS: whole growth stage.
1062 作 物 学 报 第 42卷


表 1 不同灌水处理小麦阶段棵间蒸发量占阶段耗水量的比例
Table 1 Ratios of soil evaporation to water consumption during wheat growing period under different drip-irrigation treatments
2013–2014 2014–2015
生育阶段
Growing period
处理
Treatment
棵间蒸发量
Soil evaporation
(mm)
蒸散量
Evapotranspiration
(mm)
比例
Ratio
(%)
棵间蒸发量
Soil evaporation
(mm)
蒸散量
Evapotranspiration
(mm)
比例
Ratio
(%)
D1 39.6 b 52.4 a 75.6 a 40.8 a 54.6 a 74.7 a
D2 42.1 a 55.0 a 76.5 a 42.3 a 55.6 a 76.1 a
播种–越冬
Seeding-overwinter
D3 44.5 a 56.0 a 79.5 a 43.5 a 57.0 a 76.3 a
D1 15.5 b 21.3 b 72.8 a 18.2 b 26.2 b 69.5 a
D2 18.8 a 24.7 a 76.1 a 19.3 ab 26.7 b 72.2 a
越冬–返青
Overwinter-regreeing
D3 20.4 a 25.6 a 79.7 a 20.6 a 30.2 a 68.2 a
D1 15.6 c 53.5 c 29.2 b 16.1 c 55.8 c 28.9 b
D2 28.1 b 71.0 b 39.6 a 29.4 b 71.4 b 41.1 a
返青–拔节
Regrening–elongation
D3 38.5 a 92.0 a 41.8 a 39.8 a 92.4 a 43.1 a
D1 13.5 c 86.6 c 15.6 b 13.8 c 81.6 c 16.9 a
D2 31.5 b 152.5 b 20.7 a 27.8 b 147.6 b 18.8 a
拔节–抽穗
Elongation–heading
D3 36.7 a 186.6 a 19.7 a 36.1 a 173.1 a 20.9 a
D1 10.8 c 132.9 c 8.1 b 11.9 c 138.8 c 8.6 b
D2 19.6 b 200.2 b 9.8 ab 23.6 b 205.0 b 11.5 a
抽穗–乳熟
Heading–milk ripening
D3 25.9 a 224.1 a 11.6 a 28.4 a 236.4 a 12.0 a
D1 12.5 c 79.1 c 14.5 c 12.5 c 70.4 c 17.8 b
D2 23.8 b 118.9 b 20.0 b 28.4 b 106.9 b 26.6 a
乳熟–成熟
Milk ripening–maturity
D3 35.9 a 148.8 a 24.1 a 32.8 a 120.2 a 27.3 a
D1 107.5 c 425.9 c 25.2 b 113.3 c 427.4 c 26.5 a
D2 163.9 b 620.4 b 26.4 ab 170.8 b 613.1 b 27.8 a
全生育期
Whole growth stage
D3 201.9 a 733.2 a 27.5 a 201.2 a 711.3 a 28.3 a
数据后不同小写字母表示某个生育阶段内不同灌水处理间的差异显著(P < 0.05)。
Different letters after data indicate significant difference (P < 0.05) in ratio of soil evaporation water consumption among treatments in
the growing period.

趋势, D1、D2和 D3分别增加 6.4%~11.2%、10.2%~
15.1%和 12.5%~15.3%。从两年度小麦全生育期来看,
滴灌条件下冬小麦棵间蒸发量为 107.5~201.2 mm,
蒸散总量为 425.9~733.2 mm, 棵间土壤蒸发总量占
总蒸散量的 25.2%~28.3%。
2.4 不同灌量处理土壤水分变化
各处理在 0~20 cm土层土壤水分含量在灌溉前
后变化剧烈, D3为 17%~28%, D2为 17%~27%, D1
为 15%~24%, 灌溉后各处理土壤含水量迅速增大且
均能完全恢复到原来水平, 处理间变化趋势相似。
在 20~40 cm土层, 各处理的土壤含水量均有所下降,
灌溉前后土壤含水率整体趋于平缓且波动较小, 在
播种后 210~240 d 灌溉后土壤含水量不能恢复到原
来水平, 说明在这一阶段 0~20 cm 土层土壤含水量
不能保证作物生长, 20~40 cm土层水分供给作物生
长。在 40~60 cm土层, 各处理土壤含水量在灌溉前
后波动较小, 基本趋于稳定状态, 土壤水分变化分
别为 13%~15% (D1)、14%~17% (D2)和 19%~23%
(D3), 仅 D3 处理能够恢复到灌溉前水平, 说明随着
深度增加土壤含水量变化幅度减小(图 3)。年度间不
同处理的土壤水分含量具有相似变化规律。
2.5 土壤含水量和叶面积对棵间蒸发的影响
滴灌冬小麦棵间蒸发与表层土壤含水量(θv)和
叶面积指数(LAI)之间具有良好的相关性[20]。棵间蒸
发随着表层土壤含水量的增加而增大, 土壤湿度越
大, 棵间蒸发越大。当表层土壤含水量升高时, 土壤
蒸发增大, 当表层土壤含水量降低时, 土壤蒸发降
低。作物冠层主要是通过截留到达作物棵间地面的
太阳净辐射来影响土壤蒸发的。随着冠层覆盖度的
增加, 到达地面的太阳净辐射减小, 棵间蒸发减小,
即棵间蒸发随叶面积指数的增加而减小。根据两年
度测定结果回归模拟分析, 得到土壤蒸发值(E)与叶
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图 3 小麦返青后不同处理土壤水分变化过程
Fig. 3 Changes of volumetric soil water content of different treatments after regreening stage of wheat

面积指数(LAI)、表层土壤含水量(θv)的回归方程 E =
1.12 + 0.11θv + 0.17LAI + 8.06 × 104θv2 + 1.9 ×
102LAI2  2.2 × 102θv×LAI (R2 = 0.98)。该方程在与
本试验气候环境和种植模式相似区域有参考价值, 用
于描述土壤蒸发和叶面积指数、土层含水量的关系。
2.6 环境因子对农田蒸散量的影响
为了消除冠层覆盖度和土壤含水量对农田水分
蒸散的影响, 图 4给出了叶面积指数在 1.5~3.0之间
且土壤表层(0~20 cm)体积含水量大于 15%时农田水
分蒸散与风速、气温和相对湿度的关系。可以看出,
北疆地区滴灌冬小麦农田水分蒸散量随大气温度增
大呈指数增长趋势, 随风速增大呈先增大后降低的
二次曲线变化趋势, 随空气相对湿度增大呈指数下
降趋势; 当空气相对湿度大于 50%、风速大于 4 m s1
时, 蒸散随之降低。
ET = aebAT (1)
ET = aWS2 + bWS + c (2)
ET = aebRH (3)
式中, ET为农田水分蒸散量(mm d–1), AT为大气温
度(℃), WS为风速(m s–1), RH为空气相对湿度(%),
a、b、c为常数。
2.7 产量、水分利用效率与蒸散量关系
作物产量与灌溉量呈非线性关系, 灌溉量增加到
一定程度后, 作物产量缓慢增加甚至降低。两年度数
据显示蒸散量(ET)与产量(Y)呈现抛物线关系(图 5),
其回归方程为Y = 0.021ET2 + 34.61ET  3011.42 (R2 =
0.978)。对该曲线求导, 得到产量最大值, Y = 11 523.05
kg hm–2时, 其对应的蒸散量是 823.8 mm。
图 5 还显示, 水分利用效率(WUE)随蒸散量(ET)
的增加而减小, 当蒸散量达到一定值之后, 水分利
用效率减小缓慢且趋于稳定, 呈二次抛物线关系。
WUE = 1.39×10–6ET2 + 4.61×10–4ET + 1.93
(R2 = 0.956)
对曲线进行微分得到 WUE–ET 的顶点为
(165.80 mm, 1.97 kg m2), 取得最大水分利用效率的
蒸散量与取得最高产量的最大蒸散量并不一致, 只
有产量与水分利用效率达到最优时才能达到节水灌
溉的目的。由拟合曲线可知, 产量和水分利用效率
交汇点的蒸散量在 620 mm左右(图 5)。
3 讨论
农田水分蒸散在农田水量平衡和能量平衡计算
中占有重要地位, 农田灌溉管理、作物产量估计及
土壤水分预报等许多问题都与蒸发蒸腾量紧密相关,
分析滴灌作物农田水分蒸散和棵间蒸发机制及其影
响因素, 可促进滴灌作物对水分利用效率的提高。
根据 2013—2015年北疆地区大型称重式蒸渗仪的麦
田蒸散测定结果, 结合冬小麦全生育期的气象因子,
1064 作 物 学 报 第 42卷



图 4 农田水分蒸散(ET)与气温(AT)、风速(WS)、相对湿度(RH)的关系
Fig. 4 Relationship of evapotranspiration (ET) with air temperature (AT), wind speed (WS), and relative humidity (RH)


图 5 冬小麦产量(Y)、水分利用效率(WUE)与田间蒸散量(ET)
变化关系
Fig. 5 Relationship of evapotranspiration (ET) with winter
wheat yield (Y) and water use efficiency (WUE)

北疆地区滴灌冬小麦农田的时蒸散、日蒸散、生育
期蒸散、棵间蒸发、产量和水分利用效率。就时蒸
散来看 , 农田水分蒸散强度随天气的变化而变化 ,
不同天气条件下蒸散强度的波形不同, 在晴天表现
为单峰曲线, 在多云和阴天为多峰曲线; 但在整个
昼夜内, 不论是晴天、多云或者阴天农田水分蒸散
主要发生在 8:00–20:00 之间, 在 20:00–8:00 间基本
没有蒸散或蒸散量接近于零。在本地区晴天时蒸散
量最大值出现在 13:00–16:00之间, 在其他区域一般
11:00–14:00 最大[21], 这可能是本区地处西北内陆干
旱地区, 与其他区域具有时差原因所致。这将有助
于对本区滴灌作物蒸散机制的理解。对 3 个处理各
生育阶段的日蒸散量而言, 在返青前没有差异, 返
青后出现明显差异。这可能由于播种至返青阶段麦
苗较小, 叶面积指数差异不明显, 各处理间植株蒸
腾没有差异, 同时这一时期本区温度较低, 大部分
时间温度都在 0℃以下, 土壤冻结, 各处理间土壤蒸
发较小且没有差异所致。而从返青期开始, 随着温
度升高, 土壤冻结消融, 且随灌水量的增加作物长
势不同, 叶面积指数出现显著差异。就全生育期蒸
散强度而言, 抽穗至乳熟阶段最大, 拔节至抽穗阶
段次之, 越冬至返青阶段最小, 其他时期介于二者
之间, 说明抽穗至乳熟和拔节至抽穗两阶段阶段是
滴灌冬小麦需水的关键时期, 应保证水分的充分供
应, 这与梁文清等[22]的研究结果一致。
棵间蒸发作为农田水分蒸散的重要组成部分 ,
不参与产量的形成, 因此减少棵间土壤蒸发对提高
冬小麦水分利用效率、节约灌溉用水具有十分重要
的作用。本试验 3 个滴灌处理的棵间蒸发占农田水分
蒸散的比值为 25.2%~28.3%, 明显低于常规灌溉[23],
这可能是滴灌属于局部灌溉, 不会使土壤表层全部
第 7期 李 杰等: 基于大型称重式蒸渗仪研究北疆滴灌麦田蒸散量 1065


湿润所致, 滴灌使棵间无效水分蒸发降低, 使水分
利用效率得到提高。尽管滴灌冬小麦棵间蒸发占总
蒸散量比例低于常规灌溉, 但滴灌冬小麦棵间蒸发
随表层土壤含水量的增加而增大, 土壤表层越湿润,
棵间蒸发越大。因此认为, 在满足作物正常生长的
前期下, 采用长周期、大灌量的模式可以抑制棵间
蒸发, 减少无效水分浪费。与传统灌溉相比, 在滴灌
条件下, 土壤水分变化主要发生在 0~40 cm的土层,
40 cm 土层以下基本没有变化且不会发生深层渗漏
现象。大型称重式蒸渗仪实测结果, D1、D2 和 D3
处理两年度的蒸散量分别 425.9~427.4、613.1~620.4
和 711.3~733.2 mm; 通过对产量、水分利用效率和
蒸散量的模拟, 可知使产量和水分效率达到最优时
的蒸散量介于 600~650 mm之间。
作物蒸散不仅与生育期有关 , 同时受生态系
统、多种环境因子和气象因子共同制约, 除叶面积
指数[24]、气孔导度[25]等生物因子[26], 还包括太阳辐
射、土壤含水量、空气相对湿度、气温等非生物环
境因子。不同区域的环境因子和非环境因子对当地
的农田蒸散影响明显, 北疆地区滴灌冬小麦农田生
态蒸散变化特征是各种环境因子相互作用的结果 ,
农田水分蒸散与气温、相对湿度和风速等气象因子
呈现出一定的函数关系。在本区农田水分蒸散随大
气温度的升高呈指数函数增加, 与风速呈二次函数
关系, 随相对湿度的升高呈指数函数降低, 这可能
是由于风速改变空气动力学阻力而影响蒸散过程 ,
这与 Farahani 等[27]的研究结果一致。然而, 当风速
大于一定值, 在北疆地区通常伴随着空气温度下降,
从而蒸散减少。而空气中水汽在一定范围内有利于
蒸散过程的发生。然当空气相对湿度持续增加时 ,
蒸发表面与其临近空气的水汽压差将降低, 导致蒸
散过程的驱动力下降, 蒸散呈降低趋势。
4 结论
北疆地区滴灌麦田的耗水量为 600~650 mm, 棵
间土壤蒸发占总蒸散量的 25.2%~28.3%。滴灌冬小
麦在抽穗至乳熟阶段为需水敏感期, 应确保该阶段
的水分供应。滴灌冬小麦农田蒸散与气象因素有密
切的关系, 蒸散与气温和相对湿度呈指数关系, 与
气温呈正相关, 与相对湿度呈负相关, 与风速呈二
次曲线关系。构建了试验区滴灌冬小麦棵间蒸发量
(E)与表层土壤含水率(θv)和叶面积指数(LAI)曲线模
型, E = 1.12 + 0.11θv + 0.17LAI + 8.06 × 104θv2 +
1.9 × 102LAI2  2.2 × 102θv × LAI, 其决定系数达
0.98。
References
[1] 牟洪臣, 王振华, 何新林, 葛宇. 滴灌条件下北疆春小麦耗水
特点. 华北农学报, 2014, 29(2): 213–217
Mou H C, Wang Z H, He X L, Ge Y. Under the condition of drip
irrigation water consumption characteristics of spring wheat of
northern Xinjiang. Acta Agric Boreali-Sin, 2014, 29(2): 213–217
(in Chinese with English abstract)
[2] Ji X B, Kang E S, Chang R S, Zhao W Z, Zhang Z H, Jin B W.
Estimation of groundwater budge at the representative irrigated
area in the middle stream of Heihe River. Hydrogeol Eng Geol,
2005, 32(6): 25–29
[3] 张磊, 李福乍, 王连喜, 马国飞, 袁海燕, 官景得. 不同灌溉
量对春小麦生长及产量构成的影响. 干旱地区农业研究, 2009,
27(4): 46–49
Zhang L, Li F Z, Wang L X, Ma G F, Yuan H Y, Guan J D.
Effects of different irrigation treatment on growth and yield con-
stituent of spring wheat. Agric Res Arid Areas, 2009, 27(4):
46–49 (in Chinese with English abstract)
[4] 曾胜和, 付明鑫, 张磊, 高志建, 何帅, 夏东利, 张荣. 滴灌春
小麦高效施肥技术试验研究. 干旱区研究, 2010, 27: 806–811
Zeng S H, Fu M X, Zhang L, Gao Z J, He S, Xia D L, Zhang R.
Preliminary study on high efficiency fertilization techniques of
spring wheat under drip irrigation. Arid Area Res, 2010, 27:
806–811 (in Chinese with English abstract)
[5] 王诗景, 黄冠华, 杨建国, 王军, 邰日坤, 孟令广. 微咸水灌
溉对土壤水盐动态与春小麦产量的影响. 农业工程学报, 2010,
26(5): 27–33
Wang S J, Huang G H, Yang J G, Wang J, Tai R K, Meng L G.
Effect of irrigation with saline water on water-salt dynamic and
spring wheat yield. Trans CSAE, 2010, 26(5): 27–33 (in Chinese
with English abstract)
[6] Ding R, Kang S, Zhang Y, Hao X M, Tong L, Du T S. Partition-
ing evapotranspiration into soil evaporation and transpiration
using a modified dual crop coefficient model in irrigated maize
field with ground-mulching. Agric Water Manag, 2013, 127:
85–96
[7] 张彦群, 王建东, 龚时宏, 吴忠东. 滴灌条件下冬小麦田间土
壤蒸发的测定和模拟. 农业工程学报, 2014, 30(7): 91–98
Zhang Y Q, Wang J D, Gong S H, Wu Z D. Measuring and mod-
eling of soil evaporation for winter wheat with drip irrigation.
Trans CSAE, 2014, 30(7): 91–98 (in Chinese with English
abstract)
[8] He H B, Ma F Y, Yang R, Chen L, Jia B, Cui J, Fan H, Li L. Rice
performance and water use efficiency under plastic mulching
with drip irrigation. PLoS One, 2013, 8(12) e83103.
[9] 何立谦, 张维宏, 张永升, 曹彩云, 李科江, 杜雄. 土下微膜
覆盖与灌水管理对冬小麦水分利用与物质生产效果的影响.
作物学报, 2014, 40: 1980–1989
He L Q, Zhang W H, Zhang Y S, Cao C Y, Li K J, Du X. Water
utilization and matter production in winter wheat under
soil-coated ultrathin plastic-film mulching and irrigation man-
agement. Acta Agron Sin, 2014, 40: 1980–1989 (in Chinese with
1066 作 物 学 报 第 42卷


English abstract)
[10] 王新, 刁明, 马富裕, 樊华, 崔静, 何海兵. 滴灌加工番茄叶
面积、干物质生产与积累模拟模型. 农业机械学报, 2014, 45(2):
161–168
Wang X, Diao M, Ma F Y, Fan H, Cui J, He H B. Simulation of
leaf area, dry matter production accumulation of processing to-
mato drip irrigation. Trans CSAE, 2014, 45(2): 161–168 (in Chi-
nese with English abstract)
[11] Kato Y, Okami M. Root morphology, hydraulic conductivity and
plant water relations of high-yielding rice grown under aerobic
conditions. Ann Bot, 2011, 108: 575–583
[12] 张娜, 张永强, 李大平, 牛海生, 张洋, 胡春辉, 赵有来, 徐文
修. 滴灌量对冬小麦光合特性及干物质积累过程的影响. 麦
类作物学报, 2014, 34: 795–801
Zhang N, Zhang Y Q, Li D P, Niu H S, Zhang Y, Hu C H, Zhao Y
L, Xu W X. Effect of drrigation amount on photosyntesis charac-
teristics and dry mater accumulation of winter wheat. J Triticeae
Crops, 2014, 34: 795–801 (in Chinese with English abstract)
[13] 王冀川, 高山, 徐雅丽, 王洪仁. 新疆小麦滴灌技术的应用与
存在问题. 节水灌溉, 2011, (9): 25–29
Wang J C, Gao S, Xu Y L, Wang H R. Application and existing
problems of drip irrigation for wheat in Xinjiang. Water Saving
Irrig, 2011, (9): 25–29 (in Chinese with English abstract
[14] 王红光, 于振文, 张永丽, 王东. 推迟拔节水及其灌水量对小
麦耗水量和耗水来源及农田蒸散量的影响. 作物学报, 2010,
36: 1183–1191
Wang H G, Yu Z W, Zhang Y L, Wang D. Effects of delayed irri-
gation at jointing stage and irrigation level on consumption
amount and resources of water in wheat and farmland evapotran-
spiration. Acta Agron Sin, 2010, 36: 1183–1191 (in Chinese with
English abstract)
[15] Beeson R C Jr. Weighing lysimeter systems for quantifying water
use and studies of controlled water stress for crops grown in low
bulk density substrates. Agric Water Manag, 2011, 98: 967–976
[16] Prueger J H, Hatfield J L, Aase J K, Pikul J L Jr. Bowen ratio
comparisons with lysimeter evapotranspiration. Agron J, 1997, 89:
730–736
[17] 刘浩, 孙景生, 段爱旺, 孙磊, 刘祖贵, 申孝军. 日光温室萝
卜棵间土壤蒸发规律试验 . 农业工程学报 , 2009, 25(1):
176–180
Liu H, Sun J S, Duan A W, Sun L, Liu Z G, Shen X J. Experiment
on soil evaporation of radish in sunlight greenhouse. Trans CSAE,
2009, 25(1): 176–180 (in Chinese with English abstract)
[18] Wei Z, Liu Y, Xu D, Cai J B. Evapotranspiration and ratio of soil
evaporation to evapotranspiration of winter wheat and maize.
Appl Mechanics & Materials, 2014, 539: 832–837
[19] 李王成, 王为, 冯绍元, 陈绍军, 霍再林. 不同类型微型蒸发
器测定土壤蒸发的田间试验研究. 农业工程学报, 2007, 23(10):
6–13
Li W C, Wang W, Feng S Y, Chen S J, Huo Z L. Field experi-
mental study on the measurement of soil evaporation using dif-
ferent types of micro-lysimeters. Trans CSAE, 2007, 23(10): 6–13
(in Chinese with English abstract)
[20] 高鹭, 胡春胜, 陈素英, 张利飞. 喷灌条件下冬小麦田棵间蒸
发的试验研究. 农业工程学报, 2005, 21(12): 183–185
Gao L, Hu C S, Chen S Y, Zhang L F. Experimental study on soil
evaporation in winter wheat field under sprinkler irrigation con-
dition. Trans CSAE, 2005, 21(12): 183–185 (in Chinese with
English abstract)
[21] 甘卓亭 , 刘文兆 . 黄土塬区麦田蒸散特征 . 应用生态学报 ,
2006, 17: 1435–1438
Gan Z T, Liu W Z. Evapotranspiration of winter wheat field on
Loess Plateau table land. Chin J Appl Ecol, 2006, 17: 1435–1438
(in Chinese with English abstract)
[22] 梁文清, 蔡焕杰, 王健. 冬小麦田间蒸发蒸腾与棵间蒸发规律
研究. 灌溉排水学报, 2011, 30(6): 93–96
Liang W Q, Cai H J, Wang J. Research of evapotranspiration and
evaporation for winter wheat. J Irrig Drainage, 2011, 30(6):
93–96 (in Chinese with English abstract)
[23] Sun H Y, Liu C M, Zhang X Y, Shen Y J, Zhang Y Q. Effects of
irrigation on water balance, yield and WUE of winter wheat in
the North China Plain. Agric Water Manag, 2006, 85: 211–218
[24] 阳伏林, 周广胜. 内蒙古温带荒漠草原能量平衡特征及其驱
动因子. 生态学报, 2010, 30: 5769–5780
Yang F L, Zhou G S. Characteristics and driving factors of energy
budget over a temperate desert steppe in Inner Mongolia. Acta
Ecol Sin, 2010, 30: 5769–5780 (in Chinese with English abstract)
[25] Wever L A, Flanagan L B, Carlson P J. Seasonal and interannual
variation in evapotranspiration, energy balance and surface con-
ductance in a northern temperate grassland. Agric For Meteorol,
2002, 112: 31–49
[26] Wang K, Dickinson R E. A review of global terrestrial
evapotranspiration: observation, modeling, climatology, and cli-
matic variability. Rev Geophys, 2012, 50(2), doi: 10.1029/
2011RG000373
[27] Farahani H J, Howell T A, Shuttleworth W J, Bausch W C.
Evapotranspiration: progress in measurement and modeling in
agriculture. Trans ASABE, 2007, 50: 1627–1638