干旱區(qū)綠洲膜下滴灌棉田蒸散發(fā)

劉延雪， 喬長錄

（1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000）

蒸散發(fā)（Evapotranspiration，ET）作為陸面水分和能量循環(huán)過程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于深刻理解水文循環(huán)及陸面生態(tài)系統(tǒng)水文過程至關(guān)重要［1］。在干旱區(qū)，作物蒸散發(fā)是農(nóng)田水循環(huán)過程中水分損失的主要途徑［2］，約有90%以上的降水通過蒸散回到大氣當(dāng)中［3］，其與降水共同影響干旱程度。但干旱區(qū)農(nóng)田的水資源有效利用程度并不高，因此明確具體的作物蒸散發(fā)過程和氣象對(duì)其的影響對(duì)科學(xué)認(rèn)識(shí)干旱區(qū)農(nóng)田水循環(huán)過程、研究氣候演變下有無地膜覆蓋下滴灌種植的優(yōu)缺點(diǎn)、合理調(diào)配水資源、制定科學(xué)的灌溉制度［4］等有重要意義。

農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)中蒸散發(fā)的量變過程和影響因素一直都是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，國外對(duì)此側(cè)重于蒸散發(fā)在不同環(huán)境下的量變程度及其變化過程中的能量平衡情況［5］。Jamshidi 等［6］對(duì)半干旱氣候下伊朗南部滴灌柑桔在5個(gè)灌溉水平（100%、90%、75%、60%和45%的參考蒸散量）下的實(shí)際蒸散發(fā)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究表明按60%蒸散發(fā)進(jìn)行滴灌有利于柑橘的可持續(xù)生產(chǎn)。Keffer 等［7］針對(duì)不同水分和遮光條件下的亞馬遜黃檀，測(cè)定其苗期的蒸散量和作物系數(shù)，隨著水分和遮光率的增加，蒸散量和作物系數(shù)均降低。Vanomark等［8］對(duì)采用波文比能量平衡法對(duì)北里奧格蘭德州的甜瓜蒸散量進(jìn)行測(cè)定，具體分析蒸散發(fā)過程中感熱通量和土壤熱通量的變化過程，研究發(fā)現(xiàn)60%以上的凈輻射轉(zhuǎn)化為潛熱通量，21%凈輻射轉(zhuǎn)化為感熱通量。Renner等［9］運(yùn)用相位差對(duì)盧森堡地區(qū)蒸散發(fā)過程中的能量變化進(jìn)行分析，研究表明蒸散發(fā)過程中存在能量不平衡，且湍流通量滯后于有效能量。在國內(nèi)對(duì)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)中蒸散發(fā)的研究主要集中于干旱和半干旱地區(qū)，側(cè)重于覆膜環(huán)境下蒸散量的定量分析和作物灌溉制度的優(yōu)化［10］。Li等［11］對(duì)玉米田中7 種不同種類薄膜覆蓋下的土壤-植物水分動(dòng)態(tài)進(jìn)行測(cè)量，研究表明覆膜可以有效降低蒸散發(fā)，增加水分儲(chǔ)備，促進(jìn)玉米中后期的生長發(fā)育。Ai 等［12］采用改良的雙作物系數(shù)法估算了南疆干旱區(qū)棗樹和棉花單作的蒸散量，根據(jù)間作作物比例，引入土壤水分脅迫系數(shù)估算棗棉間作蒸散量，估算作物間作水分利用效率，對(duì)于棗棉間作灌溉制度的優(yōu)化具有重要意義。吳程［13］應(yīng)用微型蒸發(fā)器結(jié)合水量平衡法確定膜下滴灌棉田的蒸散量及作物參數(shù)，明確棉花生育期內(nèi)的蒸散量對(duì)合理制定灌溉制度，科學(xué)利用與管理水資源有重要意義。劉凈賢等［14］利用渦度相關(guān)資料從能量角度分析新疆北部膜下滴灌棉田不同生育期的蒸散變化特征，研究結(jié)果表明凈輻射對(duì)蒸散發(fā)影響最大。綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者從水量變化、影響因素、作物系數(shù)等角度對(duì)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)中的蒸散發(fā)進(jìn)行了廣泛研究，但對(duì)較長時(shí)間尺度下的膜下滴灌棉田蒸散發(fā)研究較少，對(duì)其耗水規(guī)律認(rèn)識(shí)不夠充分。

本文以石河子大學(xué)節(jié)水灌溉試驗(yàn)站內(nèi)3 a 蒸散發(fā)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)展開研究，旨在明晰滴灌棉田的蒸散發(fā)變化過程及氣候變化對(duì)其的影響效果，確定滴灌棉田在整個(gè)棉花生育期內(nèi)的蒸散耗水規(guī)律，為制定棉田灌溉制度和用水時(shí)空分配提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2019—2021 年在新疆兵團(tuán)現(xiàn)代節(jié)水灌溉重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)站開展，實(shí)驗(yàn)站位于石河子市西郊二連石河子大學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)（89°59′47″E，44°19′28″N，海拔412 m），該區(qū)域位于新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯河流域中游的綠洲灌區(qū)內(nèi)，氣候?yàn)橹袦貛Т箨懶愿珊禋夂?，年平均日照時(shí)間為2856 h，多年平均降雨量為207 mm，蒸散量為1660 mm，日均相對(duì)濕度50%，風(fēng)速1.5 m·s-1，生育期內(nèi)日均總輻射19.8 MJ·m-2·d-1，且晝夜溫差大，氣溫季節(jié)性變化突出。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 3臺(tái)規(guī)格為2 m×2 m×2 m，型號(hào)為QYZS-2010 的大型稱重式蒸滲儀對(duì)試驗(yàn)棉田的蒸散量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為減小環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)的影響，保證數(shù)據(jù)的可靠性，突出覆膜對(duì)蒸散量的影響效果，其中兩臺(tái)的灌溉方式為膜下滴灌，1臺(tái)為不覆膜滴灌，除此之外其他試驗(yàn)條件均相同。膜下滴灌棉田按照一膜三管六行的機(jī)采棉種植方式種植棉花，地膜寬度為205 cm，滴灌毛管采用單翼滴灌帶。試驗(yàn)期內(nèi)，當(dāng)大型稱重式蒸滲儀內(nèi)的水量發(fā)生變化時(shí)，土壤質(zhì)量隨之發(fā)生變化，蒸滲儀內(nèi)的高分辨率位移傳感器會(huì)以電流值的形式記錄該變化，通過對(duì)電流變化值進(jìn)行標(biāo)定，由此計(jì)算蒸散量。蒸滲儀精度為0.02 mm，數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔為1 h。

對(duì)于棉田灌溉，根據(jù)水量平衡原理，依據(jù)《灌溉試驗(yàn)規(guī)范》（SL 13-2004）［15］制定其灌溉制度：

式中：ET 為計(jì)算時(shí)段內(nèi)的作物需水量（mm）；γ為土壤干容重（g·cm-3）；H為土壤厚度（cm）；θ1和θ2為計(jì)算時(shí)段初始與結(jié)束時(shí)的土壤含水率；M為時(shí)段內(nèi)的灌水量（mm）；P為時(shí)段內(nèi)的降水量（mm）；K為時(shí)段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量，由于棉花種植在蒸滲儀內(nèi)，沒有地下水補(bǔ)給，因此，K為0 mm；C為時(shí)段內(nèi)的排水量，在試驗(yàn)過程中也沒有排水，因此，C為0 mm。

灌水周期由《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50485-2009）［16］確定：

式中：T為灌水周期（d）；δ為灌水利用率，本試驗(yàn)中取0.9［16］；M為時(shí)段內(nèi)的灌水量（mm）；ETa為田間耗水率（mm·d-1）。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理 在試驗(yàn)過程中，惡劣天氣、儀器故障、其他不可控因素等會(huì)影響數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，因此需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和優(yōu)化。利用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPPS 26中的質(zhì)量控制，消除異常數(shù)據(jù)，主要包括明顯不符合正常數(shù)據(jù)變化范圍的異常值、降雨時(shí)期的數(shù)據(jù)和灌水日數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)序列的完整性，對(duì)于缺失數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)缺失時(shí)長的不同進(jìn)行插補(bǔ)。

（1）數(shù)據(jù)缺失的連續(xù)時(shí)長小于3 h，采用簡單的線性內(nèi)插進(jìn)行補(bǔ)充；

（2）數(shù)據(jù)缺失的連續(xù)時(shí)長在3～24 h 內(nèi)，采用平均日變化方法（Mean Diurnal Variation，MDV）［17］進(jìn)行插補(bǔ)；

（3）數(shù)據(jù)缺失的連續(xù)時(shí)長在1～2 d，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，運(yùn)用FAO推薦的Penman-Montieth公式［18］進(jìn)行計(jì)算插補(bǔ)：

式中：Δ為飽和水汽壓斜率（kPa·℃-1）；Rn為凈輻射（MJ·m-2·d-1）；G為土壤熱通量（MJ·m-2·d-1）；γ為干濕表常數(shù)（kPa·K-1）；T為溫度（℃）；U2為風(fēng)速（m·s-1）；es為飽和水汽壓（kPa）；ed為實(shí)際水汽壓（kPa）。

（4）數(shù)據(jù)缺失的連續(xù)時(shí)長大于2 d，不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，即視為無效數(shù)據(jù)，剔除當(dāng)日記錄。

經(jīng)過上述處理，得到全生育期內(nèi)每日逐小時(shí)蒸散發(fā)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑和數(shù)據(jù)規(guī)整［19］，將處理過的蒸滲儀實(shí)測(cè)蒸散量數(shù)據(jù)與渦度儀實(shí)測(cè)蒸散量數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其結(jié)果見表1。對(duì)于通過一致性檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)，利用Microsoft Excel 2019計(jì)算整個(gè)生育期內(nèi)不同時(shí)間尺度上的蒸散量。由于蒸散發(fā)主要發(fā)生在08:00—23:00，因此對(duì)一日內(nèi)08:00—23:00的逐小時(shí)蒸散量進(jìn)行求和得到日蒸散量，對(duì)日蒸散量求和可以得到各個(gè)不同生育階段的蒸散量和全生育期蒸散量，使用Origin 2017制作蒸散量隨時(shí)間變化圖。

運(yùn)用SPSS 26中的雙變量相關(guān)性分析有無地膜覆蓋情況下蒸散量和氣象因素之間的相關(guān)性，其顯著性P值小于0.05 即為顯著相關(guān)，存在線性相關(guān)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上再利用SPSS 26 中的線性回歸分析對(duì)蒸散量和氣象因素進(jìn)行擬合，R2越接近1 則擬合效果越好，因子間的線性關(guān)系越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有無地膜覆蓋下棉田蒸散量變化

棉田在有無地膜覆蓋的滴灌種植方式下，全生育期內(nèi)的蒸散量變化趨勢(shì)見圖1。因3 a播種時(shí)間、氣候變化和棉花生長發(fā)育過程均相似，故將棉花的生育期按照相同時(shí)間段進(jìn)行劃分，每年4月20日—6月3日為苗期；6月4日—7月5日為蕾期；7月6日—8 月25 日為花鈴期；8 月26 日—10 月5 日為吐絮期。由于數(shù)據(jù)存在缺失和插補(bǔ)不足的情況，2019年、2020年和2021年實(shí)際有效統(tǒng)計(jì)時(shí)長分別為146 d、154 d、144 d。

圖1 有無地膜覆蓋的滴灌棉田全生育期蒸散量Fig.1 Evapotranspiration in cotton field in the whole stage with or without film mulching

綜合3 a變化趨勢(shì)來看，膜下滴灌的種植方式可以明顯減少蒸散量，且無論有無地膜覆蓋，滴灌棉田在棉花整個(gè)生育期內(nèi)蒸散量的變化趨勢(shì)基本一致，因而膜下滴灌并不會(huì)影響棉花的正常生長發(fā)育。

從有無地膜覆蓋下的滴灌棉田蒸散量可以看出（表2），膜下滴灌棉田在棉花整個(gè)生育期內(nèi)的蒸散量平均為292.15 mm，蒸散強(qiáng)度平均為1.79 mm·d-1，不覆膜滴灌棉田在棉花整個(gè)生育期內(nèi)的蒸散量平均為429.22 mm，蒸散強(qiáng)度平均為2.62 mm·d-1。相較于不覆膜滴灌，在膜下滴灌的種植方式下，蒸散量和蒸散強(qiáng)度均可以降低31.93%。

表2 有無地膜覆蓋下的滴灌棉田蒸散量Tab.2 Evapotranspiration in cotton field with or without film mulching

在棉花的生育周期內(nèi)，會(huì)經(jīng)歷苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期4個(gè)階段。3 a試驗(yàn)期內(nèi)，在膜下滴灌種植方式下，苗期平均蒸散量為27.79 mm；蕾期平均蒸散量為60.29 mm；花鈴期平均蒸散量為162.63 mm；吐絮期平均蒸散量為41.44 mm；在不覆膜滴灌種植方式下，苗期平均蒸散量為52.36 mm；蕾期平均蒸散量為84.17 mm；花鈴期平均蒸散量為222.55 mm；吐絮期平均蒸散量為70.14 mm。因此，相較于不覆膜滴灌，膜下滴灌的種植方式在苗期平均可以降低46.91%蒸散量；在蕾期平均可以降低28.37%蒸散量；在花鈴期平均可以降低26.93%蒸散量；在吐絮期平均可以降低40.92%蒸散量。且蒸散強(qiáng)度差異與蒸散量差異相同。由此可見，膜下滴灌棉田的蒸散量和蒸散強(qiáng)度均低于不覆膜滴灌棉田，覆膜對(duì)蒸散發(fā)的抑制作用尤其體現(xiàn)在苗期和吐絮期，在蕾期和花鈴期，覆膜對(duì)蒸散發(fā)的抑制作用稍弱。

在各個(gè)生育階段，無論是膜下滴灌還是不覆膜滴灌，對(duì)于棉花的蒸散量和蒸散強(qiáng)度而言：花鈴期＞蕾期＞吐絮期＞苗期，滴灌棉田在花鈴期的蒸散量超過棉花全生育期內(nèi)蒸散量的一半，花鈴期的蒸散強(qiáng)度也大于全年平均蒸散強(qiáng)度的一半，即花鈴期的滴灌棉田蒸散發(fā)作用最強(qiáng)烈。

2.2 有無地膜覆蓋下棉田蒸散過程動(dòng)態(tài)變化

在2019 年、2020 年、2021 年中針對(duì)4 個(gè)不同生育階段，剔除降雨日、灌水日和數(shù)據(jù)異常日，根據(jù)棉花生長狀態(tài)，在每個(gè)生育階段中選擇某一天作為典型日進(jìn)行分析（表3），典型日需要滿足以下要求：（1）棉花生長狀態(tài)穩(wěn)定，在所處生育階段中具有典型性；（2）灌水和降雨后的3 d 內(nèi)土壤水分變化較大，不適宜作典型日；（3）3 a 內(nèi)各個(gè)生育階段的典型日盡可能相近。

表3 典型日選擇Tab.3 Typical days selected

通過分析可以看出（圖2～圖5），在00:00—08:00蒸散量在有無地膜覆蓋的情況下均為負(fù)值，即在這一階段不僅沒有水分損失，反而在吸收水分，這一時(shí)段內(nèi)的過程即為凝結(jié)過程［20-23］。通過對(duì)比膜下滴灌棉田與不覆膜滴灌棉田的蒸散量變化過程可以發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌的種植方式會(huì)抑制凝結(jié)水進(jìn)入土壤，減弱凝結(jié)作用，不覆膜滴灌更加利于凝結(jié)水進(jìn)入土壤，補(bǔ)充土壤水分［24］。

圖2 有無地膜覆蓋下滴灌棉田苗期典型日的蒸散量Fig.2 Evapotranspiration in cotton field in seeding stage with or without film mulching

圖5 有無地膜覆蓋下滴灌棉田吐絮期典型日的蒸散量Fig.5 Evapotranspiration in cotton field in boll opening stage with or without film mulching

在08:00—23:00，蒸散量在有無地膜覆蓋的情況下均為正值，即在這一時(shí)段內(nèi)無論是膜下滴灌還是不覆膜滴灌，棉田都在進(jìn)行蒸散發(fā)。在苗期，膜下滴灌棉田與不覆膜滴灌棉田的蒸散量在13:00同步達(dá)到最大值，并且最大蒸散量將持續(xù)4 h；在蕾期，膜下滴灌棉田的蒸散量在12:00—15:00 達(dá)到最大值，蒸散量的變化呈現(xiàn)雙峰狀態(tài)，不覆膜滴灌棉田的蒸散量在15:00達(dá)到最大值，其變化過程呈現(xiàn)單峰狀態(tài)；在花鈴期，膜下滴灌棉田的蒸散量在14:00—17:00 同步達(dá)到最大值，蒸散量的變化呈現(xiàn)雙峰狀態(tài)，不覆膜滴灌棉田的的蒸散量在16:00 達(dá)到最大值，其變化過程呈現(xiàn)單峰狀態(tài)；在吐絮期，不覆膜滴灌棉田的蒸散量在14:00 達(dá)到最大值，相較于不覆膜滴灌，膜下滴灌棉田的蒸散量最大值的出現(xiàn)會(huì)滯后1～2 h。

無論在哪種滴灌環(huán)境下，蒸散量出現(xiàn)最大值的時(shí)間均存在以下規(guī)律：苗期最早出現(xiàn)最大值，其次是吐絮期和蕾期，花鈴期最晚出現(xiàn)最大值（圖6）。典型日的蒸散量與全生育期的蒸散量大小規(guī)律一致：花鈴期＞蕾期＞吐絮期＞苗期。

圖3 有無地膜覆蓋下滴灌棉田蕾期典型日的蒸散量Fig.3 Evapotranspiration in cotton field in budding stage with or without film mulching

圖4 有無地膜覆蓋下滴灌棉田花鈴期典型日的蒸散量Fig.4 Evapotranspiration in cotton field in blooming and boll stage with or without film mulching

圖6 各個(gè)生育階段典型日的蒸散量最大值Fig.6 Maximum evapotranspiration of typical day for each growth stage

2.3 不同尺度下氣象因素相關(guān)性分析

2.3.1 年尺度相關(guān)性分析 在年尺度上，蒸散量與影響因素相關(guān)性分析結(jié)果及相關(guān)回歸公式見表4。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，蒸散量與風(fēng)速、輻射、氣溫呈正相關(guān)；與濕度和氣壓呈負(fù)相關(guān)。其中，受氣壓的影響最為強(qiáng)烈，其次是氣溫、濕度、風(fēng)速，相比之下，蒸散量受輻射的影響最弱。并且，不覆膜滴灌棉田的蒸散量與影響因素之間的相關(guān)系數(shù)大于膜下滴灌棉田的蒸散量，說明不覆膜滴灌棉田的蒸散量更容易受到氣象變化的影響。但就相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)大小而言，在年尺度上均較小。

表4 蒸散量與影響因素在年尺度上的相關(guān)性Tab.4 Correlation analysis between evapotranspiration and influencing factors on the annual scale

2.3.2 日尺度相關(guān)性分析 為了充分研究有無地膜覆蓋下蒸散量與氣象要素之間的相關(guān)關(guān)系，在日尺度上，對(duì)各個(gè)生育階段內(nèi)典型日的蒸散量與氣象要素進(jìn)行相關(guān)性分析，其分析結(jié)果見表5。

表5 蒸散量與影響因素在日尺度上的相關(guān)性Tab.5 Correlation analysis between evapotranspiration and influencing factors on the daily scale

通過分析，在日尺度上，蒸散量與風(fēng)速、輻射、氣溫呈正相關(guān)；與濕度和氣壓呈負(fù)相關(guān)。不覆膜滴灌棉田的蒸散量與影響因素之間的相關(guān)系數(shù)基本上大于覆膜滴灌棉田的蒸散量，說明不覆膜滴灌棉田的蒸散量更容易受到氣象變化的影響。這兩項(xiàng)分析結(jié)果與年尺度上的分析結(jié)果一致。

在苗期，風(fēng)速對(duì)膜下滴灌棉田的蒸散量影響最大，輻射對(duì)不覆膜滴灌棉田的蒸散量影響最大；在蕾期，輻射對(duì)滴灌棉田的蒸散量影響最大；在花鈴期和吐絮期，氣溫對(duì)滴灌棉田的蒸散量影響最大，這一分析結(jié)果與年尺度上的分析結(jié)果并不一致。

2.4 不同天氣條件下棉田蒸散量

無論有無地膜覆蓋，滴灌棉田在花鈴期的蒸散量和蒸散強(qiáng)度均最大，且新疆輻射最強(qiáng)、氣溫最高的時(shí)間段和雨季均為6—8月，因此為了研究晴天和雨天條件下有無地膜覆蓋對(duì)棉田蒸散量的影響效果，均選擇花鈴期作為研究時(shí)段。

2.4.1 棉田在晴天的蒸散量 在晴天條件下，選擇花鈴期中輻射最強(qiáng)、溫度最高、蒸散量最大的一天作為典型晴天日，3 a 的典型晴天日相似，蒸散量計(jì)算結(jié)果見表6。膜下滴灌棉田的日平均蒸散量為5.2 mm·d-1，不覆膜滴灌棉田的日平均蒸散量為8.16 mm·d-1，覆膜可以降低35.97%的水分蒸散發(fā)損失。與整個(gè)花鈴期日平均蒸散量相比，覆膜在晴天條件下的抑制水分蒸散發(fā)的作用較為突出。

表6 棉田在晴天的日蒸散量Tab.6 Daily evapotranspiration of cotton field on sunny day

2.4.2 棉田在雨天的蒸散量 在雨天條件下，選擇花鈴期中降雨量與濕度較大的一天作為典型雨天日，3 a 的典型雨天日相似，對(duì)雨天的前一日和后一日的蒸散量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表7。比較降雨前后有無地膜覆蓋條件下的日平均蒸散量可以發(fā)現(xiàn)，覆膜降雨前蒸散量＜不覆膜降雨前蒸散量＜覆膜降雨后蒸散量＜不覆膜降雨后蒸散量，說明降雨可以促進(jìn)蒸散發(fā)，且覆膜在降雨后對(duì)水分蒸散發(fā)的抑制作用強(qiáng)于降雨前。

表7 棉田在雨天前后的日蒸散量Tab.7 Daily evapotranspiration of cotton field before and after a rainy day

3 討論

3.1 蒸散發(fā)變化原因

滴灌棉田在棉花整個(gè)生育期內(nèi)主要以棉花蒸騰和土壤蒸發(fā)為主要途徑進(jìn)行水分的蒸散發(fā)，無論是膜下滴灌還是不覆膜滴灌，隨著時(shí)間的推移，各個(gè)氣象要素和棉花生產(chǎn)發(fā)育情況不斷變化，多個(gè)因素［25-27］同時(shí)影響滴灌棉田的蒸散發(fā)，以氣溫和輻射為主。

在苗期，棉花植株矮小，葉片數(shù)量少，葉片面積小，且這一階段氣溫低，輻射低，濕度大，不利于棉花蒸騰和土壤蒸發(fā)，因此滴灌棉田的蒸散發(fā)作用較弱；當(dāng)棉花進(jìn)入蕾期之后，植株開始快速生長，葉片數(shù)量與葉片面積不斷增加，對(duì)土壤的覆蓋程度也增加，氣溫升高，輻射增強(qiáng)，濕度減小，促進(jìn)了棉花蒸騰和土壤蒸發(fā)，因此滴灌棉田的蒸散發(fā)作用增強(qiáng)；當(dāng)棉花進(jìn)入花鈴期后，棉花植株基本定型，葉片生長完全，其葉片數(shù)量和葉片面積達(dá)到整個(gè)生育期內(nèi)的最大值，溫度和輻射也達(dá)到一年中的最大值，但溫度和輻射過高會(huì)抑制棉花葉片上氣孔的開合程度，因此棉花蒸騰作用在溫度最高時(shí)出現(xiàn)下降，但相較于其他階段，這一階段的棉花蒸騰作用仍然最強(qiáng)；雖然棉花葉片會(huì)在一定程度上遮擋土壤，但由于高溫和高輻射，土壤蒸發(fā)會(huì)保持高強(qiáng)度狀態(tài)，土壤蒸發(fā)和棉花蒸騰都會(huì)在這一階段達(dá)到整個(gè)生育期內(nèi)的最大值，這一階段為整個(gè)生育期內(nèi)蒸散發(fā)作用最強(qiáng)的時(shí)期；在棉花進(jìn)入吐絮期后，棉花植株開始衰老，葉片逐漸枯萎凋落，葉片數(shù)量和葉片面積持續(xù)降低，因而這一階段的棉花蒸騰減弱。且在這一階段氣溫和輻射降低，濕度增加，土壤蒸發(fā)也會(huì)減弱。本文研究結(jié)果與其他學(xué)者在這一方面的研究結(jié)果基本一致［28-29］。

3.2 有無地膜覆蓋下蒸散發(fā)動(dòng)態(tài)變化差異

在棉花不同生育階段內(nèi)，不覆膜滴灌棉田的蒸散發(fā)動(dòng)態(tài)變化過程為單峰形式，而膜下滴灌棉田在蕾期和花鈴期的蒸散發(fā)動(dòng)態(tài)變化過程為雙峰形式，這與李戰(zhàn)超［30］的研究結(jié)果一致。其主要原因是覆膜改變了原有的土壤條件，抑制了土壤蒸發(fā)。一天內(nèi)的最高溫度出現(xiàn)在午后，在高溫環(huán)境下，棉花葉片上的氣孔關(guān)閉導(dǎo)致棉花蒸騰作用減弱，又因?yàn)楦材?huì)抑制土壤蒸發(fā)，所以膜下滴灌棉田的蒸散量會(huì)突然降低，當(dāng)氣溫逐漸降低時(shí)，蒸散量逐漸增加。而不覆膜滴灌棉田的土壤蒸發(fā)會(huì)隨著高溫保持高強(qiáng)度狀態(tài)，因此膜下滴灌棉田的蒸散量明顯低于不覆膜滴灌棉田的蒸散量。但蒸滲儀的測(cè)定精度在這一階段受到土壤性質(zhì)、作物種類及其種植密度的影響較大［31］，會(huì)存在一定誤差。

3.3 不同時(shí)間尺度下相關(guān)性差異

各個(gè)氣象因素對(duì)蒸散量的影響效果在年尺度相關(guān)性分析和日尺度相關(guān)性分析上存在不同。其原因是在年尺度相關(guān)性分析中，為了綜合整個(gè)生育期的情況，采用氣象要素日均值與日蒸散量進(jìn)行分析，由于新疆地區(qū)晝夜溫差大，氣溫和輻射在日尺度上變化劇烈，取日均值會(huì)大大削弱其變化趨勢(shì)，減弱了氣象要素變化對(duì)蒸散量的影響效果，因而導(dǎo)致年尺度相關(guān)性分析的典型性弱于日尺度相關(guān)性分析，后者更有利于說明氣象要素對(duì)滴灌棉田蒸散發(fā)的影響。

3.4 不同天氣條件下蒸散量差異

在花鈴期的晴天條件下，溫度和輻射高，會(huì)促進(jìn)蒸散發(fā)，尤其對(duì)土壤蒸發(fā)的影響較大，而覆膜遮擋土壤的蒸發(fā)面，較大限度的抑制土壤蒸發(fā)，所以覆膜在晴天條件下對(duì)棉田蒸散發(fā)的抑制作用尤其突出。

在雨天條件下，降雨前棉田中的濕度低，溫度高，蒸發(fā)大，棉花對(duì)水的需求大，可供蒸散發(fā)的水分較少，降雨會(huì)提高濕度，降低田間溫度，減小蒸發(fā)，耗水量降低，從而需水量減小，多余的水分蒸散發(fā)，因此降雨會(huì)促進(jìn)蒸散發(fā)，無論有無地膜覆蓋，降雨前的蒸散量均低于降雨后的蒸散量；而覆膜抑制了土壤水分的蒸散發(fā)，使得水分更多被保留在土壤中，提高了土壤含水率，供給棉花使用，所以覆膜對(duì)降雨后滴灌棉田蒸散發(fā)的抑制作用強(qiáng)于降雨前。在潘杉杉等［32］的研究中，著重考慮了土壤含水率對(duì)蒸散發(fā)的研究，而本研究中對(duì)于降雨后的蒸散發(fā)，也歸因于降雨能夠提高土壤含水率。

4 結(jié)論

本文通過計(jì)算2019—2021 年干旱區(qū)滴灌棉田在有無地膜覆蓋情況下的蒸散量，并分析其與氣象之間的相關(guān)關(guān)系，研究結(jié)果如下：

（1）不覆膜滴灌棉田在棉花整個(gè)生育期內(nèi)的蒸散量平均為429.22 mm，通過采用膜下滴灌的種植方式可以降低31.93%的蒸散量，使得膜下滴灌棉田在棉花整個(gè)生育期內(nèi)的蒸散量降低至292.15 mm。

（2）無論有無地膜覆蓋，蒸散量和蒸散強(qiáng)度的最大值均出現(xiàn)在花鈴期，蕾期和吐絮期次之，最小值均出現(xiàn)在苗期。

（3）無論有無地膜覆蓋，滴灌棉田在00:00—08:00 進(jìn)行凝結(jié)，在08:00—23:00 進(jìn)行蒸散發(fā)，蒸散量在午后達(dá)到最大，其出現(xiàn)的時(shí)間由早到晚順序?yàn)椋好缙?、吐絮期、蕾期、花鈴期?/p>

（4）蒸散量與風(fēng)速、輻射、氣溫呈正相關(guān)；與濕度和氣壓呈負(fù)相關(guān)。在年尺度上，氣溫對(duì)蒸散量的影響最大，而在日尺度上，輻射對(duì)蒸散量的影響最大，且日尺度上的相關(guān)性較于年尺度更顯著。

（5）降雨會(huì)促進(jìn)滴灌棉田蒸散發(fā)，且覆膜對(duì)降雨后蒸散發(fā)的抑制作用強(qiáng)于降雨前。