馬鈴薯植株高度對(duì)FAO—56修正作物系數(shù)和實(shí)測(cè)作物系數(shù)的響應(yīng)差別

陳秋帆　代興梅　陳勁松　范鑫　顏雄　彭爾瑞

摘要：為研究計(jì)算作物系數(shù)尋找到簡(jiǎn)單便捷方法，通過(guò)便于測(cè)量及具有地域差異性的植株高度來(lái)計(jì)算作物系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式研究提供一定基礎(chǔ)；同時(shí)為云南地區(qū)馬鈴薯植株精準(zhǔn)灌溉制度提供研究基礎(chǔ)及其參考。通過(guò)滴灌條件下大田種植馬鈴薯試驗(yàn)研究方法，試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合植株高度與FAO-56修正K值、實(shí)測(cè)K值的模型，分別為四次多項(xiàng)式和三次多項(xiàng)式，馬鈴薯植株高度與實(shí)測(cè)作物系數(shù)多項(xiàng)式更簡(jiǎn)單且擬合度更高；分析馬鈴薯植株高度變化速率最快時(shí)期分別與FAO-56修正K值和實(shí)測(cè)k值最大時(shí)期相差天數(shù)，為3 d。得出：（1）在今后研究簡(jiǎn)單作物計(jì)算中，植株高度是一個(gè)主導(dǎo)因變量，它能解決FAO-56 K值的地域差異性，用植株高度計(jì)算K值將會(huì)更接近實(shí)測(cè)K值及其計(jì)算式會(huì)更簡(jiǎn)單，為簡(jiǎn)單方法提供依據(jù)。（2）通過(guò)FAO-56修正K值研究馬鈴薯作物需水及其灌溉制度，在灌溉時(shí)間上，通過(guò)FAO-56計(jì)算出來(lái)確定的灌溉時(shí)間，尤其是在馬鈴薯需水關(guān)鍵期，應(yīng)提前3 d進(jìn)行灌溉。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；植株高度；作物系數(shù)；大田種植

中圖分類號(hào)： S131+.1；S532.07 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）10-0128-03

近年來(lái)，越來(lái)越多的地區(qū)出現(xiàn)氣候干旱，氣候干旱的同時(shí)也就帶來(lái)了作物干旱，影響作物干旱的因素多種多樣，涉及氣候、水資源與水文、作物本身特性、耕作技術(shù)、土壤狀況等，作物本身特性作為影響作物干旱的一個(gè)重要因素，包括株高、莖粗、主莖數(shù)、葉面積等。作物系數(shù)K是涉及氣象、土壤、植株本身的一個(gè)綜合系數(shù)，是實(shí)際蒸散量和參照蒸散量的比值，作物系數(shù)在作物全生育期具有相對(duì)穩(wěn)定性，但隨著作物本身與外界條件的不同在不斷變化，同時(shí)，作物系數(shù)具有地域差異性。它綜合反映各種環(huán)境因素和作物對(duì)蒸散發(fā)的影響，包括空氣動(dòng)力學(xué)阻力、表面阻力、作物品種、作物長(zhǎng)勢(shì)、栽培技術(shù)等[1]，某一地區(qū)農(nóng)田蒸散量的確定，作物系數(shù)有非常重要的作用。Doorenbose重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)對(duì)某一地區(qū)農(nóng)田蒸散量的確定，作物系數(shù)有非常重要的作用[2]。Allen等建議采用當(dāng)?shù)貧庀筚Y料和蒸滲儀計(jì)算作物系數(shù)[3]。目前，對(duì)玉米、小麥、棉花作物系數(shù)研究報(bào)道較多，而建立作物系數(shù)與植株高度的模型研究較少，本研究將建立FAO-56作物系數(shù)、實(shí)測(cè)作物系數(shù)與植株高度模型。為馬鈴薯作物系數(shù)計(jì)算找到一個(gè)簡(jiǎn)單便捷方法。研究馬鈴薯植株高度變化速率最快時(shí)期分別與FAO-56修正K值和實(shí)測(cè)K值最大時(shí)期相差天數(shù)，對(duì)馬鈴薯作物灌溉制度具有重要影響意義，并有助于解決氣候干旱而帶來(lái)的馬鈴薯作物干旱問(wèn)題，為馬鈴薯新型高效節(jié)水灌溉提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于昆明市云南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田進(jìn)行，試驗(yàn)地位于102°74′E、25°13′N，海拔1 910 m，年平均氣溫17 ℃，年降水量為 1 035 mm，土壤為壤土，土壤分布均勻，土壤容重為1.47 g/m3，田間持水率為30.2%，凋萎系數(shù)為10.5%，田間排水條件較好，在遇到暴雨時(shí)能及時(shí)排除。試驗(yàn)地設(shè)有水池、壓力補(bǔ)償式滴灌管、水表、閘閥等灌溉設(shè)施，并在試驗(yàn)地2 m高合適位置安裝Vantage Pro 2 全自動(dòng)電子氣象站，準(zhǔn)確及時(shí)測(cè)量種植地的降雨、溫度、零點(diǎn)溫度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射等多項(xiàng)氣象情況。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種青薯9號(hào)，為云南農(nóng)業(yè)大學(xué)薯類研究所引進(jìn)的栽培品種，于2013年4月1日播種，采用大壟雙行種植，壟寬80 cm、行距40 cm、株距30 cm，每大壟種植馬鈴薯20株，滴灌管鋪設(shè)于大壟中間，每次灌溉時(shí)間為5～6 h，2013年7月28日收獲馬鈴薯，共灌水14次，每隔3 d灌水1次。從6月5日至馬鈴薯成熟收獲，由于降雨充足，馬鈴薯不需要灌水。采用土壤水分測(cè)量?jī)x測(cè)量土壤含水率，3 d/次，測(cè)量方法為每個(gè)大壟設(shè)立8個(gè)測(cè)點(diǎn)[4]，分別位于大壟中間和大壟兩邊植株土壤，降雨或灌溉的情況下，對(duì)土壤含水率進(jìn)行加測(cè)。同時(shí)對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行測(cè)量，每隔6 d測(cè)量1次株高。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)測(cè)作物系數(shù)和FAO-56作物系數(shù)計(jì)算及修正

馬鈴薯生長(zhǎng)期試驗(yàn)地氣象資料見(jiàn)表1，通過(guò)1998年修正的FAO Penman-Monteith公式[5]計(jì)算參照作物需水量，通過(guò)水量平衡公式[6]由實(shí)測(cè)有效降雨量、土壤含水量、土壤計(jì)劃儲(chǔ)水量、地下水補(bǔ)給量計(jì)算馬鈴薯實(shí)際需水量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。FAO-56推薦作物系數(shù)利用單作物系數(shù)法[7]進(jìn)行修正，通過(guò)目前利用公式K=ET/ET0計(jì)算實(shí)測(cè)作物系數(shù)（表3）。

2.2 馬鈴薯植株高度對(duì)作物系數(shù)K值響應(yīng)

2.2.1 馬鈴薯植株高度對(duì)FAO-56推薦修正作物系數(shù)K值響應(yīng) FAO-56推薦修正作物系數(shù)與植株高度關(guān)系見(jiàn)圖1，在馬鈴薯生長(zhǎng)前期，植株高度變化小，但作物系數(shù)變化趨勢(shì)很大；在作物生長(zhǎng)中期，植株高度變化趨勢(shì)很大，但作物系數(shù)變化很小；在馬鈴薯生長(zhǎng)末期，植株高度趨于穩(wěn)定，而作物系數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)馬鈴薯植株高度為h=69 cm，作物系數(shù)k值最大，為1.12。通過(guò)多項(xiàng)式建立馬鈴薯FAO-56作物系數(shù)與植株高度的關(guān)系，當(dāng)用三次多項(xiàng)式模擬時(shí)，會(huì)出現(xiàn)曲線不連續(xù)，所以用四次多項(xiàng)式模擬得關(guān)系式：

四次多項(xiàng)式中：y是馬鈴薯FAO-56推薦修正作物系數(shù)，x是馬鈴薯植株高度，回歸系數(shù)為0.667 8。

從圖2、圖3可以看出，馬鈴薯FAO-56推薦修正作物系數(shù)的總體變化趨勢(shì)的斜率kK56=-2.946 11×10-4，馬鈴薯植株高度變化的斜率kh=-0.033 54，Kh>kk，馬鈴薯植株高度的變化速率明顯大于作物系數(shù)的變化速率。根據(jù)圖2，當(dāng)天數(shù)=77 d時(shí)，dKdt=0，F(xiàn)AO-56推薦修正作物系數(shù)達(dá)到最高峰，而根據(jù)圖3當(dāng)天數(shù)=87 d時(shí)，dKdt=0。這個(gè)時(shí)期作物植株高度在馬鈴薯整個(gè)生育期生長(zhǎng)最快，植株高度變化速率最大，作物的植株生長(zhǎng)高度最快時(shí)期和FAO-56推薦修正作物系數(shù)最大的時(shí)期相差10 d。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果與分析，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯植株高度對(duì)2個(gè)作物系數(shù)響應(yīng)存在較大差別，在回歸系數(shù)差別不大的情況下，通過(guò)作物高度和作物系數(shù)模型擬合出來(lái)的作物系數(shù)更接近實(shí)測(cè)作物系數(shù)，計(jì)算式較作物高度計(jì)算FAO-56推薦修正作物系數(shù)值更為簡(jiǎn)單。在今后作物系數(shù)簡(jiǎn)便計(jì)算研究中，應(yīng)把植株高度作為一個(gè)主導(dǎo)因變量考慮，作物植株高度較容易測(cè)量，而且有地域差異性，解決了作物系數(shù)地域差異性，計(jì)算結(jié)果更接近各個(gè)地區(qū)實(shí)際情況，為通過(guò)植株高度計(jì)算作物系數(shù)通用公式研究提供了一定依據(jù)。

馬鈴薯實(shí)測(cè)作物系數(shù)對(duì)植株高度變化最快時(shí)期間隔天數(shù)響應(yīng)為10 d，F(xiàn)AO-56推薦修正作物系數(shù)與植株高度增長(zhǎng)最快的時(shí)期間隔天數(shù)響應(yīng)為7 d，相差3 d，雖然FAO-56推薦作物系數(shù)是經(jīng)過(guò)修正的，但是與實(shí)際還是存在差別，對(duì)于馬鈴薯需水關(guān)鍵期，現(xiàn)蕾期和塊莖膨大期是很關(guān)鍵的，尤其是現(xiàn)蕾期，時(shí)間只有7 d左右，是馬鈴薯植株變化最快時(shí)期，也是馬鈴薯需水關(guān)鍵時(shí)期，作物系數(shù)影響作物灌溉制度[8-9]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，目前，在云南地區(qū)，馬鈴薯需水關(guān)鍵期灌溉時(shí)間應(yīng)以FAO-56推薦修正作物系數(shù)確定的灌溉時(shí)間及其灌溉制度提前3 d進(jìn)行，以保證馬鈴薯正常生長(zhǎng)，為馬鈴薯精準(zhǔn)灌溉提供技術(shù)支持。

在今后繼續(xù)研究作物系數(shù)簡(jiǎn)單或者經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算時(shí)，應(yīng)把植株高度作為一個(gè)主要因變量考慮，計(jì)算結(jié)果更與實(shí)測(cè)作物系數(shù)接近，并且計(jì)算式可能更為簡(jiǎn)單。目前，云南地區(qū)馬鈴薯灌溉制度中，馬鈴薯灌溉時(shí)間應(yīng)比FAO-56推薦修正作物系數(shù)和其他因素確定的灌溉時(shí)間提前3 d，保證馬鈴薯正常生長(zhǎng)。有關(guān)馬鈴薯作物系數(shù)還有待進(jìn)一步深入研究。

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