朱 梅，王振龙，2

(1.安徽农业大学工学院，安徽合肥 230036;2.安徽省水利水资源重点实验室，安徽省·水利部淮委水利科学研究院，安徽蚌埠 233000)

淮北平原农作物对地下水利用量实验研究

朱 梅1，王振龙1，2

(1.安徽农业大学工学院，安徽合肥 230036;2.安徽省水利水资源重点实验室，安徽省·水利部淮委水利科学研究院，安徽蚌埠 233000)

从长系列水文信息资料分析入手，利用五道沟实验站大型地中蒸渗仪设备，以冬小麦和大豆的潜水蒸发实验为基础，将作物的耗水量研究与作物生育期紧密结合进行分析，给出了用作物各生育期和埋深的利用量计算农作物对地下水的利用量的建议，为进一步研究农作物对地下水的利用量关系奠定基础。

地中蒸渗仪;潜水蒸发;地下水;耗水量

淮北平原是安徽省主要农产品生产基地，也是我国重要的粮食产区之一，水资源是农业发展最大的制约因素之一。该区土壤以砂礓黑土和黄潮土为主，各占54%和33%。试验区为北亚热带和暖温带半湿润季风气候区，冬季干旱少雨，夏季炎热多雨，降水量年际变化大，年内分配很不均匀，多年平均降雨量840 mm，其中汛期6～9月降水量占年总量的63%左右，多年蒸发量为1 181.3 mm。受区域构造条件所决定，本地区主要含水层为浅层全新统含水岩组以及中深部更新统含水岩组，含水层厚度分别为0～40 m和40～150 m。地下水位埋深一般在1.5～3.5 m变化，地下水资源相对较丰富。

五道沟水文实验站大型地中蒸渗仪是研究潜水蒸发规律和水转化的理想场所。实验站内设地中蒸渗仪原状土测筒60套，代表土壤为砂礓黑土和黄潮土，0.3 m2～4.0 m25种不同器口面积，0～5.0 m 15种不同地下水控制埋深，其中有作物和无作物生长测筒各30个，相同埋深的每种试验处理有3个重复。据水量平衡原理，通过蒸渗仪逐日水量平衡观测试验，测试冬小麦和大豆作物，在不同土壤不同地下水位控制埋深条件下潜水蒸发量，采用多项式拟合和叠加多项式法，研究不同条件下的利用量规律，分析作物对地下水的利用量［1－2］。

供实验用的地中蒸渗仪装置是一个较完美的降雨一径流一入渗一作物蒸腾蒸发(简称腾发)量等水平衡要素相互转化的观测试验装置。降雨后从径流量观测筒中测得的水量为地表径流量;降雨入渗并使包气带土壤达到田间持水量后的降水量，在重力作用下入渗补给地下水，即从渗漏量观测筒中测得的水量为渗漏量。地中蒸渗仪的工作原理见图1。

图1 是地中蒸渗仪的工作原理图

1 作物对地下水的利用量实验结果与分析

一般情况下，有作物的潜水蒸发比裸土潜水蒸发要多一些，首先看一下这部分多出来的潜水蒸发量是否有规律。把有作物时的潜水蒸发量减去同期同埋深的裸土潜水蒸发量，就是作物导致潜水多蒸发掉的水量，本文简称“作物利用量”。

1.1 作物生育期对地下水利用量分析

利用数据质量最完整的1993年和2007年、2010年资料为基础，分析作物利用量。

1)小麦耗水分析

以1993年、2007年和2010年资料为例，点汇逐日的潜水埋深0.4 m、0.8 m和1.5 m的小麦利用量。从结果可发得出，三年小麦利用量在潜水埋深0.4 m处最大，随着埋深的增加小麦利用量逐渐减少。在冬小麦返青期(3月6日－3月20日)，小麦潜水蒸发量与裸地潜水蒸发量的差值较小。小麦进入拔节期冬小麦与裸地潜水蒸发量的差异渐渐加大，在灌浆期两者之间的差值达到了最大，此时也是小麦的生长盛期，是作物蒸腾耗水强度最大的阶段。而裸地潜水蒸发量的变化仅仅是随着气温的回升有所增加，但是增加的幅度远远小于冬小麦的增加量，所以使得二者之间的差异加大。小麦在5月25日左右进入乳熟期，随着小麦的黄熟，小麦叶面积减小，根系死亡，潜水蒸发量减少并逐渐与裸地的潜水蒸发量相接近。

利用量变化的年际差异主要体现在埋深1.5 m的耗水量，2007年冬小麦整个生长期在1.5 m埋深的耗水量较1993年、2010年明显偏少，和裸地潜水蒸发相近。2010年乳熟期时在0.8 m埋深的耗水量较1993年有明显增幅，说明由于品种的更新换代，作物各阶段的生长耗水会产生细微差异。在每个埋深的小麦利用量图可以用多项式近似拟合。

2)大豆耗水分析

以1993年、2007年和2010年资料为例，点汇逐日的潜水埋深0.4 m、0.6 m 和 1.0 m 的大豆利用量，其中利用量数据已经扣除了灌溉水量。从结果可以得出，大豆苗期潜水蒸发量和裸地潜水蒸发量的差异较小，趋势线比较平缓。由于大豆在7月28日进入开花－结荚期，大豆的潜水蒸发量逐渐加大，并逐渐超过裸地潜水蒸发量，使得二者的差异加大，大豆进入黄熟期，大豆潜水蒸发量与裸地的差异又逐渐减小。

作物利用量变化的差异体现在，1993年，埋深1.0 m时利用量最大，埋深0.6 m时次之，0.4 m埋深时大豆的利用量最小，和2010年的利用量埋深规律恰恰相反。究其原因在于随着农业技术的发展，大豆品种的改良，导致作物耗水特性发生改变。这说明，作物利用量与作物品种和土壤质地都有关系。每个埋深的大豆利用量图可以用多项式近似拟合。

3)有作物潜水蒸发量拟合与验证

根据上述分析结果，可以把有作物情况下的潜水蒸发分为两部分计算:①同样条件下的裸土蒸发量，可根据公式和参数计算。②作物利用量，用拟合出的多项式计算。把两部分的结果相加就可以得到有作物的潜水蒸发拟合结果，见表1。

表1 叠加多项式法获得1993年作物潜水蒸发量拟合决定性系数

由表可见，这一方法拟合出潜水蒸发，决定性系数均在0.7以上，最大达到0.82，比经验公式法直接计算出的结果要好得多。但是该方法在不同年份之间拟合出的多项式系数差别较大，比如用1993年拟合出的参数预报1994年的潜水蒸发，决定性系数都在0.5以下，可见该方法通用型很差，不推荐使用。

1.2 作物生育期耗水量与地下水埋深关系

上述分析表明，作物对地下水利用量与生育期密切相关，于是分析逐生育期的作物利用量规律，并尝试以此拟合有作物潜水蒸发量。

1)作物逐生育期利用量分析

统计1994－1998年砂姜黑土、黄潮土不同埋深下小麦、大豆各生育期的利用量，见表2、表3，表中每个生育期、每个埋深下所列的数据都是5年的平均值。个别数据出现负值，主要是因为那些时间的作物活性较低，而且作物的遮蔽抑制了棵间蒸发，从而导致潜水蒸发较少。

表2 亚粘土作物各生育期利用量统计

表3 亚砂土作物各生育期利用量统计

2)有作物潜水蒸发量拟合与验证

利用上表统计出的不同作物各生育期利用量相关数据，叠加到相应条件下的裸土潜水蒸发量上，就得到了有作物时的潜水蒸发量。把计算出的所有埋深的数据与94～98年的实测值比较，决定性系数在0.7左右，见表4，小麦的拟合效果稍差一点。拟合效果比经验公式法直接计算出的结果要好一些，但略逊于前面的逐年多项式拟合。

根据以上的率定结果，选用1991－1993年的数据进行验证，验证结果见表4。验证的决定性系数在0.55～0.69之间，比率定期要低0.1左右，但仍然高于经验公式法直接计算出的结果。验证结果表明裸土潜水蒸发叠加生育期利用量计算有作物的潜水蒸发量，相关的参数具备较好的适用性。再加上该方法参数较少，本文推荐这一方法计算有作物潜水蒸发。

表4 生育期叠加法作物潜水蒸发量拟合与验证决定性系数

3 结语

本文根据水量平衡原理，通过蒸渗仪逐日水量平衡观测试验，测试冬小麦和大豆作物，在不同土壤不同地下水位控制埋深条件下潜水蒸发量，采用多项式拟合和叠加多项式法，研究不同条件下的作物利用量规律。实验发现，将作物利用量与裸土蒸发量相加拟合有作物的潜水蒸发量，用这种方法获得1993年作物潜水蒸发量拟合决定性系数在0.7左右，与经验公式法直接计算出的结果相比比较简便，但是该方法在不同年份之间拟合出的多项式系数差别较大，比如用1993年拟合出的参数预报1994年的潜水蒸发，决定性系数都在0.5以下，因此该方法通用型很差，不推荐使用。文中考虑了作物利用量与生育期的相关关系，分析了作物逐生育期的作物利用量规律，以此拟合有作物潜水蒸发量，结果发现这种方法参数较少，相关的参数具备较好的适用性，因此推荐这一方法计算有作物潜水蒸发。

本文通过实验的方法比较了有作物和无作物情况下，潜水蒸发量的区别，并提出通过多项式拟合和叠加多项式法研究和计算不同条件下的作物对地下水的利用量，进一步指出，考虑作为逐生育期的作物利用量更有利于合理计算作物的潜水蒸发量。

［1］杨学兵，农作物种植条件下浅层地下水利用研究进展［J］.安徽农业科学，2008，36(22):9650－ 9651，9673.

［2］罗治勇，农田水分动态模拟研究［D］.长安大学.2008.

A Research on Groundwater Utilization of Corps in Huaibei Plain

Zhu Mei1，Wang Zhenlong1，2
(1.School of Engineering，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，Anhui，China;2.Key Laboratory of Water Resources，Anhui Water Resources Research Institute，Bengbu 233000，China)

By analyzing the hydrological data of phreatic evaporation experiment on winter wheat and soybean，which is collected by the lysimeter in Wudaogou Experimental Station，the paper makes a study on the relationship between crops water consumption and crops growing season.According to research result，the paper proposes to take crops growing season and burial depth into consideration when calculate the groundwater utilization amount of corps，which lays a foundation of further research in this field.

Lysimeter，phreatic evaporation，groundwater and water consumption

P641.1

A

1004－1184(2013)05－0046－03

2013-04-17

朱梅(1977-)，女，安徽怀远人，副教授，硕士生导师，主要从事农业水利工程研究工作。