耿耘，刘浩，李云峰，冯泉清，余轩，孙景生*

麦后移栽棉蒸发蒸腾规律和作物系数

耿耘1,2，刘浩1，李云峰1,2，冯泉清1,2，余轩1,2，孙景生1*

（1.中国农业科学院 农田灌溉研究所/农业农村部作物需水与调控重点开放实验室，河南 新乡 453002；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081）

【目的】探索黄河流域植棉区麦后移栽棉蒸发蒸腾规律及作物系数。【方法】设置地面灌与滴灌2种灌溉方式，利用大型称重式蒸渗仪连续监测的麦后移栽棉的蒸发蒸腾量和用Penman-Monteith公式计算的参考作物蒸发蒸腾量，分析麦后移栽棉的蒸发蒸腾规律，计算麦后移栽棉作物系数。【结果】滴灌处理的株高和叶面积指数均明显高于地面灌；受降雨影响，2种灌溉方式下麦后移栽棉的实际蒸发蒸腾量相差不大，滴灌和地面灌处理整个生育期的蒸发蒸腾量分别为420.79 mm 和415.30 mm；在棉花生育前期，地面灌和滴灌处理的土壤蒸发（）占蒸发蒸腾量（c）的比例（/c）变化范围为46.06%～90.23%和42.24%～77.46%，地面灌处理的/c明显高于滴灌；分析气象因子与麦后移栽棉蒸发蒸腾量的相关性发现，日平均温度（）、总辐射（s）和饱和水汽压差（）与麦后移栽棉蒸发蒸腾量均呈显著正相关；麦后移栽棉的作物系数与直播棉花不同，在生长初期已达到较高水平，在生长中期达到最大，生长末期明显下降，地面灌在生长初期、生长中期和生长末期的作物系数分别为0.91、1.23和0.71。滴灌在生长初期、生长中期和生长末期的作物系数分别为0.91、1.26和0.64。在地面灌和滴灌处理下麦后移栽棉c均随增大呈先上升后趋于平缓趋势，c与的回归方程分别为c=1.6630.058 7，2=0.664和c=1.177 90.061 1，2=0.694。【结论】麦后移栽棉的蒸发蒸腾量在苗期、蕾期和花铃期蒸发蒸腾旺盛，进入吐絮期后逐渐降低；麦后移栽棉作物系数在生长初期明显高于FAO-56推荐的c值，因此，在制定灌溉制度时，必须根据实际情况予以修正。

麦后移栽棉；蒸发蒸腾量；土壤蒸发；作物系数

0 引言

【研究意义】蒸发蒸腾量是灌排工程规划、设计和灌区科学用水管理的重要参数和基本依据，是决定农业用水量多少的主要影响因素，对地区水资源的开发和利用有着十分重要的影响[1]。了解作物蒸发蒸腾量的变化规律，掌握准确计算作物蒸发蒸腾量的计算方法，有助于提高土壤墒情预测和灌溉预报的精度，实现精准灌溉，避免发生过量灌溉和水分亏缺[2]，从而提高农业用水效率和管理水平，促进节水农业的可持续发展[3-4]。作物系数是反映作物生长与需水情况的一个关键指标，常作为农田水利工程设计和管理的参考指标。它受到作物类型、种植区域、温湿度等各种气象因素的影响[5-6]，计算不同灌溉条件下及不同区域的作物蒸发蒸腾量，需要根据实际条件对作物系数进行修正[7-8]。黄河流域是我国重要的植棉区域之一。该地区以前采用麦棉套种方式种植棉花，在种植小麦时需预先留出棉行，致使小麦无法实现满幅播种，影响小麦产量，从而导致棉粮争地矛盾出现，并且越来越不适应现代化农业全程机械发展的要求[9]。随着棉花工厂化育苗、机械化移栽新技术的发展，光热资源丰富的黄河流域开始采用麦后移栽植棉方式，该方式有利于棉区增粮，麦区增收，经济效益显著[10-12]。由于麦后移栽棉的生育期较短，比传统的套播棉对土壤水分的要求更敏感，所以清楚麦后移栽棉的需水规律对其田间水分高效管理尤为重要。

【研究进展】近年来，国内外学者针对不同作物农田蒸散发规律以及作物系数进行了大量的研究[13-15]，王兴繁等[16]研究了新疆塔里木灌区地面沟灌条件下棉田蒸散与棵间蒸发变化规律，为棉花灌溉提供了科学依据；刘新永等[17]、秦璐[18]以及葛瑞晨[19]对不同灌水量处理以及不同灌溉方式下棉花的耗水、生理生态指标和蒸散特征进行了研究，确定了研究区域的棉花灌溉制度和更有利于棉花生长的灌溉方式，明确了棉花在不同灌溉方式下的蒸散特征。唐婉莹[20]以大型蒸渗仪与气象数据为依托，通过多种方法分析了夏玉米生育期内的蒸散量变化及其与各个气象因子之间的相关关系；汪秀敏等[21]对冬小麦的蒸散发耗水规律进行了研究，并对影响蒸散量的气象因子进行了排序，建立了不同数据支撑条件下的冬小麦蒸散量估算模型。韩国君等[22]对交替灌溉下辣椒的作物系数研究，发现辣椒叶面积指数与作物系数呈显著的线性相关。交替灌溉对辣椒作物系数有显著影响，且随水分亏缺程度的增加，作物系数减小。候裕生等[23]对极端干旱区滴灌葡萄耗水规律及作物系数进行研究，发现葡萄作物系数随生育期的推进总体呈先增大再减小的趋势，与时间存在显著的二次曲线关系。胡晨等[24]利用涡度相关法获取神农架大九湖泥炭湿地的蒸散数据，选用FAO56 Penman-Monteith公式及实际蒸散量与参考作物蒸散量之间的线性关系估算作物系数，分析了泥炭湿地参考作物蒸散量变化特征及主要影响因子，并确定了以泥炭藓为主的湿地作物系数。

针对麦后移栽棉，韩永亮等[25]研究了不同密度对麦后移栽棉产量的影响，发现棉花具有较强的密度适应性，在合适的范围内其产量和品质基本不受种植密度的影响，而密度过高与过低会造成显著减产。刘浩等[26]研究表明，翻耕和少耕处理对麦后移栽棉的总耗水量、籽棉产量、水分利用效率均无显著性影响，不同耕作方式对棉花的纤维品质无显著影响，而水分亏缺有降低棉花品质的趋势。余轩等[27]对麦后移栽棉适宜调亏灌溉模式展开研究，发现蕾期轻度亏水灌溉或花铃期轻度亏水灌溉均有利于麦后移栽棉产量和灌溉水利用效率的提高。以往关于麦后移栽棉的研究多集中在不同种植密度、耕作方式、水分亏缺处理以及喷施化学药剂[28]对其生长发育、产量、品质及水分利用效率的影响等方面，在麦后移栽棉需水规律和作物系数确定方面的研究还比较欠缺。

【切入点】麦后移栽棉与传统的春棉、套播棉不同，未在大田中经历从种子萌发到出苗的时期，移栽后即处于夏季的高温时节，其需水特征及棵间土壤蒸发和植株蒸腾在棉花生育期内的分配比例与常规春棉不同。作物系数受各种因素影响也会有一定的差异，目前还缺少针对麦后移栽棉的作物系数变化规律的研究。【拟解决的关键问题】为此，以实测的麦后移栽棉的蒸发蒸腾量和气象资料为基础，分析麦后移栽棉的蒸发蒸腾规律及其作物系数变化，以期为麦后移栽棉精准灌溉预报和高效用水管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年6—10月在中国农业科学院农田灌溉研究所新乡综合试验基地（35°9'N，113°5'E，海拔78.7 m）的大型蒸渗仪群组中进行。试验区位于河南省新乡县七里营镇，气候类型为暖温带大陆性季风气候，多年平均降雨量548 mm，年平均气温14.5 ℃，日照时间长为2 398.8 h，无霜期200 d。0～100 cm土层的平均土壤体积质量为1.63 g/cm3，田间持水率为20.58%，凋萎系数为6.17%，地下水埋深大于5 m。0～100 cm土层平均土壤有机质量为7.8 g/kg，速效氮量为21.62 mg/kg、速效磷量为4.96 mg/kg、速效钾量为79.24 mg/kg。采用麦后移栽棉花1年2熟耕作制度，土壤质地为粉砂壤土，0～60 cm土体土壤粒径分析如表1所示。

表1 供试土壤粒径组成

1.2 试验设计

棉花供试品种为“中棉425”，棉花育苗采用温室穴盘基质育苗法，育苗穴盘高35 mm，内径40 mm，育苗基质成分为泥炭∶蛭石∶珍珠岩=5∶4∶1的混合体，于2020年5月7日播种，于2020年6月13日冬小麦收获后，将长势一致的棉花苗移栽到规格为2.0 m×2.0 m×2.3 m的蒸渗仪中，南北向等行距种植，每个蒸渗仪中种植3行棉花，行距为70 cm，株距为20 cm。试验采用随机区组设计，设置地面灌和地表滴灌2种不同的灌溉方式，每个处理6个重复，共12个小区，蒸渗仪及试验布置见图1。不同处理灌水下限一致，均为田间持水量的70%±2%，土壤水分达到灌水下限时，根据不同灌水方式的灌水均匀性和实际可操作性，采用定量灌溉，即地面灌灌水定额为75 mm，滴灌灌水定额为30 mm，灌水量用水表计量。实际灌水日期及灌水量见表2。棉花移栽后在田内安装滴灌灌溉系统，滴灌处理的每个蒸渗仪中安装3条Φ16嵌入式滴灌带，每行棉花铺设1条，保证每棵植株对应1个滴头供水，滴头间距为20 cm，流量为2.2 L/h，工作压力为0.1 MPa。冬小麦收获后，移栽前进行整地与施肥。不同处理的施肥量和施肥时间相同，施肥量为尿素（含N量为46%）391 kg/hm2、过磷酸钙（含P2O5量为12%）625 kg/hm2、硫酸钾（含K2O量为51%）353 kg/hm2，磷肥作为基肥一次性施入，氮肥的基追比为4∶3∶3，分别在盛蕾期和花铃期追肥。钾肥的基追比为1∶1，在花铃期追肥。棉花各生育期的时段划分见表3。

表2 灌水日期及灌水量

为确保棉花幼苗成活、加强棉花缓苗进程和促进棉苗生长，在棉花移栽后及时浇灌活苗水，地面灌灌水75 mm，滴灌灌水30 mm。棉花于7月16日打杈整枝，7月27日打顶，8月9日喷施缩节胺化控，9月23日喷施脱叶剂；9月29日第1次收摘棉花，10月13日将棉花全部收摘完毕。其他诸如除草、化控、栽培管理等均按当地的农事活动正常进行。

表3 生育期划分

图1 蒸渗仪及试验布置

1.3 观测项目与方法

1.3.1 土壤含水率和生长指标

土壤的水分状况采用预先埋设好的土壤水分传感器监测（5TE，METER Group, USA），分别在地表以下20、40、60、80、100、120、140、180 cm处测量土壤含水率。每15 min自动记录1次数据。试验期间，在每台蒸渗仪中随机选取3株长势均匀、无病虫害的麦后移栽棉花标定挂牌，每隔7～10 d采用直尺测量株高和叶面积，叶面积指数计算式为：

式中：为叶面积指数；L为叶长（cm）；B为叶宽（cm）；为第株的总叶片数；为测定株数；为种植密度（株/m2）。

1.3.2 棵间土壤蒸发

棵间土壤蒸发采用微型蒸渗仪对不同的处理进行观测。微型蒸渗仪分为内筒和外筒2部分，外筒有底，内筒无底，材质为镀锌铁皮，内筒和外筒的直径分别为10 cm和11 cm，内、外筒的高度一致，均为10 cm。观测时，将外筒打到土壤中至上边缘与地表平齐，取土时将内筒缓慢压入土壤，直至上边缘与地面平行，然后将内筒连带土壤缓慢挖出，底部刮平并用塑料薄膜包裹好，称质量后放入外筒中。每天早上07:00采用精度为0.1 g的电子天平称取内筒的质量，2 d的测量读数之差即为该时段的土壤蒸发量。为保证微型蒸渗仪内土壤的水分尽可能与大田环境一致，以确保棵间土壤蒸发测量结果的准确性，正常天气下每隔1 d更换1次内筒的土样，降雨及灌水后及时更换内筒的土样。滴灌分别在行间和株间布置微型蒸渗仪，取平均值作为实际土壤蒸发量。

1.3.3 作物蒸发蒸腾量（c）

采用建于田间的12台体积为2.0 m×2.0 m×2.3 m（长×宽×高）的大型称重式蒸渗仪群组自动获取麦后移栽棉的每日蒸发蒸腾量数据。每台蒸渗仪由土箱、高精度称质量杠杆系统、渗漏量测量系统、土壤参数采集系统、土壤溶液提取系统、数据集中处理及储存系统和备用电源系统组成。蒸渗仪每隔1 h自动采集储存数据，精度可达0.01 g。蒸渗仪内植株的长势与外面大田作物的基本一致，尽可能减小试验误差。

1.3.4 气象数据

由试验地中部2 m高度位置安装的全自动气象站监测，观测项目包括风速、风向、空气温度、辐射、降雨量、相对湿度等数据，每隔30 min由CR1000数据采集系统自动记录。

1.3.5 参考作物蒸发蒸腾量（0）

采用Penman-Monteith公式计算参考作物蒸发蒸腾量，计算式为：

式中：0参考作物蒸发蒸腾量（mm/d）；0.408为能量单位mm/d与MJ/（m2·d）的转换系数；Δ为饱和水汽压-温度关系曲线在处的切线斜率（kPa/℃）；为湿度计常数（kPa/℃）；2为2 m高度处风速（m/s）；n为净辐射（MJ/（m2·d））；为土壤热通量（MJ/（m2·d））；为平均气温（℃）；s饱和水汽压（kPa）；a实际水汽压（kPa）。

1.3.6 作物系数的确定（c）

式中：c为作物系数；c为作物实际蒸发蒸腾量（mm/d）；0为参考作物蒸发蒸腾量（mm/d）。

1.4 数据分析

采用Excel 2016分析数据并绘图，采用SPSS软件进行相关性分析和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 麦后移栽棉生长发育变化规律

麦后移栽棉在2种灌溉方式下株高和变化情况如图2所示，图中*表示不同灌溉方式间相关性显著（<0.05），ns表示相关性不显著（>0.05）。地面灌和滴灌条件下麦后移栽棉株高在全生育期变化趋势基本相同，株高在蕾期（25～42 d）迅速增长，进入花铃期（43 d）后增长速度有所变缓，在花铃中后期（59 d）以及吐絮期保持平稳；与地面灌相比，滴灌处理株高均高于地面灌，且棉花蕾期株高差异达到显著水平（<0.05），滴灌处理株高最大为83.8 cm，地面灌处理最大株高为79.0 cm。在麦后移栽棉生育期内，的变化均呈先增大后减小的趋势。蕾期（25～34 d）增长较为缓慢，在花铃期前中期（43～59 d）增长速度变快，在花铃后期达到最大，滴灌处理和地面灌的最大值分别为2.71和2.69，吐絮期叶片开始变黄脱落，导致逐渐降低；滴灌处理全生育期内均高于地面灌处理，且棉花蕾期在不同灌溉方式间差异达到显著水平（<0.05），花铃期的差异逐渐变小，在花铃后期无明显差异。由于花铃期中期（52～69 d）降雨量过多且降雨频繁导致处理间株高和差异减小。

图2 不同灌溉方式麦后移栽棉株高和LAI随生育进程变化

2.2 麦后移栽棉土壤含水率变化

麦后移栽棉全生育期地面灌和滴灌2种灌溉方式在0～40 cm土层的土壤含水率变化规律基本一致（图3）。从图3可以看出，受多次降雨影响，土壤水分得到充足的补给。滴灌与地面灌的土壤含水率并无明显差别，但与地面灌处理相比，滴灌方式对土壤结构影响较小，土壤贮水能力强，强降雨及灌水后表现出0～40 cm土层的土壤含水率较大，促进了麦后移栽棉的生长发育。在棉花生育前期，滴灌处理的土壤含水率高于地面灌，土层中的贮水量较多，可为棉花的生长提供了更适宜的条件，所以滴灌处理的棉花比地面灌长势好；在棉花生育后期，由于滴灌处理的麦后移栽棉生长旺盛而导致作物蒸发蒸腾量较大，所以滴灌处理的土壤含水率相比地面灌处理的土壤含水率低7.05%。

2.3 麦后移栽棉蒸发蒸腾量变化规律

2.3.1 麦后移栽棉棵间土壤蒸发和蒸发蒸腾量变化

不同灌溉方式麦后移栽棉在全生育期内棵间土壤蒸发的逐日变化过程如图4所示，其中不连续的点是由降雨日和灌水日未测导致。2种灌溉方式下棵间土壤蒸发的变化规律基本一致，棉花移栽后0～41 d是棉花生长的苗期和蕾期，植株矮小，覆盖度低，棵间土壤蒸发量较大，且受环境因素的影响起伏波动较大。比较而言，地面灌的棵间土壤蒸发大于滴灌的，其日平均棵间土壤蒸发量分别比滴灌高31.6%、10.8%（表4）；在移栽后42～71 d，棉花叶面积指数增长较快，由于此期适逢雨季，阴雨天多，湿度大，与苗期和蕾期相比，日棵间土壤蒸发强度明显降低；随生育进程的推进，到移栽后72～92 d，棉花的生长处于花铃期中后期，株高和均达到了最高，棵间土壤蒸发的变化趋于平缓；移栽后93 d至收获，麦后移栽棉进入吐絮期，气温逐渐降低，棵间土壤蒸发量逐渐减小。综合整个生育期来看，棵间土壤蒸发量呈前期大、中期相对平稳、后期逐渐减小的趋势。

图3 麦后移栽棉全生育期0～40 cm土层土壤含水率

图4 麦后移栽棉棵间土壤蒸发逐日变化

表4 不同灌溉方式棉花各生育阶段日平均棵间土壤蒸发量和日平均蒸发蒸腾量

从图5可以看出，受降雨影响，滴灌与地面灌的日蒸发蒸腾量差异并没有显现出来，2种灌溉方式的麦后移栽棉的实际蒸发蒸腾量的变化趋势一致，即在苗期、蕾期和花铃期蒸发蒸腾旺盛，进入吐絮期后逐渐降低。在苗期地面灌日平均蒸发蒸腾量为3.58 mm/d，滴灌处理为3.53 mm/d（表4）；蕾期植株快速生长，滴灌处理的蒸发蒸腾量（3.82 mm/d）大于地面灌处理的蒸发蒸腾量（3.68 mm/d）；花铃期滴灌处理继续保持生长优势，日平均蒸发蒸腾量比地面灌高出3.33%；在棉花吐絮期地面灌日平均蒸发蒸腾量为2.18 mm/d，高于滴灌处理。整个生育期中，地面灌处理的总实际蒸发蒸腾量为415.30 mm，滴灌处理的总实际蒸发蒸腾量为420.79 mm，二者差异较小。

2.3.2 棉田棵间土壤蒸发量占蒸发蒸腾量的比例随生育期的变化

图6为不同灌溉方式下移栽棉田棵间土壤蒸发量（）占蒸发蒸腾量（c）的比例（/c）在棉花生育期的变化情况。从图6可以看出，不同灌溉方式下，/c随着棉花的生长过程都呈先增大后减小再增大的变化趋势。在棉花苗期和蕾期，由于较小，此阶段冠层覆盖率低，土壤裸露面较大，土壤蒸发量占比大，地面灌处理的/c范围为46.06%～90.23%，滴灌处理的/c范围为42.24%～77.46%，地面灌的土壤蒸发占比明显大于滴灌。随着植株的生长，逐渐增大，蒸发蒸腾量逐渐转变为以作物蒸腾为主，/c迅速降低，地面灌处理的/c范围为17.28%～38.60%，滴灌处理的/c范围为17.52%～34.70%，二者差异较小。在吐絮期，由于叶片变黄脱落，土壤裸露的面积增大，/c有回升趋势。

图5 麦后移栽棉日蒸发蒸腾量动态变化过程

图6 棉田棵间土壤蒸发量占蒸发蒸腾量的比例（E/ETc）随生育期的变化

2.3.3 麦后移栽棉蒸发蒸腾量与气象因素的相关关系

表5为麦后移栽棉的不同生育阶段的气象因子变化情况。从表5可以看出，在麦后移栽棉的苗期，辐射、温度等各气象因子已达到较高水平，太阳辐射均值为179.60 W/m2，日平均温度的均值为26.03 ℃；在蕾期、花铃期气象环境继续保持相对平稳状态，棉花生长在高温高湿环境中。在吐絮期，随着季节的变化，太阳辐射和气温均下降明显，太阳辐射的均值为116.66 W/m2，日平均气温的均值为19.63 ℃。

表5 麦后移栽棉不同生育阶段气象因子平均值

采用Pearson相关分析法对麦后移栽棉的蒸发蒸腾量与各气象要素（总辐射（s）、日平均温度（）、饱和水汽压差（）、风速（））之间的关系进行相关分析，结果见表6。由表6可以看出，不同气象因素与麦后移栽棉蒸发蒸腾量的相关性不同。不论哪种灌溉方式下，、s和与蒸发蒸腾量呈正相关关系，且达到显著水平（<0.01），而对麦后移栽棉的蒸发蒸腾量的影响很小。其中s的相关性最大，与地面灌和滴灌的蒸发蒸腾量的相关系数分别为0.917和0.904。

表6 蒸发蒸腾量与气象因素的相关性分析

注表示日平均温度；s表示总辐射；表示风速；表示饱和水汽压差；cm表示地面灌溉方式下的蒸发蒸腾量；cd表示滴灌方式下的的蒸发蒸腾量。**为在0.01水平上显著相关。

2.4 麦后移栽棉参考作物蒸发蒸腾量的日变化规律

图7为2020年麦后移栽棉生育期内参考作物蒸发蒸腾量（0）日变化过程。从图7中可以看出，参考作物蒸发蒸腾量在全生育期内主要受天气变化影响，与气象因素结合分析，参考作物蒸发蒸腾量的变化与太阳辐射的变化趋势相似，在生育期内变化起伏较大。在2020年，生长初期（1～25 d）0为100.11 mm，日平均值为4.00 mm/d；快速生长期（26～49 d）0为86.82 mm，日平均值为3.62 mm/d；生长中期（50～94 d）历时最长，0为145.14 mm，日平均值为3.23 mm/d；生长末期（95～123 d）为67.07 mm，日平均值为2.31 mm/d，2020年总参考作物蒸发蒸腾量为399.13 mm。

图7 麦后移栽棉生育期内参考作物蒸发蒸腾量的逐日变化规律

2.5 麦后移栽棉的作物系数

作物系数（c）由蒸发蒸腾量与参考作物蒸发蒸腾量的比值得到，在整个生育期的变化情况如图8所示。受试验年份降雨较多的影响，作物系数并没有因不同灌溉方式处理产生差异，麦后移栽棉作物系数的变化规律一致，且数值相近。纵观整个生育期，采用滑动平均法分析可以看出，在生长初期阶段（1～25 d），作物系数已经达到较高水平，随着生育进程的缓慢增加，作物系数不断增大，到生长中期（50～94 d）达到最大值，棉花生长到生长末期（95～123 d）时，作物系数呈明显的下降趋势。在生长初期，地面灌的作物系数的变化范围为0.72～1.17，平均值为0.91，滴灌处理的作物系数变化范围为0.65～1.18，平均值为0.91。快速生长期，地面灌的作物系数在0.88～1.25范围内变化，平均值为1.06，滴灌处理的变化范围为0.91～1.30，平均值为1.12；生长中期，地面灌的作物系数取值范围为1.03～1.45，平均值达到1.23，滴灌处理的作物系数取值范围为1.03～1.47，平均值为1.26。生长末期，地面灌的作物系数在0.35～1.28之间，此阶段平均作物系数为0.71，滴灌的作物系数在0.22～1.28之间，平均作物系数为0.64。

图8 麦后移栽棉的作物系数变化

2.6 麦后移栽棉作物系数与叶面积指数的关系

图9为麦后移栽棉作物系数（c）与叶面积指数（）之间的回归关系。由图9可知，在地面灌和滴灌处理下麦后移栽棉c均随增大呈先上升后趋于平缓趋势。当小于1.5时，c增长较快，当高于1.5时，c的增加变缓。地面灌和滴灌处理下c与的回归方程分别为c=1.6630.058 7，2=0.664和c=1.177 90.061 1，2=0.694。原因可能是因为随着麦后移栽棉的生长，叶片之间相互重叠，冠层吸收的太阳辐射没有随之增加，所以c变化趋于平缓。

图9 麦后移栽棉的作物系数和LAI的回归关系

3 讨论

滴灌湿润土壤的范围较小，主要集中在植株根部附近，土壤通气性好，有利于根系生长[29]，促进作物对水分的吸收，相对于地面灌溉方式给植株创造了更好的生长条件[30]。本研究发现，受降雨影响，滴灌与地面灌的土壤含水率虽并无明显差别，但相比于地面灌处理，滴灌方式对土壤结构影响较小，土壤通透性好，贮水能力强，强降雨后表现出0～40 cm土层的土壤含水率较大，促进了麦后移栽棉的生长发育，其株高与在蕾期明显高于地面灌的，且差异达到显著性水平，这一结果与张昊[31]研究结论一致。

蒸散量由植株蒸腾与棵间土壤蒸发2部分组成，其中棵间土壤蒸发量属于土壤水分的无效损失，因此，如何减少棵间土壤蒸发和提高水分的利用效率，有必要对作物蒸发蒸腾量、植物蒸腾和棵间土壤蒸发以及他们占蒸发蒸腾量的比例进行深入探究。与春棉的蒸发蒸腾量规律[32]比较，麦后移栽棉是在温度较高的季节直接将棉苗移栽到大田中，未经历棉籽播种萌发至幼苗生长的阶段，因移栽后需及时浇灌活苗水，所以在棉花生育初期的蒸发蒸腾量就达到了较高的数值，与常规春棉苗期需水强度较低、之后随着棉花的生长发育不断增加达到高峰、在生育后期有一定下降的规律有一定的差别。本研究发现，在麦后移栽棉花的苗期和蕾期，棵间土壤蒸发量上下波动且蒸发量较大，地面灌处理的蒸发量占蒸发蒸腾比例（/c）明显高于滴灌，原因是在棉苗移栽后，植株叶面积指数较小，地面裸露面积大，地面灌的灌水定额大，土壤蒸发旺盛，水分多用于无效蒸发，而滴灌属局部灌溉，棵间土壤蒸发相对较少[33]。植株的蒸腾作用受自身生长发育和外界影响因素的共同作用，不同的灌水方式中，滴灌处理麦后移栽棉的株高与叶面积指数高于地面灌处理的，植株长势较好，其蒸发蒸腾量稍高于地面灌的蒸发蒸腾量，这是因为水分在影响作物生长发育的同时，植物长势也影响着自身蒸腾作用的进行，这与柳艺博等[34]研究发现叶面积指数的升高会促进植株的蒸腾相吻合。综上所述，虽受试验期间降雨的影响，不同灌溉方式下麦后移栽棉的总蒸散量基本相同，但滴灌降低了棵间蒸发，提高了植株的蒸腾，改变了蒸发蒸腾量的占比，是植株可以更加高效利用水分的灌溉方式。

植株的蒸腾作用不仅受自身的生理特性的影响，还受外界环境因子的影响。气候的变化会对作物的生长发育产生影响，进而改变作物的需水情况。翟超等[35]研究发现北疆膜下滴灌玉米的需水规律与太阳辐射和平均温度等因素正相关，与相对湿度负相关，与本文结论相一致。本文发现，风速对麦后移栽棉的蒸发蒸腾量影响很小，原因可能是麦后移栽棉的生长季节为夏季，风速小，对蒸发蒸腾的影响不大，这与李谦等[36]关于稻田的蒸散量结论相一致。通过相关性分析发现，总辐射与麦后移栽棉的蒸发蒸腾量的相关性最大，是影响其蒸发蒸腾变化的最主要的因素，原因是麦后移栽棉的生长时期正值夏季高温时节，太阳辐射较强，对蒸散发的影响较大，这与Gao等[37]和阳伏林等[38]的研究相一致。

作物系数是反映需水量的一个关键指标。根据联合国粮农组织的FAO-56[39]文件中给出的常规作物系数变化规律来看，通常的作物系数变化规律是在生长初期保持较低水平，在发育期由小到大，在作物生长中期达到最大（1.0左右），后期逐渐减小，FAO手册中给出的棉花各阶段的参考推荐值为0.35、1.15～1.2和0.7～0.5。这与本试验得出麦后移栽棉的作物系数有较大差距，本研究得出作物系数变化规律是在生长初期就达到了较高的水平（0.91），随着生育进程的推进，呈缓慢的上升趋势，在生长中期达到最大值，保持平稳，最终在后期逐渐减小。通过分析，得出导致麦后移栽棉的作物系数比较特殊的原因可能有2个：一方面，麦后移栽棉自身的种植方式比较特殊，首先经过基质培养，随后再移栽到大田中，经过一定时间的缓苗期后，植株在地面已经有了一定程度的覆盖，与常规的作物生长初期相比蒸散量已经偏大，导致作物系数较高；另一方面，麦后移栽棉生长环境比较特殊，雨热同季的条件会对植株的蒸发蒸腾有较大的影响。这与Kumar等[40]发现当地c与粮农组织推荐值相差6%～26%，c需要特别制定的结论相一致。杨丽等[41]在研究温室番茄作物系数时所测c值显著高于FAO-56推荐值，也说明FAO-56推荐的c值不适用于华北地区的温室大棚，因此得出在制定灌溉制度时，作物系数应该根据实际情况进行修正。

4 结论

1）滴灌处理麦后移栽棉的株高与叶面积指数稍高于地面灌处理的；由于试验期间降雨量较大，导致2种灌溉方式下麦后移栽棉的实际蒸发蒸腾量相差不大，但与地面灌相比，滴灌方式下的麦后移栽棉的蒸腾占比大，更利于作物对水分的吸收，提高水分利用效率。

2）整个生育期中，地面灌处理麦后移栽棉的总蒸发蒸腾量为415.30 mm，滴灌处理的总蒸发蒸腾量为420.79 mm，与日平均温度、总辐射和饱和水汽压差显著正相关，其中与总辐射的相关性最大。

3）地面灌处理下，麦后移栽棉在生长初期、生长中期及生长末期的作物系数分别为0.91、1.23和0.71；滴灌处理下，麦后移栽棉在生长初期、生长中期及生长末期的作物系数分别为0.91、1.26和0.64。地面灌和滴灌处理下麦后移栽棉c均随增大呈先上升后趋于平缓趋势，c与的回归方程为c=1.6630.058 7，2=0.664和c=1.177 90.061 1，2=0.694。

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Evapotranspiration and Crop Coefficient of Transplanted Cotton after Wheat Harvest

GENG Yun1,2, LIU Hao1, LI Yunfeng1,2, FENG Quanqing1,2, YU Xuan1,2, SUN Jingsheng1*

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Water Requirement and Regulation, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Xinxiang 453002, China;2. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

【Background and objective】Cotton-winter wheat rotation is a common cultivation in the Yellow River basin, but there is an overlapping period during their growing seasons. One technology is to nurture cotton seedlings in seedling beds and then transplant the seedling after the wheat is harvested. The objective of this paper is to study evapotranspiration and crop coefficient (c) of the transplanted cotton under different irrigation methods. 【Method】The experiment was conducted in 2020 and compared surface irrigation and drip irrigation. Evapotranspiration of the transplanted cotton was measured continuously using a large-scale transpiration meter. The reference evapotranspiration was calculated using the Penman-Monteith formula, and thecwas calculated as their ratio. 【Result】 Compared to surface irrigation, drip irrigation promoted crop growth and increased its leaf area index () as a result. There was no significant difference in evapotranspiration between the two irrigation methods due to the influence of rainfalls. The growth-season evapotranspiration under drip and surface irrigation was 420.79 mm and 415.30 mm, respectively. In the early growth stage, the ratio of surface evaporation to evapotranspiration for the surface and drip irrigation was in the range of 46.06%～90.23% and 42.24%～77.46%, respectively. Correlation analysis found that daily average temperature (), total radiation (s) and saturated water vapor pressure () were positively correlated with the evapotranspiration. Thecof the transplanted cotton after wheat harvest differed from that of directly drilled. As the plant grew, thecincreased first followed by decline after maximizing in the middle growth stage. The Kcat the early, middle and late growth stage was 0.91, 1.23 and 0.71, respectively under surface irrigation, while under drip irrigation the associated Kcwas 0.91, 1.26 and 0.64 respectively. Regardless of irrigation treatments, thecincreased first followed by flattening due to the gradual increase in. The relationship betweencandwerec=1.6630.058 7with2=0.664 for the surface irrigation, andc=1.177 90.061 1with2=0.694 for the drip irrigation. 【Conclusion】The evapotranspiration of the transplanted cotton increased from seedling to flowering boll stage and then declined gradually after the flocculation stage. Itscat the early growth stage was significantly higher than that recommended by FAO-56.

transplanted cotton after wheat harvest; evapotranspiration; soil evaporation; crop coefficient

1672 - 3317（2022）07 - 0024 - 11

S274

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021633

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2021-12-21

现代农业棉花产业技术体系建设专项（CARS-15-13）

耿耘（1997-），女。硕士研究生，主要从事作物高效用水理论与技术研究。E-mail: gengyun2021@163.com

孙景生（1963-），男。研究员，主要从事作物水分生理及高效用水技术研究。E-mail: jshsun623@163.com

责任编辑：白芳芳