土壤无限制水分区间与作物生长发育

蔡焕杰等（2002）进行了“荒漠气候区膜下滴灌棉花需水量和灌溉制度的试验研究”，其结果表明：棉花在当地气候、土壤及栽培模式下，膜下滴灌全生育期灌水12～14次，灌水定额25～30 mm，可实现优质高产的目的。该试验土壤的田间持水量（θFC）为0.304 9 cm3·cm-3，容重为1.48 g·cm-3，换算成土壤饱和持水量（θs）为0.441 5 cm3·cm-3。该土壤的无限制水分区间计算过程如下。

首先，根据公式计算土壤水分特征曲线van Genuchten（1980）模型参数m。本例中，土壤残余含水量（θr）取0.00 cm3·cm-3。将土壤田间持水量（θFC）、饱和持水量（θs）和残余含水量（θr）的数值带入式（5.4），计算得到m为0.2127。

其次，根据公式计算土壤毛管断裂含水量（θRC）。其计算结果为RCθ=0.2053 cm3·cm-3。

再次，依据土壤无限制水分区间（NLWR）的计算方法：

① 当FCθ＞AFPθ时，

② 当FCθ＜AFPθ时，计算土壤无限制水分区间（NLWR）。式（5.6）和式（5.7）中，AFPθ为土壤通气临界点，即土壤通气孔隙占10% 时所对应的土壤容积含水量，其计算公式为

本例中，通气临界点的计算结果为AFPθ= 0.341 5 cm3·cm-3，其值高于土壤田间持水量的0.304 9 cm3·cm-3。因此，采用式（5.7）计算土壤无限制水分区间，其结果为NLWR=0.099 6 cm3·cm-3。根据无限制水分区间理论，土壤灌溉下限为毛管断裂含水量，上限为田间持水量。按棉花根系主要在0～30 cm土层分布计算，本例中土壤所需的灌水定额为Ⅰ=0.099 6×300 mm=29.88 mm，计算结果与试验结论完全吻合。因此，无限制水分区间用于作物的灌溉水分管理是可行的。

胡晓棠等（2009）研究了“不同土壤湿度对膜下滴灌棉花根系生长和分布的影响”。试验土壤的田间持水量（θFC）为0.30 cm3·cm-3，饱和持水量（θs）为0.405 cm3·cm-3，取残余含水量（θs）为0.00 cm3·cm-3。则根据式（5.4）得到的m为0.145 4。根据式（5.5）计算得到的土壤毛管断裂含水量（θFC）为0.219 2 cm3·cm-3。

该试验设置3个处理，灌水下限依次为90% FCθ、75% FCθ、60% FCθ。其相关试验结果列于表5-3、表5-4和表5-5。

表5-3　土壤水分状况对棉花根系生长及根冠比的影响

注：表中数据引自《不同土壤湿度对膜下滴灌棉花根系生长和分布的影响》，胡晓棠，2009。

表5-4　盛花-吐絮期间棉花根重增幅

注：表中数据引自《不同土壤湿度对膜下滴灌棉花根系生长和分布的影响》，胡晓棠等，2009。

表5-5　不同处理下棉花产量及产量构成因子

注：表中数据引自《不同土壤湿度对膜下滴灌棉花根系生长和分布的影响》，胡晓棠等，2009。

由表5-3、表5-4和表5-5可知，75%θFC处理对应的根系平均增长率、根冠比、根重增幅和产量均最高。而75%θFC对应的土壤含水量等于0.225 0 cm3·cm-3，其与土壤毛管断裂含水量的数值0.219 2 cm3·cm-3几乎相等。因此，经过该处理的灌水定额可以认为等于无限制水分区间。因此，该试验的结果证明，当使用土壤无限制水分区间作为棉花的灌溉水分管理区间时，其根系生长和产量均达到最大值。所以，无限制水分区间用于作物的灌溉水分管理是可行的。