3.1 试验研究区基本概况

根据吐鲁番区域的环境特点，分别在火焰山南、山北选择两个试验研究区，建立两个试验基地，开展相应的试验研究工作。

1.吐鲁番试验基地

该试验基地位于火焰山以南，吐鲁番市东南部的葡萄乡铁提尔村，距吐鲁番市12km，地理坐标为北纬42.87°、东经89.20°，海拔32.8m。年降雨量16mm，年蒸发量3600mm，全年日照时数3200h，10℃以上有效积温5300℃以上，无霜期达210d。葡萄品种为无核白，树龄10年，栽培方式为小棚架栽培，株距约1.2～1.5m，行距4.5m，定植沟为东西走向。土壤质地为壤土。现状灌溉方式采用地面沟灌。

2.鄯善试验基地

该试验基地位于火焰山以北，新疆维吾尔自治区葡萄瓜果开发研究中心试验基地内，距鄯善县城6km，地理坐标为北纬42.91°、东经90.30°，海拔419m，年降雨量25.3mm，年蒸发量2751mm，全年日照时数为3122.8h，10℃以上有效积温4525℃以上，无霜期达192d。葡萄品种为无核白，1981年定植，树龄28年，大沟定植，东西走向，沟长54m，沟宽1.0～1.2m，沟深0.5m左右；株距约1.2～1.5m，行距3.5m；栽培方式为小棚架栽培，棚架前端高1.5m，后端高0.8m。土壤质地为砾石砂壤土。现状灌溉方式采用地面沟灌。

3.1.1 气象特征

气象条件是影响农业生产诸多因子中最活跃的因素，气象因素既是农业生产的重要环境条件，又提供了农业气候资源。气象因子对作物生长发育具有十分重要的意义，作物生长过程中的气象指标主要为温度指标和水分指标，对于某些感光性强的作物，还应有光照指标。作物蒸发蒸腾量是农田水分消耗的主要途径，同时也是确定作物灌溉制度以及地区灌溉用水的基础，对于同一地区的同种作物，作物的蒸发蒸腾量主要受气象因素影响，因此研究和确定作物生长的气象指标是本研究的基础工作之一。

3.1.1.1 研究区气象要素特征

通过调查收集了吐鲁番地区吐鲁番市及鄯善县近50年的气象资料，分析了两个区域的多年基本气象要素的变化特征，详见表3-1。

3.1.1.2 试验基地气象要素特征

通过安装简易气象站，监测试验基地气象要素年内变化过程，分析处理得出试验基地气象数值详见表3-2，年内主要气象要素变化情况详见图3-1～图3-4。

3.1.1.3 试验基地气象要素差异

两个试验基地分别位于火焰山以南和火焰山以北。由于地理位置存在一定差异，因此部分气象值存在差异。从图3-1中可以看出，两个试验基地日平均温度变化趋势一致，但吐鲁番试验基地日平均温度始终较鄯善基地高，平均高3.4℃。两个试验基地日平均温度P＜0.01（统计显著性检验水平），存在极显著差异。

图3-1 两个试验基地日平均温度差异

从图3-2中可以看出，两个试验基地日平均相对湿度变化趋势一致，但吐鲁番试验基地日平均相对湿度始终较鄯善试验基地高，平均高14%。两个试验基地日平均相对湿度P＜0.01（统计显著性检验水平），存在极显著差异。

图3-2 两个试验基地日平均相对湿度差异

从图3-3中可以看出，两个试验基地日平均风速变化相近。两个试验基地日平均风速P=0.582（统计显著性检验水平），两者间不存在差异。

从图3-4中可以看出，两个试验基地日太阳总辐射变化趋于一致，二者相关系数为0.9321。

图3-3 两个试验基地日平均风速差异

3.1.1.4 参考蒸散量与气象因子的关系

参考蒸散量ET₀是表征大气蒸散能力，评价气候干旱程度、植被耗水量、生产潜力以及水资源供需平衡的最重要指标之一。作物蒸散量受气象条件、土壤水分条件以及作物本身特性的影响。因此气象因子是影响参考作物蒸散量主要因素之一。通过ET₀和气象因子进行相关分析，见表3-3，结果显示ET₀与辐射、气温、饱和水汽压以及平均光合有效辐射呈正相关；与湿度和风速呈负相关。ET₀和辐射值相关性最大，其次是温度。

图3-4 两个试验基地日太阳总辐射差异

参考蒸散量反映了大气蒸发能力，是作物耗水量研究的重要组成部分。随着技术水平、实验设备和观测手段的提高，人们相继提出一系列估算的理论方法和经验公式，这些方法在计算精度和模拟精度上均得到了提高，但由于蒸散所包括的基础过程多而复杂，计算潜在腾发量在野外较为不便，相对而言，水面蒸发量较为易测。从2008—2009年试验期间水面蒸发量与ET₀日变化规律来看，二者变化趋势一致，具有较好的相关性，如图3-5所示。

从图3-6可以看出，水面蒸发量与ET₀具有一定的线性关系。二者逐日关系决定系数较低，但多日累积量之间关系较好。两者三日累积量之间的关系决定系数在0.63～0.65，七日累积决定系数达到0.80，而年累积量的决定系数均高于0.99。因此，在田间条件下，根据水面蒸发值即可得到相应的ET₀。

图3-5 水面蒸发量与ET₀日变化图

图3-6 水面蒸发量与ET₀逐日关系图

3.1.2 土壤性质

土壤是陆地表面由矿物质、有机质、水、空气和生物组成，具有肥力、能生长植物的陆地疏松表面，其特征为由固相、液相和气相三种物质组成的疏松多孔体。固相物质即固体土粒，约占土壤总体积的50%，其中包括矿物质和有机物；另外50%为土壤空隙，空隙中分布着液相的土壤水和可溶性物质，还有气相的土壤空气。土壤是农业最基本的生产资料，具有供应与协调植物正常生长发育所需养分、空气和热的能力。因此，摸清土壤的基本特性是研究作物微灌的基础工作。

3.1.2.1 土壤质地

土壤质地是指土壤颗粒粗细的情况，在野外通常根据手指研磨土壤的感觉近似地做出判断，准确的测定要在室内用机械分析的方法来测定，一般土壤质地分为砂土、壤土和黏土等。本次研究的两个试验基地土壤质地代表了吐哈盆地葡萄栽培土壤质地两个大的类型，①壤土传统农业耕作区，②戈壁砾石改良区。如表3-4所示，吐鲁番试验基地，土质均一，为壤土；鄯善试验基地，土质不均一，栽培沟面下0～50cm范围内为砂壤土，并含有少量石砾，50cm以下为砂质土，含有较多石砾，随着深度的增加，直径2mm以上的石砾含量呈增加趋势，且石砾直径也呈增加趋势。详见表3-5。

3.1.2.2 土壤容重

土壤容重是指单位体积自然状态下土壤的干重，容重的大小与土壤质地、有机质含量以及土壤的松紧程度有密切的关系。容重的大小可以反映土壤空隙的大小以及相同体积土壤的储水能力的大小。两个试验基地由于土壤质地和管理上的差异，土壤容重也存在差异，运用环刀法分别测定两个试验基地不同深度的土壤容重，结果表明吐鲁番试验基地容重为1.47g/cm³，鄯善试验基地土壤容重为1.38g/cm³。栽培沟内及棚架下不同深度容重情况详见表3-6。

3.1.2.3 土壤饱和含水量与田间持水量

土壤饱和含水量是指土壤中的全部孔隙都充满水时的含水量，掌握土壤饱和含水量状况即可大致了解土壤的持水特性和释水性质。田间持水量长期以来被认为是土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持悬着水的最大量，是对作物有效的最高土壤水含量，且被认为是一个常数，常用来作为灌溉上限和计算灌水定额的指标。两个指标均能反映土壤的保水能力。用淹灌法和浸水饱和法分别测定试验基地的土壤饱和含水量与田间持水量，结果表明两个试验基地由于土壤质地上的差异，土壤饱和含水量与田间持水量存在较大差异，吐鲁番试验基地饱和含水量为27.5%，田间持水量为19.9%；鄯善试验基地分别为17.9%、11.1%。栽培沟内不同深度饱和含水量、田间持水量详见表3-7。

表3-8为试验基地土壤饱和导水率基本情况，由表中数据可知，吐鲁番试验基地土壤保水性好，土体内能够保存更多的水分，鄯善试验基地保水性较差，水分易向深层渗漏。

3.1.2.4 土壤水分扩散率

土壤水分扩散率是表征土壤水动力学的重要参数之一，是研究土壤非饱和导水率的重要因素，它反映了土壤的孔隙状况和导水能力。两个试验基地由于土壤质地上的差异，土壤水分扩散率存在较大差异，吐鲁番试验基地土壤黏粒含量较多，孔隙度较小，单位时间内入渗水量较少，渗到既定距离需要的时间较长。土壤的扩散率都随含水量增加而增加，当饱和度相同时，质地愈黏重，扩散率愈小，如图3-7所示。拟合公式为

图3-7 试验基地土壤水分扩散率

式中 D（θ）——土壤水分扩散率，cm²/min；

θ——土壤质量含水量，%；

A，B——拟合参数。

拟合参数见表3-9。

3.1.2.5 土壤水分特征曲线

由土壤水分的能量指标与土壤水分的数量指标所做成的相关曲线称为土壤水分特征曲线，它能够表明土壤在某一含水量时所受的吸力，或者土壤水处于某一吸力时，土壤水分的含量。土壤水分特征曲线可反映不同土壤的持水和释水特性，也可从中了解给定土类的一些土壤水分常数和特征指标，它反映了土壤水能量与数量的关系，所以，土壤水分特征曲线是研究土壤水分运动、调节利用土壤水、进行土壤改良等方面的最重要和最基本的工具。目前土壤水分特征曲线尚不能根据土壤的基本性质从理论分析中得出，只能用试验的方法测定。通过负压计法，分别测定两个试验基地的水分特征曲线如图3-8所示。拟合公式为

图3-8 试验基地土壤水分特征曲线

式中 θ——土壤体积含水量，%；

θ _s——饱和含水量，%；

θ _r——滞留含水量，%；

h——水头，cm；

α，m，n——拟合参数，其中。

拟合参数见表3-10。

3.1.2.6 土壤养分

两个试验基地地表0～20cm深度土壤养分基本情况见表3-11。吐鲁番试验基地有机质和全磷含量均较鄯善高，原因是鄯善试验基地温度较吐鲁番试验基地略低，土壤淋溶作用较强，硝态氮含量较吐鲁番低，而铵态氮较吐鲁番高。由于施肥方式及位置的原因栽培沟表层土壤养分均较栽培垄表面高。