第二章 作物需水量和灌溉制度

1. 第二章 作物需水量和灌溉制度

2. 本章重点 1、作物需水量和田间耗水量的基本概念及其计算方法； 2、灌溉制度及有关概念； 3、水田泡田定额及生育期灌溉定额的计算方法、公式； 4、旱田灌溉制度的设计应收集的资料； 5、直接计算灌溉用水量列表法； 6、综合灌水定额法的作用。

3. 第一节 作物需水量 Water requirement of crops 一、概述 二、直接计算作物需水量的方法 三、通过潜在腾发量计算作物需水量的方法

4. 一、概述 （一）农田水分消耗的途径 蒸发 植株蒸腾(transpirarion) 株间蒸发(evaporation) 渗漏 深层渗漏（旱田） 田间渗漏（水田） 植株蒸腾：作物将根系从土壤中吸收的水分，通过叶片 的气孔蒸散到大气中的现象。 棵间蒸发：植株间土壤或田面的水分蒸发。 深层渗漏：旱地由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水 分超过了田间持水量，向根系吸水层以下土 层渗漏的现象。 田间渗漏：水稻田的渗漏。

5. 棵间蒸发的优缺点及减少棵间蒸发的措施 棵间蒸发能增加地面附近空气的湿度，对作物生长环境有利，但大部分是无益的消耗。 因此在缺水地区或干旱季节应尽量采取措施，减少棵间蒸发（如滴灌<局部灌溉>、水田不建立水层）和地面覆盖等措施。

6. （二）作物需水量 1.一种解释为： • 作物需水量：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾、棵间蒸发所需要的水量。 2.另一种解释为： 作物需水量:是指在适宜的外界环境条件（包括土壤水分、养分的充分供应）下，作物正常生长发育达到或接近该作物品种的最高产量水平时所需要的水量。 • 即所谓的“蒸发蒸腾量” ，气象学、水文学和地理学中称为“蒸散量”或“农田总蒸发量”，国内也有人称之为“腾发量”。

7. （三）田间耗水量 就某一地区而言，具体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量称为作物田间耗水量，简称耗水量。 对于水田来说，一般把作物需水量和田间渗漏量之和称为田间耗水量。 所以，需水量是一个理论值，而耗水量是一个实际值，又称实际蒸散量。需水量与耗水量的单位一样，常以m3亩-1或mm水层表示。

8. （四）作物需水系数和水分利用率 作物生产单位产量（如1kg小麦）的需水量称为作物需水系数（mm kg-1）； 作物每消耗单位水量(mm或m3)所能生产的产量（kg mm-1或kg m-3），称为作物水分利用效率（常表示为:WUE）。

9. （五）作物在不同生长阶段的需水规律 • 随着作物的生长和叶面积的增加，需水量值也不断增大，在作物苗期，需水量值较小，当作物进入生长盛期，需水量增加很快，叶面积最大时，作物需水量出现高峰；到作物成熟期，需水量值又迅速下降。 • 每种作物都有需水高峰期，需水高峰期一般处于作物生长旺盛阶段，如冬小麦有两个需水高峰期，第一个高峰在分蘖期，第二高峰在开花至乳熟期；大豆的需水高峰在开花结荚期；谷子的需水高峰为开花―乳熟期；玉米为抽雄―乳熟期。

10. （六）作物需水临界期或需水关键期 • 指在作物整个生育期中通常对缺水最敏感、缺水对产量影响最大的生育期。 • 作物在不同生育时期对缺水的敏感程度不同，如苗期，作物对缺水不太敏感。 • 各种作物需水临界期不完全相同，但大多数出现在从营养生长向生殖生长的过渡阶段，例如小麦在拔节至抽穗期，棉花在开花至结铃期，玉米在抽雄至乳熟期，水稻为孕穗至扬花期等，在作物需水临界期缺水，会对产量产生很大影响。

11. 了解作物需水临界期的意义： １、合理安排作物布局，使用水不至过分集中； ２、在干旱情况下，优先灌溉正处需水临界期的作物。

12. （七）与作物需水量有关的因素 影响因素 影响作物需水量的因素： ①气象条件； ②土壤含水状况； ③作物种类； ④生长发育阶段； ⑤农业技术措施； ⑥灌排措施。 影响渗漏量的因素： ①土壤性质；②水文地质条件。

13. （七）与作物需水量有关的因素 1、气象因素 • 气象因素是影响作物需水量的主要因素，它不仅影响蒸腾速率，也直接影响作物的生长发育。气象因素对作物需水量的影响，往往是几个因素同时作用，很难将各个因素的影响一一分开。 • 当气温高、日照时数多、相对湿度小时，需水量会增加。

14. （七）与作物需水量有关的因素 2、土壤因素 • 影响作物需水量的土壤因素主要有质地、颜色、含水量、有机质含量、养分状况等。 • 砂土持水力弱，蒸发较快，因此，在砂土上的作物需水量就大。 • 就土壤颜色而言，黑褐色土壤吸热较多，其蒸发较大，而颜色较浅的黄白色土壤反射较强，相对蒸发较少。 • 土壤含水量较高时，蒸发强烈，作物需水量较大；相反，土壤含水量较低时，作物需水量较少。

15. （七）与作物需水量有关的因素 3、作物种类和生长发育阶段 • 不同种类的作物需水量有很大的差异，如就小麦、玉米、水稻而言，水稻的需水量最大，其次是小麦，玉米的需水量最小。 • 不同品种的作物需水量有很大差异，如耐旱品种需水量小。 • 不同生育阶段需水量不同。 • 不同长势的作物需水量不同。

16. （七）与作物需水量有关的因素 4、农业技术措施和灌排措施 • 农业栽培技术水平的高低直接影响水量消耗的速度。 粗放的农业栽培技术，可导致土壤水分的无效消耗。 • 灌水后适时耕耙保墒、中耕松土，将使土壤表面形成一个疏松层，这样可减少水量的消耗。

17. （八）与渗漏量有关的因素 • 1.土壤性质 沙土渗漏量大，粘土渗漏量小 • 2.水文地质条件 地下水位低，渗漏量大，地下水位顶托，渗漏量小。

18. 渗漏的两重性 深层渗漏对旱田是无益的，会浪费水源，流失养分，地下水含盐较多的地区，易形成次生盐碱化。 但对水稻来说，适当的深层渗漏是有益的，可增加根部氧分，消除有毒物质，改善土壤通气和氧化还原状况。促进根系生长。 但过多的田间渗漏会浪费水量、肥料，污染地下水和提高地下水位，对后期的作物有影响。

19. 作物需水量和田间耗水量小结 • 作物需水量是农业用水的主要组成部分，也是整个国民经济中消耗水分的最主要部分。它是水资源合理开发、利用所必需的重要资料，同时也是灌排工程规划、设计、管理的基本依据。 • 由于上述各种因素的影响，因此，在生产实际中，必须因时、因地、因作物、因气候等各种自然与人为条件确定作物的需水量，以利于指导生产。

20. 二、直接计算作物需水量的方法 直接计算作物蒸发蒸腾量的方法均为经验公式法，即根据作物蒸发蒸腾量和主要气象要素以及作物产量等实测成果，用回归分析方法确定作物蒸发蒸腾量随这些因素变化的经验方式。在我国采用较多的有蒸发皿法、产量法和多因素法。

21. （一）以水面蒸发为参数的需水系数法(α值法)（一）以水面蒸发为参数的需水系数法(α值法) (1)计算公式 ET=αEO ET=aEO + b (2)适用条件: ①蒸发皿的规格为80cm口径,否则要乘以小于1的换算系数。 ② 可计算各阶段的作物需水量,也可计算全生育期的作物需水量，一般情况下计算各时段需水量。 ③一般适用于受气象因素影响较大的水稻区,误差<20%,可采用。

22. （二）以产量为参数的需水系数法(k值法) (1)计算公式: ET=KY ET=KYn+C (2)适用条件： ①旱田水分不足的地区(误差在30%以下)。 ②用该公式仅能计算全生育期的作物需水量,计算各阶段需水量要乘以模系数.ETi=KiET100% ③有助于进行灌溉经济分析,实用价值大。

23. 三、通过潜在腾发量计算作物需水量的方法 （一）潜在腾发量 Reference crop Evapotranspiration : 土壤水分充足,能完全满足作物蒸发耗水条件下的需水量.也叫参照需水量,具体条件: 土壤水分充足 地面完全覆盖 生长正常 高矮整齐开阔(>200ⅹ200m,高8-15cm) 影响因素:气象因素影响较大.

24. 三、通过潜在腾发量计算作物需水量的方法 • 作物需水量计算分为以下两步： 第一步是： 考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参照作物蒸发蒸腾量。 第二步是： 考虑土壤水分及作物条件的影响，对参照作物需水量进行调整或修正，而计算出实际需水量。

25. （二）参照作物需水量的计算 最常应用的是Penman法和Penman－Monteith法。 此法是能量平衡与水汽扩散的综合方法,根据农田能量平衡原理,水汽扩散原理以及空气的导热定律,可列出半经验公式

26. （二）参照作物需水量的计算 1、 Penman公式 英国科学家彭曼于1949年首次提出，又于1963年简化了他的公式。联合国粮农组织推荐采用彭曼法计算作物需水量。彭曼法的特点是：理论基础可靠，计算精度较高；但计算较复杂，所需基础数数较多。

27. （二）参照作物需水量的计算 • 1、 Penman公式 • Penman公式是国内外应用最普遍的综合法公式。Penman公式的框架不是经验的而是理论的，它在能量平衡原理的基础上，引用干燥力(Drying Power)的概念，经过简捷地推导，得到了一个用普通气象资料就可计算参考作物蒸发蒸腾量的公式。该公式具有较好的理论基础，包括有辐射项与空气动力学项，并考虑了气压与风速修正，其形式为:

28. （二）参照作物需水量的计算 • 1、 Penman公式 P0和P—分别为海平面标准大气压和计算地点的实际气压[mbar]； Δ—饱和水汽压－温度曲线上的斜率[mbar/℃]； γ—湿度计常数[mbar/℃]； ea—空气实际水汽压[mbar]； es—饱和水汽压[mbar]； u2—2m高处风速[m/s]； C—风速修正系数。

29. （二）参照作物需水量的计算 • 2、Penman－Monteith公式： • Penman－Monteith以能量平衡和水汽扩散理论为基础，既考虑了作物的生理特征，又考虑了空气动力学参数的变化，具有较充分的理论依据和较高的计算精度。经过多年研究改进，FAO推荐使用的公式形式为：

30. （二）参照作物需水量的计算 ET0—参考作物蒸发蒸腾量[mm/day]; Rn—输入冠层净辐射量[MJ/m/ay]; G—土壤热通量[MJ /m /day]; T—2m高处日平均温度[℃]； u2—2m高处风速[m/s]； es—饱和水汽压[kPa]; ea—实际水汽压[kPa]; Δ—饱和水汽压与温度关系曲线在某处的斜率[kPa/℃]; γ—干湿表常数[kPa/℃]。

31. （二）参照作物需水量的计算 Penman-Monteith公式需用标准的气象资料，包括太阳辐射（日照时数）、气温、湿度和风速。为确保计算的完整性，气象资料应是在完全遮盖地面并无水分亏缺的开阔绿色牧草表面以上2m处进行观测，否则需将其它高度处的观测值转换为2m高度处的数值。

32. （三）实际需水量的计算 • 1、作物系数 • 最早提出并已被FAO作物需水量专家咨询组(Allen等，1997)所采纳和修正的作物系数概念如下： • 用于关联实际作物耗水量与参考作物蒸发蒸腾量的因子称为作物系数(kc)。  • ET=KcET0 Kc值与作物种类、生育阶段、地区等不同。

33. （三）实际需水量的计算 2、作物系数的确定 根据各地的试验，作物系数kc不仅随作物而变化，更主要的是随作物的生育阶段而异。生育初期和末期的值较小，而中期的kc较大。 山西省冬小麦作物需水系数如表所示。

34. 生育期 播种苗期 开花 结夹 鼓粒成熟 合计 日期 5.1-6.10 6.11-7.31 8.1-8.20 8.21-9.20 天数 41 51 20 31 143 模系数 15 45 25 15 100 需水量 56.1 167.9 93.5 56.5 374 日需水量 1.3 3.30 4.70 1.8 四、我省某试验站大豆作物需水量 小麦、水稻等也有，不一一列举，当下一节讲到灌溉制度时，需要作物需水量这个数值，收集资料特别注意应用条件。

35. 五、需水强度的确定 需水强度即为某一天的需水量。 单位：mm/d 或 m3/(亩d) 公式： ei=Ei/ti 式中 ei--第i阶段的需水强度； Ei--第i阶段的需水量； ti--第i阶段的天数。

36. 月份 4 5 6 7 8 E80(cm) 192.2 154.5 189.5 175.0 219.0 例题:求水稻各生育期田间耗水量和耗水强度(α值法) • 已知: 1、80cm口径蒸发皿蒸发量如下表所示: 2、水稻生育期,渗漏量根据试验见下表

37. 生育期 月份 返青 4 分孽 5 孕穗 6 抽开 熟 7 黄熟 8 全期 E80mm 192.2 154.5 189.5 175 219 起止 25/4- 4/5 8/5- 1/6 2/6- 16/6 17/6- 26/6 27/6- 6/7 7/7-14/7 25/4- 14/7 每天E80 6.407 4.984 6.317 5.645 7.065 天 数 10 28 15 10 10 8 81 渗漏 1.8 1.5 1.3 1.3 1.1 1.4 K 7 24 24 22 14 9 100 2.水稻生育期,渗漏量根据试验见下表 3.全生育期α=0.97 解:1.求全生育期作物需水量 ①4-8月每水面蒸发强度为

38. 生育期 返 分 孕 抽 黄 全 K 7 24 24 22 14 9 100 Ei 31.335 107.434 107.43 98.48 62.67 40.287 ei 3.1 3.8 7.2 9.8 6.3 5.0 hi 1.8 1.5 1.3 1.3 1.1 1.4 E耗 4.9 5.3 8.5 11.1 7.4 6.4 ②全生育期水面蒸发量E0 E0=6.407×6+4.984×31+6.317×30+5.645×14=38.442+1154504+189.51+79.03=461.486(mm) ③全生育期作物需水量 E=αE0=0.97×461.468=447.64mm 2.求各生育阶段作物需水量，耗水强度列表计算 说明：有时不直接计算全生育期的作物需水量，而是根据各生育期需水系数αi，计算各阶段需水量，αi可查水文图集。

39. 请 思 考 1．影响作物需水量大小的因素有哪些?如何计算作物 需水量? 2．简述用能量平衡法计算作物需水量的原理与步骤? 3、农田水分消耗的途径有哪些？4、什么是作物需水临界期？了解作物需水临界期有何 意义？