第12作物需水量

1、第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度第一章 农田灌溉原理第二节第二节 作物需水量与灌溉制作物需水量与灌溉制度度第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度学习提纲主要讲授：主要讲授：作物需水量、田间耗水量的概念，作物需水作物需水量、田间耗水量的概念，作物需水 量的试验测定与估算方法、灌溉制度的制定。量的试验测定与估算方法、灌溉制度的制定。重点：重点：作物需水量的估算及灌溉制度的确定作物需水量的估算及灌溉制度的确定第一部分：第一部分：作物需水量及影响因素作物需水量及影响因素 作物需水量的试验测定作物需水量的试验测定作物需水量的估算作物需水量的估算第二部分：第二部分：灌

2、溉制度的内涵及确定方法灌溉制度的内涵及确定方法水量平衡法确定旱作物的灌溉制度水量平衡法确定旱作物的灌溉制度 水量平衡法确定水稻的灌溉制度水量平衡法确定水稻的灌溉制度第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度植株蒸腾：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,植物根植物根系吸收的系吸收的99%水分用于蒸腾。水分用于蒸腾。棵间蒸发：棵间蒸发：土壤水分从作物植株间土壤表面或田间的水面以水汽的形式向大气中散失的现土壤水分从作物植株间土壤表面或田间的水面以水汽的形式向大气中散失的现象。象。深层渗漏：

3、深层渗漏：旱地中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，向根系吸旱地中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。旱作农田深层渗漏是无益的水分消耗，且会造成养分流失。水层以下土层渗漏的现象。旱作农田深层渗漏是无益的水分消耗，且会造成养分流失。灌溉时要避免产生深层渗漏。灌溉时要避免产生深层渗漏。植株蒸腾植株蒸腾棵间蒸发棵间蒸发深层渗漏深层渗漏 或田间渗漏或田间渗漏地表径流地表径流组成植株体的一部分组成植株体的一部分1 1作物需水量作物需水量农田水分消农田水分消耗的途径耗的途径一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素第二节第二节 作物

4、需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度q作物需水量：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，达到或接近最高产量时，为满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。 在实际中由于组成植株体的水分只占总需水量中很微小的一部分(一般小于1%)，而且这一小部分的影响因素较复杂，难于准确计算，故人们均将此部分忽略不计，即认为作物需水量就等于植株蒸腾量植株蒸腾量和棵间蒸发量棵间蒸发量之和。即所谓的即所谓的“蒸发蒸发蒸腾量蒸腾量” ，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”。 作物需水量 作物耗水量 田间需水量 田间耗水量1.11.1作物需

5、水量的概念作物需水量的概念第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 作物需水量的重要作用： 在灌溉工程规划或者管理当中，都不可避免的会面对这个地区或者这个灌区作物所需要的灌溉水量，那么我们要得到这个灌溉水量就必然要知道或了解这个地区作物的需水量。 作物需水量是制定流域规划、地区水利规划及灌溉工程规划、设计、管理和农田灌排实施的基本依据。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 2、影响作物需水量的主要因素 影响作物需水量的因素很多，但归结起来可分为自然因素和人为因素两大类。 自然因素包括气象因素（辐射、温度、湿度、风速等）、土壤特性、作物形状3种。 人为因素：农田灌

6、排措施、农业耕作措施等（农业技术） 影响因素：气象因素；作物因素；土壤因素；农业技术第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 1 作物因素 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，水稻小麦玉米； 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；苗期需水量较小；随着作物的生长和叶面积的增大，需水量不断增大；叶面积最大时，出现需水高峰，成熟后需水量下降。作物需水关键期大多数出现在从营养生长向生殖生长的过渡阶段。（例如小麦拔节至抽穗期，棉花开花至结铃期，玉米抽雄至乳熟期，水稻孕穗至扬花期） 不同长势的作物需水量不同。第二节第二节 作物需

7、水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度作物需水系数：作物需水系数：生产单位产量作物（如生产单位产量作物（如1kg1kg小麦）的需水量（小麦）的需水量（mm kgmm kg-1-1）。）。作物水分利用效率：作物水分利用效率：作物每消耗单位水量作物每消耗单位水量所能生产的产量所能生产的产量(kg/mm(kg/mm或或kg/mkg/m3 3），常表示），常表示为为:WUE(:WUE(water use efficiency) )。 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 2 气象因素 气象因素是影响作物需水量的主要因素，比如辐射、温度、风速、相对湿度等都会对需水量有较大影响。气象因素对作

8、物需水量的影响，往往是几个因素同时作用，是一个复杂的过程，很难将各个因素的影响一一分开。 当日照强、气温高、辐射强、空气干燥、风速较大时，作物需水量增大，反之则减小。湿度较大、温度较低地区，其需水量小；温度高、相对湿度小的地区需水量则大。就年份而言，湿润年份需水量小，干旱年份需水量相对较大。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度3 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

9、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。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度4 农业技术 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。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 二、作物需水量的估算作物需水量的估算有两类方法，一类是直接计算法，另一类是通过参考作物蒸发蒸腾量ETO与作物系数Kc估算的方法。直接计算法是根据田间试验直接测定的作物需水量与其影响因素之间经验关系，直接计算出作物需水量的方法；直

10、接计算法多为经验公式法。在我国采用较多的有蒸发皿法、产量法和多因素法。直接计算法：经验公式有较强的区域局限性，其使用范围受到很大限制。目前国际上比较通用的作物需水量的计算方法是通过参考作物蒸发蒸腾量来计算。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 (一）直接计算 1、蒸发皿法（值法）以水面蒸发为参数的需水量计算法。大量灌溉资料表明，水面蒸发量与作物需水量之间存在一定程度的相关关系，因此可用水面蒸发量来计算作物需水量式中：ET 为某时段内的作物需水量，以水层深度mm计； E0为与ET 同时段的水面蒸发量，以水层深度mm计。为需水系数（蒸发系数），.由实测资料确定，作物全生育期各生长

11、阶段的值不同，最大值出现在作物生长旺期，而发芽出苗期最小，所以分阶段计算作物需水量时，应分别选取不同的值。水稻田0.91.3，旱田0.30.7一般而言，水稻或不缺水的旱田用一般而言，水稻或不缺水的旱田用值法比较好值法比较好第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度2、产量法（K 值法） ET=KY式中：ET 为作物全生育期内总需水量(mm或m3hm2)； Y 为作物单位面积产量(kg/hm2 )；K 为需水系数，代表单位产量的需水量（m3/kg），由试验确定。n、c为经验指数和常数，由实验确定。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度（3）以多因素为参数的作物需水量计

12、算法：选取几个影响因素，探求它们与作物需水量之间存在的数量关系。以多因素为参数来推求作物需水量的经验公式在国内外有很多，有的选取水面蒸发量和产量作为参数，有的以水面蒸发量和土壤含水率作为参数，我国采用的是水面蒸发、产量法，即 ET=aE0Yn+bET作物需水量E0水面蒸发量a、b为经验系数，n为经验指数。上述值法、K值法、多因素法都是计算作物全生育期需水量，不能计算各阶段需水量。在生产实践中常采用模系数法来计算阶段需水量。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度以模比系数法模比系数法为例：估算作物各生育阶段的需水量，先确定全生育期作物需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例

13、进行分配，即式中：ETi 某一生育阶段作物需水量；K i 为某阶段需水模系数，可以从试验资料中取得。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度（二）（二）间接计算法（1）基于参照作物蒸发蒸腾量的作物需水量计算方法(p29)参照作物需水量参照作物需水量ET0：指的是土壤水分充足，地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔(长、宽均在200m以上)绿草地(高315cm)的蒸发蒸腾量。 参照作物需水量只受气象条件的影响。第一步第一步：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ET0 ；第二步第二步：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，从而计算出实际需水量

14、ET ETa= KKcET0 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度估算参考作物蒸发蒸腾量的方法：辐射法、布莱尼-克雷多法、蒸发皿法、Penman法和PenmanMonteith法。（p29）Penman公式是国内外应用最普遍的综合公式。Penman公式的框架不是经验而是理论的，它在能量平衡原理的基础上，引用干燥力的概念，经过简捷地推导，得到一个用普通气象资料就可以计算参考作物蒸发蒸腾量的公式。FAO于1979年推荐的penman公式形成为：权重因子项 辐射项 大气动力学项第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 Penman-Monteith公式 1956年彭曼

15、提出penman-Monteith公式。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，又考虑了大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。经多年研究和改进，FAO-56推荐使用的公式形式为：Penman Monteith公式需用标准的气象资料，包括太阳辐射、气温、湿度和风速。为了确保计算的完整性，气象资料应该在完全遮盖地面并无水分亏缺的开阔绿色牧地表面以上2m处进行观测，否则需要将其它高度处的观测值转化为2m高度处的数值。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 Penman公式分析：公式分析：A权重因子项（）气压订正项式中H计算地点的海拔高程（m）；

16、Ta平均气温（） （2）饱和水汽压温度曲线上的斜率 （仅和平均温度有关）（3）湿度计常数 （仅和平均温度有关）273/118400010aTHpp05 .2657 .580709 .2419 .424922aasaasTTeTTeaT00064. 06455. 0第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度B辐射项（p30-32）（1）理论太阳辐射Ra（大气顶层接受的太阳辐射） （2）短波辐射 （3）净短波辐射（4）净长波辐射 （5）地球吸收的净太阳辐射 （6）最大可能日照时数N C动力项（1）u2 2米高处风速（2）饱和水汽压（3）实际水汽压第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需

17、水量与灌溉制度（2）实际作物需水量的计算间接计算把作物需水量分为三部分（ET0 KC K ）1、作物系数的确定概念：某一段时间内作物蒸发蒸腾量（ETC)与参考作物蒸发蒸腾量（ET0)之比，称为作物系数（KC) 单作物系数单作物系数 ETc = Kc ET0u 作物系数与作物种类、品种、生育期和作物的群体叶面积指数有关，是作物自身生物学特性的反映；u 作物系数基本不受气象因素影响，不同水文年份的作物系数相对稳定u 作物系数变化规律（p32）作物的生育初期小、中期大、后期小第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 双作物系数 ET c = (Kcb+Ke)ET0 Kcb为基础作物系数

18、-作物的蒸腾量 Ke为表层土壤蒸发系数-作物颗间的蒸发量双作物系数必须做作物颗间蒸发量的测试基础作物系数变化规律：在播种和苗期基础作物系数较小，为0.150.2；快速生长期迅速增大，为0.30.8；当植被完全覆盖地面后达到最大值，接近于1.0；成熟期迅速减小，为0.80.15。表土蒸发系数变化规律：在播种和苗期表土蒸发系数较大（覆盖小、颗间蒸发大）；快速生长期迅速增大Ke 变小；成熟期Ke 变大。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 （3）土壤水分胁迫因子K在土壤水分供应充分时，作物需水量的大小主要取决于气象条件和作物生长状况；在干旱缺水时，土壤含水量降低，土壤中毛管传导率减

19、小，根系吸水率降低，供水不足，作物遭受水分胁迫，引起叶片含水量减小，气孔阻力增大，蒸腾量减小，另外颗间蒸发量也减小，从而导致水分胁迫条件下的作物蒸发蒸腾速率低于无水分胁迫时的作物蒸发蒸腾速率。当土壤含水量低于某一临界值临界值时，作物的实际耗水量是小于土壤水分供应充分时的作物需水量的。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 土壤水分胁迫系数的确定，常采用经验公式计算，最简单的线性公式如下：第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 三、作物需水量试验测定方法 1器测法 包括桶（盆）栽法及蒸渗仪法。 蒸渗仪是根据水量平衡原理设计的一种用来计算农田水 文循环各主要成分的专

20、门仪器 国外利用Lysimeter研究作物蒸发蒸腾非常普遍。我国利用Lysimeter进行作物蒸发蒸腾的研究始于80年代中期。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度蒸渗仪可分为：称重式与水力式称重式：又可分为充填式与整块式两种。前者在器内充填均匀的土壤或沙土混合物，后者在器内装整块原状土。中国科学院禹城综合试验站于1985年秋安装了一台面积为3m2，深度为2m的大型原状土自动称重土壤蒸发渗漏仪。蒸渗仪（美国加利福尼亚大学戴维斯分校）蒸渗仪（美国加利福尼亚大学戴维斯分校）作物：番茄直径：作物：番茄直径：6.70米深：米深：0.96米米第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与

21、灌溉制度 西北农林科技大学水建学院灌溉实验站1997年9月正式投入使用了一台蒸渗仪，其进口于美国，面积6.25m2(2.52.5)，装土深度3m 。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 蒸渗仪的基本工作原理： 目前国内外已建成的蒸渗仪，尽管种类繁多，形式各异，规模不一，但它们的共同特点是在盛土容器中观测其土壤水分动态变化，量测不同时段水分总量，研究土体中水分收支量及变化过程。 土壤水量平衡方程式为：ET= P + I + R + C- D - ET= P + I + R + C- D - W W 式中：式中：P P为大气降水量；为大气降水量；I I为灌水量；为灌水量；R R为

22、地表径流量；为地表径流量；C C为汽为汽态凝结水量；态凝结水量；ETET为蒸散发量；为蒸散发量；D D为深层土壤渗漏量；为深层土壤渗漏量；WW为为时段内土壤含水量的变化。时段内土壤含水量的变化。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度2、坑测法坑测法是在专门修建的测坑中测定作物需水量，这是我国目前测定作物需水量最主要的应用方法。（1）有底坑测： 土壤常为回填土，底部一般铺设20cm厚由砂和砾石组成的滤水层，基部设侧向排水管与排水收集系统相连。 坑中土壤回填时应严格按照原有土层容重分层回填，这是保证测坑试验结果具有代表性的一个关键环节。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 (2)无底测坑 一般用原状土 测坑内的水分变化通过先后两次测定的土壤含水量的差值计算。测定含水量最好选择可以定点、连续测定的方法，象中子散射法电阻法，TDR法等。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 3田测法 田测法是在大田条件下直接测定作物蒸发蒸腾量。优点：测定环境与作物生长发育所处的环