作物需水量与灌溉制度

作物需水量与浇灌制度作物需水量农田水分消耗途径农田水分消耗的途径主要有植株蒸腾、棵间蒸发和深层渗漏。〔一〕植株蒸腾植株蒸腾是指作物根系从土壤中吸入体内的水分，通过叶片的气孔集中到大气中去的现象。试验证明，植株蒸腾要消耗大量水分，作物根系吸入体内的水分有99%以上消耗于1%的水量留在植物体内，成为植物体的组成局部。植株蒸腾过程是由液态水变为气态水的过程，在此过程中，需要消耗作物体内的大量物蒸腾是作物的正常活动，这局部水分消耗是必需的和有益的，对作物生长有重要意义。〔二〕棵间蒸发棵间蒸发是指植株间土壤或水面的水分蒸发。棵间蒸发和植株蒸腾都受气象因素的影与棵间蒸发二者互为消长。一般作物生育初期植株小，地面暴露大，以棵间蒸发为主植株增大，叶面掩盖率增大，植株蒸腾渐渐大于棵间蒸发；到作物生育后期，作物生理活动对作物的生长环境产生有利影响应实行措施，削减棵间蒸发，如农田掩盖、中耕松土、改进灌水技术等。〔三〕深层渗漏深层渗漏是指旱田中由于降雨量或浇灌水量太多，使土壤水分超过了田间持水率，向深层渗漏是不行避开的，适当的渗漏，可以促进土壤通气，改善复原条件，消退有毒物质，在上述几项水量消耗中，植株蒸腾和棵间蒸发合称为腾发，两者消耗的水量合称为腾发量〔Evapotranspiration〕，通常又把腾发量称为作物需水量〔WaterRequirementofCrops〕。腾发量的大小及其变化规律，主要打算于气象条件、作物特性、土壤性质和农业稻腾发量与稻田渗漏量之和称为水稻的田间耗水量。就某一地区而言，具体条件下作物获得肯定产量时实际所消耗的水量为作物田间耗水量，简称耗水量。所以需水量是一个理论值，又称为潜在蒸散量〔或潜在腾发量〕，而耗水m3·hm-2或mm水层表示。影响作物需水量的主要因素〔一〕作物因素作物种类不同其需水量不同，表2-1反映了C作物与C作物需水量有很大差异，有研3 4究说明：作物的需水量显著高于 作物，作物玉米制造1g干物质约需水349g，而作物小麦制造1g干物质需水557g，水稻为682g。2-1不同作物生育盛期平均日需水量和最大日需水量作物种类 作物名称

生育阶段

测定年份

〔mm〕

〔mm〕玉米

1982

C4C4作物5.18.3谷子灌浆期19655.78.5小麦灌浆期198210.714.9C3作物大豆开花期196411.211.214.617.4棉花结铃期198311.722.6

8.1

平均值作物需水有如下规律：不同作物的需水量有很大的差异，如就小麦、玉米和水稻而言，水稻的需水量最大，其次是小麦，玉米的需水量最小。每种作物都有需水顶峰期，一般处于作物生长旺盛阶段。如冬小麦有两个需水顶峰荚期；谷子的需水顶峰期为开花-乳熟期；玉米为抽雄-乳熟期。作物任何时期缺水，都会对其生长发育产生影响，作物在不同生育时期对缺水的期，水稻为孕穗至扬花期等。〔二〕气象因素2-2说明，当气温高，日照时数多，相对湿度小时，需水量会增加。2-2冬小麦生长期的气象要素与需水量年份

〔℃〕

〔%〕

日照时数

蒸发量

需水量〔mm〕〔 〕1973~1974102.82183.558.61634.617.2~25.71069.1392.711974~1975179.42148.766.81434.018.5~36.0894.8295.95〔三〕土壤因素土持水力弱，蒸发较快，因此，在砂土、砂壤土上的作物需水量就大。就土壤颜色而言，黑时，蒸发猛烈，作物需水量则大；相反，土壤含水量较低时，作物需水量较少。〔四〕农业技术水量消耗。密植，相对来说需水量会低些；两种作物间作，也可相互影响彼此的需水量。作物需水量的计算方法影响作物需水量的因素有气象条件〔温度、日照、湿度、风速〕、土壤水分状况、作物种类及其生长发育阶段、土壤肥力、农业技术措施、浇灌排水措施等。这些因素对需水量用某些计算方法确定作物需水量。现有计算作物需水量的方法，大致可归纳为两类，一类是直接计算作物需水量，另一类是通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量。〔一〕直接计算需水量的方法该法是从影响作物需水量的诸因素中，选择几个主要因素〔例如水面蒸发、气温、日照、辐射等〕，再依据试验观测资料分析这些主要因素与作物需水量之间存在的数量关系，最终归纳成某种形式的阅历公式。目前常见的这类阅历公式大致有以下几种：1、以水面蒸发为参数的需水系数法〔简称“值法”或称蒸发皿法〕大量的浇灌试验资料说明，气象因素是影响作物需水量的主要因素，而当地的水面蒸蒸发这一参数估算作物需水量，其计算公式为：〔2-1〕或 〔式2-2〕式中：——某时段内的作物需水量，以水层深度计，mm；——与 同时段的水面蒸发量，以水层深度计，mm； 一般承受80cm 口径蒸发皿的蒸发值，假设用20cm 口径蒸发皿，则；=0.9~1.3，旱作物——阅历常数。

=0.3~0.7；由于“值法”只需要水面蒸发量资料，所以该法在我国水稻地区曾被广泛承受。在水稻地区，气象条件对 及 的影响一样，故应用“值法”较为接近实际，也较为稳定。对于水稻及土壤水分充分的旱作物，用此式计算，其误差一般小于20%~30%；对土壤法不太适宜。2、以产量为参数的需水系数法〔简称“值法”〕作物产量是太阳能的累积与水、土、肥、热、气诸因素的协调及农业技术措施综合作2-1所示，但是需水量的增加并不与产量成比例。由图2-1看出，单位产量壤肥力等。作物总需水量与产量之间的关系可用下式表示，即：〔2-3〕或 〔式2-4〕式中：——作物全生育期内总需水量，m3/亩；——作物单位面积产量，kg/亩；——以产量为指标的需水系数，即单位产量的需水量，m3/kg；、——阅历指数和常数。2-3中的、、值可通过试验确定。此法简便，只要确定打算产量后，便可算出需水量；同时，此法把需水量与产量相联系，便于进展浇灌经济分析。对于旱作物，在土壤30%以下，宜承受。但对于土壤水分充分的旱田以及水稻田，需水量主要受气象条件把握，产量与需水量关系不明确，用此法推算的误差较大。上述公式可估算全生育期作物需水量。在生产实践中，过去常习惯承受需水模系数估水规律，以肯定比例进展安排，即〔2-5〕式中：——某一生育阶段作物需水量；——需水模系数，即某一生育阶段作物需水量占全生育期作物需水量的百分数，可以从试验资料中取得或运用类似地区资料分析确定。按上述方法求得的各阶段作物需水量在很大程度上取决于需水模系数的准确程度误差常在±〔100%~200%〕，但是用该类方法计算全生育期总需水量仍有参考作用。〔二〕通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量的方法-植物-大气系统的连续传输过程，大照作物需水量，然后再依据作物系数 对 进展修正，得到某种作物的实际需水量。在水分亏缺时，再用 进展修正，即可求出某种作物在水分亏缺时的实际需水量 。所谓参照作物需水量 〔ReferenceCropEvapotranspiration〕是指高度全都、生长旺盛、地面完全掩盖、土壤水分充分的绿草地〔8-15cm高〕的蒸发蒸腾量，一般是指在这种当地的气象条件分阶段计算的。1、参照作物需水量的计算计算参照作物需水量的方法很多，大致可归纳为阅历公式法、水气集中法、能量平衡程，通过平衡计算求出腾发所消耗的能量，然后再将能量折算为水量，即作物需水量。依据能量平衡原理以及水汽集中等理论，英国的彭曼〔Pen-man〕提出了可以利用一般的气象资料计算参考作物蒸发蒸腾量的公式。后经联合国粮农组织修正，正式向各国推举。其根本形式如下：〔2-6〕式中：——参考作物需水量，mm/d；——标准大气压下的温度函数，其中为平均气温时饱和水汽压随温度之变率，即〔其中为饱和水汽压，为平均气温〕；为湿度计常数， ℃；——海拔高度影响温度函数的改正系数其中 为海平面的平均气压，=1013.25hPa；——太阳净辐射，以蒸发的水层深度计，mm/d，可用阅历公式计算，从有关表格中查得或用辐射平衡表直接测取；——枯燥力，mm/d， =0.26〔1+0.54 〕〔 〕，其中为当地的实际水汽压，为离地面2m高处的风速，m/s。2、实际需水量的计算参照作物需水量 后，在充分供水条件下，承受作物系数 对 进展修正，即得作物实际需水量 ，即：〔2-7〕式中的 与 应取一样单位。作物系数是指某一阶段的作物需水量与相应阶段内的参考作物蒸发蒸腾量的比值，它地的试验，作物系数 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

较小，而中期的较大。表2-3列出大田作物和蔬菜在中期、后期的

值；表2-4为主要作物各生育阶段的作物系数2-6为湖北省中稻作物系数 值。

值。表2-5列出了山西冬小麦作物系数

值；表表2-3大田作物和蔬菜在中期、后期的 值 气象条件 作物 生育阶段 最低相对湿度>70% 最低相对湿度<20%0~5m/s0~5m/s5~8m/s0~5m/s5~8m/s中期1.051.101.151.20后期0.550.550.600.60中期1.051.101.151.20后期0.650.650.650.70中期1.051.101.151.20后期0.550.550.600.60中期1.051.101.151.20后期0.70.70.750.75中期1.051.101.151.20后期0.450.450.450.45中期1.051.101.151.20后期0.250.250.200.20中期0.951.101.051.10后期0.800.850.900.95中期0.900.900.951.00后期0.700.700.750.80棉花花生薯类大豆小麦植物黄瓜表2-4主要作物各生育阶段的作物系数 值作物初期阶段前期阶段中期阶段后期阶段收获期全生育期小麦0.3-0.40.7-0.81.05-1.200.65-0.750.20-0.250.80-0.90玉米0.3-0.50.7-0.851.05-1.200.8-0.950.55-0.60.75-0.90棉花0.4-0.50.7-0.81.05-1.250.8-0.90.65-0.700.80-0.90高粱0.3-0.40.7-0.751.0-1.150.75-0.80.5-0.550.75-0.85大豆0.3-0.40.7-0.81.0-1.150.7-0.80.4-0.50.75-0.9花生0.4-0.50.7-0.80.95-1.100.75-0.850.55-0.600.75-0.80向日葵0.3-0.40.7-0.81.05-1.20.7-0.80.35-0.450.75-0.85马铃薯0.3-0.50.7-0.81.05-1.20.85-0.950.70-0.750.75-0.90注：表中第一个数字表示在高湿〔最小相对湿度>70%〕和弱风〔风速<5m·s-1〕低湿〔最低相对湿度<20%〕和大风〔>5m·-〕条件下。2-5山西省冬小麦作物系数 值

播种一越冬越冬一返青返青一拔节拔节一抽穗抽穗一灌浆灌浆一收割

全生育期0.86 0.48 0.82 1.00

1.16 0.87

0.87表2-6湖北省中稻作物系数 值月份 51.03

61.35

71.50

81.40

90.94近些年来，我国在计算作物需水量和绘制作物需水量等值线图时多承受上述公式。在成。在实际应用时，可从已鉴定过的作物需水量等值线图中确定。3、作物需水量等值线图任何物理量，只要它在空间呈连续变化，又不因入为措施导致快速、大幅度变动，即可用等值线图来表示其空间分布规律。影响作物需水量的主要因素为气象因素和非气象因的水分条件下；而实现高产〔潜在产量〕气象因素水平下的需水量值。全国主要作物需水量等值线图，是承受作物系数法计算每一个县的作物需水量值，按照式2-6下常承受土壤水分修正系数法确定作物蒸发蒸腾量。即〔2-8〕式中：——缺水条件下作物的实际蒸发蒸腾量；——意义同前；下的蒸发蒸腾量的比值，与土壤含水率有关。可用下式计算式中：

〔2-9〕——凋萎系数〔占干土重的%计〕；——土壤的临界含水率〔即毛管断裂含水率〕〔占干土重的%计〕；——计算时段内平均土壤含水率〔占干土重的%计〕；、——由实测资料分析确定的阅历系数，随作物生育阶段和土壤条件而变化。康绍忠把冬小麦生育期划分为出苗-越冬前、越冬-返青、返青后-抽穗开花、灌浆-成熟四个阶段，把春小麦分为出苗-分蘖、分蘖后-拔节孕穗、抽穗开花-灌浆、乳熟-成熟四个阶段。然后分阶段求出了四个站的、值如表2-7所示。2-7土壤水分修正系数

幂函数公式中的阅历系数值 生育阶段 作物种类站名参数ⅠⅡⅢⅣ1.0030.9510.9660.978西北农大0.7811.5130.3510.958冬小麦0.9570.9360.9770.990山西临汾0.6691.1610.8920.6961.0081.0820.9860.974甘肃武威0.6950.6420.7890.682春小麦0.9920.9861.0280.964陕西榆林0.7410.7070.7360.663作物浇灌制度浇灌制度的内涵及确定方法〔一〕浇灌制度的内涵浇灌制度是指某作物在肯定的气候、土壤等自然条件和肯定的农业技术措施下，为了定额、灌水时间及灌水次数这四项内容。灌水定额是指一次灌水单位浇灌面积上的灌水量，m3·hm-2mm表示，它是灌区规划及治理的重要依据。农作物在整个生育期中实施浇灌的次数即为灌水次数。灌水时间以年、月、日表示。制订浇灌制度的主要依据之一是降雨量和降雨量在年内、年际的安排，所以同一种作物在不同水文年有不同的浇灌制度，另一个根本依据是作物需水量。浇灌制度随作物种类、品种和自然条件及农业技术措施的不同而变化。而且浇灌制度是在尚未建成灌区的规划、设计阶段或在已成灌区的治理工作的灌水季节之前加以确定的；〔气候条件〕〔农田水分状况〕〔作物生长状况和需水特征〕的原则进展适当的修正。因此〔特别是降水〕料动身，针对不同水文年份，即按作物生育期降雨频率，拟定潮湿年〔频率为25%〕、一般年〔频率为50%〕和中等干旱年〔频率为75%〕及特旱年〔频率为95%〕四种类型的浇灌作中则应依据中、长期气象预报选用相应的浇灌制度。浇灌制度是浇灌工程规划设的根底；是已成灌区编制和执行用水打算、合理用水的重利用与浇灌工程设施效益的发挥。浇灌的目的，就是要使肯定水资源产生出最正确的经济效益。就浇灌的经济效益而言，长期时程上的安排。一个好的浇灌制度应当是省水和经济效益高的。〔二〕制定浇灌制度的方法常承受以下四种方法来确定浇灌制度：1、总结群众丰产灌水阅历经过多年的实践、摸索，各地群众都积存了不少确定浇灌制度的方法。如我国北方农民把土壤水分状况称为墒情，将土壤墒情分为：汪水、黑墒、黄墒、潮干土和干土等几类，度最贵重的资料。2、依据浇灌试验资料制定浇灌制度为了实施科学浇灌，我国很多灌区设置了浇灌试验站，试验工程一般包括作物需水量、浇灌制度、灌水技术和浇灌效益等。试验站积存的试验资料，是制定浇灌制度的主要依据。但是，在选用试验资料时，必需留意原试验的条件〔如气象条件、水文年度、产量水平、农根底上，确定浇灌制度，不能生搬硬套。3、依据作物的生理指标制定浇灌制度作物对水分的生理反响可从多方面反映出来，利用作物各种水分生理特征和变化规律灌水时间的生理指标：冠层-空气温度差、细胞液浓度、叶组织水势和气孔开张度等。固然，有关作物对土壤水分相应的生理指标特征与变化规律仍处于乐观的探究之中究成果将会对浇灌制度的合理制定供给更为牢靠的科学依据。4、按水量平衡原理分析制定作物浇灌制度这是目前生产实践中应用较为普遍的方法，有肯定的理论依据，比较完善，但必需依据当地具体条件，参考群众丰产灌水阅历和田间试验资料，这样才能使得所制定的浇灌制度更为合理与完善。充分浇灌条件下旱作物的浇灌制度充分浇灌条件下的浇灌制度，是指浇灌供水能够充分满足作物各生育阶段的需水量要工程的。当浇灌水源充分时，也依据这种浇灌制度来进展灌水。因此的方法。〔一〕水量平衡法根本原理〔水稻为打算水层深度维持在作物供水。2-2。土壤打算潮湿层可表示为：

内的水量平衡〔2-10〕或： 〔式2-11〕式中：， ——分别为时段始、末单位面积打算潮湿层的土体储水量〔mm〕；，——分别为时段始、末单位面积打算潮湿层的平均含水率〔cm3·cm-3〕；——打算潮湿层深度〔mm〕；——由于打算潮湿层深度增加而在单位面积上增加的水量〔mm〕，如时段内打算潮湿层变化则无此项，一般取时段内打算潮湿层深度全都，即——时段内单位面积上入渗的有效降水量〔mm〕；

=0；——时段内单位面积上平均降水的入渗强度〔mm·d-1〕；——时段内单位面积上地下水〔或下部土层〕对打算潮湿层土壤的补给量〔mm〕；——时段内单位面积上地下水〔或下部土层〕对打算潮湿层土壤的平均补给强度〔mm·d-1〕；——时段内单位面积上的灌水量〔mm；m3·hm-2〕；——时段内的平均灌水强度〔mm·d-1〕；——时段内的作物需水量〔mm；m3·hm-2〕；——时段内作物的平均蒸散强度〔mm·d-1〕。为了满足作物正常生长的要求，任一时段内土壤打算潮湿层的土壤含水率〔或储水量〕必需经常保持在肯定的适宜范围内即通常要求不少于作物允许的最小允许含水率 〔或最小允许储水量 〕和不大于作物允许含水量 〔或最大储水量 〕。但打算潮湿层的平均土壤含水量〔或储水量〕降低到或接近于最小允许值〔 或 〕时，即需进行浇灌，以补充土壤水分，维持作物的正常生长。例如某时段内没有降雨，明显这一时段的水量平衡方程可写为：〔2-12〕式中：——土壤打算潮湿层内允许最小储水量；其余符号意义同前。2-3所示，设时段初土壤储水量为距为：〔式2-13〕而这一时段末的灌水定额为：

2-12可推算出开头进展灌水时间间〔2-14〕式中：——灌水定额，m3/亩；——该时段内土壤打算潮湿层的深度，m；、 ——该时段内允许的土壤最大含水率和最小含水率〔以干土重的%计〕；、 ——打算潮湿层土壤的干密度和水密度，kg·m-3。期内的浇灌制度。〔二〕水量平衡法参数确实定许的土壤含水量变化范围以及有效降雨量等选用是否合理。因此在拟定浇灌制度的过程中，水量平衡方程中各参数的准确确定是重要的。1、有效降水量有效降雨量系指自然降雨量扣除地面径流和深层渗漏量后供作物利用的雨量。在生产实践中，一般用降雨入渗系数来表示〔2-15〕式中：——降雨入渗系数，其值与一次降雨量、降雨强度、降雨连续时间、土壤性质、地面覆5mm05~50mm1.0~0.850mm时，2、土壤打算潮湿层深度

=0.70~0.80。土壤打算潮湿层深度系指在对旱作物进展浇灌时，打算调整把握土壤水分状况的土层30~40cm多，打算潮湿层也应渐渐增加，至生长末期，由于作物根系停顿发育，需水量削减，打算潮湿层深度不宜连续加大，一般不超过0.8~1.0m。在地下水位较高的盐碱化地区，打算潮湿层深度不宜大于0.6m。依据试验资料，列出几种作物不同生育阶段的打算潮湿层深度，如表2-8所示。2-8冬小麦、棉花、玉米各生育期较为典型的打算潮湿层深度冬小麦生育期幼苗期分蘖期拔节期抽穗期灌浆期打算潮湿层深度0.3-0.4m0.4-0.5m0.5-0.6m0.6-0.8m0.8-1.0m生育期幼苗期现蕾期开花结铃期吐絮期棉花打算潮湿层深度0.3-0.4m0.4-0.6m0.6-0.8m0.6-0.8m生育期幼苗期拔节期孕穗期抽穗期灌浆期玉米打算潮湿层深度0.3-0.4m0.4-0.5m0.5-0.6m0.6-0.8m0.8m3、土壤适宜含水率上、下限确实定由于田间作物需水的持续性及农田灌水或降水的间歇性，打算潮湿层内土壤含水率不行能经常维持在最适宜的水平，为了保证作物生长，应将土壤含水率把握在适宜的上限〔 〕与下限〔 〕之间。土壤含水率的上限应满足以下两个条件：既不产生深层渗漏又要满足作物土壤空气含量的要求故一般取田间持水量土壤含水率的下限应以作物生长不受抑制为准，应大于凋萎系数，一般以占田间持水量的百分数计，取占田间持水量60%-70%最适宜作物生长的含水率称为土壤适宜含水率土壤适宜含水率介于 与之间，随作物品种及其生育阶段、土壤