第二章作物需水量和灌溉用水量

第二章作物需水量和灌溉用水量第一節(jié)作物需水量第二節(jié)灌溉制度第三節(jié)灌溉用水量第四節(jié)灌水率第一節(jié)作物需水量（CropWaterRequirement)一、作物需水量及其相關(guān)的基本概念三、研究作物需水量的意義四、作物需水量的推求方法五、參考作物騰發(fā)量的計算方法二、作物需水量的影響因素一、基本概念1、作物需水量2、田間耗水量3、深層滲漏及田間滲漏量農(nóng)田水量平衡示意圖蒸騰蒸發(fā)灌溉降雨深層滲漏側(cè)向出流側(cè)向入流主根區(qū)地下水補給地表經(jīng)流定義：作物根系從土壤中吸入體內(nèi)的水分，通過葉片的氣孔擴散到大氣中去的現(xiàn)象。蒸騰（Transpiration）根系吸入體內(nèi)的水分有99%以上消耗于蒸騰蒸騰是一種生理過程蒸騰主要在作物葉面上進行，葉面蒸騰又分角質(zhì)蒸騰和氣孔蒸騰，其中氣孔蒸騰占90%以上。定義：植株間土壤或田面水分的蒸發(fā)蒸發(fā)（Evaporation）蒸發(fā)是一種物理過程土面蒸發(fā)一般小于自由水面蒸發(fā)，但在飽和含水率時基本等于自由水面蒸發(fā)。深層滲漏：旱田中由于降雨或灌溉水量太多，使土壤水分超過了田間持水量，向根系活動層以下的土層產(chǎn)生滲漏的現(xiàn)象深層滲漏（Seepage）及田間滲漏（Pecolation）田間滲漏：水稻田的滲漏稻田滲漏造成水和肥的流失，但可促進土壤通氣，改善還原條件，消除有毒物質(zhì)，有利于作物生長。田間滲漏1、作物需水量（Cropwaterrequirement）

作物需水量=植株蒸騰+株間蒸發(fā)=蒸發(fā)蒸騰量（簡稱騰發(fā)量）Evapotranspiration(ET)=Transpiration+Evaporation作物需水量有時段概念，如作物全生育期需水量，某生育階段需水量，月、旬、日、小時需水量。作物需水量常以每天多少毫米表示(mm/day)2、田間耗水量

（

ConsumptiveUseofWater）稻田耗水量=作物需水量+田間滲漏水稻田的滲漏Percolationinpaddyfields稻田適當滲漏有利且不可避免旱地耗水量=作物需水量二、影響作物需水量的因素？二、影響作物需水量的因素還有耕作措施和灌溉措施水直播、旱直播…膜下滴灌，膜上灌…輻射:為水分由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)提供能量

輻射越大，ET越大

氣溫:決定空氣持水量

氣溫越高，ET越大

濕度:空氣中水分的多少

濕度越大，ET越小風速:水汽分子向大氣移動的速度

風速越大，ET越大

氣象因素的影響氣象因素可由參考作物騰發(fā)量綜合反映ET蒸騰蒸發(fā)作物因素的影響作物因素與作物葉面積指數(shù)關(guān)系密切，常用作物系數(shù)反映土壤因素的影響與土壤含水率有關(guān)土壤含水率降到某一臨界含水率以后，土壤含水率越小，ET越小土壤因素可用土壤水分修正系數(shù)反映三、研究作物需水量的意義？15三、研究作物需水量的意義灌溉用水調(diào)度的依據(jù)制定流域規(guī)劃、地區(qū)水利規(guī)劃的依據(jù)大氣水循環(huán)的主要部分灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的依據(jù)農(nóng)田水分消耗的主要途徑16直接測定(Lysimeters/測坑、測筒,田測)四、作物需水量的確定計算171、作物需水量的觀測一般用蒸滲器（Lysimeter,包括測坑和測筒）測定；只有地下水埋深大于2.5m（沙壤土）或3.5m（粘土、壤土）的旱田，可在試驗小區(qū)中直接測定(避免地下水補給量的影響)。水田滲漏量可用蒸滲器和試驗小區(qū)結(jié)合方法測定。2.5m、3.5m為地下水臨界埋深蒸滲器應(yīng)達到的技術(shù)標準及試驗要求參見(灌溉試驗規(guī)范，SL13-2015）測定ET的設(shè)備分類

作物需水量測定方法蒸滲儀田測法測筒測坑簡易稱重式浮力稱重式機械稱重式液壓稱重式非稱重式電子稱重式稱重式直接測量土壤含水率直接測量田面水層水深的排水式稱重式測筒參考作物蒸發(fā)蒸騰量

測坑地下廊道測坑地下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2、作物需水量的計算

直接計算需水量通過計算參考作物騰發(fā)量來計算實際作物需水量直接計算作物需水量的方法以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法從影響作物需水量的主要因子（水面蒸發(fā)、氣溫、濕度、日照、輻射等）中選擇單因子或多因子，通過實測數(shù)據(jù)的相關(guān)分析，建立經(jīng)驗公式直接計算作物需水量的方法以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法某時段內(nèi)的作物需水量（mm）與ET同時段的水面蒸發(fā)量國內(nèi)外都有較多應(yīng)用，我國尤其在水稻地區(qū)應(yīng)用較多直接計算作物需水量的方法以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法作物全生育期內(nèi)總需水量（m3/畝）需水系數(shù)作物單位面積產(chǎn)量（kg/畝）我國過去旱作地區(qū)應(yīng)用較多，目前仍有少量應(yīng)用。水稻由于產(chǎn)量與ET關(guān)系不密切，應(yīng)用不多。適合于水量不足的旱作。階段作物需水量某一生育階段的作物需水量模比系數(shù)(%)我國過去應(yīng)用較多，由于每年的氣候條件不同，Ki值變化很大，還有水分狀況不同，Ki值也變化，因此目前不建議采用此法進行ET的階段分配全生育期需水量直接計算作物需水量的方法(2)用溫度推算(3)用水面蒸發(fā)量推算(4)用氣溫和水面蒸發(fā)量推算

(5)溫度日照法階段作物需水量直接計算作物需水量的方法通過計算考作物騰發(fā)量來計算實際作物需水量參考作物騰發(fā)量

ReferenceCropEvapotranspirationET0土壤水分充足、地面完全覆蓋、生長正常、高矮整齊的開闊（地塊的長度和寬度都大于200m）矮草地（草高8-15cm）上的騰發(fā)量。FAO1979年定義，用修正Penman公式。92年，F(xiàn)AO又對參考作物騰發(fā)量進行了重新定義，即參考作物騰發(fā)量為一種假想?yún)⒖甲魑锕趯拥尿v發(fā)速率，假想作物的高度為0.12m，固定的葉面阻力為70s/m，反射率為0.23，非常類似于表面開闊、高度一致、生長旺盛、完全遮蓋地面而不缺水的綠色草地的騰發(fā)量。參考作物騰發(fā)量采用Penman-Monteith公式計算計算參考作物騰發(fā)量的方法有很多，最著名的、應(yīng)用最廣泛的是Penman公式通過計算參考作物騰發(fā)量來計算實際作物需水量

Penman公式最早于1948年提出，并經(jīng)過不斷的修改和完善

FAO1979年推薦使用修正Penman公式,FAOIrri&DrainPaper24

目前應(yīng)用最多的是Penman-Monteith

公式（FAO1992年推薦）

FAOIrrigationandDrainagePaper56–CropEvapotranspiration(guidelinesforcomputingcropwaterrequirements)32通過計算參考作物騰發(fā)量來計算實際作物需水量Penman公式的基本原理——能量平衡到達地表的凈輻射Rn=到達地表的凈短波輻射Rns-地表向外發(fā)出的凈長波輻射Rls能量收入：能量支出：顯熱消耗C:由于大氣增溫所消耗的能量潛熱消耗λE:由于蒸發(fā)蒸騰所消耗的能量土壤增溫G能量平衡公式凈輻射土壤增溫顯熱潛熱以熱量平衡形式表示的能量平衡＋水汽擴散理論蒸發(fā)蒸騰消耗的熱能換算成水深得ET34PenmanMonteith公式計算參考作物騰發(fā)量的具體過程FAOIrrigationandDrainagePaper56–CropEvapotranspiration(guidelinesforcomputingcropwaterrequirements)/docrep/x0490e/x0490e00.htmRs(太陽輻射）=(0.25+0.5.(n/N)).RaRa(大氣邊緣太空輻射，由太陽常數(shù)及緯度位置和時間計算)反射a=0.23凈短波輻射（1-a）Rs凈長波輻射輻射項的組成凈輻射Rn=(Rns-Rnl)Rn= 凈輻射 [MJm-2d-1]Rns= 凈短波輻射 [MJm-2d-1]Rnl= 凈長波輻射 [MJm-2d-1]輻射項如無實測輻射資料,凈輻射Rn計算如下:39Ra= 太空輻射[MJm-2d-1]N=最大可能日照時數(shù)[h]Tkx=最高絕對溫度[K]Tkn=最低絕對溫度[K]ed=實際水氣壓[kPa]Tkx=Tmax+273Tkn=Tmin+27340Ra= 太空輻射[MLm-2d-1]dr= 日地相對距離的倒數(shù)δ

= 日傾角[rad]ψ= 地理緯度[rad]ωs= 日照時數(shù)角[rad]Ra（太空輻射）

太空輻射與緯度及年內(nèi)所處時間有關(guān).Ra值為:J= 日序數(shù)41土壤熱通量G，

以日為時段估算為(有效深度0.18m):

以月為時段估算為(有效深度2.0m):

由于10-30天土壤熱通量的變化通常很小，故有時可忽略，即G=042溫度飽和水氣壓曲線上在T處的斜率Δ

Δ= 溫度飽和水氣壓曲線上在T處的斜率[kPaoC-1]T= 氣溫[oC]ea= 氣溫T時的飽和水氣壓T[kPa]飽和水氣壓

ea= 飽和水氣壓[kPa]T= 氣溫[oC]`濕度計常數(shù)

r= 濕度計常數(shù)[kPaoC-1]P= 大氣壓[kPa]λ

= 潛熱[MJkg-1]潛熱

λ= 潛熱[MJkg-1]T= 氣溫[oC]

大氣壓

設(shè)海平面大氣壓Po=101.3[kPa]:

Z=海拔高度[m]

實際水氣壓(ed)

日平均實際水氣壓:

a. 濕度計測得的日相對濕度(RH)在Tmax(中午)和Tmin(清早)為:(RH以小數(shù)表示)清早: RHmax=日最大相對濕度 [%] Tmin=日最小相對溫度 [oC]

ea(Tmin)=Tmin時的飽和水氣壓 [kPa]中午: Rhmin=日最小相對濕度 [%] Tmax=日最大相對溫度 [oC] ea(Tmin)=Tmax時的飽和水氣壓 [kPa]

實際水氣壓(ed) 若只有平均相對濕度資料，日平均實際水氣壓可按下式計算:

b. 如果無相對濕度資料，實際水氣壓可假設(shè)最小溫度等于露點溫度進行估算:

48飽和差（VPD）VPD= 飽和差[kPa]ea(Tmax)=Tmax時的飽和水氣壓[kPa]ea(Tmin)=Tmin時的飽和水氣壓[kPa]49風速（U2）

如風速標高不在2m，則:

Uz= 高度z處實測風速[ms-1]U2= 2m高處風速[ms-1]Z= 風速標高[m]P-M公式所需氣象資料一般:

最高、最低及平均氣溫;日照:風速;平均相對濕度最好:最高、最低及平均氣溫;日照:風速;最高相對濕度;最低相對濕度理想:最高、最低及平均氣溫;凈輻射;風速;最高相對濕度;最低相對濕度如果有當?shù)厝照占皟糨椛滟Y料，則可對公式進行率定，以便從日照算輻射.51實際作物需水量

作物系數(shù)土壤水分充足實際作物需水量

作物系數(shù)土壤水分修正系數(shù)土壤水分不足作物系數(shù)Kc,隨生育階段變化Kc1.01.5時間IIIIIIIVI= 返青期II= 分蘗期III= 開花及乳熟期IV= 成熟期54土壤水分修正系數(shù)Ks,隨土壤含水率變化Ks1.0含水率?f

= 田間持水率?c= 土壤水分絕對充分的臨界含水率?f?c55復習思考題作物需水量的定義作物需水量的主要影響因素及其變化規(guī)律作物需水量計算的主要模型參考作物騰發(fā)量的定義及其計算方法參考作物騰發(fā)量的影響因素作物系