《灌溉排水工程學(xué)》教學(xué)用課件第一章

第一章農(nóng)田灌溉原理第一節(jié)農(nóng)田土壤水分狀況農(nóng)田水分地面水地下水土壤水土壤水是作物生長環(huán)境的核心一、農(nóng)田土壤水分存在的基本形式土壤水分固態(tài)：在土壤凍結(jié)時存在汽態(tài)：存在于未被水分占據(jù)的土壤空隙液態(tài)：吸著水：不能被利用，其上限（最大分子持水率）以下的水分為無效水。毛管水：田間持水率和無效水之間的水，容易為農(nóng)作物利用，稱為有效水。重力水：如地下水位高，停留在根系層的重力水影響土壤的通氣，這部分水稱為過剩水。田間持水率：灌水兩天后土壤所能保持的含水率，它是重力水和毛管水、有效水分和過剩水分的分界線。二、作物生長對農(nóng)田水分狀況的要求水對作物的生長的影響：（1）水是作為進行光合作用、制造有機物的原料；（2）水使作物保持正常、穩(wěn)定狀態(tài)；（3）水是作物營養(yǎng)元素、礦物質(zhì)的載體；（4）水分是作物細胞原生質(zhì)的重要成分；（5）水分可以調(diào)節(jié)作物體溫。1、旱作物對農(nóng)田水分狀況的要求

地面水

地下水

根系吸水層的土壤水分農(nóng)作物

地表積水地下水位到達根系吸水層毛管水最容易被旱作物吸收引起水澇災(zāi)害影響土壤的通氣旱作物根系吸水層的允許平均最大含水率為根系吸水層的田間持水率干旱大氣干旱土壤干旱生理干旱土壤溶液濃度不超過作物在各個生育期所容許的最高值是確定根系吸水層的土壤最低含水率的個重要指標。以鹽漬土為例：

θmin：為按鹽類溶液濃度要求所規(guī)定的最小含水率結(jié)論：旱作物根系吸水層含水率最大：田間持水率最?。鹤魑镞m宜的土壤含水率下限2、水稻地區(qū)的農(nóng)田水分狀況要求

水稻喜濕好水田間經(jīng)常需要水層生理上要求土壤水分達到飽和（除萌芽和成熟期）水稻的灌溉以保證田間有適宜的淺水層適宜的淺水層為水分、養(yǎng)分的供應(yīng)提供良好條件調(diào)節(jié)和改善水稻生長環(huán)境條件水層的適宜深度：由作物品種、生育階段、自然環(huán)境、人為條件由經(jīng)驗來決定。三、農(nóng)田土壤水分運動1、土壤水分運動基本方程非飽和土壤水流動空間中點(x,y,z)上取單元體(dx,dy,dz),由達西定律知x,y,z軸向的水流通量為k(θ)土壤的非飽和導(dǎo)水率分別為x、y、z方向的水勢梯度dt時間內(nèi)，流人和流出單元體的土壤水分質(zhì)量差總計為dt時間內(nèi)單元體內(nèi)土壤水分質(zhì)量的變化量為

由質(zhì)量守恒定律知兩者在數(shù)值上相等，即：將（1—2）式代入（1—4），得：即為非飽和土壤水運動的基本方程式。D(θ)稱為擴散度，表示單位含水率梯度下通過單位面積的土壤水流量。則非飽和土壤水運動方程又可寫為式中：C(h)=dθ／dh表示壓力水頭減少一個單位時，單位體積土壤中所能釋放出來的水體積，其量綱為[L-1]，稱為容水度或比水容量，它是土壤水分特征曲線上的斜率。2、入滲條件下下土壤水運動（1）入滲過程程的一般規(guī)律入滲前θ0很小，地面初始始入滲速度i1很大，短時間內(nèi)內(nèi)就接近飽和含含水率θs,,見圖1-3。。隨時間的延長長，入滲路徑的的加大，入滲速速度it不斷減小，最后后趨于if，即接近該土壤的的滲透系數(shù)K。。通常用入滲速速度it和累積滲水量I與時間t的關(guān)系系曲線描述入滲滲規(guī)律。（2）入滲量的的計算：采用公公式計算入滲速速度it和入滲量I1）考斯加可夫夫公式式中：it是任一時間的入入滲速度，以單單位時間滲入土土壤的水層厚度度(mm／min或cm/h)計；i1是第一單位時間間末的人滲速度度；t為人滲別別間(min或或h)；α為經(jīng)經(jīng)驗指數(shù),決定定于土壤性質(zhì)和和初始合水牟,α=0.3-0.8,——般土壤取0.5。將實驗資料I、t按時序求出出i=△I／△t，取lgi及1gt，點繪于雙雙對數(shù)紙上，可可擬合成一條直直線，如圖1——5所示。由于（lgi1-lgi2）/（lgt1-lgt2）=-tgθθ=-α即α為擬合直線線與橫軸的夾角的正正切值擬和直線與縱軸軸的截距即為lgi1則累積入滲量I與入滲時間t的的關(guān)系式中i0為第一單位時間間內(nèi)土壤滲吸的的平均速度用式（1—10）It2)菲利普入入滲公式式中：S為滲吸吸系數(shù)，if為穩(wěn)定入滲速度度[if=i(∞)]3、蒸發(fā)條件下下土壤水分運動動（1）無地下水水位補給條件下下的土壤水分蒸蒸發(fā)當?shù)叵滤惠^深深時，上層土壤壤的含水率可以以看作不受地下水補給的影響響。蒸發(fā)過程可可以分為三個階階段：第一階段：穩(wěn)定蒸發(fā)階段：指灌水、降雨雨入滲剛結(jié)束，，土壤含水量高，向上輸送水水分的能力強，，此時土壤水分分的蒸發(fā)強度ε主要取決于大大氣的蒸發(fā)力，，其接近于水面面蒸發(fā)強度，與土壤含水率無無關(guān)，當土壤含含水率降至某一一臨界值θk，時，穩(wěn)定蒸發(fā)階階段結(jié)束，該階階段又稱為大氣蒸發(fā)力控制制階段。第二階段：開始于土壤含水水率減少到θ=θk時，由于土壤含含水率降低，土壤向上輸輸送水分的能力力減弱，土壤水水分的蒸發(fā)強度取決于大氣蒸蒸發(fā)力與土壤向向上輸送水分能能力二者的制約關(guān)系。該階段段的土壤水蒸發(fā)發(fā)強度隨含水率率減小而逐漸減小，所以稱為為蒸發(fā)強度遞減階階段。該階段土壤蒸發(fā)發(fā)強度ε由下式式計算；ε=（aθ+b）E0(1——17)式中：a、b：：與土壤性質(zhì)有有關(guān)的兩個系數(shù)數(shù)E0：水面蒸發(fā)強度度。第三階段：當?shù)乇硗寥篮屎艿蜁r，表表土輸水能力較較弱，地表形成一干土層。干干土層下的水分分向上運移至于于土層底部時，以水汽擴散散的形式穿過干干土層進人大氣氣，此時蒸發(fā)強度不僅取決于于干土層厚度，，而且取決于干干土層內(nèi)水汽擴散的能力。三個階段的劃分分只具有相對意意義，事實上整整個蒸發(fā)過程的蒸發(fā)強度都是是隨外界蒸發(fā)力力和土壤輸水能能力而變化。（2）地下水補補給條件下的蒸蒸發(fā)若地下水水埋藏較較淺，表表土蒸發(fā)發(fā)消耗的的水分在在毛管力力的作用下有地地下水補補給。如如果外界界蒸發(fā)力力不隨時時間而變變，土壤水分蒸蒸發(fā)強度度與地下下水向上上補給的的通量處處于相對對平衡狀態(tài)，就形成穩(wěn)定定蒸發(fā)。四、土壤—植物——大氣連續(xù)體水分分運移（SPAC）土壤（S）水水分連續(xù)續(xù)體大大氣（A）植物（P）應(yīng)用統(tǒng)一的能量指指標“水勢”來定定量研究整個系統(tǒng)統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)能量量水平的變化：Rsr、Rrl、、Rla:分別為為土壤水分通過土土壤到達根表皮，，由根表皮到達葉葉面，由葉面到達達空氣中各段路徑徑的水流阻力。五、農(nóng)田土壤水調(diào)調(diào)控1、農(nóng)田水分不足足的原因及調(diào)節(jié)措措施農(nóng)田水分不足的原原因：（1）降雨量不足足；（2）降雨入滲量量少，徑流損失較較多；（3）土壤保水能能力差，滲漏及蒸蒸發(fā)損失水量過大大。調(diào)節(jié)措施：（1）灌溉：播前前和生育期灌溉、、儲水灌溉及其它它灌溉；（2）改善土壤結(jié)結(jié)構(gòu)：提高透水性性、蓄水性。2、農(nóng)田水分過多多的原因、災(zāi)害及及其調(diào)節(jié)措施農(nóng)田水分過多的原原因（1）大氣降水過過多（（2）低洼洼地區(qū)積水（3）地下水位過過高（（4）排水水不暢災(zāi)害類型：洪災(zāi)：河水泛濫澇澇災(zāi)：積水難排漬害：土壤過濕次次生鹽堿化：地下下水位高、蒸發(fā)強強調(diào)節(jié)措施：（1）截流（（2）排出地表表水（3）降低地下水水位（（4）排除除根系層過多水分分（5）改善土壤性性能可將農(nóng)田水分過多多部分積蓄以用于于灌溉。第二節(jié)作物需需水量與灌溉制度度一、作物需水量及及影響因素農(nóng)田水分消耗作物根系吸水，也也稱植株蒸騰①植株間水分蒸發(fā)，，也稱棵間蒸發(fā)②②滲漏③深層滲漏：旱作物物田間滲漏：水稻作物需水量：是指指生長在大面積上上的無病蟲害作物物，在最佳水、肥肥等土壤條件和生生長環(huán)境中，取得得高產(chǎn)潛力所需滿滿足的植株蒸騰①①和棵間蒸發(fā)②之之和，又稱為作物物蒸發(fā)蒸騰量。蒸蒸發(fā)蒸騰量與滲漏漏量之和(①+②+③)統(tǒng)稱稱為農(nóng)田耗水量。。影響作物需水量的的因素因素自然因素：氣象條條件、土壤特征、、作物性狀等人為因素：農(nóng)田灌灌排措施、農(nóng)業(yè)耕耕作措施等作物需水量的特點點：（1）作物種類不不同對水分要求不不同（2）同一作物不不同生育階段對水水分要求不同（3）地區(qū)自然條條件不同作物需水水量不同（4）農(nóng)業(yè)技術(shù)措措施不同，作物需需水情況不同階段需水模模數(shù)：作物各生生育階段的的需水量占占全生育期期總需水量量的百分數(shù)數(shù)。日需水量：作物每日日所需水量量。作物的的日需水量量和階段需需水模數(shù)，，是制定灌灌溉制度和和合理用水水的重要依依據(jù)。二、作物需需水量計算算兩類計算方方法：1、直接計計算出作物物需水量的的方法；2、基于參參照作物蒸蒸發(fā)蒸騰量量的半經(jīng)驗驗方法。1、直接計計算需水量量的方法（1）α值值法：以水水面蒸發(fā)為為參數(shù)的需需水量計算算法式中：ET為某時段內(nèi)內(nèi)的作物需需水量，以以水層深度度mm計；；E0為與ET同時段的水水面蒸發(fā)量量，以水層層深度mm計。一般而言，，水稻比旱旱作物更適適用α值法法。（2）K值法：以產(chǎn)產(chǎn)量為參數(shù)數(shù)的需水量量計算法式中：ET為作物全生生育期內(nèi)總總需水量(mm或m3／hm2)；Y為作物單位位面積產(chǎn)量量(kg/hm2)；K代表單位產(chǎn)產(chǎn)量的需水水量（m3/kg）。。K、n、c由實驗確確定。K值法主要用用于計算旱旱作物的需需水量。（3）以多多因素為參參數(shù)：以模比系數(shù)數(shù)法為例：：估算作物物各生育階階段的需水水量，先確確定全生育育期作物需需水量，然然后按照各各生育階段段需水規(guī)律律，以一定定比例進行行分配，即即式中：ETi某一生育階階段作物需需水量；Ki為某階段需需水模系數(shù)數(shù)，可以從從試驗資料料中取得。。2、基于參參照作物蒸蒸發(fā)蒸騰量量的作物需需水量計算算方法理論、實驗驗證明：①土壤水分分充足，氣氣象條件是是影響需水水量的主要要因素；②土壤水分分不足，各各因素對需需水量都有有較大影響響。參照作物需需水量ET0：指的是土土壤水分充充足，地面面完全覆蓋、生長長正常、高高矮整齊的的開闊(長長、寬均在在200m以上)綠草地地(高3~15cm)的蒸發(fā)發(fā)蒸騰量。。參照作物需需水量只受受氣象條件件的影響。。目前采用的的計算作物物需水量方方法，大致致分為以下下兩步：第一步：考慮氣象象因素對作作物需水量量的影響，，計算參照照作物蒸發(fā)蒸蒸騰量ET0；第二步：考慮土壤壤水分及作作物條件的的影響，對對參照作物物需水量進行行調(diào)整或修修正，從而而計算出實實際需水量量ET。第一步：參照作物需需水量ET0的計算1）布萊尼尼一克萊多多法：式中：ET0：考慮月份份的參照作作物蒸發(fā)蒸蒸騰量(mm／d)；T：月平均氣氣溫(℃)；C：修正系數(shù)數(shù)；P：各月晝長長時間占全全年晝長時時間百分數(shù)數(shù)。2）以輻射射為參數(shù)的的計算方法法式中：ET0:計算時時段內(nèi)參照照作物蒸發(fā)發(fā)蒸騰量(mm/d)；RS:計算時段內(nèi)內(nèi)太陽輻射射，以等效效水面蒸發(fā)發(fā)量計(mm/d);W:取決于于日平均溫溫度與高程程的權(quán)重系系數(shù)；c：取決于平平均相對濕濕度與白天天風(fēng)速的修修正系數(shù)。。第二步：實際作物需需水量ET的計算ET0的計算只考考慮了氣象象因素對需需水量的影影響，實際際作物需水量ET還應(yīng)考慮作作物與土壤壤因素進行行修正。1）土壤水水分充足：：Kc：作物系數(shù)，，與作物種種類、品種種、生育期期、作物群群體葉面積積有關(guān)。實實測結(jié)果表表明，作物物系數(shù)Kc在作物全全生育期期內(nèi)的變變化規(guī)律律是：前前期和后后期相對對較小，，生長盛盛期較大大。實際際作物的的需水量量與參考考作物需需水量兩兩者受氣氣象因素素的影響響具有同同步性的的。因此此，此時時作物需需水量可可由參照照作物蒸蒸發(fā)蒸騰騰量乘以以作物系系數(shù)得到到。2）土壤壤水分不不足土壤含水水率對作作物蒸發(fā)發(fā)蒸騰的的影響可可分為兩兩個階段段：第一階段段：土壤壤含水率率高時，，導(dǎo)水率率大，土土壤水分分向根系及地表表移動的的速度足足以滿足足作物蒸蒸發(fā)蒸騰騰所耗水水分。第二階段段：當土土壤含水水率低于于一定的的臨界含含水率，，向根系供水的的速度不不能滿足足作物蒸蒸騰的要要求。土壤水分分不足時時的作物物需水量量可由土土壤水分分充足時時的作物需水量量乘以土土壤水分分修正系系數(shù)而得得到，即即：KW：土壤水水分修正正系數(shù)；；AW：相對有有效含水水率，θp、θθf分別別為凋萎萎系數(shù)和和田間持持水率。。三、農(nóng)作作物的灌灌溉制度度農(nóng)作物的的灌溉制制度：是指旱旱作物播播種前(或水田田栽秧前前)及全生育育期內(nèi)的的灌水次次數(shù)，每每次灌水水的灌水水日期、、灌水定額以及灌溉溉定額。灌水定額：是指一次灌灌水單位面積積上的灌水量量。灌溉定額：農(nóng)作物在全全生育期各次次灌水定額之之和。以m3／hm2或mm表示，，它是灌區(qū)規(guī)規(guī)劃及管理的的依據(jù)。灌溉制度的3種確定方法法：（1）根據(jù)群群眾豐產(chǎn)灌水水經(jīng)驗來確定定；（2）根據(jù)灌灌溉實驗資料料來確定；（3）按水量量平衡原理分分析、確定。。生產(chǎn)實踐中，，第3種方法法結(jié)合第1、、2種方法的的實際資料，，得出的制度比比較完善，以以水稻和旱作作物為例進行行介紹：1、水稻的灌灌溉制度（1）泡水定定額：泡田期期的灌溉用水水量M1(m3/hm2或mm)：式中：a1:插秧時田面所所需的水層深度度(cm)；S1:泡田期的滲漏量量，開始泡田到到插秧期間的總總滲漏量mm;t1:泡田期的天數(shù)；；e1:t1時期內(nèi)田面平均均蒸發(fā)強度(mm/d);P1:t1時期內(nèi)的降雨量量(mm)；（2）水稻生育期內(nèi)灌灌溉制度：水量量平衡方程h1:時段初田面水層層深度；h2：時段末田面水水層深度；P：時段內(nèi)降雨量量；m：時段內(nèi)內(nèi)的灌水量；E：時段內(nèi)田間耗耗水量；c：時時段內(nèi)排水量，，式中各式均以以mm計。如果時段初的農(nóng)農(nóng)田水分處于適適宜水層上限(hmax)，經(jīng)過一個時段的消耗,田田面水層降到適適宜水層的下限限(hmin)，這時如果沒有降雨，則需需進行灌溉，灌灌水定額即為：：任意時段農(nóng)田水水分變化圖解：：1、在時段初A點，水田應(yīng)按①①線耗水，至至B點田面水層降至適宜水層下下限，即需要灌灌水，灌水定額額為m;2、如果時段內(nèi)內(nèi)有降雨P(guān)，則在降雨后，，田面水層回升升降雨深P，再按②②線耗水至C點時進行灌溉；；3、如降雨P(guān)’很大，田間水水面超過最大蓄蓄水深度Hp,多余水需要排除,排排水量為c，，然后按③線耗耗水至D點時進行灌溉。根據(jù)上述原理可可知，當確定了了各生育階段的的適宜水層hmax、hmin、Hp以及階段需水強強度ei,，可用圖解法推求水稻灌溉制制度。2、旱作物的灌灌溉制度采用水量平衡制制定旱作物的灌灌溉制度，以作作物主要根系吸吸水層作為灌水的的土壤計劃濕潤層層(H)，并要求該土土層內(nèi)的儲水量能保持在在作物所要求的的范圍內(nèi)。(1)土土壤計劃劃濕潤層層的水量量平衡方方程式中；w0、wt：時段初初和任意意時間t土壤計計劃濕潤潤層內(nèi)的的儲水量量；wT：由于計劃劃濕潤層層增加而而增加的的水量；；P0：土壤計劃劃濕潤層層內(nèi)保存存的有效效雨量；；K：時段t內(nèi)的地地下水補補給量，，即K=kt，，k為t時段內(nèi)內(nèi)平均每每晝夜地地下水補補給量；；M：時段t內(nèi)的灌灌溉水量量；ET:時段t內(nèi)的作作物田間間需水量量，即ET=et,e為t時時段內(nèi)平平均每晝晝夜的作作物田間間需水量量。根據(jù)作物物正常生生長對農(nóng)農(nóng)田水分分狀況的的要求，，任一時時段內(nèi)土土壤計劃濕潤潤層內(nèi)的儲儲水量Wt應(yīng)滿足：wmin≤wt≤wmaxWmin：作物允許的的最小儲水水量Wmax：作物允許的的最大儲水水量式（1—35）中有有關(guān)參數(shù)的的確定：1）土壤計計劃濕潤層層深度（H）:系指計劃調(diào)調(diào)節(jié)控制土土壤水分狀況的土土層深度，，與作物品品種、種類類、發(fā)育階階段、土壤壤性質(zhì)以及地地下水埋深深等因素有有關(guān)。2)土壤適適宜含水率率θ適及允許最大大θmax、最小含水水率θmin:θ適通過試驗或或由生產(chǎn)實實踐經(jīng)驗確確定。土壤含水率率θ應(yīng)滿足足θθmin≤θ≤θmaxθmax：以灌水不造造成深層滲滲漏為原則則，取田間間持水率θθfθmin：土壤允許最最小含水率率,應(yīng)大于于凋萎系數(shù)數(shù),取0.6θf3)有效降降雨量(P0)：式中：σ：降雨有效效利用系數(shù)數(shù)，其值采采用σ＝0.7~0.9；P：實際降雨量量。4)地下水水補給量(K)：指地下下水借土壤壤毛細管作作用上升至至作物根系系吸水層內(nèi)內(nèi)而被作物物所利用的的水量，與與作物種類類、作物需需水強度、、計劃濕潤潤層含水量量等有關(guān)。。5)由于計計劃濕潤層層增加而增增加的水量量(wt):式中:H1、H2：計算時段初初、末計劃劃濕潤層深深度(mm);A:土壤空隙率率,以以占土體積積的％計;θ:(H2~H1)深度內(nèi)土層層中的平均含含水率,以占占孔隙率的％％。若某時段內(nèi)沒沒有水的補給給，其水量平平衡方程為：：Wmin:土壤計劃濕濕潤層內(nèi)允許許最小儲水量量(m3/hm2或mm)則由上式可推推出距離下次次灌水時間間間隔t:相應(yīng)的灌水定定額m：上述（1—40）~（（1—42）式可用土土壤計劃濕潤潤層（H）內(nèi)內(nèi)儲水量的變變化示意圖來來表示。得出出上述數(shù)據(jù)后后，可以確定定旱作物播前前灌水定額和和生育期的灌灌溉制度。（2）旱作物物播前灌水定定額（M1）的確定式中：θ0：播前H土層內(nèi)的平均均含水率，以以占孔隙率的的％計。（3）根據(jù)水水量平衡，采采用圖解法擬擬定早作物生生育期的灌溉溉制度的步驟驟：1）根據(jù)各旬旬計劃濕潤層層深度H和作物所要求求的計劃濕潤潤層內(nèi)土壤含含水率的上限限θmax和下限θmin，求出H土層內(nèi)允許儲儲水量上限Wmax（7）曲線及下限Wmin（6）曲線(Wmax=AHθmax,Wmin=AHθmin),繪于圖圖1—12上；2)繪制作物物田間需水量量(ET)（1）累積曲線、由由于計劃濕潤潤層加大而獲獲得的水量(WT)（3）累積曲線、地地下水補給量量(K)（4）累積曲線以及及凈耗水量(ET-WT-K）（1-3-4）累積曲線；3)由設(shè)計年年各時段降雨雨量求出滲人人土壤的有效效降雨量P0（2）逐時段繪于上上；4)自作物生生長初期土壤壤計劃濕潤層層儲水量w0，逐旬減去(ET-WT-K)值，即自A點引直線平平行于(ET-WT-K)曲線，當遇有降雨時時再加上有效效降雨量P0，即得計劃濕濕潤土層實際儲水量(W)(5)曲線；5)當w曲線接近干wmin時，即進行灌灌水，灌水定定額值也同有效降雨量P0一樣加在w曲線上；6)如此繼續(xù)續(xù)進行，即可可得到全生育育期的各次灌灌水定額、灌灌水時間和灌水水次數(shù)。7)全生育期期灌溉定額，，，，mi為各次灌水定定額。8)播前灌水水定額M1加上全生育期期灌溉定額M2,即得旱作物物的總灌溉定額額M，即第三節(jié)非充充分灌溉原理理與作物水分分生產(chǎn)函數(shù)一、非充分灌灌溉原理的理理論基礎(chǔ)按照傳統(tǒng)的灌灌溉理論，農(nóng)農(nóng)田灌溉以某某一定作物獲獲得單位面積產(chǎn)量最高高為工程設(shè)計計的基本役則則，即滿足農(nóng)農(nóng)田充分灌溉。隨著工工農(nóng)業(yè)的發(fā)展展，全社會對對水資源的需需要不斷增長，不得不不從根本上探探討水資源的的最合理利用用方式，著重提高水的的有效利用率率，即產(chǎn)生了了非充分灌溉理理論。作物水分生產(chǎn)產(chǎn)函數(shù)的邊際際分析：1）Y-W線線的拐點A0左邊(階段1)，dy/dw逐步增大：：表明產(chǎn)量的的增加幅度大大于投入量增增加幅度；2）Y-W線的拐拐點A0右邊(階段2)，dy/dw逐步減?。海罕砻鳟a(chǎn)量的的增加幅度小小于投入量增增加幅度，即即“報酬遞減減”。結(jié)結(jié)論：在水資資源不足的情情況下，從優(yōu)優(yōu)化用水的角角度看，應(yīng)該該首先考慮水水的利用效率率。二、水分分虧缺對對作物的的影響及及其判別別指標作物生長長與土壤壤、大氣氣環(huán)境中中的諸多多因素有有關(guān)，某某因素的量值值小于作作物生長長允許的的下限值值，則稱稱該因素素處于虧缺狀態(tài)態(tài)。在所有有環(huán)境因因素虧缺缺中，水水分的虧虧缺對作物的影影響最明明顯。水水分虧缺缺分為土壤水分分虧缺和作物水分虧虧缺兩種。1、土壤壤水分虧虧缺及其其原因直接原因因：是由由于供給給土壤的的水分和和作物的的蒸發(fā)蒸蒸騰不平衡所所引起的的。土壤供水水不足緣緣于以下下兒方面面：第一、作作物生長長某階段段缺少灌灌溉；第二、土土壤供水水能力差差，原有有的儲水水不足；；第三、干干旱并且且降水少少，而土土壤耗水水大。土壤水分分虧缺是是從土壤壤水分供供需平衡衡狀況來來反映的的，土壤水分虧虧缺常用用下式表表示：式中：SWD:指某某時段的的土壤水水分虧缺缺量(mm)；；S:作作物根系系吸水量量(mm)；；E:棵棵間蒸發(fā)發(fā)量(mm)；；P:有有效降水水量(mm)；；G:地地下水補補給量(mm)；I:有有效灌水水量(mm)；；SWG：土壤有有效儲水水量(mm)。。只有當土土壤水分分虧缺SWD超過一定定數(shù)值時時，才會會對作物物生長發(fā)發(fā)育產(chǎn)生生不利影影響，此此種現(xiàn)象象就稱為為土壤水水分的脅脅迫現(xiàn)象象。2、作物水分虧缺缺及其原因一般情況下，當作作物植株的蒸騰失失水超過作物根系系吸水時，造成植物細胞胞體內(nèi)儲水量減少少，葉水勢降低，，此現(xiàn)象即為作物水分虧缺。作物水分虧缺指標標常用下式表示：：式中：T：作物植株正常生長長發(fā)育條件下的蒸蒸騰量(mm)；；S：根系實際吸水量(mm)。只有當作物水分虧虧缺CWD超過一定數(shù)值時，，才會對作物生長長發(fā)育產(chǎn)生不利影影響，此種現(xiàn)象就就稱為作物水分的脅迫現(xiàn)現(xiàn)象。產(chǎn)生作物水分脅脅迫的臨界水分虧虧缺值決定于作物物的種類、生長階階段及氣象等因素素。3、水分虧缺對作作物生長的影響（1）水分虧缺對對作物生理過程的的影響水分虧缺對作物生生理過程的影響表表現(xiàn)在5方面，較較為明顯的是抑制作物器官和個個體的生長發(fā)育。（2）水分虧缺對對作物干物質(zhì)累積積和產(chǎn)量的影響最終結(jié)果是導(dǎo)致作作物干物質(zhì)累積和和產(chǎn)量的降低，其其影響程度取決于水分虧缺缺的程度及發(fā)生水水分虧缺的時間。。通常把水分虧缺對對作物產(chǎn)量影響最最敏感、最嚴重的的生育時期稱為作物需水關(guān)鍵期。大多數(shù)作物的需需水關(guān)鍵期出現(xiàn)在在從營養(yǎng)生長到生殖殖生長的過渡階段段。在灌溉水量有有限條件下，首先應(yīng)應(yīng)保證作物物需水關(guān)鍵鍵期的水分分供應(yīng)，把把該時期的的水分脅迫減減少到最低低程度———即：有限限的水量分分配時，應(yīng)應(yīng)優(yōu)先保證需需水關(guān)鍵期期的水分供供應(yīng)。（3）水分分虧缺對作作物的有益益作用適度的水分分虧缺有益益于提高作作物產(chǎn)量和和改善果實實品質(zhì)，目目前采用的調(diào)虧灌水技術(shù)，就是利用適度度水分虧缺對作作物有益作用的特點，，在作物生長發(fā)發(fā)育的某些時期期人為造成一定定程度的水分虧缺缺，以影響光合合產(chǎn)物向不向組組織器官分配的的傾斜，從而獲得得提高產(chǎn)量而舍舍棄營養(yǎng)器官的的生長量和有機機合成物質(zhì)的總量量。4、作物水分虧虧缺的判別指標標(1)判別作物物水分虧缺狀況況的土壤水分指指標土壤水分指標常常用以下幾種方方法判別：1）土壤含水率率指標法當土壤含水率接接近凋萎系數(shù)時時，作物嚴重受受旱；當土壤含水率界界于調(diào)萎系數(shù)與與作物生長阻滯滯含水率之間，，作物將處于中度度受旱或輕度受受旱狀態(tài)；當土壤含水率界界于作物生長阻阻滯含水率與田田間持水率之間間時，作物生長正正常；2)土壤相對有有效含水率指標標法即用相對有效含含水率來反映作作物受旱情況：：θ:根系系活動層的平均均土壤含水率θθf:土壤田田間持水率；；θθwp:凋萎系數(shù)數(shù)。3)旱澇指指數(shù)法旱澇指數(shù)是反反映土壤水分分平衡狀況的的指標,計計算公式為：：ETm+Wm/Wp：需水量，P+R+W0/WP：實際供水量。。一般來說：當當D＜0.5時，，作物受旱；；當D＝0.5~0.8時，作作物受輕旱；；當0.8＜＜D≤1.3時，，作物處于適適宜生長階段段；當D＞1.3時,作作物受澇。。（2）作物水水分虧缺狀況況判別的水分分生理指標作物水分生理理特征是反映映作物水分虧虧缺狀況直接接的指標。1）葉水勢：葉水勢隨土土壤含水量的的不斷減少而而下降。2）氣孔開度：在一定范圍圍內(nèi)，氣孔開開度隨土壤可可吸水量的增加而上升升，當土壤可可吸水量達到到某一臨界值值以后，氣孔開度不再升升。根據(jù)作物物品種、生長長發(fā)育期、土土壤特性等條件的不同，，測定作物當當時的氣孔開開張度的數(shù)值值，就可以判定作物是否否受旱。3）細胞液濃度：在干旱缺水水條件下，作作物吸水困難難，葉片組織的細胞胞液濃度相應(yīng)應(yīng)提高，因此此可用細胞液液濃度來判別作物是否受受旱。（3）評價作作物水分狀況況的葉溫指標標通常在灌溉用用水中用冠層層整體的溫度度來作為植物物水分狀況的評價指標，，作為植物水水分虧缺狀況況的指標有如如下幾種：1)溫度脅迫指標標：指缺水與不不缺水時的冠冠層溫度的差差值。若其差值超過過1.0℃，，說明作物開開始受旱，就就需要灌水；；2)日缺水度SDD：指作物冠層層溫度TC與氣溫Ta的差值：SDD：反映土壤水分條件件、作物受旱程度度、產(chǎn)量水平。3)水分脅迫指標CWSI：在生產(chǎn)實踐中常常用相對蒸發(fā)蒸騰騰量的減少來表示示作物水分脅迫狀狀況，即式中：ETa為作物的實際蒸發(fā)發(fā)蒸騰速率(mm/d)；ETm為充分供水時的潛潛在蒸發(fā)蒸騰速率率(mm/d)。。CWSI＝0時，充分供水水；CWSI＝1時，作物蒸騰騰停止，嚴重缺水水。三、作物水分生產(chǎn)產(chǎn)函數(shù)是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水水平基本一致的條條件下，作物所消消耗的水資源量與作物產(chǎn)量量之間的關(guān)系。1、以全生育期蒸蒸發(fā)蒸騰量為變量量的水分生產(chǎn)函數(shù)數(shù)模型式中：ET、ETm：作物全生育期內(nèi)內(nèi)的實際和最大蒸蒸發(fā)蒸騰量。2、、以生育階段蒸發(fā)發(fā)蒸騰量為變量的的水分生產(chǎn)函數(shù)模模型（1）相加加模型式中：λk為在生育階段k作作物對水分虧缺的的敏感因子；n為生育育階段數(shù)。（2）相乘模型當作物在某個生育育階段受旱而死亡亡絕產(chǎn)的情況下仍仍能由相加算模型算出產(chǎn)量量，相乘模型則在在一定程度上克服服了此缺陷，代表的相乘模模型有：通常情況下，作物物在關(guān)鍵需水期，，其敏感指數(shù)大于于其它非關(guān)鍵需水水期的敏感指數(shù)。。四、非充分灌溉條條件下作物的灌溉溉制度非充分灌溉制度：就是在有限灌溉溉水量條件下，為為獲取最佳的產(chǎn)量目標，對對作物灌水時間和和灌水定額進行最最優(yōu)分配的灌溉制度。即解解決好什么時候灌灌水、各次灌水如如何分配有限水量的問題。。在實踐上就是如如何灌好“關(guān)鍵水水”，在理論上就是以水分生生產(chǎn)函數(shù)為依據(jù)、、制定出優(yōu)化灌溉溉制度。1、優(yōu)化灌溉制度度的確定方法(1)目標：以單位面積產(chǎn)量量最大目標；(2)階段：以作物生育階段段為階段變量；(3)狀態(tài)變量：①旱作物：為各階階段初可供水量及及計劃濕潤層內(nèi)可可供作物利用的土壤含水量量；②水稻：為各階段段初可供水量及初初始田面蓄水深度度；(4)決策變量：各生育階段的實實際灌水量及實際際蒸發(fā)蒸騰量(5)策略：各階段決策組成成全過程的策略，，即最優(yōu)灌溉制度度2、優(yōu)化灌溉制度度設(shè)計事例(1)目標函數(shù)數(shù)：以單位面積積產(chǎn)量最大為目目標，用Jensen模型