作物需水量與灌溉制度

作物需水量及灌溉制度2.1作物需水量2.1.1農(nóng)田水分消耗途徑農(nóng)田水分消耗的途徑主要有植株蒸騰、棵間蒸發(fā)和深層滲漏。（一） 植株蒸騰植株蒸騰是指作物根系從土壤中吸入體內(nèi)的水分，通過(guò)葉片的氣孔擴(kuò)散到大氣中去的現(xiàn)象。試驗(yàn)證明，植株蒸騰要消耗大量水分，作物根系吸入體內(nèi)的水分有99%以上消耗于蒸騰，只有不足1%的水量留在植物體內(nèi)，成為植物體的組成部分。植株蒸騰過(guò)程是由液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水的過(guò)程，在此過(guò)程中，需要消耗作物體內(nèi)的大量熱量，從而降低了作物的體溫，以免作物在炎熱的夏季被太陽(yáng)光所灼傷。蒸騰作用還可以增強(qiáng)作物根系從土壤中吸取水分和養(yǎng)分的能力，促進(jìn)作物體內(nèi)水分和無(wú)機(jī)鹽的運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，作物蒸騰是作物的正常活動(dòng)，這部分水分消耗是必需的和有益的，對(duì)作物生長(zhǎng)有重要意義。（二） 棵間蒸發(fā)棵間蒸發(fā)是指植株間土壤或水面的水分蒸發(fā)?？瞄g蒸發(fā)和植株蒸騰都受氣象因素的影響，但蒸騰因植株的繁茂而增加，棵間蒸發(fā)因植株造成的地面覆蓋率加大而減小，所以蒸騰及棵間蒸發(fā)二者互為消長(zhǎng)。一般作物生育初期植株小，地面裸露大，以棵間蒸發(fā)為主；隨著植株增大，葉面覆蓋率增大，植株蒸騰逐漸大于棵間蒸發(fā)；到作物生育后期，作物生理活動(dòng)減弱，蒸騰耗水又逐漸減小，棵間蒸發(fā)又相對(duì)增加。棵間蒸發(fā)雖然能增加近地面的空氣濕度，對(duì)作物的生長(zhǎng)環(huán)境產(chǎn)生有利影響，但大部分水分消耗及作物的生長(zhǎng)發(fā)育沒(méi)有直接關(guān)系。因此，應(yīng)采取措施，減少棵間蒸發(fā)，如農(nóng)田覆蓋、中耕松土、改進(jìn)灌水技術(shù)等。（三） 深層滲漏深層滲漏是指旱田中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分超過(guò)了田間持水率，向根系活動(dòng)層以下的土層產(chǎn)生滲漏的現(xiàn)象。深層滲漏對(duì)旱作物來(lái)說(shuō)是無(wú)益的，且會(huì)造成水分和養(yǎng)分的流失，合理的灌溉應(yīng)盡可能地避免深層滲漏。由于水稻田經(jīng)常保持一定的水層，所以深層滲漏是不可避免的，適當(dāng)?shù)臐B漏，可以促進(jìn)土壤通氣，改善還原條件，消除有毒物質(zhì)，有利于作物生長(zhǎng)。但是滲漏量過(guò)大，會(huì)造成水量和肥料的流失，及開(kāi)展節(jié)水灌溉有一定矛盾。在上述幾項(xiàng)水量消耗中，植株蒸騰和棵間蒸發(fā)合稱(chēng)為騰發(fā)，兩者消耗的水量合稱(chēng)為騰發(fā)量(Evapotranspiration)，通常又把騰發(fā)量稱(chēng)為作物需水量(WaterRequirementofCrops)。騰發(fā)量的大小及其變化規(guī)律，主要決定于氣象條件、作物特性、土壤性質(zhì)和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等。滲漏量的大小主要及土壤性質(zhì)、水文地質(zhì)條件等因素有關(guān)，它和騰發(fā)量的性質(zhì)完全不同，一般將蒸發(fā)蒸騰量及滲漏量分別進(jìn)行計(jì)算。旱作物在正常灌溉情況下，不允許發(fā)生深層滲漏，因此，旱作物需水量即為騰發(fā)量。對(duì)稻田來(lái)說(shuō)適宜的滲漏是有益的，通常把水稻騰發(fā)量及稻田滲漏量之和稱(chēng)為水稻的田間耗水量。就某一地區(qū)而言，具體條件下作物獲得一定產(chǎn)量時(shí)實(shí)際所消耗的水量為作物田間耗水量，簡(jiǎn)稱(chēng)耗水量。所以需水量是一個(gè)理論值，又稱(chēng)為潛在蒸散量(或潛在騰發(fā)量)，而耗水量是一個(gè)實(shí)際值，又稱(chēng)為實(shí)際蒸散量。需水量及耗水量的單位一樣，常以m3?hm-2或mm水層表示。2.1.2影響作物需水量的主要因素(一)作物因素作物種類(lèi)不同其需水量不同，表2-1反映了^作物及C4作物需水量有很大差異，有研究表明：￡作物的需水量顯著高于c4作物，c4作物玉米制造1g干物質(zhì)約需水349g，而C3作物小麥制造1g干物質(zhì)需水557g，水稻為682g。表2-1不同作物生育盛期平均日需水量和最大日需水量平均日需水量最大日需水量作物作物生育測(cè)定(mm) (mm)種類(lèi)名稱(chēng)階段年份需水平均需水平均量值量值玉米抽雄19824.48.1C4作期5.18.3物灌漿谷子19655.78.5期灌漿小麥198210.714.9期開(kāi)花CJ作物大豆196411.211.214.617.43期結(jié)鈴棉花198311.722.6期作物需水有如下規(guī)律:（1） 不同作物的需水量有很大的差異，如就小麥、玉米和水稻而言，水稻的需水量最大，其次是小麥，玉米的需水量最小。（2） 每種作物都有需水高峰期，一般處于作物生長(zhǎng)旺盛階段。如冬小麥有兩個(gè)需水高峰期，第一個(gè)高峰期在分蘗期，第二個(gè)高峰期在開(kāi)花至乳熟期；大豆的需水高峰期在開(kāi)花結(jié)莢期；谷子的需水高峰期為開(kāi)花-乳熟期；玉米為抽雄-乳熟期。（3） 作物任何時(shí)期缺水，都會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響，作物在不同生育時(shí)期對(duì)缺水的敏感程度不同。通常把作物整個(gè)生育期中對(duì)缺水最敏感、缺水對(duì)產(chǎn)量影響最大的生育期稱(chēng)為作物需水臨界期或需水關(guān)鍵期。各種作物需水臨界期不完全相同，但大多數(shù)出現(xiàn)在從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)的過(guò)渡階段，例如小麥在拔節(jié)抽穗期，棉花在開(kāi)花結(jié)鈴期，玉米在抽雄至乳熟期，水稻為孕穗至揚(yáng)花期等。（二）氣象因素氣象因素是影響作物需水量的主要因素，它不僅影響蒸騰速率，也直接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育。氣象因素對(duì)作物需水量的影響，往往是幾個(gè)因素同時(shí)作用，因此各個(gè)因素的作用，很難一一分開(kāi)。表2-2說(shuō)明，當(dāng)氣溫高，日照時(shí)數(shù)多，相對(duì)濕度小時(shí)，需水量會(huì)增加。表2-2冬小麥生長(zhǎng)期的氣象要素及需水量年份降水量零度以相對(duì)上積溫濕度（°C）（%）日照時(shí)數(shù)土壤水分（g）蒸發(fā)量需水量（mm）（mm）1973~197102.2183.58.1634.17.2~251069.392.748566.7111974~1975179.42148.766.81434.018.5~36.0894.8295.95因影響作物需水量的土壤因素有土壤質(zhì)地、顏色、含水量、有機(jī)質(zhì)含量和養(yǎng)分狀況等。砂土持水力弱，蒸發(fā)較快，因此，在砂土、砂壤土上的作物需水量就大。就土壤顏色而言，黑褐色的吸熱較多其蒸發(fā)就大，而顏色較淺的黃白色反射較強(qiáng)，相對(duì)蒸發(fā)較少。當(dāng)土壤水分多時(shí)，蒸發(fā)強(qiáng)烈，作物需水量則大；相反，土壤含水量較低時(shí)，作物需水量較少。（四）農(nóng)業(yè)技術(shù)農(nóng)業(yè)技術(shù)農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)的高低直接影響水量消耗的速度。粗放的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)，可導(dǎo)致土壤水分無(wú)效消耗。灌水后適時(shí)耕耙保墑中耕松土，使土壤表面有一個(gè)疏松層，就可以減少水量消耗。密植，相對(duì)來(lái)說(shuō)需水量會(huì)低些；兩種作物間作，也可相互影響彼此的需水量。2.1.3作物需水量的計(jì)算方法影響作物需水量的因素有氣象條件（溫度、日照、濕度、風(fēng)速）、土壤水分狀況、作物種類(lèi)及其生長(zhǎng)發(fā)育階段、土壤肥力、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、灌溉排水措施等。這些因素對(duì)需水量的影響是相互聯(lián)系的，也是錯(cuò)綜復(fù)雜的，目前尚不能從理論上精確確定各因素對(duì)需水量的影響程度。在生產(chǎn)實(shí)踐中，一方面是通過(guò)田間試驗(yàn)的方法直接測(cè)定作物需水量；另一方面常采用某些計(jì)算方法確定作物需水量?，F(xiàn)有計(jì)算作物需水量的方法，大致可歸納為兩類(lèi)，一類(lèi)是直接計(jì)算作物需水量，另一類(lèi)是通過(guò)計(jì)算參照作物需水量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量。（一）直接計(jì)算需水量的方法該法是從影響作物需水量的諸因素中，選擇幾個(gè)主要因素（例如水面蒸發(fā)、氣溫、日照、輻射等），再根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)資料分析這些主要因素及作物需水量之間存在的數(shù)量關(guān)系，最后歸納成某種形式的經(jīng)驗(yàn)公式。目前常見(jiàn)的這類(lèi)經(jīng)驗(yàn)公式大致有以下幾種：1、 以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法（簡(jiǎn)稱(chēng)“a值法”或稱(chēng)蒸發(fā)皿法）大量的灌溉試驗(yàn)資料表明，氣象因素是影響作物需水量的主要因素，而當(dāng)?shù)氐乃嬲舭l(fā)又是各種氣象因素綜合影響的結(jié)果。因騰發(fā)量及水面蒸發(fā)都是水汽擴(kuò)散，因此可以用水面蒸發(fā)這一參數(shù)估算作物需水量，其計(jì)算公式為：ET=aE（式2-1）或 ET=aE+b（式2-2）式中：ET——某時(shí)段內(nèi)的作物需水量，以水層深度計(jì)，mm；E0——及et同時(shí)段的水面蒸發(fā)量，以水層深度計(jì)，mm；E0一般采用80cm口徑蒸發(fā)皿的蒸發(fā)值，若用20cm口徑蒸發(fā)皿，則E=0.8E；a—-一各時(shí)段的需水系數(shù)，即同時(shí)期需水量及水面蒸發(fā)量之比值，一般由試驗(yàn)確定，水稻a=0.9~1.3，旱作物a=0.3~0.7；b——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。由于“a值法”只需要水面蒸發(fā)量資料，所以該法在我國(guó)水稻地區(qū)曾被廣泛采用。在水稻地區(qū)，氣象條件對(duì)ET及氣的影響相同，故應(yīng)用“a值法”較為接近實(shí)際，也較為穩(wěn)定。對(duì)于水稻及土壤水分充足的旱作物，用此式計(jì)算，其誤差一般小于20%~30%；對(duì)土壤含水率較低的旱作物和實(shí)施濕潤(rùn)灌溉的水稻，因其騰發(fā)量還及土壤水分有密切關(guān)系，所以此法不太適宜。2、 以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法（簡(jiǎn)稱(chēng)“k值法”）作物產(chǎn)量是太陽(yáng)能的累積及水、土、肥、熱、氣諸因素的協(xié)調(diào)及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施綜合作用的結(jié)果。因此，在一定的氣象條件和

產(chǎn)MF圖2-1產(chǎn)MF圖2-1作物需水量及業(yè)技術(shù)措施、增加土壤肥力等可用下式表示，即：農(nóng)業(yè)技術(shù)措施條件下，作物田間需水量將隨產(chǎn)量的提高而增加，如圖2-1所示，但是需水量的增加并不及產(chǎn)量成比例。由圖2-1看出，單位產(chǎn)量的需水量隨產(chǎn)量的增加而逐漸減小，說(shuō)明當(dāng)作物產(chǎn)量達(dá)到一定水平后，要進(jìn)一步提高產(chǎn)量就不能僅靠增加水量，而必須同時(shí)改善作物生長(zhǎng)所必需的其他條件。如農(nóng)。作物總需水量及產(chǎn)量之間的關(guān)系ET=KY（式2-3）或 ET=KYn+c（式2-4）式中：ET——作物全生育期內(nèi)總需水量，m3/畝；Y——作物單位面積產(chǎn)量，kg/畝；K——以產(chǎn)量為指標(biāo)的需水系數(shù)，即單位產(chǎn)量的需水量，m3/kg；n、c 經(jīng)驗(yàn)指數(shù)和常數(shù)。式2-3中的k、n、c值可通過(guò)試驗(yàn)確定。此法簡(jiǎn)便，只要確定計(jì)劃產(chǎn)量后，便可算出需水量；同時(shí)，此法把需水量及產(chǎn)量相聯(lián)系，便于進(jìn)行灌溉經(jīng)濟(jì)分析。對(duì)于旱作物，在土壤水分不足而影響高產(chǎn)的情況下，需水量隨產(chǎn)量的提高而增大，用此法推算較可靠，誤差多在30%以下，宜采用。但對(duì)于土壤水分充足的旱田以及水稻田，需水量主要受氣象條件控制，產(chǎn)量及需水量關(guān)系不明確，用此法推算的誤差較大。上述公式可估算全生育期作物需水量。在生產(chǎn)實(shí)踐中，過(guò)去常習(xí)慣采用需水模系數(shù)估算作物各生育階段的需水量，即根據(jù)已確定的全生育期作物需水量，然后按照各生育階段需水規(guī)律，以一定比例進(jìn)行分配，即ET=—KET（式2-5）式中：ET.——某一生育階段作物需水量；K.——需水模系數(shù)，即某一生育階段作物需水量占全生育期作物需水量的百分?jǐn)?shù)，可以從試驗(yàn)資料中取得或運(yùn)用類(lèi)似地區(qū)資料分析確定。按上述方法求得的各階段作物需水量在很大程度上取決于需水模系數(shù)的準(zhǔn)確程度。但由于影響需水模系數(shù)的因素較多，如作物品種、氣象條件以及土、水、肥條件和生育階段劃分的不嚴(yán)格等，使同一生育階段在不同年份內(nèi)同品種作物的需水模系數(shù)并不穩(wěn)定，而不同品種的作物需水模系數(shù)則變幅更大。因而，大量分析計(jì)算結(jié)果表明，用此方法求各階段需水量的誤差常在±(100%~200%)，但是用該類(lèi)方法計(jì)算全生育期總需水量仍有參考作用。(二)通過(guò)計(jì)算參照作物需水量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量的方法近代需水量的理論研究表明，作物騰發(fā)耗水是土壤-植物-大氣系統(tǒng)的連續(xù)傳輸過(guò)程，大氣、土壤、作物三個(gè)組成部分中的任何一部分的有關(guān)因素都影響需水量的大小。根據(jù)理論分析和試驗(yàn)結(jié)果，在土壤水分充足的條件下，大氣因素是影響需水量的主要因素，其余因素對(duì)需水量的影響不顯著；在土壤水分不足的條件下，大氣因素和其余因素對(duì)需水量都有重要影響。目前，作物需水量的計(jì)算方法是通過(guò)計(jì)算參照作物的需水量來(lái)計(jì)算實(shí)際需水量。有了參照作物需水量，然后再根據(jù)作物系數(shù)、對(duì)ET0進(jìn)行修正，得到某種作物的實(shí)際需水量。在水分虧缺時(shí)，再用％進(jìn)行修正，即可求出某種作物在水分虧缺時(shí)的實(shí)際需水量ETi。所謂參照作物需水量ET0 (ReferenceCropEvapotranspiration)是指高度一致、生長(zhǎng)旺盛、地面完全覆蓋、土壤水分充足的綠草地(8-15cm高)的蒸發(fā)蒸騰量，一般是指在這種條件下的苜蓿草的需水量，因?yàn)檫@種參照作物需水量主要受氣象條件的影響，所以都是根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件分階段計(jì)算的。1、參照作物需水量的計(jì)算計(jì)算參照作物需水量的方法很多，大致可歸納為經(jīng)驗(yàn)公式法、水氣擴(kuò)散法、能量平衡法等。其中以能量平衡原理比較成熟、完整。其基本思想是：將作物騰發(fā)看做能量消耗的過(guò)程，通過(guò)平衡計(jì)算求出騰發(fā)所消耗的能量，然后再將能量折算為水量，即作物需水量。根據(jù)能量平衡原理以及水汽擴(kuò)散等理論，英國(guó)的彭曼（Pen-man）提出了可以利用普通的氣象資料計(jì)算參考作物蒸發(fā)蒸騰量的公式。后經(jīng)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織修正，正式向各國(guó)推薦。其基本形式如下：皿-R+EpVnaET= 0號(hào)+1PV（式2-6）式中：ET°——參考作物需水量，mm/d；A「一一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的溫度函數(shù)，其中A為平均氣溫時(shí)飽和水汽de壓隨溫度之變率，即福a（其中ea為飽和水汽壓，t為平均氣溫）;V為濕度計(jì)常數(shù)，丫=0.66hPa/°C;Po …-「一，，一,4f―一,P——海拔高度影響溫度函數(shù)的改正系數(shù)，其中P0為海平面的平均氣壓，P0=1013.25hPa；R 太陽(yáng)凈輻射，以蒸發(fā)的水層深度計(jì)，mm/d，可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，從有關(guān)表格中查得或用輻射平衡表直接測(cè)??；Ea——干燥力，mm/d，Ea=0.26（1+0.54u）（e廣匕），其中匕為當(dāng)?shù)氐膶?shí)際水汽壓，u為離地面2m高處的風(fēng)速，m/s。2、實(shí)際需水量的計(jì)算ET=KET0已知參照作物需水量ET0后，在充分供水條件下，采用作物系數(shù)Kc對(duì)EToET=KET0（式2-7）式中的ET及ETo應(yīng)取相同單位。作物系數(shù)是指某一階段的作物需水量及相應(yīng)階段內(nèi)的參考作物蒸發(fā)蒸騰量的比值，它反映了作物本身的生物學(xué)特性、產(chǎn)量水平、土壤耕作條件等對(duì)作物需水量的影口向。根據(jù)各地的試驗(yàn)，作物系數(shù)Kc不僅隨作物而變化，更主要的是隨作物的生育階段而異，生育初期和末期的Kc較小，而中期的較大。表2-3列出大田作物和蔬菜在中期、后期的K值；表2-4為主要作物各生育階段的作物系數(shù)K值。表2-5列出了山西冬小麥作物系數(shù)K值；表第8頁(yè)2-6為湖北省中稻作物系數(shù)K值。表2-3大田作物和°蔬菜在中期、后期的七值氣象條件作物生育階段最低相對(duì)濕度＞70%最低相對(duì)濕度＜20%風(fēng)速0~5m/s風(fēng)速5~8m/s風(fēng)速0~5m/s風(fēng)速5~8m/s中期1.051.101.151.20玉米后期0.550.550.600.60中期1.051.101.151.20棉花后期0.650.650.650.70中期1.051.101.151.20花生后期0.550.550.600.60中期1.051.101.151.20薯類(lèi)后期0.70.70.750.75中期1.051.101.151.20大豆后期0.450.450.450.45中期1.051.101.151.20小麥后期0.250.250.200.20十字中期0.951.101.051.10花科后期0.800.850.900.95植物黃瓜中期0.900.900.951.00

后期0.70 0.70 0.75 0.80表2-4主要作物各生育階段的作物系數(shù)、值作初期階前期階中期階后期階收獲期全生育段段段段期物小0.3-0.0.7-0.81.05-1.0.65-0.0.20-0.0.80-0.420752590麥玉0.3-0.0.7-0.81.05-1.0.8-0.90.55-0.0.75-0.55205690米棉0.4-0.0.7-0.81.05-1.0.8-0.90.65-0.0.80-0.5257090花高0.3-0.0.7-0.71.0-1.10.75-0.0.5-0.50.75-0.4558585粱大0.3-0.0.7-0.81.0-1.10.7-0.80.4-0.50.75-0.459豆花0.4-0.0.7-0.80.95-1.0.75-0.0.55-0.0.75-0.510856080

生向0.3-0.日 0.7-0.8生向0.3-0.日 0.7-0.84葵馬0.3-0.鈴 0.7-0.85薯1.05-1.0.7-0.821.05-1. 0.85-0.2 950.35-0. 0.75-0.45 850.70-0. 0.75-0.75 90注：表中第一個(gè)數(shù)字表示在高濕（最小相對(duì)濕度＞70%）和弱風(fēng)（風(fēng)速＜5m?s-1）條件下。第二個(gè)數(shù)字表示低濕（最低相對(duì)濕度＜20%）和大風(fēng)（風(fēng)速＞5m?s-i）條件下。2-5山西省冬小麥作物系數(shù)K值階段越冬返青階段越冬返青拔節(jié)抽穗灌漿收割期Kc0.86 0.480.821.001.16 0.870.87表2-6湖北省中［稻作物系S數(shù)Kc值月份56789Kc1.031.351.501.400.94近些年來(lái)，我國(guó)在計(jì)算作物需水量和繪制作物需水量等值線(xiàn)圖時(shí)多采用上述公式。在灌溉及排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范中也推薦采用這一公式。由于該公式計(jì)算復(fù)雜，一般都用計(jì)算機(jī)完成。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可從已鑒定過(guò)的作物需水量等值線(xiàn)圖中確定。3、作物需水量等值線(xiàn)圖任何物理量，只要它在空間呈連續(xù)變化，又不因入為措施導(dǎo)致迅速、大幅度變動(dòng)，即可用等值線(xiàn)圖來(lái)表示其空間分布規(guī)律。影響作物需水量的主要因素為氣象因素和非氣象因素，氣象因素是在空間呈連續(xù)變化的物理量；非氣象因素主要是指土壤水分條件、產(chǎn)量水平等，若把非氣象因素維持在一定水平，這樣便可以用等值線(xiàn)圖來(lái)表示作物需水量空間變化規(guī)律。根據(jù)作物需水量的

定義，非氣象因素實(shí)際上已限定在同一水平，這就是作物要生長(zhǎng)在適宜的水分條件下；而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)（潛在產(chǎn)量）時(shí)的需水量。對(duì)土壤水分條件及產(chǎn)量水平全國(guó)協(xié)作組已做了統(tǒng)一規(guī)定，按照統(tǒng)一的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)及試驗(yàn)，這樣就在全國(guó)范圍內(nèi)取得了同一非氣象因素水平下的需水量值。全國(guó)主要作物需水量等值線(xiàn)圖，是采用作物系數(shù)法計(jì)算每一個(gè)縣的作物需水量值，按照式2-6用統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行計(jì)算并繪制的。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可直接查用已鑒定的作物需水量等值線(xiàn)圖。對(duì)北方干旱缺水地區(qū)來(lái)說(shuō)，灌溉水源滿(mǎn)足不了作物全生育期實(shí)行充分灌溉的要求，作物全生育期內(nèi)有些階段的土壤含水率低于適宜水分下限，在此條件下的作物蒸發(fā)蒸騰量低于充分供水下的作物需水量，土壤水分虧缺愈嚴(yán)重，這種降低愈顯著。在缺水條件下常采用土壤水分修正系數(shù)法確定作物蒸發(fā)蒸騰量。即ET=KET=KKET偵w（式2-8）0式中：et——缺水條件下作物的實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量；ET 意義同前；K一一土壤水分修正系數(shù)，其物理意義是指缺水條件下的作物蒸發(fā)蒸騰量及充分供水條件下的蒸發(fā)蒸騰量的比值，及土壤含水率有關(guān)。可用下式計(jì)算〔1.0[A5j~Pp>（式2-9）式中：PP 凋萎系數(shù)（占干土重的%計(jì)）；計(jì)算時(shí)段內(nèi)平均土壤含水率（占干土重的%計(jì)）；—一計(jì)算時(shí)段內(nèi)平均土壤含水率（占干土重的%計(jì)）；—一由實(shí)測(cè)資料分析確定的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，隨作物生育階段和土壤條件而變化?？到B忠把冬小麥生育期劃分為出苗-越冬前、越冬-返青、返青后-抽穗開(kāi)花、灌漿-成熟四個(gè)階段，把春小麥分為出苗-分蘗、P一C、d

分蘗后-拔節(jié)孕穗、抽穗開(kāi)花-灌漿、乳熟-成熟四個(gè)階段。然后分階段求出了四個(gè)站的C、d值如表2-7所示。表2-7土壤水分修正系數(shù)k^冪函數(shù)公式中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)值作物種類(lèi)站名參數(shù)生育階段IIIIIIW西北農(nóng)C1.0030.9510.9660.978大d0.7811.5130.3510.958冬小麥山西臨C0.9570.9360.9770.990汾d0.6691.1610.8920.696甘肅武C1.0081.0820.9860.974威d0.6950.6420.7890.682春小麥陜西榆C0.9920.9861.0280.964林d0.7410.7070.7360.6632.2作物灌溉制度2.2.1灌溉制度的內(nèi)涵及確定方法（一）灌溉制度的內(nèi)涵灌溉制度是指某作物在一定的氣候、土壤等自然條件和一定的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施下，為了獲得較高而穩(wěn)定的產(chǎn)量及節(jié)約用水，所制定的一整套農(nóng)田灌溉的制度，包括灌水定額、灌溉定額、灌水時(shí)間及灌水次數(shù)這四項(xiàng)內(nèi)容。灌水定額是指一次灌水單位灌溉面積上的灌水量，灌溉定額是指播種前和全生育期內(nèi)單位面積上的總灌水量，即各次灌水定額之和。灌水定額和灌溉定額的單位常以m3-hm-2或mm表示，它是灌區(qū)規(guī)劃及管理的重要依據(jù)。農(nóng)作物在整個(gè)生育期中實(shí)施灌溉的次數(shù)即為灌水次數(shù)。灌水時(shí)間以年、月、日表示。制訂灌溉制度的主要依據(jù)之一是降雨量和降雨量在年內(nèi)、年際的分配，所以同一種作物在不同水文年有不同的灌溉制度，另一個(gè)基本依據(jù)是作物需水量。灌溉制度隨作物種類(lèi)、品種和自然條件及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的不同而變化。而且灌溉制度是在尚未建成灌區(qū)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段或在己成灌區(qū)的管理工作的灌水季節(jié)之前加以確定的；因此，總帶有些估計(jì)特征，在以后的執(zhí)行過(guò)程中很可能要依“看天”（氣候條件）、“看地”（農(nóng)田水分狀況）、“看莊稼”（作物生長(zhǎng)狀況和需水特征）的原則進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。因此必須以作物需水?guī)律和氣象條件（特別是降水）為主要依據(jù)，從當(dāng)?shù)鼐唧w條件、多年氣象資料出發(fā)，針對(duì)不同水文年份，即按作物生育期降雨頻率，擬定濕潤(rùn)年（頻率為25%）、一般年（頻率為50%）和中等干旱年（頻率為75%）及特旱年（頻率為95%）四種類(lèi)型的灌溉制度。一般在灌溉工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)中多采用干旱年的灌溉制度作為標(biāo)準(zhǔn)，但在灌溉管理工作中則應(yīng)根據(jù)中、長(zhǎng)期氣象預(yù)報(bào)選用相應(yīng)的灌溉制度。灌溉制度是灌溉工程規(guī)劃設(shè)的基礎(chǔ)；是已成灌區(qū)編制和執(zhí)行用水計(jì)劃、合理用水的重要依據(jù)；也關(guān)系到灌區(qū)內(nèi)土壤肥力狀況和作物產(chǎn)量、品質(zhì)的提高；以及灌區(qū)水土資源的充分利用及灌溉工程設(shè)施效益的發(fā)揮。灌溉的目的，就是要使一定水資源產(chǎn)生出最佳的經(jīng)濟(jì)效益。就灌溉的經(jīng)濟(jì)效益而言，它受兩方面的條件約束，即水資源及土地。當(dāng)土地條件成為主要限制因素時(shí)，應(yīng)考慮怎樣進(jìn)行灌溉才能使單位面積上的產(chǎn)量最佳且品質(zhì)也好；當(dāng)水資源為主要約束條件時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)減少灌溉定額，使有限的水灌溉更多的農(nóng)田，使單位灌溉用水量的增產(chǎn)幅度最大。前者為充分供水條件下的灌溉制度，這也是時(shí)至今日普遍采用的灌溉制度；后者正是我們目前需要研究的節(jié)水型灌溉制度，尤其是水資源狀況日愈緊張的今天，研究節(jié)水型灌溉制度更有實(shí)際意義。無(wú)論是充分供水型的還是節(jié)水型的灌溉制度，其核心問(wèn)題是確定灌溉定額及其在作物生長(zhǎng)期時(shí)程上的分配。一個(gè)好的灌溉制度應(yīng)當(dāng)是省水和經(jīng)濟(jì)效益高的。（二）制定灌溉制度的方法常采用以下四種方法來(lái)確定灌溉制度：1、總結(jié)群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐、摸索，各地群眾都積累了不少確定灌溉制度的方法。如我國(guó)北方農(nóng)民把土壤水分狀況稱(chēng)為墑情，將土壤墑情分為：注水、黑墑、黃墑、潮干土和干土等幾類(lèi)，常在耕種前或作物生長(zhǎng)期間進(jìn)行驗(yàn)墑，即根據(jù)土壤濕潤(rùn)程度、土色深淺和揉捏成形等來(lái)判斷土壤的含水量及其有效性，以確定灌水時(shí)間和灌溉水量。這些經(jīng)驗(yàn)及方法應(yīng)成為制定灌溉制度最寶貴的資料。2、 根據(jù)灌溉試驗(yàn)資料制定灌溉制度為了實(shí)施科學(xué)灌溉，我國(guó)許多灌區(qū)設(shè)置了灌溉試驗(yàn)站，試驗(yàn)項(xiàng)目一般包括作物需水量、灌溉制度、灌水技術(shù)和灌溉效益等。試驗(yàn)站積累的試驗(yàn)資料，是制定灌溉制度的主要依據(jù)。但是，在選用試驗(yàn)資料時(shí)，必須注意原試驗(yàn)的條件（如氣象條件、水文年度、產(chǎn)量水平、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、土壤條件等）及需要確定灌溉制度地區(qū)條件的相似性，在認(rèn)真分析研究對(duì)比的基礎(chǔ)上，確定灌溉制度，不能生搬硬套。3、 根據(jù)作物的生理指標(biāo)制定灌溉制度作物對(duì)水分的生理反應(yīng)可從多方面反映出來(lái)，利用作物各種水分生理特征和變化規(guī)律作為灌溉的指標(biāo)，能更合理的保證作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育和它對(duì)水分的需要。目前可用于確定灌水時(shí)間的生理指標(biāo)：冠層-空氣溫度差、細(xì)胞液濃度、葉組織水勢(shì)和氣孔開(kāi)張度等。當(dāng)然，有關(guān)作物對(duì)土壤水分相應(yīng)的生理指標(biāo)特征及變化規(guī)律仍處于積極的探索之中，將來(lái)這部分研究成果將會(huì)對(duì)灌溉制度的合理制定提供更為可靠的科學(xué)依據(jù)。4、 按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度這是目前生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用較為普遍的方法，有一定的理論依據(jù)，比較完善，但必須根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w條件，參考群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗(yàn)和田間試驗(yàn)資料，這樣才能使得所制定的灌溉制度更為合理及完善。2.2.2充分灌溉條件下旱作物的灌溉制度充分灌溉條件下的灌溉制度，是指灌溉供水能夠充分滿(mǎn)足作物各生育階段的需水量要求而制定的灌溉制度。長(zhǎng)期以來(lái)，入們都是按充分灌溉條件下的灌溉制度來(lái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)灌溉工程的。當(dāng)灌溉水源充足時(shí)，也按I麴（覲I照這種灌溉制度來(lái)進(jìn)行灌水。因此，研究制定-"擴(kuò)〃牛，y—充分灌溉條件下的灌溉工I 制度有重要意義。下面i .第15項(xiàng)I I~罪i? XZ 1圖2-2土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層水量就簡(jiǎn)要介紹一下應(yīng)用水量平衡原理確定旱作物的灌溉制度的方法。（一）水量平衡法基本原理水量平衡法以作物各生育期內(nèi)土壤水分變化為依據(jù)，從對(duì)作物充分供水的觀點(diǎn)出發(fā)，一般要求在作物各生育期內(nèi)，計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的土壤含水率（水稻為計(jì)劃水層深度）維持在作物適宜含水量的上限和下限之間，若土壤含水量降至下限時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行灌水，以保證作物充分供水。就旱作物的整個(gè)生育期而言，任一時(shí)段0-"）中，任一時(shí)段計(jì)劃濕潤(rùn)層中含水量的變化，取決于需水量和來(lái)水量的多少，其來(lái)去水量見(jiàn)圖2-2。土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層h內(nèi)的水量平衡可表示為：w-W=W+P+K+M-ET'0T0(式2-10)或：(0-0)H=W+(p+k+m一e)t或：(式2-11)式中：w0，wt——分別為時(shí)段始、末單位面積計(jì)劃濕潤(rùn)層的土體儲(chǔ)水量（mm）；00，01——分別為時(shí)段始、末單位面積計(jì)劃濕潤(rùn)層的平均含水率（cm3?cm-3）；H 計(jì)劃濕潤(rùn)層深度（mm）；WT——由于計(jì)劃濕潤(rùn)層深度增加而在單位面積上增加的水量（mm）,如時(shí)段內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層變化則無(wú)此項(xiàng)，一般取時(shí)段內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層深度一致，即WT=0；P0——時(shí)段內(nèi)單位面積上入滲的有效降水量（mm）；P——時(shí)段內(nèi)單位面積上平均降水的入滲強(qiáng)度（mm?d-i）；K——時(shí)段內(nèi)單位面積上地下水（或下部土層）對(duì)計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤的補(bǔ)給量（mm）；k——時(shí)段內(nèi)單位面積上地下水（或下部土層）對(duì)計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤的平均補(bǔ)給強(qiáng)度（mm?d-i）；M 時(shí)段內(nèi)單位面積上的灌水量（mm；m3?hm-2）；m——時(shí)段內(nèi)的平均灌水強(qiáng)度（mm?d-i）；ET 時(shí)段內(nèi)的作物需水量（mm；m3?hm-2）；e——時(shí)段內(nèi)作物的平均蒸散強(qiáng)度（mm?d-i）o為了滿(mǎn)足作物正常生長(zhǎng)的要求，任一時(shí)段內(nèi)土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層

的土壤含水率（或儲(chǔ)水量）必須經(jīng)常保持在一定的適宜范圍內(nèi)，即通常要求不少于作物允許的最小允許含水率0min（或最小允許儲(chǔ)水量W.）和不大于作物允許含水量0（或最大儲(chǔ)水量wmax）。但計(jì)劃濕潤(rùn)層的平均土壤含水量（或儲(chǔ)水量）降低到或接近于最小允許值（0或W）時(shí)，即需進(jìn)行灌溉，以補(bǔ)充土壤水分，維持作物的正常'生長(zhǎng)了例如某時(shí)段內(nèi)沒(méi)有降雨，顯然這一時(shí)段的水量平衡方程可寫(xiě)為：w.=W0-ET+K=W0-1(e-k)圖2-3土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層（圖2-3土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層（h）內(nèi)儲(chǔ)w.土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)允許最小儲(chǔ)水量；其余符號(hào)意義同前。如圖2-3所示，設(shè)時(shí)段初土壤儲(chǔ)水量為％，則由式2-12可推算出開(kāi)始進(jìn)行灌水時(shí)間間距為：'=壬* （式2-13）(式2-14)(式2-14)min)P干土/P水m=W-W.=667min)P干土/P水式中：灌水定額，m3/畝；h——該時(shí)段內(nèi)土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層的深度，m；0max、0min——該時(shí)段內(nèi)允許的土壤最大含水率和最小含水率（以干土重的%計(jì)）；P干土、P水 計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤的干密度和水密度，kg?m-3。同理，可以求出其它時(shí)段在不同情況下的灌水時(shí)距及灌水定額，從而確定出作物全生育期內(nèi)的灌溉制度。（二）水量平衡法參數(shù)的確定擬定的灌溉制度是否合理，關(guān)鍵在于方程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度、作物允許的土壤含水量變化范圍以及有效降雨量等選用是否合理。因此在擬定灌溉制度的過(guò)程中，水量平衡方程中各參數(shù)的準(zhǔn)確確定是重要的。1、 有效降水量P0有效降雨量系指天然降雨量扣除地面徑流和深層滲漏量后，蓄存在土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)可供作物利用的雨量。在生產(chǎn)實(shí)踐中，一般用降雨入滲系數(shù)來(lái)表示（式2-15）式中：a——降雨入滲系數(shù)，其值及一次降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨延續(xù)時(shí)間、土壤性質(zhì)、地面覆蓋及地形等因素有關(guān)。一般認(rèn)為一次降雨量小于5mm時(shí)，a為0；當(dāng)一次降雨量在5~50mm時(shí)，約為1.0~0.8；當(dāng)次降雨量大于50mm時(shí)，a=0.70~0.80。2、 土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度系指在對(duì)旱作物進(jìn)行灌溉時(shí)，計(jì)劃調(diào)節(jié)控制土壤水分狀況的土層深度。它取決于旱作物主要根系活動(dòng)層深度，隨作物的生長(zhǎng)發(fā)育而逐步加深。在作物生長(zhǎng)初期，根系雖然很淺，但為了維持土壤微生物活動(dòng)，并為以后根系生長(zhǎng)創(chuàng)造條件，需要在一定土層深度內(nèi)保持適當(dāng)?shù)暮?，一般采?0~40cm；隨著作物的成長(zhǎng)和根系的發(fā)育，需水量增多，計(jì)劃濕潤(rùn)層也應(yīng)逐漸增加，至生長(zhǎng)末期，由于作物根系停止發(fā)育，需水量減少，計(jì)劃濕潤(rùn)層深度不宜繼續(xù)加大，一般不超過(guò)0.8~1.0m。在地下水位較高的鹽堿化地區(qū)，計(jì)劃濕潤(rùn)層深度不宜大于0.6m。根據(jù)試驗(yàn)資料，列出幾種作物不同生育階段的計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，如表2-8所示。表2-8冬小麥、棉花、玉米各生育期較為典型的計(jì)劃濕潤(rùn)層深度冬生育幼苗期~~分蘗期~~拔節(jié)期~~抽穗期~~灌漿期小期麥計(jì)劃濕潤(rùn)層深度0.3-0.4m0.4-0.5m0.5-0.6m0.6-0.8m0.8-1.0m生育期幼苗期現(xiàn)蕾期開(kāi)花結(jié)鈴期吐絮期棉花計(jì)劃濕潤(rùn)層深度0.3-0.4m0.4-0.6m0.6-0.8m0.6-0.8m生育期幼苗期拔節(jié)期孕穗期抽穗期灌漿期玉米計(jì)劃濕潤(rùn)層深度0.3-0.4m0.4-0.5m0.5-0.6m0.6-0.8m0.8m3、土壤適宜含水率上、下限的確定由于田間作物需水的持續(xù)性及農(nóng)田灌水或降水的間歇性，計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤含水率不可能經(jīng)常維持在最適宜的水平，為了保證作物生長(zhǎng)，應(yīng)將土壤含水率控制在適宜的上限（。max）及下限（。.）之間。土壤含水率的上限應(yīng)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：既不產(chǎn)生深層滲漏，又要滿(mǎn)足作物土壤空氣含量的要求，故一般取田間持水量。土壤含水率的下限應(yīng)以作物生長(zhǎng)不受抑制為準(zhǔn)，應(yīng)大于凋萎系數(shù)，一般以