作物需水量计算方法研究

1、作物需水量计算方法研究安徽农业科学,JoumalofAnhuiA.Sci.20H09,37(2):442443.445责任编辑李玮责任校对吴晓燕作物需水量计算方法研究温随群,杨秋红,潘乐,张钰婧(华北水利水电学院,河南郑州4500l1)摘要介绍了作物需水量的影响因素,并针对这些影响因素将作物需水量的计算方法分为3类,每类选取有代表性的几种方法进行探讨,指出它们的优缺点和适用条件,对今后的作物需水量研究有重要的参考价值.关键词作物需水量;参考作物;枯燥力:蒸发腾发量中图分类号S119文献标识码A文章编号05176611(2()o9)o2一【x)44202ResearchOntlleCalcIll

2、at.0nMetho'ls0fCropWaterReqllirementWENSui?qIIIIetal(NorthChinaInstituteofWaterC0nservancyandHydrUelectricP0wer,Zhengzhou.Henan4500l1)AbstractThefactorsthatw0uldaffectthecropwaterrequirementw0u1dbediscu8sed.Basedonthesefactors,themeth0ds0fdetemningthecr(】pwaterrequirementwereattributedtothreespe

3、cies.Thenafewtypicalmeth0dsw0uldbeselectedflr0meach0fthethreespecies南rlurtherinVestationaimingat陀Vealingtheiradvantages,sh0rtcomingsandapplicationc0nditions;whichw0uldpr0videreferencetothefutureresearchab0utcropwaterrequirement.KewOrdsCr0pwaterrequirement;Rerencecmp;Dryingpowe;Evp0transpirati0n作物需水量

4、是指作物在适宜的土壤水分和肥力水平下,经过正常生长发育,获得高产时的植株蒸腾,棵间蒸发以及构成植株体的水量之和.作物需水量是农业用水的主要组成局部,也是整个国民经济中消耗水分的最主要局部.因此,它是水资源开发利用时的必需资料,同时也是灌排工程规划,设计和管理的根本依据.目前全世界的用水量不断增长,水资源缺乏日益突出,因此,对作物需水量的研究和估算,已成为一个重要研究课题.1作物需水量的影响因素根据大量灌溉试验资料分析,作物需水量的大小与气象条件(辐射,温度,日照,湿度和风速等),土壤水分状况,作物种类及其生长发育阶段,农业技术措施和灌溉排水措施等有关.1.1气象因素对作物需水量的影响气象因素对

5、作物需水量的影响包括太阳辐射,空气湿度和风速等.1.1.1太阳辐射.太阳辐射是作物蒸腾蒸发所需能量的唯一来源.太阳辐射能越高,作物蒸发蒸腾速率越快.据分析,作物需水量与太阳辐射量的大小成一定比例关系.但是,当太阳辐射太强时,会产生气孔关闭,叶面蒸腾减小,从而使总的作物蒸腾蒸发量减小.因此,作物需水量与太阳辐射密切相关.1.1.2空气湿度.空气湿度的上下对作物需水量也有较大的影响,空气湿度越低,叶面和大气之间的水汽压差越大,据道尔顿定律,那么叶面之间的蒸发加快,这个时候作物的蒸腾蒸发量也随之加大.从势能的观点看,空气湿度越高,空气的水势越高,那么叶气问的水势差越小,其蒸腾蒸发减小.作物需水量与空

6、气的饱和差成正比.1.1.3风速.风速对作物需水量的影响是通过加快水汽扩散,减小水汽扩散阻力来实现的.根据水汽扩散理论可知水汽扩散阻力与风速成反比,风速越大,水汽扩散阻力越小,从而促进蒸腾.在一定范围内,蒸发蒸腾的增减与风速的1/21次方成正比.但在一定限度以上的风速时,气孑L开度减作者简介温随群(1957一),男,河南长垣人,教授,从事农业水土工程的教学与研究.收稿日期20o81031小,蒸腾量也减小,甚至强风会使气孔关闭而停止蒸腾.1.2土壤水分状况对作物需水量的影响土壤含水量是影响旱作物需水量的主要因素之一,当土壤含水量降低时,发生土壤水分亏缺,土壤中毛管传导度减小,植物根系的吸水速率降

7、低,引起叶片含水量减小,保卫细胞失水收缩,气孔开度减小,气孔的水分扩散阻力增加,导致作物叶面蒸腾强度低于无水分亏缺时的蒸腾强度.在降水或灌溉后,土壤水分不断蒸发,表层土壤不断枯燥,造成棵间土壤蒸发减小.因此,作物需水量也会随土壤含水量的增加而变化.1.3作物的生物学特性对作物需水量的影响作物种类不同其需水量有较大差异,耐旱性强的作物外表积不兴旺,叶面积小,表皮角质层兴旺,叶组织较紧密,气孔小而常下陷,细胞小,保水能力强,蒸腾失水较小,因而总的蒸腾蒸发量也小.同一种作物不同的品种其需水量也有较大差异,同一品种的作物在不同的生育阶段其需水量也不同,作物生长前期需水量小,中期需水量大,到生长盛期其需

8、水量到达最大,后期需水量又开始减少,这是由作物的生物学特性所决定的.1.4农业技术措施对作物需水量的影响农业技术措施间接影响作物需水量的变化.播种密度大,施肥多,会影响作物叶面积的大小和株高的变化,从而间接影响需水量的大小.因为冠层荫蔽状况不同,会引起能量平衡方程中各项参数的变化,从而影响需水量的大小.1.5灌溉排水措施对作物需水量的影响灌溉排水措施也对作物需水量产生间接影响.通过改变土壤含水量或改变农田小气候甚至作物生长状况来引起作物需水量的变化.一般情况下,地面灌溉方法下的作物蒸发蒸腾量要大于喷,滴灌条件下的蒸发蒸腾量.2作物需水量计算方法作物需水量的计算方法有3大类,第一类是先计算全生育

9、期总需水量,然后用阶段需水模系数分配各阶段需水量的方法,即所谓的"惯用法"第二类是直接计算各生育阶段作物需水量的方法;第三类是先用气象因素计算各阶段参考作物蒸发蒸腾量,然后乘以作物系数求各阶段作物需水量的方法.2.1惯用法2.1.1以产量为参数的经验公式.作物产量是太阳能的积37卷2期温随群等作物需水量计算方法研究累与水,土,肥和热气诸因素的协调及农业技术措施的综合结果,但在一定的气象和农业技术条件下,作物产量与需水量有较好的关系.因而把作物在一定自然条件和农业技术措施下所获得的产量与其相适应的需水量联系起来,以需水系数表示它们之间的关系:E71=l0一K+c式中,E71为

10、作物全生育期总需水量;为需水系数;l,为作物产量;n是经验指数,一般取0.30.5;c是经验常数.此法简便,只要确定了产量,便可算出此产量条件下的需水量,同时,将需水量和产量相联系,有助于进行灌溉经济分析计算,实用价值大.此法用于旱作物需水量计算,有一定的可靠性,尤其对中,低产范围;但对于水稻田,需水量主要受气象条件控制,产量与需水量关系不明显,估算需水量误差较大.2.1.2积温法.积温法的公式采用的形式为:E=8+5式中,为作物全生育期内的日平均气温积累值;口为经验系数;s是经验常数.积温法在我国南方某些地区被应用于计算水稻需水量,应用简便,气温资料易于取得,但在干旱半干旱地区,往往不是积温

11、而是干热风对蒸发腾发起决定作用,此时不宜采用积温法,否那么将引起较大偏差.2.1.3日照时数法.日照时数法的公式采用的形式为:ET=+c式中,为全生育期积累日照时数;.厂为经验系数;c是经验常数.此法最适用于夏季生长的作物,如水稻,玉米等.因为410月,太阳辐射比拟稳定,日照时数根本上反映了太阳辐射强度的大小,所以在气温较稳定的地区,此法计算的全生育期作物需水量误差较小.2.2直接计算作物需水量法2.2.1水面蒸发量法.大量的灌溉试验资料说明,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,可以用水面蒸发量这一参数来衡量作物需水量的大小.这种方法的计算公式为:E了1=0或Er=.E0+

12、6式中:为与E同时段的水面蒸发量;n,6为经验常数;是需水系数,也称蒸发系数,为需水量与水面蒸发量之比j.由于该法只要水面蒸发资料,易于获得且比拟稳定,所以该法在我国水稻地区广泛采用.多年来的实践证明,用该法时除了必须注意使水面蒸发皿的规格,安设方式及观测场地标准化外,还必须注意非气象条件(如土壤,水文地质,农业技术措施和水利措施等)对值的影响,否那么将会给资料整理工作带来困难,并使计算成果产生较大误差.2.2.2以产量为参数的需水系数法.作物产量是太阳能的累积与水,土,热,肥和气各因素的协调及农业措施的综合结果.因此,在一定的气象条件下和一定范围内,作物田间需水量将随产量的提高而增加,但是作

13、物需水量的增加并不与产量成比例.单位产量的需水量随产量的增加而逐渐减小,说明当作物产量到一定水平后,要进一步提高产量就不能仅靠增加水量,而必须同时考虑其他的能改善作物生长所需的条件.作物总需水量的表达式为:ET:KY或ET:KY+c式中,y为作物单位面积产量;为以产量为指标的需水系数;n和c为经验指数和常数:.上述公式中的,n及c值可以通过试验确定.该方法比拟简便,只要确定方案产量后就可以算出需水量;同时,此法使需水量与产量相联系,便于进行灌溉经济分析.对于旱作物,在土壤水分缺乏而影响高产的情况下,需水量主要受气象条件控制,产量与需水量关系不明确,用此法推算的误差较大.2.2.3水量平衡法.用

14、水量平衡法直接估算作物需水量是以农田水量平衡方程为根底的.由此可得时段内的作物需水量计算公式:E:P+,+5一式中,P为时段内的有效降雨量;,为灌水量;S为地下水利用量;为时段始末土壤储水量之差.水量平衡法是一种实测收集资料的方法.主要用于试验小区内的作物需水量估算,对于在大面积上应用那么有许多降低其准确性和限制其适用范围的缺点.2.3通过参考作物需水量计算实际作物需水量2.3.1彭曼公式.彭曼公式是国内外应用最普遍的综合法公式,它引人枯燥力的概念,经过简洁的推导,得到一个用普通气象资料就可计算作物需水量的公式.几经修正,目前国内外最通用的形式为:鲁尘尺+EE=j,一告"0式中,为海

15、平面标准大气压;p为计算地点的实际气压;为饱和水汽压一温度曲线上的斜率;y为温度计常数;为净辐射;为枯燥力.彭曼公式是统一标准计算方法,无需进行地区率定和使用当地的风速函数,同时也不用改变任何参数即可适用于世界各地区,估值精度较高且具备良好的可比性,是最适宜的作物需水量计算方法.2.3.2布兰妮一克雷德尔公式.国内外常用的布兰妮一克雷德尔公式,认为在土壤水分供给充足的条件下,参考作物蒸发腾发量随着月平均气温和每月白昼小时数占全年白昼小时数的百分数而变化,其计算公式如下:cp(0.4671+8)式中,为月平均气温为月内平均昼长小时占全年昼长小时的百分比;c是根据最低相对湿度,日照小时数,白天风速

16、确定的修正系数.2.3.3TI1omthwait公式.其公式为:Er:1.6()式中,为该月平均气温;为平均昼长改正系数;,是热效应指标.此法只需知道气温,即可求出参考作物蒸发腾发(下转第445页)37卷2期冯社苗粮食物流量的包络灰预测研究=(1),(2),(3),(4):(1),"(3),f(5),f(7)=(107,185,275,3901L=(L(1),L(2L),(3),(4):(1),扎(3),(5),(7)=(25,90,l47,26o)在中,(1(,)和(4)为序列的实际数据,其余数据根据上包络曲线估算.在,中,(3)为序列的实际数据,其余数据根据下包络曲线估算.应用刘

17、斌等基于VB6.O开发的灰色main软件,将以上数据输入,得到上包络序列的白化响应式:+1)=423.59756lexp(Q363l25)一3铆56l凭;?'(+1)=;1(.1c+1)一【1'()其平均相对误差s(n)=1.66%,精度p.=98.34%,符合要求.得到下包络序列的白化响应式:'(+1)=l20.20294lexp(o.530921)一95.2o2941(十1)=¨(+1)一¨()其平均相对误差(n曙)=5.13%,精度p.=94.87%,符合要求.由以上白化响应式可以得到2o06,2007年的预测范围:(5):551.26,(5)

18、:414.05(6):792.61,'(6):7o4.08所以,该省2006年的出省粮食物流量预测值范围是4l4.o5,551.26,2007年的出省粮食物流量预测值范围是7o4.08,792.61.20o6年的预报值可以选用(4l4.05+551.26)÷2=482.66,2007年的预报值可以选用(704.08+792.61)÷2:748.35.可见,该省的粮食物流量仍将保持较快速度增长,适当扩建粮食物流根底设施势在必行.(上接第443页)量,资料简单易得,主要适用于干旱和半干旱地区的夏季.3结语作物需水量确实定是一个非生物工程和生物因素相互作用的复杂_丁程,涉

19、及时空范围广,且在不同时空尺度范围内,作物需水量尺度特征各不相同.作物需水量的计算是灌区实时灌溉预报的主要内容,是编制灌区动态用水方案的基础,所以更应做好作物需水量研究.参考文献1陈玉民,郭国双,王广兴,等.中国主要作物需水量与灌溉M.北京:水利电力出版社,l995.2蔡甲冰,刘钰,许迪.作物瞪发量实时预报与田间试验验证J.水利学报.20O8,39(6):674679.3结论研究结果显示,该省粮食物流量将呈现稳步高速增长的趋势,这与该省粮食市场的开展情况以及该省在全国粮食物流中的地位是相吻合的.首先,2001年该省粮食购销市场化改革进一步深入,衔接省内外的粮食购销渠道更加畅通,销往省外的粮食也

20、会更多.其次,从更大的范嗣来看,我国稻米的流向主要有3条"长线"和一个"发散地区",3条"长线"之一是从东北向南方公路和铁路运输线,直到广东和广西,一个"发散地区"是指以江苏,安徽,湖北,江西,湖南为主的稻米产区,该省恰好位于该条长线和这个发散地区的中心位置,因此该省是北方稻米向南部和东部转运的中转地.再次,根据有关资料预测,到2021年,该省稻米产销平衡结果为剩余,而缺口较大的有广东,福建,云南,浙江,上海等地区,其中以广东省的缺口最大,为600万t,而该省毗邻这些缺粮地区且位于中心位置,因此未来几年,该省余粮将向这些地区流动.根据以上信息判断,该省粮食物流量在未来几年高速增长符合开展趋势.综上所述,灰色包络预测法对样本的适应性强,预测精度较高,简单易行,在资料匮乏且系统数据没有明显规律可循的情况下,能够在一定程度上有效解决粮食物流量的预测问题.参考文献1刘思峰,郭天榜,党耀国,等.灰色系统理论及其应用M.北京:科学出版社,I999:l3