第二章作物需水量和灌溉用水量

1、第二章第二章 作物需水量和灌溉用水量作物需水量和灌溉用水量第一节第一节 作物需水量作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素第一节第一节 作物需水量作物需水量 1 1作物需水量作物需水量农田水分消农田水分消耗的途径耗的途径植株蒸腾植株蒸腾棵间蒸发棵间蒸发深层渗漏深层渗漏 或田间渗漏或田间渗漏地表径流地表径流组成植株体的一部分组成植株体的一部分植株蒸腾：植株蒸腾：作物将根系从土壤中吸收的水分，通过叶片的气孔作物将根系从土壤中吸收的水分，通过叶片的气孔蒸散到大气中的现象。蒸散到大气中的现象。棵间蒸发：棵间蒸发：植株间土壤或田面的水分蒸发。植株间土壤或田面的水分蒸发。深层渗漏：深层

2、渗漏：旱地中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分超旱地中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分超 过了田间持水量，向根系吸水层以下土层渗漏的现象过了田间持水量，向根系吸水层以下土层渗漏的现象。第一节 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素1 1作物需水量作物需水量v作物需水量作物需水量：生长在大面积上的无病虫害作物，：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产能取得高产 潜力的条件下为满足潜力的条件下为满足植株蒸腾植株蒸腾、棵棵间蒸发间蒸发、组成植株体组成植株体所需要的水量。所需要的水量。 在实际

3、中由于组成植株体的水分只占总需水量在实际中由于组成植株体的水分只占总需水量中很微小的一部分中很微小的一部分( (一般小于一般小于1%)1%)，而且这一小部，而且这一小部分的影响因素较复杂，难于准确计算，故人们均分的影响因素较复杂，难于准确计算，故人们均将此部分忽略不计，将此部分忽略不计，即认为作物需水量就等于植即认为作物需水量就等于植株蒸腾量和棵间蒸发量之和，即所谓的株蒸腾量和棵间蒸发量之和，即所谓的“蒸发蒸蒸发蒸腾量腾量” ，气象学、水文学和地理学中称为，气象学、水文学和地理学中称为“蒸散蒸散量量”或或“农田总蒸发量农田总蒸发量”，国内也有人称之为，国内也有人称之为“腾发量腾发量”。 一、作

4、物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素1 1作物需水量作物需水量第一节 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素1 1作物需水量作物需水量E作物耗水量作物耗水量，简称耗水量：，简称耗水量：就某一地区而言，指具就某一地区而言，指具体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量。体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量。第一节 作物需水量 需水量需水量是一个理论值，又称为是一个理论值，又称为潜在蒸散量（或潜在潜在蒸散量（或潜在腾发量）腾发量），而，而耗水量耗水量是一个实际值，又称实际蒸散量。是一个实际值，又称实际蒸散量。需水量与耗水量的单位一样，常以需水量与耗水量的单位一样，

5、常以 m3 亩亩-1 或或 mm 水水层表示。层表示。第一节 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素1 1作物需水量作物需水量作物需水量包含作物需水量包含生理生理和和生态需水生态需水两个方面。两个方面。u 作物生理需水：作物生理需水：作物生命过程中各种生理活动（如蒸腾作物生命过程中各种生理活动（如蒸腾作用、光合作用等）所需要的水分。作用、光合作用等）所需要的水分。植株蒸腾植株蒸腾实际上是作实际上是作物生理需水的一部分。物生理需水的一部分。u 作物生态需水：作物生态需水：指生育过程中，为给作物正常生长发育指生育过程中，为给作物正常生长发育创造良好的生长环境所需要的水分。创造

6、良好的生长环境所需要的水分。棵间蒸发棵间蒸发即属于作物即属于作物的生态需水。的生态需水。第一节 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素1 1作物需水量作物需水量v作物在不同生长阶段的需水规律为：作物在不同生长阶段的需水规律为：随着作物的生长和叶随着作物的生长和叶面积的增加，需水量值也不断增大，在作物苗期，需水量值面积的增加，需水量值也不断增大，在作物苗期，需水量值较小，当作物进入生长盛期，需水量增加很快，叶面积最大较小，当作物进入生长盛期，需水量增加很快，叶面积最大时，作物需水量出现高峰；到作物成熟期，需水量值又迅速时，作物需水量出现高峰；到作物成熟期，需水量值又迅速下降

7、。下降。v每种作物都有需水高峰期，每种作物都有需水高峰期，需水高峰期一般处于作物生长需水高峰期一般处于作物生长旺盛阶段，旺盛阶段，如冬小麦有两个需水高峰期，第一个高峰在分蘖如冬小麦有两个需水高峰期，第一个高峰在分蘖期，第二高峰在开花至乳熟期；大豆的需水高峰在开花结荚期，第二高峰在开花至乳熟期；大豆的需水高峰在开花结荚期；谷子的需水高峰为开花期；谷子的需水高峰为开花乳熟期；玉米为抽雄乳熟期；玉米为抽雄乳熟期。乳熟期。 第一节 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素1 1作物需水量作物需水量各种作物需水临界期不完全相同，但大多数出现在从各种作物需水临界期不完全相同，但大多数出

8、现在从营营养生长养生长向向生殖生长生殖生长的过渡阶段，例如小麦在拔节至抽穗期，的过渡阶段，例如小麦在拔节至抽穗期，棉花在开花至结铃期，玉米在抽雄至乳熟期，水稻为孕穗棉花在开花至结铃期，玉米在抽雄至乳熟期，水稻为孕穗至扬花期等，在作物需水临界期缺水，会对产量产生很大至扬花期等，在作物需水临界期缺水，会对产量产生很大影响。影响。E作物在不同生育时期对缺水的敏感程度不同，在作物作物在不同生育时期对缺水的敏感程度不同，在作物整个生育期中通常把对缺水最敏感、缺水对产量影响最整个生育期中通常把对缺水最敏感、缺水对产量影响最大的时期称为大的时期称为作物需水临界期作物需水临界期或或需水关键期需水关键期。第一节

9、 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素1 1作物需水量作物需水量v作物需水系数：作物需水系数：生产单位产量作物（如生产单位产量作物（如1kg小麦）的需小麦）的需水量（水量（mm kg-1）。）。v作物水分利用效率：作物水分利用效率：作物作物每消耗单位水量每消耗单位水量所能生产的产所能生产的产量量(kg/mm或或kg/m3），常表示为），常表示为:WUE(water use efficiency)。 第一节 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素2 2影响作物需水量的主要因素影响作物需水量的主要因素 作物需水规律随作物种类、品种、土壤、气候、生产力水

10、平作物需水规律随作物种类、品种、土壤、气候、生产力水平等诸多因素而变化，应结合各地情况来探索作物需水规律。等诸多因素而变化，应结合各地情况来探索作物需水规律。（1）作物因素）作物因素 E 不同种类的作物需水量有很大的差异，如就小麦、玉不同种类的作物需水量有很大的差异，如就小麦、玉 米、水稻而言，水稻小麦玉米；米、水稻而言，水稻小麦玉米；E 不同品种的作物需水量有很大差异，如耐旱品种需水量小；不同品种的作物需水量有很大差异，如耐旱品种需水量小；E 不同生育阶段需水量不同；不同生育阶段需水量不同；E 不同长势的作物需水量不同。不同长势的作物需水量不同。第一节 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一

11、、作物需水量与影响因素2 2影响作物需水量的主要因素影响作物需水量的主要因素 (2)气象因素气象因素气象因素是影响作物需水量的主要因素，它不仅影响气象因素是影响作物需水量的主要因素，它不仅影响蒸腾速率蒸腾速率，也直接，也直接影响作物的生长发育影响作物的生长发育。气象因素。气象因素对作物需水量的影响，往往是对作物需水量的影响，往往是几个因素同时作用几个因素同时作用，很难将各个因素的影响一一分开。很难将各个因素的影响一一分开。当气温高、日照时数多、相对湿度小时，需水量会增当气温高、日照时数多、相对湿度小时，需水量会增加。加。第一节 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素2 2

12、影响作物需水量的主要因素影响作物需水量的主要因素 (3)土壤因素土壤因素 影响作物需水量的土壤因素主要有影响作物需水量的土壤因素主要有质地质地、含水量含水量、颜色颜色、有机质含量有机质含量、养分状况养分状况等。等。 砂土持水力弱，蒸发较快，因此，在砂土上的作物需水砂土持水力弱，蒸发较快，因此，在砂土上的作物需水量就大。量就大。 就土壤颜色而言，黑褐色土壤吸热较多，其蒸发较大，就土壤颜色而言，黑褐色土壤吸热较多，其蒸发较大，而颜色较浅的黄白色土壤反射较强，相对蒸发较少。而颜色较浅的黄白色土壤反射较强，相对蒸发较少。 土壤含水量较高时，蒸发强烈，作物需水量较大；相土壤含水量较高时，蒸发强烈，作物需

13、水量较大；相反，土壤含水量较低时，作物需水量较少反，土壤含水量较低时，作物需水量较少。第一节 作物需水量 一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素2 2影响作物需水量的主要因素影响作物需水量的主要因素 由于上述各种因素的影响，因此，在生产实际由于上述各种因素的影响，因此，在生产实际中，必须因时、因地、因作物、因气候等各种自然中，必须因时、因地、因作物、因气候等各种自然与人为条件确定作物的需水量，以利于指导生产。与人为条件确定作物的需水量，以利于指导生产。作物需水量是农业用水的作物需水量是农业用水的主要组成部分主要组成部分，也是整个，也是整个国民经济中消耗水分的最主要部分。它是水资源合国

14、民经济中消耗水分的最主要部分。它是水资源合理开发、利用所必需的重要资料，同时也是农田水理开发、利用所必需的重要资料，同时也是农田水利工程规划、设计、管理的基本依据利工程规划、设计、管理的基本依据。第一节 作物需水量 二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（一）直接计算（一）直接计算1水面蒸发量法（蒸发皿法或水面蒸发量法（蒸发皿法或 值法）值法）： 水面蒸发量与作物需水量之间存在一定程度的相关水面蒸发量与作物需水量之间存在一定程度的相关关系，因此可用水面蒸发量这一参数来计算作物需水量：关系，因此可用水面蒸发量这一参数来计算作物需水量： ETc =E0 或或 ETc = aE0 b 式式中：中：ETc

15、 - 作物需水量（作物需水量（mm）；）；E0 表示与表示与ETc同时段的水面蒸发量（同时段的水面蒸发量（mm），采用蒸发皿或蒸发器的），采用蒸发皿或蒸发器的测定值。测定值。第一节 作物需水量 二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（一）直接计算（一）直接计算1 1水面蒸发量法（蒸发皿法水面蒸发量法（蒸发皿法或或 值法值法）：需水系数或蒸发系数，为需水系数或蒸发系数，为需水量与水面蒸发量的比值，需水量与水面蒸发量的比值，由实测资料确定，一般水稻田的由实测资料确定，一般水稻田的= 0.9= ，旱作的，旱作的= = 0.7。 作物全生育期内各生长阶段的作物全生育期内

16、各生长阶段的值是各不相同的，其最值是各不相同的，其最大值出现在作物生长旺期，而发芽出苗期则最小，所以在大值出现在作物生长旺期，而发芽出苗期则最小，所以在分阶段计算作物需水量时，各阶段应分别选取分阶段计算作物需水量时，各阶段应分别选取不同的不同的值值。 一般水稻用一般水稻用 值法比旱作物用此法好。值法比旱作物用此法好。（一）直接计算（一）直接计算二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算2产量法：产量法： 作物产量反映了水、土、肥、热、气、光等因素的协调及农作物产量反映了水、土、肥、热、气、光等因素的协调及农业措施的综合作用。业措施的综合作用。在一定条件下，在一定条件下，作物需水量将随产量的提高作物需水

17、量将随产量的提高而增加。但是需水量的增加并不与产量成比例，而增加。但是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，说明当作物产量达到一定水渐减小，说明当作物产量达到一定水平后，要进一步提高产量就不能仅靠平后，要进一步提高产量就不能仅靠增加水量，而必须同时改善作物生长增加水量，而必须同时改善作物生长所必需的其它条件。所必需的其它条件。第一节 作物需水量 产量Y2产量法（产量法（K值法）值法）：用作物产量计算作物需水量的表达式为：用作物产量计算作物需水量的表达式为：式中式中：ET全生育期全生育期的需水量的需水量（mm）；）；Y作物单位面积

18、作物单位面积的产量（的产量（kg亩亩-1）；）；K需水系数需水系数（m3kg-1），），为单位产量的为单位产量的需水量。需水量。此法简便，只要确定计划产量后便可算出需水量；同时，此此法简便，只要确定计划产量后便可算出需水量；同时，此法使需水量与产量相联系，便于进行法使需水量与产量相联系，便于进行灌溉经济分析灌溉经济分析。第一节 作物需水量 二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（一）直接计算（一）直接计算E对于旱作物，在土壤水分不足而影响高产的情况下，需水量随对于旱作物，在土壤水分不足而影响高产的情况下，需水量随产量的提高而增大，用此法推算较可靠。产量的提高而增大，用此法推算较可靠。但对于土壤水分

19、充足的但对于土壤水分充足的旱田以及水稻田，需水量主要受气象条件控制，产量与需水量关旱田以及水稻田，需水量主要受气象条件控制，产量与需水量关系不明确，用此法推算的误差较大。系不明确，用此法推算的误差较大。第一节 作物需水量 3以多种因素为参数的作物需水量计算法以多种因素为参数的作物需水量计算法选取几个影响因素，探求它们与作物需水量之间存在选取几个影响因素，探求它们与作物需水量之间存在的数量关系。的数量关系。以多种因素为参数推求作物需水量的经验公式在国内以多种因素为参数推求作物需水量的经验公式在国内外很多，有的选取水面蒸发量和产量作参数，有的以外很多，有的选取水面蒸发量和产量作参数，有的以水面蒸发

20、量和土壤含水率作参数，也有选取更多因素水面蒸发量和土壤含水率作参数，也有选取更多因素作参数的。作参数的。 （一）直接计算（一）直接计算二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算第一节 作物需水量 二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（一）直接计算（一）直接计算上述各公式都可估算全生育期作物需水量，也可估算各生上述各公式都可估算全生育期作物需水量，也可估算各生育阶段的作物需水量。在生产实践中，习惯采用所谓育阶段的作物需水量。在生产实践中，习惯采用所谓模系模系数法数法估算作物各生育阶段的需水量，即估算作物各生育阶段的需水量，即先确定全生育期作先确定全生育期作物需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进

21、物需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进行分配，行分配，即：即： ETi = Ki ET式中式中 ETi某一生育阶段作物需水量某一生育阶段作物需水量；Ki需水量模比系需水量模比系数，即作物各生育阶段需水量占全生育期作物需水量的百数，即作物各生育阶段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。分数，可以从试验资料中取得。 第一节 作物需水量 二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（二）间接计算（通过参考作物蒸发蒸腾量进行计算）（二）间接计算（通过参考作物蒸发蒸腾量进行计算）参考作物蒸发蒸腾量：参考作物蒸发蒸腾量：是一种假想的参考作物冠层的蒸是一种假想的参考作物冠层的蒸发蒸腾速

22、率，参考作物被假设为高度为发蒸腾速率，参考作物被假设为高度为12cm，表面阻力，表面阻力为为70s/m，反射率为，反射率为0.23，非常类似于，非常类似于表面开阔表面开阔、高度一高度一致致、生长旺盛生长旺盛、完全遮盖完全遮盖地面而不缺水的绿色草地。地面而不缺水的绿色草地。间接计算分为以下两步：间接计算分为以下两步： 第一步是：考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参第一步是：考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参考作物蒸发蒸腾量。考作物蒸发蒸腾量。 第二步是：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参考作第二步是：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参考作物需水量进行调整或修正，而计算出实际需水量。物需水量

23、进行调整或修正，而计算出实际需水量。第一节 作物需水量 二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（二）间接计算（通过参考作物蒸发蒸腾量进行计算）（二）间接计算（通过参考作物蒸发蒸腾量进行计算）估算参考作物蒸发蒸腾量的方法包括估算参考作物蒸发蒸腾量的方法包括经验公式法经验公式法和和理论公式法理论公式法。经验公式法经验公式法中常采用辐射、温度、水汽压、相对中常采用辐射、温度、水汽压、相对湿度、风速及日照等气象数据作为参数，按照某湿度、风速及日照等气象数据作为参数，按照某种与参考作物蒸发蒸腾量的经验函数关系进行估种与参考作物蒸发蒸腾量的经验函数关系进行估值。值。理论公式法理论公式法中综合法最常应用的是中综

24、合法最常应用的是Penman法和法和PenmanMonteith法。法。 1）Penman公式公式 Penman公式是国内外应用最普遍的综合法公式。公式是国内外应用最普遍的综合法公式。Penman公式是在能量平衡原理的基础上，引用干燥力公式是在能量平衡原理的基础上，引用干燥力( (Drying Power) )的概念，经过简捷地推导，得到了一个的概念，经过简捷地推导，得到了一个用普通气象资料就可计算参考作物蒸发蒸腾量的公式。用普通气象资料就可计算参考作物蒸发蒸腾量的公式。经多次修正，目前国内外最通用的形式为经多次修正，目前国内外最通用的形式为FAOFAO于于19791979年推年推荐的公式，荐

25、的公式，该公式具有较好的理论基础，包括有辐射项该公式具有较好的理论基础，包括有辐射项与空气动力学项，并考虑了气压与风速修正，其形式为与空气动力学项，并考虑了气压与风速修正，其形式为: : （1 1）参考作物蒸发蒸腾量的估算）参考作物蒸发蒸腾量的估算二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算0.1)1)(26.00200PPCueeRPPETasn式中：式中：P0和和P分别为海平面标准大气压和计算地点的实际气分别为海平面标准大气压和计算地点的实际气压压hPa；为饱和水汽压温度曲线上的斜率为饱和水汽压温度曲线上的斜率hPa 1；为湿度计常数为湿度计常数hPa 1； ea为空气实际水汽压为空气实际水汽压hP

26、a；es为饱和水汽压为饱和水汽压hPa；u2为为2m高处风速高处风速m/s；C为风速为风速修正系数。修正系数。 1）Penman公式公式二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算 2）Penman-Monteith公式公式以能量平衡和水汽扩散理论为基础，既考虑了作物的生以能量平衡和水汽扩散理论为基础，既考虑了作物的生理特征，又考虑了空气动力学参数的变化，具有较充分理特征，又考虑了空气动力学参数的变化，具有较充分的理论依据和较高的计算精度。经过多年研究改进，的理论依据和较高的计算精度。经过多年研究改进，19901990年年FAOFAO推荐使用的公式形式为：推荐使用的公式形式为：)34.01 ()(273

27、900)(408.0220ueeuTGRnETas（1 1）参考作物蒸发蒸腾量的估算）参考作物蒸发蒸腾量的估算二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算 ETET0 0参考作物蒸发蒸腾参考作物蒸发蒸腾量量 mmday1; Rn Rn输入冠层净辐射量输入冠层净辐射量 MJm2day1; G G土壤热通量土壤热通量 MJ m2 day1; T T2m2m高处日平均温度高处日平均温度 ； u u2 22m2m高处风速高处风速 ms1 ； e es s饱和水汽饱和水汽压压 kPa; e ea a实际水汽实际水汽压压 kPa; 饱和水汽压与温度关系曲线在某处的斜率饱和水汽压与温度关系曲线在某处的斜率 kPa1;

28、 干湿表常数干湿表常数 kPa1 。2）Penman-Monteith公式公式二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算参考作物蒸发蒸腾量参考作物蒸发蒸腾量( (ETET0 0) )用来表示假定的参考作物的蒸发用来表示假定的参考作物的蒸发蒸腾量，其他作物的蒸发蒸腾量是用参考作物蒸发蒸腾量来蒸腾量，其他作物的蒸发蒸腾量是用参考作物蒸发蒸腾量来计算的。计算的。用于关联实际作物耗水量与参考作物蒸发蒸腾量的用于关联实际作物耗水量与参考作物蒸发蒸腾量的因子称为因子称为作物系数作物系数( (kckc) )。 最早提出最早提出并已被并已被FAO作物需水量专家咨询组作物需水量专家咨询组(Allen等，等，1997)所

29、采纳和修正的作物系数概念如下：所采纳和修正的作物系数概念如下：ETc = Kc ET0 计算作物蒸发蒸腾量的上述两种方法，计算作物蒸发蒸腾量的上述两种方法，FAOFAO为其分别命名为为其分别命名为单作物系数法单作物系数法。二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（2 2）作物系数的确定）作物系数的确定Kc为为综合作物系数综合作物系数，与作物种类、品种、生育，与作物种类、品种、生育期、作物的群体叶面积指数等因素有关，是作期、作物的群体叶面积指数等因素有关，是作物自身生物学特性的反映。物自身生物学特性的反映。根据各地的试验，作物系数根据各地的试验，作物系数Kc不仅随不仅随作物作物而变而变化，更主要的是随

30、作物的化，更主要的是随作物的生育阶段生育阶段而异。生育而异。生育初期和末期的值较小，而初期和末期的值较小，而中期中期的的K Kc c较大。较大。二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（2 2）作物系数的确定）作物系数的确定 在单作物系数方法中，作物表面和参考表面蒸发、在单作物系数方法中，作物表面和参考表面蒸发、蒸腾速率的差异用作物系数蒸腾速率的差异用作物系数Kc综合考虑，这种方法综合考虑，这种方法就是就是FAOFAO早在早在7070年代推荐，并在国内有关作物需水年代推荐，并在国内有关作物需水量研究工作中普遍采用的方法。量研究工作中普遍采用的方法。 可通过田间实测的作物蒸发蒸腾量与相同阶段内可通过田

31、间实测的作物蒸发蒸腾量与相同阶段内得到的参考作物蒸发蒸腾量之比获得。这种方法适得到的参考作物蒸发蒸腾量之比获得。这种方法适宜在灌溉系统的规划设计和管理工作中采用。宜在灌溉系统的规划设计和管理工作中采用。（2 2）作物系数的确定）作物系数的确定二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算由于表层土壤水分状况对作物实际蒸发蒸腾量由于表层土壤水分状况对作物实际蒸发蒸腾量的影响非常显著，尤其在作物苗期和前期生长阶的影响非常显著，尤其在作物苗期和前期生长阶段地面覆盖较小的情况下，因此，要准确估算作段地面覆盖较小的情况下，因此，要准确估算作物蒸发蒸腾量就需要全面考虑物蒸发蒸腾量就需要全面考虑土壤蒸发土壤蒸发和和作物

32、蒸作物蒸腾腾。（2 2）作物系数的确定）作物系数的确定二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算 对大多数作物来说，在播种和苗期基础作物系对大多数作物来说，在播种和苗期基础作物系数较小，为数较小，为0.150.2；快速生长期迅速增大，；快速生长期迅速增大，为为0.30.8；当植被完全覆盖地面后达到最大值，；当植被完全覆盖地面后达到最大值，接近于接近于1.0；成熟期迅速减小，为；成熟期迅速减小，为0.80.15。二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（2 2）作物系数的确定）作物系数的确定 作物蒸发蒸腾不仅受作物蒸发蒸腾不仅受外界蒸发条件外界蒸发条件的支配，同时还的支配，同时还受作物本身的受作物本身的生理特

33、性生理特性以及以及土壤水分状况土壤水分状况的限制。在的限制。在干旱缺水时，土壤含水量降低，土壤中毛管传导率减干旱缺水时，土壤含水量降低，土壤中毛管传导率减小，根系吸水率降低，供水不足，作物遭受水分胁迫，小，根系吸水率降低，供水不足，作物遭受水分胁迫，引起叶片含水量减小，气孔阻力增大，从而导致水分引起叶片含水量减小，气孔阻力增大，从而导致水分胁迫条件下的作物蒸发蒸腾速率低于无水分胁迫时的胁迫条件下的作物蒸发蒸腾速率低于无水分胁迫时的作物蒸发蒸腾速率。作物蒸发蒸腾速率。（3）水分胁迫条件下作物蒸发蒸腾量估算方法水分胁迫条件下作物蒸发蒸腾量估算方法 二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算水分胁迫条件下的

34、作物蒸发蒸腾量水分胁迫条件下的作物蒸发蒸腾量ETa是充分供水条件是充分供水条件下的作物蒸发蒸腾量下的作物蒸发蒸腾量ETc和土壤水分胁迫因子和土壤水分胁迫因子K的乘积，的乘积，即即 ETa= KKcET0 估算估算ETaETa时，需要确定土壤水分胁迫因子时，需要确定土壤水分胁迫因子K K。二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（3）水分胁迫条件下作物蒸发蒸腾量估算方法水分胁迫条件下作物蒸发蒸腾量估算方法 第二节第二节 作物灌溉制度作物灌溉制度第二章第二章 作物需水量和灌溉用水量作物需水量和灌溉用水量第二节 作物灌溉制度一、灌溉制度的内涵及确定方法v灌溉制度：灌溉制度：指特定作物在一定的气候、土壤、供

35、水等自然指特定作物在一定的气候、土壤、供水等自然条件和一定的农业技术措施下，为了获得高产或高效，所条件和一定的农业技术措施下，为了获得高产或高效，所制订的向农田灌水的方案。包括制订的向农田灌水的方案。包括作物播种前作物播种前(或水稻栽秧前或水稻栽秧前)及全生育期内的及全生育期内的灌水次数灌水次数，每次灌水的，每次灌水的灌水日期灌水日期、灌水定灌水定额额以及以及灌溉定额灌溉定额。v灌水定额：灌水定额：指一次灌水单位面积上的灌水量。指一次灌水单位面积上的灌水量。v灌溉定额：灌溉定额：指作物全生育期各次灌水定额之和。指作物全生育期各次灌水定额之和。 灌水定额及灌溉定额常以灌水定额及灌溉定额常以m3/

36、 /hm2或或mm表示。表示。v灌水次数：灌水次数：农作物在整个生育期中实施灌溉的次数。农作物在整个生育期中实施灌溉的次数。 灌水时间以作物生育期或年、月、日表示。灌水时间以作物生育期或年、月、日表示。 （一）灌溉制度的内涵（一）灌溉制度的内涵一、灌溉制度的内涵及确定方法（一）灌溉制度的内涵（一）灌溉制度的内涵 灌溉制度随作物种类、品种和自然条件及农业技术措施的不灌溉制度随作物种类、品种和自然条件及农业技术措施的不同而变化。同而变化。 由于拟建灌区规划设计或已建灌区管理工作的需要，灌溉制由于拟建灌区规划设计或已建灌区管理工作的需要，灌溉制度一般都需在灌水季节前加以确定，带有部分估算（预报）性质

37、。度一般都需在灌水季节前加以确定，带有部分估算（预报）性质。 因此，必须以作物需水规律和气象条件（特别是降水）等作因此，必须以作物需水规律和气象条件（特别是降水）等作为主要依据，从当地具体条件出发，针对不同水文年份，拟定为主要依据，从当地具体条件出发，针对不同水文年份，拟定湿湿润年（降雨量频率为润年（降雨量频率为25%25%）、中等年（频率为中等年（频率为50%50%）和和中等干旱年中等干旱年（频率为（频率为75%75%）及及特旱年（频率为特旱年（频率为95%95%）四种类型的灌溉制度。四种类型的灌溉制度。 也就是说也就是说同一种作物在不同水文年有不同的灌溉制度。同一种作物在不同水文年有不同的

38、灌溉制度。一般一般在灌溉工程规划、设计中多采用在灌溉工程规划、设计中多采用中等干旱年中等干旱年的灌溉制度作为标准的灌溉制度作为标准。第二节 作物灌溉制度一、灌溉制度的内涵及确定方法（一）灌溉制度的内涵（一）灌溉制度的内涵 灌溉制度是灌溉制度是灌溉工程规划设计灌溉工程规划设计的基础，是的基础，是已建成灌区编制和执行用水计划，合理用水已建成灌区编制和执行用水计划，合理用水的重要依据。的重要依据。 灌溉制度关系到灌区内作物产量（效益）灌溉制度关系到灌区内作物产量（效益）和品质的提高，及灌区水土资源的充分利用和品质的提高，及灌区水土资源的充分利用和灌溉工程设施效益的发挥。和灌溉工程设施效益的发挥。 第

39、二节 作物灌溉制度（二）制定灌溉制度的方法（二）制定灌溉制度的方法第二节 作物灌溉制度一、灌溉制度的内涵及确定方法在灌区规划、设计或管理中，常采用以下几种方法来确定灌溉在灌区规划、设计或管理中，常采用以下几种方法来确定灌溉制度。制度。 1）根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度 经过多年的实践、摸索，各地群众都积累了不少确定灌溉经过多年的实践、摸索，各地群众都积累了不少确定灌溉制度的经验与方法。这些经验是制定灌溉制度的重要依据，应制度的经验与方法。这些经验是制定灌溉制度的重要依据，应成为制定灌溉制度最宝贵的资料。灌溉制度调查应根据设计要成为制定灌溉制度最宝贵的

40、资料。灌溉制度调查应根据设计要求的水文年份，仔细调查这些年份不同生育期的作物田间耗水求的水文年份，仔细调查这些年份不同生育期的作物田间耗水强度强度mm/d及灌水次数、灌水时间、灌水定额及灌溉定额，并及灌水次数、灌水时间、灌水定额及灌溉定额，并由此确定这些年份的灌溉制度。由此确定这些年份的灌溉制度。第二节 作物灌溉制度一、灌溉制度的内涵及确定方法（二）制定灌溉制度的方法（二）制定灌溉制度的方法我国北方地区几种主要旱作物的灌溉制度调查生育期灌溉制度 作 物 灌水次数 灌水定额(m3hm2) 灌溉定额(m3hm2) 备注 小麦 棉花 玉米 36 24 34 6001200 450600 600900

41、 30004500 12002250 22503750 干旱年份 2）根据灌溉试验资料制定灌溉制度根据灌溉试验资料制定灌溉制度 长期以来，我国各地的灌溉试验站已进行长期以来，我国各地的灌溉试验站已进行了多年灌溉试验工作，积累了一大批相关的试了多年灌溉试验工作，积累了一大批相关的试验观测资料，这些资料为制定灌溉制度提供了验观测资料，这些资料为制定灌溉制度提供了重要的依据。重要的依据。 （二）制定灌溉制度的方法（二）制定灌溉制度的方法一、灌溉制度的内涵及确定方法第二节 作物灌溉制度 3 3）根据作物的生理、生态指标制定灌溉制度）根据作物的生理、生态指标制定灌溉制度 作物对水分的生理反应可从多方面反

42、映出来，利用作物各作物对水分的生理反应可从多方面反映出来，利用作物各种种水分生理特征和水分生理特征和变化规律变化规律作为灌溉的指标，能更合理地保证作为灌溉的指标，能更合理地保证作物的正常生长发育和它对水分的需要。作物的正常生长发育和它对水分的需要。 目前可用于确定实时灌水时间的指标除目前可用于确定实时灌水时间的指标除土壤水分外土壤水分外，主要，主要生理指标包括：生理指标包括：叶水势叶水势、气孔开度气孔开度、细胞液浓度细胞液浓度、冠层空气冠层空气温度差（温度胁迫指标）温度差（温度胁迫指标）、气孔阻力气孔阻力等。当然，有关作物对土等。当然，有关作物对土壤水分响应的生理特征与变化规律仍处于积极的探索

43、之中，在壤水分响应的生理特征与变化规律仍处于积极的探索之中，在不久的将来，这部分研究成果将会对灌溉制度的合理制定提供不久的将来，这部分研究成果将会对灌溉制度的合理制定提供更为可靠的科学依据。更为可靠的科学依据。一、灌溉制度的内涵及确定方法（二）制定灌溉制度的方法（二）制定灌溉制度的方法第二节 作物灌溉制度 4）按水量平衡原理分析制定灌溉制度按水量平衡原理分析制定灌溉制度 水量平衡法以作物各生育期内水层变化（水田）或土壤水量平衡法以作物各生育期内水层变化（水田）或土壤水分变化（旱田）为依据，水分变化（旱田）为依据，从对作物充分供水的观点出发从对作物充分供水的观点出发，要求在作物各生育期内水层变化

44、（水田）或计划湿润层内的要求在作物各生育期内水层变化（水田）或计划湿润层内的土壤含水量维持在作物适宜水层深度或土壤含水量的上限和土壤含水量维持在作物适宜水层深度或土壤含水量的上限和下限之间，降至下限之间，降至下限时则应进行灌水下限时则应进行灌水，以保证作物充分供水。，以保证作物充分供水。 应用时要参考、结合前几种方法的结果，这样才能使得应用时要参考、结合前几种方法的结果，这样才能使得所制定的灌溉制度更为合理与完善。所制定的灌溉制度更为合理与完善。（二）制定灌溉制度的方法（二）制定灌溉制度的方法一、灌溉制度的内涵及确定方法第二节 作物灌溉制度旱作物的生育期任一时段内，土壤计划湿润层（根系层）旱作

45、物的生育期任一时段内，土壤计划湿润层（根系层）H内的水量平衡可表示为：内的水量平衡可表示为： 二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度第二节 作物灌溉制度（一）农田水量平衡方程（一）农田水量平衡方程ETMKPWWWTt00K=kt，k为为t时段时段内平均每昼夜地内平均每昼夜地下水补给量下水补给量(mm(mm或或m m3 3/ h m/ h m2 2) ) ；ET= =et, ,e为为t时段时段内平均每昼夜的内平均每昼夜的作物田间需水量作物田间需水量（mmmm或或m m3 3/ hm/ hm2 2）W0,Wt 分别为时段初和任意一时间分别为时段初和任意一时间t时的土壤

46、计划湿润层时的土壤计划湿润层 内的储水量（内的储水量（mm或或m3/hm2）；）；WT 为由于计划湿润层增加而增加的水量为由于计划湿润层增加而增加的水量 （mm或或m3/hm2）；）；P0 为土壤计划湿润层内保存的有效雨量（为土壤计划湿润层内保存的有效雨量（mm或或m3/hm2）；）；M为时段为时段t内的灌溉水量（内的灌溉水量（mm或或m3/hm2）；）；二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（一）农田水量平衡方程（一）农田水量平衡方程第二节 作物灌溉制度（二）（二）农田水量平衡农田水量平衡原理原理 为了满足作物正常生长的要求，土壤计划湿润层内为了满足作物正常生长

47、的要求，土壤计划湿润层内的土壤含水量（或储水量）必须经常保持在一定的范围的土壤含水量（或储水量）必须经常保持在一定的范围之内，即通常要求之内，即通常要求不小于不小于最小允许含水量最小允许含水量min（或最小（或最小允许储水量允许储水量Wmin）和）和不大于不大于最大允许含水量最大允许含水量max（或最（或最大允许储水量大允许储水量Wmax）。）。当计划湿润层内的平均土壤含水量（或储水量）降低到当计划湿润层内的平均土壤含水量（或储水量）降低到或接近于最小允许值（或接近于最小允许值（minmin或或W Wminmin）时，即需进行灌溉，）时，即需进行灌溉，以补充土壤水分，维持作物的正常生长以补充土

48、壤水分，维持作物的正常生长。第二节 作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度例如某时段内没有灌溉也没有降雨，土壤计划湿润层也例如某时段内没有灌溉也没有降雨，土壤计划湿润层也无变化，随着时间的推移，无变化，随着时间的推移，土壤储水量土壤储水量将降至下限将降至下限，其，其水量平衡方程可写为：水量平衡方程可写为：第二节 作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度ETKWW0min土壤计划湿润层土壤计划湿润层(H)内储水量变化内储水量变化（二）（二）农田水量平衡农田水量平衡原理原理 判断是否需要灌判断是否需要灌时段末的灌水定

49、额（时段末的灌水定额（m3亩亩） 则为（注意单位换算则为（注意单位换算）: :keWWtmin0)(667minmaxminmaxnHWWm)(667minmaxminmaxHWWm 确定灌水时间确定灌水时间 确定灌水量确定灌水量比较比较0 （ W0 ）与）与 min（Wmin）第二节 作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（二）（二）农田水量平衡农田水量平衡原理原理或（三）水量平衡法资料的确定（三）水量平衡法资料的确定 二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度1、有效降水量、有效降水量P0（1 1）设计降水量）设计降水量对

50、当地多年降水资料进行频率分析，按对当地多年降水资料进行频率分析，按25%、50%、75%的降水保证率（指多年期间降水量能够得到充分满足的机的降水保证率（指多年期间降水量能够得到充分满足的机率，与率，与灌溉设计保证率灌溉设计保证率类似）选定三个降水典型年，根类似）选定三个降水典型年，根据典型年中的降水量、降水分布情况，设计不同保证率条据典型年中的降水量、降水分布情况，设计不同保证率条件下的降水量及其出现的时间。件下的降水量及其出现的时间。（三）水量平衡法资料的确定（三）水量平衡法资料的确定 二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度1、有效降水量、有效降水量P0（1）设

51、计降水量）设计降水量选择降水典型年的方法有三种：选择降水典型年的方法有三种：a）按）按年降水的频率年降水的频率选择典型年。因降水量在年内分布不均，选择典型年。因降水量在年内分布不均，尤其是在灌溉季节内降水变差大的地区，雨情往往会不尤其是在灌溉季节内降水变差大的地区，雨情往往会不 符合设计要求。符合设计要求。b) ) 按按作物生长时期降水量的频率作物生长时期降水量的频率选择典型年。如果灌区主选择典型年。如果灌区主 要作物的生长期大致相同时，用此法可得到满意的结果。要作物的生长期大致相同时，用此法可得到满意的结果。c) ) 按按年降水的变化特征分阶段年降水的变化特征分阶段选择典型年，例如可以按干、

52、选择典型年，例如可以按干、湿季分别统计计算降水量发生的频率。湿季分别统计计算降水量发生的频率。第二节 作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定（三）水量平衡法资料的确定 1、有效降水量、有效降水量P0（2）有效降水量的计算）有效降水量的计算有效降水：有效降水：能被田间作物有效利用的当地降水。能被田间作物有效利用的当地降水。 一般认为小于一般认为小于2mm（亦有认为小于（亦有认为小于5mm）的降水）的降水对作物无实际意义，为对作物无实际意义，为无效降水无效降水；降水过大将产生径；降水过大将产生径流和深层渗漏，此两者也为无效降水。因

53、此，有效降流和深层渗漏，此两者也为无效降水。因此，有效降水量一般采用如下公式计算：水量一般采用如下公式计算：P0 = P - P径径 - P渗渗第二节 作物灌溉制度1、有效降水量、有效降水量P0 （2）有效降水量的计算）有效降水量的计算生产实践中通常采用下列简化方法求取生产实践中通常采用下列简化方法求取P0： P0= P 式中：式中：为降水为降水有效利用系数有效利用系数，其值与降水量、降水，其值与降水量、降水强度、降水延续时间、土壤性质、作物生长状况、强度、降水延续时间、土壤性质、作物生长状况、地面坡度及覆盖情况以及计划湿润层深度等因素有地面坡度及覆盖情况以及计划湿润层深度等因素有关，应根据具

54、体条件通过实验确定。关，应根据具体条件通过实验确定。第二节 作物灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定（三）水量平衡法资料的确定 二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度2 2、土壤计划湿润层深度、土壤计划湿润层深度土壤计划湿润层深度：土壤计划湿润层深度：实施灌水时计划调节、控制土壤实施灌水时计划调节、控制土壤 水分状况的土层深度。水分状况的土层深度。 一般可取为作物的主要根系活动层。一般可取为作物的主要根系活动层。 计划湿润层深度与作物种类、品种、生育阶段、土计划湿润层深度与作物种类、品种、生育阶段、土壤性质以及地下水埋深等因素有关。对某一特定作物其壤性质以及地下水埋

55、深等因素有关。对某一特定作物其深度随作物的生长而增加，需根据当地实际情况确定。深度随作物的生长而增加，需根据当地实际情况确定。二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定（三）水量平衡法资料的确定 第二节 作物灌溉制度第二节 作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定（三）水量平衡法资料的确定 2、土壤计划湿润层深度、土壤计划湿润层深度冬小麦、棉花、玉米各生育期较典型的计划湿润层深度冬小麦、棉花、玉米各生育期较典型的计划湿润层深度 生育期 幼苗期 分蘖期 拔节期 抽穗期 灌浆期 冬

56、小麦 计划湿润层深度 0.30.4m 0.40.5 m 0.50.6m 0.60.8m 0.81.0 m 生育期 幼苗期 现蕾期 开花结铃期 吐絮期 棉花 计划湿润层深度 0.30.4m 0.40.6m 0.60.8m 0.60.8m 生育期 幼苗期 拔节期 孕穗期 抽穗期 灌浆期 玉米 计划湿润层深度 0.30.4m 0.40.5m 0.50.6m 0.60.8m 0.8m 第二节 作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定（三）水量平衡法资料的确定 3、土壤适宜含水量及上、下限的确定、土壤适宜含水量及上、下限的确定 土壤适宜含

57、水量：土壤适宜含水量：最适宜作物生长的含水量。最适宜作物生长的含水量。 土壤适宜含水量介于土壤适宜含水量介于max与与min之间，随作物品种及其生育之间，随作物品种及其生育阶段、土壤性质等因素而变化。阶段、土壤性质等因素而变化。生育期 出苗期 分蘖期 越冬期 返青-拔节期 拔节期后 冬小麦 土壤适宜含水量 稍70% 稍70% 70%左右 6070% 7080% 生育期 播种期 苗期 现蕾期 开花结铃期 成熟期 棉花 土壤适宜含水量 70% 5570% 6070% 7080% 5570% 生育期 播种期 苗期 拔节孕穗期 抽穗开花期 灌浆成熟期 玉米 土壤适宜含水量 6080% 5560% 60

58、70% 7075% 70%左右 冬小麦、棉花和玉米各生育阶段要求的土壤适宜含水量冬小麦、棉花和玉米各生育阶段要求的土壤适宜含水量 3、土壤适宜含水量及上、下限的确定、土壤适宜含水量及上、下限的确定v 土壤适宜含水率是确定旱作物灌溉制度的重要依据，土壤适宜含水率是确定旱作物灌溉制度的重要依据，应通过试验或总结生产实践经验确定。应通过试验或总结生产实践经验确定。v 由于田间作物需水的持续性及农田灌水或降雨的间歇由于田间作物需水的持续性及农田灌水或降雨的间歇性，计划湿润层内的土壤含水量不可能经常维持在最适性，计划湿润层内的土壤含水量不可能经常维持在最适宜含水量水平，为了保证作物生长，应将土壤含水量控

59、宜含水量水平，为了保证作物生长，应将土壤含水量控制在适宜的上限制在适宜的上限 max 与下限与下限 min 之间。之间。第二节 作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定（三）水量平衡法资料的确定 3、土壤适宜含水量及上、下限的确定、土壤适宜含水量及上、下限的确定土壤含水量的上限应满足以下两个条件：土壤含水量的上限应满足以下两个条件：q 既不产生深层渗漏，又要满足作物对土壤空气含量既不产生深层渗漏，又要满足作物对土壤空气含量的要求，故的要求，故一般可取为田间持水量一般可取为田间持水量。q 土壤含水量的下限土壤允许最小含水率土壤含水

60、量的下限土壤允许最小含水率 min 应应大于大于凋萎系数凋萎系数，以作物生长不受抑制为准，一般以占田间，以作物生长不受抑制为准，一般以占田间持水量的百分数计。根据经验取持水量的百分数计。根据经验取60%左右的田间持水左右的田间持水量比较适宜。量比较适宜。第二节 作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定（三）水量平衡法资料的确定 4、地下水补给量、地下水补给量地下水补给量：地下水补给量：地下水借毛细管作用上升至作物根系活动层地下水借毛细管作用上升至作物根系活动层内而被作物利用的水量。内而被作物利用的水量。p 其大小与地下水埋藏深度