灌溉理论研究与进展

1、灌溉理论研究与进展灌溉理论研究与进展提提 纲纲 一、作物与水分的关系一、作物与水分的关系 二、我国灌溉农业发展的历程二、我国灌溉农业发展的历程 三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径 四、灌溉管理的节水潜力四、灌溉管理的节水潜力 五、作物非充分灌溉理论五、作物非充分灌溉理论 六、调亏灌溉理论六、调亏灌溉理论 七、控制性交替灌溉理论七、控制性交替灌溉理论一、作物与水分的关系一、作物与水分的关系 生产实践证明，农作物从播种到收获，生产实践证明，农作物从播种到收获，每时每刻都离不开水。因此，水对农作物每时每刻都离不开水。因此，水对农作物生长发育至关重要。生长发育至关重要。

2、无论是旱作农业还是灌溉农业，都必无论是旱作农业还是灌溉农业，都必须解决好须解决好“水水”这个举足轻重的大问题。这个举足轻重的大问题。 一、作物与水分的关系一、作物与水分的关系 水是农作物的命脉水是农作物的命脉 作物生命活动的维持及其生长发育都离不开水作物生命活动的维持及其生长发育都离不开水 作物干物质形成与积累的过程就是水分大量消耗的过作物干物质形成与积累的过程就是水分大量消耗的过 程，如玉米每形成一单位重量的干物质要利用或消耗程，如玉米每形成一单位重量的干物质要利用或消耗 10001000单位重量的水单位重量的水 从构成植物干物质的化学成分上看，植物只利用通过从构成植物干物质的化学成分上看，

3、植物只利用通过 植物体的水分的植物体的水分的0.2%0.2%左右，其余左右，其余99.8%99.8%的水分则是通过的水分则是通过 叶片被植物蒸腾而散失到大气中叶片被植物蒸腾而散失到大气中 作物缺水时，轻则减产，严重时可能造成绝产作物缺水时，轻则减产，严重时可能造成绝产（一）水分与作物生长发育的关系（一）水分与作物生长发育的关系 1.1. 水是构成作物有机体的主要成分水是构成作物有机体的主要成分 作作物物的的含含水水量量 叶片含水量可达叶重的叶片含水量可达叶重的 80809595 根部的含水量可占根部重量的根部的含水量可占根部重量的70709090 干燥种子的含水量占种子重量的干燥种子的含水量占

4、种子重量的10101515 蔬菜作物其产品均是柔嫩多汁的器官，含水蔬菜作物其产品均是柔嫩多汁的器官，含水 量都在量都在9090以上，其中白菜、甘蓝、芹菜等以上，其中白菜、甘蓝、芹菜等 的含水量达到的含水量达到93939696 （一）水分与作物生长发育的关系（一）水分与作物生长发育的关系 作作物物体体内内水水分分存存在在的的状状态态水分在作物细胞内通常呈水分在作物细胞内通常呈束缚水束缚水和和自由水自由水两种状态两种状态束束缚缚水水自自由由水水靠近原生质胶体微粒而被胶体吸附不易自由靠近原生质胶体微粒而被胶体吸附不易自由流动的水分。不参与代谢作用，其数量多少流动的水分。不参与代谢作用，其数量多少与作

5、物的抗性大小有密切的关系。与作物的抗性大小有密切的关系。距离胶体较远且可以自由流动的水分。自距离胶体较远且可以自由流动的水分。自由水参与各种代谢作用，它的数量制约着由水参与各种代谢作用，它的数量制约着作物的代谢强度，如光合速率、呼吸速率、作物的代谢强度，如光合速率、呼吸速率、生长速率等。生长速率等。（一）水分与作物生长发育的关系（一）水分与作物生长发育的关系 水水分分在在作作物物生生命命活活动动中中的的作作用用水分能保持作物的固有状态水分能保持作物的固有状态水分是原生质的主要成分水分是原生质的主要成分水分是作物代谢过程的反应物质水分是作物代谢过程的反应物质水分是作物对物质吸收和运输的溶剂水分是

6、作物对物质吸收和运输的溶剂（一）水分与作物生长发育的关系（一）水分与作物生长发育的关系 2. 2. 水是制造养分的原料水是制造养分的原料 叶绿素6CO26H2O C6H12O6 2 707千焦 6O2光能（一）水分与作物生长发育的关系（一）水分与作物生长发育的关系 3. 3. 水是作物体内运输养料的载体水是作物体内运输养料的载体 作物体内所需的各种矿质营养元素是通过根系从土壤作物体内所需的各种矿质营养元素是通过根系从土壤 中吸取的中吸取的 经过根系吸收进来的矿物质营养元素，除少量就地参经过根系吸收进来的矿物质营养元素，除少量就地参 与新陈代谢活动外，大部分元素离子由导管向地上各与新陈代谢活动外

7、，大部分元素离子由导管向地上各 部分的组织运送，在向顶部运输的同时，还进行横向部分的组织运送，在向顶部运输的同时，还进行横向 运转，养分输送的动力来自于蒸腾作用运转，养分输送的动力来自于蒸腾作用 作物叶片进行光合作用所制造的有机物也要在水溶液作物叶片进行光合作用所制造的有机物也要在水溶液 状态下，借助于体内的输导组织，将养分运送到茎、状态下，借助于体内的输导组织，将养分运送到茎、 花、根、种子等器官中积累供作物生长需要。花、根、种子等器官中积累供作物生长需要。（一）水分与作物生长发育的关系（一）水分与作物生长发育的关系 4. 4. 水是调节作物生长环境的媒介水是调节作物生长环境的媒介 农作物的

8、生长发育及产品器官的形成，都需要在一定的环农作物的生长发育及产品器官的形成，都需要在一定的环境条件下才能进行。其主要的环境条件包括：境条件下才能进行。其主要的环境条件包括： 温度：空气温度和土壤温度；温度：空气温度和土壤温度； 水分：土壤含水量和空气相对湿度；水分：土壤含水量和空气相对湿度； 光照：光的组成、光的强度及光周期；光照：光的组成、光的强度及光周期； 土壤：土壤中的理化性状及土壤肥力等；土壤：土壤中的理化性状及土壤肥力等； 空气：大气、土壤中的空气；空气：大气、土壤中的空气； 生物条件：土壤微生物、杂草、病虫害等。生物条件：土壤微生物、杂草、病虫害等。（二）水分亏缺对作物的三种重要影

9、响（二）水分亏缺对作物的三种重要影响 从使用管理水分的角度出发，作物体内的水分亏缺到什从使用管理水分的角度出发，作物体内的水分亏缺到什么程度，产量才会急剧降低，这是人们较为关心的问题。通么程度，产量才会急剧降低，这是人们较为关心的问题。通过考察水分亏缺对作物的三种主要影响，即可得到较为深刻过考察水分亏缺对作物的三种主要影响，即可得到较为深刻的认识。的认识。 1. 水分亏缺对细胞扩张（延伸）生长的影响；水分亏缺对细胞扩张（延伸）生长的影响；2. 水分亏缺对植株叶片光合作用的影响；水分亏缺对植株叶片光合作用的影响；3. 水分亏缺对受粉、受精和结实的影响。水分亏缺对受粉、受精和结实的影响。（三）作物

10、对水分亏缺的适应性（三）作物对水分亏缺的适应性1. 逃旱：以严重牺牲产量为代价；逃旱：以严重牺牲产量为代价；2. 避旱：适水生长；避旱：适水生长；3. 御旱：充分发挥自身的渗透调节功能，维持作物御旱：充分发挥自身的渗透调节功能，维持作物 水分状况收支平衡。水分状况收支平衡。（四）作物所需水分的来源（四）作物所需水分的来源1. 天然降水；天然降水；2. 人工浇灌的水；人工浇灌的水；3. 地下水。地下水。土土壤壤水水（五）作物需水临界期（五）作物需水临界期几种主要作物的需水临界期几种主要作物的需水临界期 二、我国灌溉农业的发展历程二、我国灌溉农业的发展历程 灌溉农业灌溉农业是指种植业在土壤水分不足

11、的情况下，通是指种植业在土壤水分不足的情况下，通过人工对土壤进行有节制的灌水，以补充水分的不足，过人工对土壤进行有节制的灌水，以补充水分的不足，保持作物容根层水分有一个最优状态，从而满足作物保持作物容根层水分有一个最优状态，从而满足作物生长发育对水分的需要，以获得农作物高产高效栽培生长发育对水分的需要，以获得农作物高产高效栽培目的的农业。反之，只靠自然界降水补给，不进行人目的的农业。反之，只靠自然界降水补给，不进行人工灌溉的农业，称为工灌溉的农业，称为旱作农业旱作农业，也称，也称“雨养农业雨养农业”。二、我国灌溉农业的发展历程二、我国灌溉农业的发展历程灌溉农业灌溉农业水源水源输水工程输水工程灌

12、溉管理灌溉管理灌水方式灌水方式二、我国灌溉农业的发展历程二、我国灌溉农业的发展历程 早在夏商时期，我国劳动人民在作农田规划的早在夏商时期，我国劳动人民在作农田规划的时候，就已注意到了灌溉的水源问题。时候，就已注意到了灌溉的水源问题。 到了商代，沟、洫工程开始有了文字记载（洫到了商代，沟、洫工程开始有了文字记载（洫指的是田间的水道，沟和洫都是灌溉农田的逐级渠指的是田间的水道，沟和洫都是灌溉农田的逐级渠系）。系）。 春秋战国时期，为了适应农田灌溉的需要，兴春秋战国时期，为了适应农田灌溉的需要，兴建了较大规模的农田灌溉工程，如漳水十二渠、四建了较大规模的农田灌溉工程，如漳水十二渠、四川都江堰以及陕西

13、的郑国渠等工程。川都江堰以及陕西的郑国渠等工程。 西汉农学家汜胜之在西汉农学家汜胜之在“瓠区种法瓠区种法”中就提出中就提出了了“遥润遥润”这一十分科学的灌溉技术。这一十分科学的灌溉技术。 后魏贾思勰著后魏贾思勰著齐民要术齐民要术一书，在一书，在种瓜种瓜、种芋种芋等提出了等提出了“旱则浇之旱则浇之”的灌溉原则。的灌溉原则。 到了元代，王祯进一步明确了到了元代，王祯进一步明确了“旱则浇灌，涝旱则浇灌，涝则泄去则泄去”的灌溉与排水的关系。以后的历代对灌溉的灌溉与排水的关系。以后的历代对灌溉又有了新的发展。又有了新的发展。 二、我国灌溉农业的发展历程二、我国灌溉农业的发展历程 新中国成立以后，随着农业

14、生产的发展，我国新中国成立以后，随着农业生产的发展，我国农田水利事业得到了迅速的发展，兴建了大量的农农田水利事业得到了迅速的发展，兴建了大量的农田水利工程。这些水利工程在抗御水旱灾害中发挥田水利工程。这些水利工程在抗御水旱灾害中发挥出了重要的作用，为发展我国农业生产和多种经营出了重要的作用，为发展我国农业生产和多种经营奠定了物质基础，使全国的农田灌溉面积从解放初奠定了物质基础，使全国的农田灌溉面积从解放初期的期的2.42.4亿亩，发展到亿亩，发展到20002000年初的年初的8.98.9亿亩，粮食产亿亩，粮食产量达量达 520055200510108 8千克，其中相当大的部分是在我国千克，其中

15、相当大的部分是在我国北方地区。农田灌溉事业的发展，对保证我国农作北方地区。农田灌溉事业的发展，对保证我国农作物的高产高效起着重要的作用。物的高产高效起着重要的作用。二、我国灌溉农业的发展历程二、我国灌溉农业的发展历程 我国北方地区农田灌溉事业的发展大体上可划我国北方地区农田灌溉事业的发展大体上可划分为三个阶段：分为三个阶段： 1 1兴修水利工程兴修水利工程 2 2开展机井建设开展机井建设 3 3发展节水灌溉发展节水灌溉二、我国灌溉农业的发展历程二、我国灌溉农业的发展历程三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径基基本本概概念念 节水灌溉节水灌溉: :Water-savin

16、g Irrigation Water-saving Irrigation 在充分利用降水和土壤水的前提下在充分利用降水和土壤水的前提下高效利用灌溉水，最大限度地满足作物高效利用灌溉水，最大限度地满足作物需水，以获取农业生产的最佳经济效益、需水，以获取农业生产的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益。社会效益、生态环境效益。 三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径基基本本概概念念 节水农业节水农业: : water-saving Agriculturewater-saving Agriculture 充分合理利用各种可用水源，采取充分合理利用各种可用水源，采取水利、农业、

17、管理等技术措施，使区域水利、农业、管理等技术措施，使区域内有限的水资源总体利用率最高及其效内有限的水资源总体利用率最高及其效益最佳的农业，即节水高效的农业。益最佳的农业，即节水高效的农业。三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径“农业节水农业节水”与节水灌溉的涵义类与节水灌溉的涵义类似，但其节水的范围更广、更深，包括似，但其节水的范围更广、更深，包括生物节水、农艺节水和旱作农业节水等。生物节水、农艺节水和旱作农业节水等。它是以水为核心，研究如何高效利用农它是以水为核心，研究如何高效利用农业水资源，保障农业可持续发展。农业业水资源，保障农业可持续发展。农业节水的最终目标是

18、建设节水高效农业。节水的最终目标是建设节水高效农业。 “ “节水农业节水农业”类似类似“节水型农业节水型农业”，是指农业的一种类型，重点研究如何按是指农业的一种类型，重点研究如何按照节水的要求规划、建设和管理农业。照节水的要求规划、建设和管理农业。两种提法的研究内容和重点不同，适用两种提法的研究内容和重点不同，适用的场合不同，不能混淆或相互代替。的场合不同，不能混淆或相互代替。易易混混淆淆的的两两个个概概念念农业节水农业节水节水农业节水农业三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径节节水水途途径径 要将自然界的水转化为农作物产量，一般要经要将自然界的水转化为农作物产量，一

19、般要经过以下四个环节：过以下四个环节： （1 1）对水资源进行合理开发，使其成为农业可用水源）对水资源进行合理开发，使其成为农业可用水源（2 2）将水从水源输送至田间）将水从水源输送至田间（3 3）把引入田间的水，均匀地分配到指定的面积上贮）把引入田间的水，均匀地分配到指定的面积上贮 存到土壤中存到土壤中（4 4）作物经根系吸收土壤水，通过作物体内生理、生）作物经根系吸收土壤水，通过作物体内生理、生 化过程转化形成经济产量化过程转化形成经济产量三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径节节水水途途径径源头节水源头节水开源与节流开源与节流水资源合理开发利用水资源合理开发利用

20、输水节水输水节水减少渗漏、蒸发和径流损失减少渗漏、蒸发和径流损失田间节水田间节水减少棵间无效蒸发，降低奢侈蒸腾减少棵间无效蒸发，降低奢侈蒸腾管理节水管理节水适时适量灌水适时适量灌水三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径主主要要技技术术措措施施农业水资源合理开发利用技术措施 水水资资源源优优化化分分配配技技术术 多多水水源源联联合合运运用用技技术术 雨雨水水汇汇集集利利用用技技术术 地地下下水水利利用用技技术术 劣劣质质水水安安全全利利用用技技术术 三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径主主要要技技术术措措施施节 水 灌 溉 工 程 措 施 管

21、管道道输输水水灌灌溉溉技技术术 渠渠道道防防渗渗技技术术 喷喷灌灌技技术术 微微灌灌技技术术 膜膜上上灌灌技技术术 地地下下灌灌溉溉技技术术 坐坐水水种种枝枝术术 沟沟畦畦改改造造技技术术 三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径主主要要技技术术措措施施农 艺 节 水 技 术 措 施 耕耕作作保保墒墒技技术术 覆覆盖盖保保墒墒技技术术 水水肥肥耦耦合合技技术术 节节水水品品种种筛筛选选技技术术 化化控控保保水水节节水水技技术术 三、节水农业的基本概念与节水途径三、节水农业的基本概念与节水途径主主要要技技术术措措施施节 水 管 理 技 术 措 施 节节水水灌灌溉溉制制度度

22、 土灌土灌壤溉壤溉墒预墒预情报情报监技监技测术测术与与 灌灌区区配配水水技技术术 灌灌区区量量水水技技术术 现现代代化化灌灌溉溉管管理理技技术术 四、灌溉管理的节水潜力四、灌溉管理的节水潜力图6-2-11 夏玉米产量和水分生产效率与耗水量之间的关系1000200030004000500060007000800090002500300035004000450050005500耗水量（m3/hm2）产量（kg/hm2）012345678水分生产效率（kg/m3）BAY-ETWUE-ET 专家指出，仅在浇水方式和方法专家指出，仅在浇水方式和方法两方面，即可望节省水量两方面，即可望节省水量1/31/3

23、1/21/2，显见，灌溉管理的节水大有潜力可挖。显见，灌溉管理的节水大有潜力可挖。 四、灌溉管理的节水潜力四、灌溉管理的节水潜力四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论 当作物在各个生育阶段所需的水分都当作物在各个生育阶段所需的水分都得到充分满足，即作物生长发育处于最佳得到充分满足，即作物生长发育处于最佳水分环境，配合相应的农业管理技术，使水分环境，配合相应的农业管理技术，使作物产量达到最高作物产量达到最高（Y Ymaxmax）, ,此时大田作物此时大田作物的实际蒸发蒸腾量称的实际蒸发蒸腾量称ET ET maxmax, ,这种灌溉则称这种灌溉则称为为充分灌溉。充分灌溉。由此即可定义如下：由此即可定

24、义如下：非充分灌溉的基本概念非充分灌溉的基本概念四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论非充分灌溉的基本概念非充分灌溉的基本概念（1 1）当灌溉时的腾发量符合以下等式约束条件，则）当灌溉时的腾发量符合以下等式约束条件，则成为成为充分灌溉。充分灌溉。ETETa a = ET= ETm m式中：式中：ETETa a实际腾发量（即蒸发蒸腾量简称）；实际腾发量（即蒸发蒸腾量简称）； ETETm m 使作物产量达到使作物产量达到 Y Ymaxmax 的相应腾发量，的相应腾发量，即最佳水分环境的作物腾发量即最佳水分环境的作物腾发量ET ET maxmax 的简称（或简的简称（或简写为写为ET ET c c）。

25、）。（2 2）当灌溉时的腾发量符合以下不等式约束条件，）当灌溉时的腾发量符合以下不等式约束条件，则称则称非充分灌溉。非充分灌溉。 ETETa a ET ETm m 四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论水分亏缺的基本概念水分亏缺的基本概念水分亏缺一般包括水分亏缺一般包括土壤水分亏缺土壤水分亏缺和和作物水分亏缺作物水分亏缺两两种。种。 (1) (1) 土壤水分亏缺土壤水分亏缺 从土壤水

26、平衡的观点出发，在某一阶段或作物从土壤水平衡的观点出发，在某一阶段或作物全生育期内，供给土壤的水量小于土壤水分消耗量全生育期内，供给土壤的水量小于土壤水分消耗量时，产生土壤水分亏缺（时，产生土壤水分亏缺（Soil Water DeficitSoil Water Deficit，简，简为为 S SWDWD），在一般情况下有：），在一般情况下有：NepcWDIGPwETS NesrIGPES四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论水分亏缺的基本概念水分亏缺的基本概念四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论水分亏缺的基本概念水分亏缺的基本概念式中：式中：S SWSWS土壤水分胁迫指标（土壤水分胁迫指标（mm

27、mm）; ; w wo o某时段土壤的初始贮水量（某时段土壤的初始贮水量（mmmm）; ; w wj j植物正常生长发育所允许的最小土壤贮植物正常生长发育所允许的最小土壤贮水量界限值（水量界限值（mmmm）; ; w wojoj时段初土壤贮水量与植物正常生长发时段初土壤贮水量与植物正常生长发育所允许的最小贮水量界限值之差（育所允许的最小贮水量界限值之差（mmmm）。）。joWDWSwwSSojWDwS四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论水分亏缺的基本概念水分亏缺的基本概念四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论水分亏缺的基本概念水分亏缺的基本概念四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论水分亏缺的基本概

28、念水分亏缺的基本概念式中式中 T T保证作物正常生长发育条件下的蒸腾量（保证作物正常生长发育条件下的蒸腾量（mmmm）；）； S Sr r根系实际吸水量（根系实际吸水量（mmmm）。）。 只有当植物水的吸收、运输、丧失三者调节适当只有当植物水的吸收、运输、丧失三者调节适当时才能维持良好的水分平衡。当水分供应不再能满足时才能维持良好的水分平衡。当水分供应不再能满足蒸腾的需求时，水分平衡会失调，作物出现水分亏缺。蒸腾的需求时，水分平衡会失调，作物出现水分亏缺。 作物水分亏缺可通过定量测定吸水和蒸腾而直接作物水分亏缺可通过定量测定吸水和蒸腾而直接估算出来。在大田条件下，由于测定水分吸收在方法估算出来

29、。在大田条件下，由于测定水分吸收在方法上困难太大，所以，通常是用植物的含水量或水势的上困难太大，所以，通常是用植物的含水量或水势的变化对水分亏缺作出间接的估计。变化对水分亏缺作出间接的估计。rWDSTC四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论四、非充分灌溉理论作物水分亏缺状况的评价指标作物水分亏缺状况的评价指标要研究和了解缺水对作物产量的影响，分析产量要研究和了解缺水对作物产量的影响，分析产量对缺水的敏感性，建立作物产量与作物受旱或缺水状对缺水的敏感性，建立作物产量与作物受旱或缺水状况的定量关系，制定合理的灌溉用水方案，必须要有况的定量关系，制定合理的灌溉用水方案，必须要有一些表征作物受旱程度的简单而可靠的指标和测定方一些表征作物受旱程度的简单而可靠的指标和测定方法。法。作物水分亏缺评价方法可分为作物水分亏缺评价方法可分为间接估算、直接测间接估算、直接测定和综合法定和综合法三法。间接估算