农田灌溉原理02ppt课件

1、第一章第一章 农田灌溉原理农田灌溉原理水利与建筑工程学院水利与建筑工程学院农业水利工程系农业水利工程系20192019年年5 5月月第一篇第一篇 灌溉工程灌溉工程第二节第二节 作物需水量与灌溉制作物需水量与灌溉制度度（1）植株蒸腾：作物将根系从土壤中吸收的水分，通过叶片的气植株蒸腾：作物将根系从土壤中吸收的水分，通过叶片的气孔蒸腾到大气中的现象。孔蒸腾到大气中的现象。棵间蒸发：植株间土壤或田面的水分蒸发。棵间蒸发：植株间土壤或田面的水分蒸发。深层渗漏：旱地中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分深层渗漏：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。

2、超过了田间持水量，向根系吸水层以下土层渗漏的现象。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一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度学习提纲学习提纲主要讲授：作物需水量、田间耗水量的概念，作物需水量的主要讲授：作物需水量、田间耗水量的概念，作物需水量的试验测定与估算方法、灌溉制度的制定。试验测定与估算方法、灌溉制度的制定。重点：作物需水量的估算及灌溉制度的确定重点：作物需水量的估算及灌溉制度的

3、确定第一部分：第一部分：作物需水量及影响因素作物需水量及影响因素 作物需水量的试验测定作物需水量的试验测定作物需水量的估算作物需水量的估算第二部分：第二部分：灌溉制度的内涵及确定方法灌溉制度的内涵及确定方法水量平衡法确定旱作物的灌溉制度水量平衡法确定旱作物的灌溉制度 水量平衡法确定水稻的灌溉制度水量平衡法确定水稻的灌溉制度第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度作物需水量：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥作物需水量：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能取得高产力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产 潜力的条件下为潜力的条件下为满足植株

4、蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。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分(一般小于一般小于1%)，而且这一小部分的影响因素较复杂，难于，而且这一小部分的影响因素较复杂，难于准确计算，故人们均将此部分忽略不计，即认为作物需水量就准确计算，故人们均将此部分忽略不计，即认为作物需水量就等于植株蒸腾量和棵间蒸发量之和，即所谓的等于植株蒸腾量和棵间蒸发量之和，即所谓的“蒸发蒸腾蒸发蒸腾量量” ，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“蒸散量或蒸散量或“农田农

5、田总蒸发量总蒸发量”，国内也有人称之为，国内也有人称之为“腾发量腾发量”。 1 1作物需水量作物需水量第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素作物耗水量，简称耗水量：就某一地区而言，指具作物耗水量，简称耗水量：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。作物需水量是一个理论值，又称为作物潜在蒸发蒸作物需水量是一个理论值，又称为作物潜在蒸发蒸腾量，而作物耗水量是一个实际值，又称作物实际腾量，而作物耗水量是一个实际值，又称作物实际蒸发蒸腾量。蒸发蒸腾量。作物需水量与作物耗水

6、量的单位一样，常以作物需水量与作物耗水量的单位一样，常以m3 亩亩-1 或或 mm 水层表示。水层表示。1 1作物需水量作物需水量第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、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生理和生态需水两个方面。作物需水量包含生理和生态需水两个方面。作物生理需水：作物生命过程中各种生理活动如蒸腾作作物生理需水：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。植株蒸腾实际上是作物用、光合作用等所需要的水分。植株蒸腾实际上是作物生理需水的一部分。生理需水的一部分。作物生态需水：指生育过程中，为给作物正

7、常生长发育创作物生态需水：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。棵间蒸发即属于作物的造良好的生长环境所需要的水分。棵间蒸发即属于作物的生态需水。生态需水。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素v作物在不同生长阶段的需水规律为：随着作物的生长和叶面积作物在不同生长阶段的需水规律为：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，需水量值较小，当的增加，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，叶面积最大时，作物需水作物进入生长盛期，需水量增加很快，叶面

8、积最大时，作物需水量出现高峰；到作物成熟期，需水量值又迅速下降。量出现高峰；到作物成熟期，需水量值又迅速下降。v在整个作物的生育期内，植株蒸腾和棵间蒸发两者互为消长。在整个作物的生育期内，植株蒸腾和棵间蒸发两者互为消长。v每种作物都有需水高峰期，需水高峰期一般处于作物生长旺盛每种作物都有需水高峰期，需水高峰期一般处于作物生长旺盛阶段，如冬小麦有两个需水高峰期，第一个高峰在分蘖期，第二阶段，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；谷子的需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水高峰为开花乳熟期；玉米为抽雄乳熟

9、期；玉米为抽雄乳熟期。乳熟期。 1 1作物需水量作物需水量第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素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、缺水对产量影响最大的时期称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作物需水临界期或需水关键期。为作物需水临界期或需水关键期。各种作物需水临界期不完全相同，但大多数出现在从营养生各种作物需水临界期不完全相同，但大多数出现在从营养生长向生殖生长的过渡阶段，例如小麦在拔节至抽穗期，棉花长向生殖生长的过

10、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，水稻为孕穗至扬花在开花至结铃期，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，会对产量产生很大影响。期等，在作物需水临界期缺水，会对产量产生很大影响。1 1作物需水量作物需水量第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素作物需水规律随作物种类、品种、土壤、气候、生产力水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 不

11、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、米、水稻而言，水稻小麦玉米；水稻而言，水稻小麦玉米； 不同品种的作物需水量有很大差异，如耐旱品种需水量不同品种的作物需水量有很大差异，如耐旱品种需水量小；小； 不同生育阶段需水量不同；不同生育阶段需水量不同； 不同长势的作物需水量不同。不同长势的作物需水量不同。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 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素（2 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，它不仅影响蒸气象因素是影

12、响作物需水量的主要因素，它不仅影响蒸腾速率，也直接影响作物的生长发育。气象因素对作腾速率，也直接影响作物的生长发育。气象因素对作物需水量的影响，往往是几个因素同时作用，很难将物需水量的影响，往往是几个因素同时作用，很难将各个因素的影响一一分开。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，需水量会增加。当气温高、日照时数多、相对湿度小时，需水量会增加。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 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素（3 3土壤因素土壤因素 影响作物需水量的土壤因素主要有质地、颜色、含水量

13、有机影响作物需水量的土壤因素主要有质地、颜色、含水量有机质含量、养分状况等。质含量、养分状况等。 砂土持水力弱，蒸发较快，因而，在砂土上的作物需水量砂土持水力弱，蒸发较快，因而，在砂土上的作物需水量就大。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；相反，土壤含水量较高时，蒸发强烈，作物需水量较大；相反，土壤含水量较低时，作物需水量较少。土壤含水量较低时，作物需水量较少。2 2影响作物需水量的主要因素

14、影响作物需水量的主要因素 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素（4 4农业技术农业技术 农业栽培技术水平的高低直接影响水量消耗的速度。农业栽培技术水平的高低直接影响水量消耗的速度。 粗放的农业栽培技术，可导致土壤水分的无效消耗。粗放的农业栽培技术，可导致土壤水分的无效消耗。 灌水后适时耕耙保墒、中耕松土，将使土壤表面形成一灌水后适时耕耙保墒、中耕松土，将使土壤表面形成一个疏松层，这样可减少水量的消耗。个疏松层，这样可减少水量的消耗。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 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水

15、量与灌溉制度一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素由于上述各种因素的影响，因而，在生产实际中，必须因由于上述各种因素的影响，因而，在生产实际中，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。物的需水量，以利于指导生产。作物需水量是农业用水的主要组成部分，也是整个国民经作物需水量是农业用水的主要组成部分，也是整个国民经济中消耗水分的最主要部分。它是水资源合理开发、利用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，同时也是灌排工程规划、设计、管理所必需的重要资料，同时也是灌排工程

16、规划、设计、管理的基本依据。的基本依据。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 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、作物需水量与影响因素一、作物需水量与影响因素蒸渗仪是根据水量平衡原理设计的一种用来计算农田水蒸渗仪是根据水量平衡原理设计的一种用来计算农田水 文文循环各主要成分的专门仪器。循环各主要成分的专门仪器。国外利用国外利用Lysimeter研究作物蒸发蒸腾非常普遍。我国利用研究作物蒸发蒸腾非常普遍。我国利用Lysimeter进行作物蒸发蒸腾的研究始于进行作物蒸发蒸腾的研究始于80年代中期。年代中期。中国科学院禹城综合试验站于中国科学院禹城综合试验站于

17、1985年秋安装了一台面积为年秋安装了一台面积为3m2，深度为，深度为2m的大型原状土自动称重土壤蒸发渗漏仪。的大型原状土自动称重土壤蒸发渗漏仪。二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 1 1器测法器测法第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度1 1器测法器测法西北农林科技大学水建学院灌溉实验站西北农林科技大学水建学院灌溉实验站20192019年年9 9月正式投月正式投入使用了一台蒸渗仪，其进口于美国，面积入使用了一台蒸渗仪，其进口于美国，面积6.25m2 6.25m2 (2.5(2.52.5)2.5)，装土深度，装土深度3m 3m 。利用大型称重式蒸渗仪直接测定的作物蒸发蒸腾量比较

18、利用大型称重式蒸渗仪直接测定的作物蒸发蒸腾量比较准确，常被用来检验各种作物蒸发蒸腾计算公式，进行适准确，常被用来检验各种作物蒸发蒸腾计算公式，进行适当修正和确定作物系数，但由于其设备价格昂贵而限制了当修正和确定作物系数，但由于其设备价格昂贵而限制了其在我国的广泛应用。其在我国的广泛应用。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 蒸渗仪可分为：称重式与水力式。蒸渗仪可分为：称重式与水力式。 称重式：又可分为充填式与整块式两种。前者在器内充填称重式：又可分为充填式与整块式两种。前者在器内充填均匀的土壤或沙土混合物，后者在器内装整块原状土。均匀的土壤或

19、沙土混合物，后者在器内装整块原状土。 水力式：水力式蒸渗仪是以静水浮力称重原理为基础的一水力式：水力式蒸渗仪是以静水浮力称重原理为基础的一种测量土壤蒸发的仪器。蒸渗仪中土壤的原重以外界液体种测量土壤蒸发的仪器。蒸渗仪中土壤的原重以外界液体的静水压力来衡量，而由蒸发蒸腾等所引起的土块重量变的静水压力来衡量，而由蒸发蒸腾等所引起的土块重量变化，则以观测土块垂直位移的方法来确定。化，则以观测土块垂直位移的方法来确定。1 1器测法器测法第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 蒸渗仪的基本工作原理：目前国内外已建成的蒸渗仪，尽管蒸渗仪的基本工作原理：目前

20、国内外已建成的蒸渗仪，尽管种类繁多，形式各异，规模不一，但它们的共同特点是在盛种类繁多，形式各异，规模不一，但它们的共同特点是在盛土容器中观测其土壤水分动态变化，量测不同时段水分总量，土容器中观测其土壤水分动态变化，量测不同时段水分总量，研究土体中水分收支量及变化过程。研究土体中水分收支量及变化过程。土壤水量平衡方程式为：土壤水量平衡方程式为： P + I + R + CET + D + W式中：式中：P为大气降水量；为大气降水量；I为灌水量；为灌水量；R为地表径流量；为地表径流量；C为汽为汽态凝结水量；态凝结水量；ET为蒸散发量；为蒸散发量；D为深层土壤渗漏量；为深层土壤渗漏量；W为为时段内

21、土壤含水量的变化。时段内土壤含水量的变化。1 1器测法器测法第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 称重式蒸渗仪称重式蒸渗仪蒸渗仪美国加利福尼亚大学戴维斯分校）蒸渗仪美国加利福尼亚大学戴维斯分校）作物：番茄直径：作物：番茄直径：6.70米深：米深：0.96米米水力式土壤蒸渗仪水力式土壤蒸渗仪（中国科学院地理研究所禹城实验站）（中国科学院地理研究所禹城实验站）普通称重式蒸渗仪测筒构造示意图普通称重式蒸渗仪测筒构造示意图1 1器测法器测法第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度坑测法是在专门修建的测坑中测定作物需水量，这是我国目坑测法

22、是在专门修建的测坑中测定作物需水量，这是我国目前最主要的应用方法。前最主要的应用方法。有底测坑有底测坑 土壤常为回填土，底部一般铺设土壤常为回填土，底部一般铺设20cm厚由砂和砾石组厚由砂和砾石组成的滤水层，基部设侧向排水管与排水收集系统相连。成的滤水层，基部设侧向排水管与排水收集系统相连。 坑中土壤回填时应严格按照原有土层容重分层回填，这是坑中土壤回填时应严格按照原有土层容重分层回填，这是保证测坑试验结果具有代表性的一个关键环节。保证测坑试验结果具有代表性的一个关键环节。无底测坑无底测坑 可用原状土，也可以为扰动回填土。可用原状土，也可以为扰动回填土。 为了控制降雨，测坑上方通常还要安设防雨

23、设施。为了控制降雨，测坑上方通常还要安设防雨设施。2 2坑测法坑测法第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 测坑内的水分变化通过先后两测坑内的水分变化通过先后两次测定的土壤含水量的差值计次测定的土壤含水量的差值计算。测定含水量最好选择可以算。测定含水量最好选择可以定点、连续测定的方法，象中定点、连续测定的方法，象中子散射法电阻法，子散射法电阻法，TDR法等。法等。 土土钻钻中中子子仪仪TDR2 2坑测法坑测法第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度启闭式防雨棚启闭式防雨棚移移动动式式防防雨雨棚棚防雨设备防雨设备简易防雨棚简易防雨棚

24、田测法是在大田条件下直接测定作物蒸发蒸腾量。田测法是在大田条件下直接测定作物蒸发蒸腾量。优点：测定环境与作物生长发育所处的环境完全相同，有优点：测定环境与作物生长发育所处的环境完全相同，有较强的真实性和代表性较强的真实性和代表性缺点：易受环境条件的干扰，如果控制不好，有些项目测缺点：易受环境条件的干扰，如果控制不好，有些项目测定不准，则引起的误差会引起作物需水量测定结果精度。定不准，则引起的误差会引起作物需水量测定结果精度。3 3田测法田测法第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 土壤棵间蒸发是作物需水量中不可分割的部分，是农田水土壤棵间蒸发是

25、作物需水量中不可分割的部分，是农田水量平衡计算中非常重要的因素，尤其在作物的生长前期，土量平衡计算中非常重要的因素，尤其在作物的生长前期，土壤处于裸露状态，棵间蒸发尤为严重。壤处于裸露状态，棵间蒸发尤为严重。 但是，在农田水量平衡的各种计算模型中如何将棵间蒸发但是，在农田水量平衡的各种计算模型中如何将棵间蒸发和植物蒸腾区分开来，一直是困扰人们的难题。和植物蒸腾区分开来，一直是困扰人们的难题。 只有在明确了作物各生育阶段棵间蒸发和植物蒸腾的比例只有在明确了作物各生育阶段棵间蒸发和植物蒸腾的比例关系后，才能准确地估算农田土壤水分动态，制定合理的灌关系后，才能准确地估算农田土壤水分动态，制定合理的灌

26、溉制度，尽可能地减少无效的土壤水分散失，提高水分利用溉制度，尽可能地减少无效的土壤水分散失，提高水分利用效率。效率。因而，测定土壤的棵间蒸发是一项非常重要的工作。因而，测定土壤的棵间蒸发是一项非常重要的工作。4 4土壤棵间蒸发的确定土壤棵间蒸发的确定第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 土壤棵间蒸发一般用微型蒸渗仪测定，每套蒸渗仪蒸发器土壤棵间蒸发一般用微型蒸渗仪测定，每套蒸渗仪蒸发器由内筒和外筒组成。由内筒和外筒组成。目前一般用镀锌铁皮制成目前一般用镀锌铁皮制成 。4 4土壤棵间蒸发的确定土壤棵间蒸发的确定微型蒸渗仪微型蒸渗仪 内径内径 高

27、高 壁厚壁厚 外筒内径外筒内径 镀锌铁皮镀锌铁皮 100mm 100mm 有底，有底，比比内筒外径内筒外径略略大大 PVC 管管 100mm 150mm 5mm 120mm 有机玻璃管有机玻璃管 90mm 250mm 5mm 100mm 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 测定步骤测定步骤1选取有代表性的测定地点，在所测地点挖土埋设蒸渗仪的选取有代表性的测定地点，在所测地点挖土埋设蒸渗仪的外筒，外筒的上口与土面齐平。外筒，外筒的上口与土面齐平。 2用内筒取土。取土时，将内筒垂直压入土中，尽量不破坏用内筒取土。取土时，将内筒垂直压入土中，尽量

28、不破坏土体结构，取出满筒原状土，并用刮刀刮平底部后用塑料薄膜或土体结构，取出满筒原状土，并用刮刀刮平底部后用塑料薄膜或纱窗包扎。纱窗包扎。 3然后用电子天平称重，最后将称重后的内筒及土壤放回预然后用电子天平称重，最后将称重后的内筒及土壤放回预先固定的外筒中。先固定的外筒中。 4第二天再将内筒取回称重，以确定蒸发的水分重。第二天再将内筒取回称重，以确定蒸发的水分重。 5换土，为保证微型蒸渗仪内的土壤水分与田间土壤的实际换土，为保证微型蒸渗仪内的土壤水分与田间土壤的实际含水量一致，称完重后更换微型蒸渗仪中的原状土，按第含水量一致，称完重后更换微型蒸渗仪中的原状土，按第2步步进行换土操作。然后再重复

29、第进行换土操作。然后再重复第3）、）、4步。步。 每个处理选三个点来布置微型蒸渗仪，使测得结果更具代表性。每个处理选三个点来布置微型蒸渗仪，使测得结果更具代表性。 4 4土壤棵间蒸发的确定土壤棵间蒸发的确定第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 棵间蒸发量的计算棵间蒸发量的计算E =（W1W2）（）（r2）10 式中：式中：E棵间蒸发量棵间蒸发量mm）；）； W1时段初的内筒及土壤重时段初的内筒及土壤重g）；）； W2时段末的内筒及土壤重时段末的内筒及土壤重g）；）； r内筒的内半径内筒的内半径cm）。）。 4 4土壤棵间蒸发的确定土壤棵间蒸发

30、的确定第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度二、作物需水量蒸发蒸腾量的试验测定 ETc的估算方法有两类，一类是直接计算法，另一类是通的估算方法有两类，一类是直接计算法，另一类是通过参考作物蒸发蒸腾量过参考作物蒸发蒸腾量ET0与作物系数与作物系数Kc估算的方法。估算的方法。直接计算作物蒸发蒸腾量的方法均为经验公式法，即根据直接计算作物蒸发蒸腾量的方法均为经验公式法，即根据作物蒸发蒸腾量和主要气象要素以及作物产量等实测成果，作物蒸发蒸腾量和主要气象要素以及作物产量等实测成果，用回归分析方法确定作物蒸发蒸腾量随这些因素变化的经用回归分析方法确定作物蒸发蒸腾量随这些因素变化的经验方程。

31、在我国采用较多的有蒸发皿法、产量法和多因素验方程。在我国采用较多的有蒸发皿法、产量法和多因素法。法。三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度（一直接计算（一直接计算 1 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关系，因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：此可用水面蒸发量这一参数来计算作物需水量：ETc =E0 ETc =E0 或或 ETc = aE0ETc = aE0 b b式中：式中：ETc - ETc - 作物需水量作物需

32、水量mmmm）；）；E0 - E0 - 与与ETcETc同时段的水面同时段的水面蒸发量蒸发量mmmm），采用蒸发皿或蒸发器的测定值。），采用蒸发皿或蒸发器的测定值。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算需水系数或蒸发系数，为需水量与水面蒸发量的比值，需水系数或蒸发系数，为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= 0.91.31.3，旱作的，旱作的= 0.3= 0.30.70.7。作物全生育期内各生长阶段的作物全生育期内各生长阶段的值是各不相同的，其最大值是各不相同的，其最大值出现在作物生长旺期，

33、而发芽出苗期则最小，所以在分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，各阶段应分别选取不同的阶段计算作物需水量时，各阶段应分别选取不同的值。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。1 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）：第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算2 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。在一定条件下，作物需水量将随产农业措施的综合作用。在一定条件下，

34、作物需水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，量的提高而增加。但是需水量的增加并不与产量成比例，（一直接计算（一直接计算单位产量的需水量随产量的增加而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逐渐减小，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，而必须同时改善能仅靠增加水量，而必须同时改善作物生长所必需的其它条件。作物生长所必需的其它条件。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算 2 2产量法产量法K 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

35、产量计算作物需水量的表达式为：式中：式中：ETET全生育期的需水量全生育期的需水量mmmm）；）；YY作物单位面积的产作物单位面积的产量量kgkg亩亩-1-1）；）；KK需水系数需水系数m3kg-1m3kg-1），为单位产量的需水），为单位产量的需水量。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，便于进行灌溉经济分析。对于旱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，在土壤水分不足而影响高产的情况下，需水量随产量作物，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

36、。但对于土壤水分充足的的提高而增大，用此法推算较可靠。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。量关系不明确，用此法推算的误差较大。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算（一直接计算（一直接计算 3以多种因素为参数的作物以多种因素为参数的作物需水量计算法需水量计算法选取几个影响因素，探求它们选取几个影响因素，探求它们与作物需水量之间存在的数量与作物需水量之间存在的数量关系。关系。以多种因素为参数推求作物需以多种因素为参数推求作物需水

37、量的经验公式在国内外很多，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有的选取水面蒸发量和产量作参数，有的以水面蒸发量和土参数，有的以水面蒸发量和土壤含水率作参数，也有选取更壤含水率作参数，也有选取更多因素作参数的，在此不一一多因素作参数的，在此不一一列举。列举。 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估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，习惯采用所谓模系育阶段的作物需水量。在生产实践中，习惯采用所谓模系数法估算作物各生育阶段的需水量，即先确定

38、全生育期作数法估算作物各生育阶段的需水量，即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，即：行分配，即： ETi = Ki ETETi = Ki ET式中式中 ETiETi某一生育阶段作物需水量；某一生育阶段作物需水量；KiKi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。 （一直接计算（一直接计算第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算参

39、考作物蒸发蒸腾量：是一种假想的参考作物冠层的蒸参考作物蒸发蒸腾量：是一种假想的参考作物冠层的蒸发蒸腾速率，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12cm12cm，表面阻力，表面阻力为为70s/m70s/m，反射率为，反射率为0.230.23，非常类似于表面开阔、高度一，非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全遮盖地面而不缺水的绿色草地。致、生长旺盛、完全遮盖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

40、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。物需水量进行调整或修正，而计算出实际需水量。（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）第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算估算参考作物蒸发蒸腾量的方法包括经验公式法和理论估算参考作物蒸发蒸腾量的方法包括经验公式法和理论公式法。公式法。经验公式法中常采用辐射、温度、水汽压、相对湿度、经验公式法中常采用辐射、温度、水汽压、相对湿度、风速及日照等气象数据作为参数，按照某种与参考作物风

41、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值。蒸发蒸腾量的经验函数关系进行估值。理论公式法有能量平衡法、水汽扩散法和综合法等。理论公式法有能量平衡法、水汽扩散法和综合法等。理论公式法中综合法最常应用的是理论公式法中综合法最常应用的是PenmanPenman法和法和PenmanPenmanMonteithMonteith法。法。 （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）第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算1布莱尼布莱尼克莱多法克莱多法 式中：式中：ET0为考虑月份的参

42、照作物蒸发蒸腾量为考虑月份的参照作物蒸发蒸腾量(mmd)；T为月平均气温为月平均气温()；P为各月昼长时间占全年昼长时间为各月昼长时间占全年昼长时间百分数；百分数；C为取决于最低相对湿度、日照率和白天风速的为取决于最低相对湿度、日照率和白天风速的修正系数。修正系数。（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第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算2以辐射为参数的计算方法以辐射为参数的计算方法 式中：式中：ET0为计算时段内参照作物蒸发蒸腾量为计算时段内参照作物蒸发蒸腾量(mmd)；Rs为计算时段内太阳辐射，以等效水面蒸发量计为计算时段内

43、太阳辐射，以等效水面蒸发量计(mmd)；W为取决于日平均温度与高程的权重系数；为取决于日平均温度与高程的权重系数；C为取为取决于平均相对湿度与白天风速的修正系数。决于平均相对湿度与白天风速的修正系数。 （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第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算3Penman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

44、一个用的概念，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。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FAO于于1979年年推荐的公式，该公式具有较好的理论基础，包括有辐射推荐的公式，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，其形式项与空气动力学项，并考虑了气压与风速修正，其形式为为: （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第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算三、作物需水量的计算三、作物需水

45、量的计算根据能量平衡，大气顶部的太阳辐射量为Ra, 当它穿透云层时，能量受到损失，到达地面时为Rs, 由于地面植被反射率为a，部分能量反射损失，真正到达地面的太阳短波辐射量为Rns, 由于地面受热后会以长波形式散射掉部分能量Rnl,最后真正能被植株利用的太阳净辐射为Rn。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分别为海平面标准大气压和计算地点的实际气压际气压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为空气实际水为空气实际水汽压汽压hPa；es为

46、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为风速修正系数。为风速修正系数。 3Penman公式公式第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算彭曼公式在实际使用中，常分为权重因子项彭曼公式在实际使用中，常分为权重因子项 p0/p/、辐、辐射项射项Rn和空气动力项和空气动力项Ea三个部分的计算。各部分涉及的三个部分的计算。各部分涉及的参数采用下述方法计算：参数采用下述方法计算：A权重因子项权重因子项（气压订正项（气压订正项 3Penman公式公式273/118400010aTHpp式中式中H计算地点的海拔高程计算地点的海拔高程m）

47、；）； Ta平均气温（平均气温（） 第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算3Penman公式公式（2饱和水汽压温度曲线上的斜率饱和水汽压温度曲线上的斜率 NoImage（3湿度计常数湿度计常数 aT00064. 06455. 0第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算3Penman公式公式B辐射项辐射项（1理论太阳辐射理论太阳辐射Ra大气顶层接受的太阳辐射）大气顶层接受的太阳辐射） coscossinsinsin0020TRRa式中：式中：R0太阳常数，其值为太阳常数，其值为1.367103J/m2s；T

48、1日的秒数，其值为日的秒数，其值为86400s；圆周率；圆周率；以天文单位表示的日地距离；其值见表以天文单位表示的日地距离；其值见表2-5；0日出时角弧度），其值为日出时角弧度），其值为7.5N/180， 其中其中N为最大可能日照时数为最大可能日照时数h）；）；第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算3Penman公式公式地理纬度（地理纬度（）；）；赤纬（赤纬（），其值变化在），其值变化在23.523.5之间。之间。采用下式计算：采用下式计算：9 .78986. 0sin5 .23m式中：式中：m日序，从日序，从1月月1日开始排序，其值为日开始排序，

49、其值为30.4I15.2，其中其中I为月序，从为月序，从1月开始排序。月开始排序。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算3Penman公式公式（2短波辐射短波辐射 （3净短波辐射净短波辐射 NoImageNoImage水的汽化潜热为：水的汽化潜热为： 2498.92.33Ta那么：那么： Ra水层水层= Ra / / 1000通过上式计算出的通过上式计算出的Ra单位为单位为J/cm2天，需将其转天，需将其转化为水层当量化为水层当量mm/d）。）。反射率，反射率， 0.23第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量

50、的估算3Penman公式公式（4净长波辐射净长波辐射 NoImage玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数， 2.0110-9Tk 绝对气温，绝对气温， Tk 273.16+Ta（）第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算3Penman公式公式（6最大可能日照时数最大可能日照时数N NoImage（5地面吸收的净太阳辐射地面吸收的净太阳辐射 nlnsnRRR第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算3Penman公式公式C动力项动力项（1u2 2米高处风速，若用气象站常规观测高度米高处风速，若用气象站常规观测高度 （11

51、.5米的风速则需乘以米的风速则需乘以0.75的修正系数。的修正系数。 C 与最高气温和最低气温有关的风速修正系数，与最高气温和最低气温有关的风速修正系数，在日平均气温的阶段平均值大于在日平均气温的阶段平均值大于5，且日最高气温平均，且日最高气温平均值与日最低气温平均值之差大于值与日最低气温平均值之差大于12时，时，C0.07T0.256，其余条件下，其余条件下C 0.54 。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算（2饱和水汽压饱和水汽压NoImage（3实际水汽压实际水汽压NoImage3Penman公式公式第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需

52、水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算 4Penman-Monteith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，1990年FAO56推荐使用的公式形式为：)34.01 ()(273900)(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第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算 ET0参考作物蒸发蒸腾量mmday1; Rn输入冠层净辐射量MJm2day1; G土壤热通量MJ m2 day1;

53、T2m高处日平均温度； u22m高处风速ms1； es饱和水汽压kPa; ea实际水汽压kPa; 饱和水汽压与温度关系曲线在某处的斜率kPa1; 干湿表常数kPa1。4Penman-Monteith公式公式第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、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(ET0)(ET0)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。用于关联实际作物耗水量与参考作物蒸发蒸腾量的计算的。用于关联实际作物耗水量与参考作物蒸

54、发蒸腾量的因子称为作物系数因子称为作物系数(kc)(kc)。 最早提出并已被最早提出并已被FAOFAO作物需水量专家咨询组作物需水量专家咨询组(Allen(Allen等，等，2019)2019)所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：E T c = K c E T 0 E T c = K c E T 0 或或 E T c = E T c = (Kcb+Ke)ET0(Kcb+Ke)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和双作物系数法。单作物系数法和双作物系数法。（2 2作物系数的确定作

55、物系数的确定第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算Kc为综合作物系数，与作物种类、品种、生育期、作为综合作物系数，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，是作物自身生物学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。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不仅随作物而变化，更不仅随作物而变化，更主要的是随作物的生育阶段而异。生育初期和末期的主要的是随作物的生育阶段而异。生育初期和末期的值较小，而中期的值较小，而中期的Kc较大。较大。（2 2作物系数的确定作物系数的确定第二节第二节 作物需水量与灌

56、溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算Kcb为基础作物系数，是表层土壤干燥而根区平均含水量为基础作物系数，是表层土壤干燥而根区平均含水量不构成土壤水分胁迫条件下不构成土壤水分胁迫条件下ETc与与ET0的比值，侧重反映的比值，侧重反映了作物潜在蒸腾的影响作用；了作物潜在蒸腾的影响作用；Ke为表层土壤蒸发系数，它代表了作物地表覆盖稀疏的为表层土壤蒸发系数，它代表了作物地表覆盖稀疏的苗期和前期生长阶段中，除苗期和前期生长阶段中，除Kcb中包含的残余土壤蒸发效中包含的残余土壤蒸发效果外，在灌溉或降雨发生后由大气蒸发力引起的表层湿果外，在灌溉或降雨发生后由大气蒸发力引起的表层湿润土壤的

57、蒸发损失与润土壤的蒸发损失与ET0之比。之比。（2 2作物系数的确定作物系数的确定第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算在单作物系数方法中，作物表面和参考表面蒸发、蒸腾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速率的差异用作物系数KcKc综合考虑，这种方法就是综合考虑，这种方法就是FAOFAO早早在在7070年代推荐，并在国内有关作物需水量研究工作中普年代推荐，并在国内有关作物需水量研究工作中普遍采用的方法。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得到的可通过田间实测的作物蒸发蒸腾量与相同阶段内得到的参考作

58、物蒸发蒸腾量之比获得。这种方法适宜在灌溉系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。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第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、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的影响非常显著，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段地面覆盖较小的情况下，因而，尤其在作物苗期和前期生长阶段地面覆盖较小的情况下，因而，要准确估算作物蒸发蒸腾量就需要全面考虑土壤蒸发和作物蒸腾。要准确估算作物蒸发蒸腾量就需要全面考虑土壤蒸发和

59、作物蒸腾。在双作物系数法中，基础作物系数在双作物系数法中，基础作物系数(Kcb)和土壤蒸发系数和土壤蒸发系数(Ke)分分别描述了作物蒸腾作用和土壤表面蒸发作用。别描述了作物蒸腾作用和土壤表面蒸发作用。对大多数作物来说，在播种和苗期基础作物系数较小，为对大多数作物来说，在播种和苗期基础作物系数较小，为0.150.2；快速生长期迅速增大，为；快速生长期迅速增大，为0.30.8；当植被完全覆盖；当植被完全覆盖地面后达到最大值，接近于地面后达到最大值，接近于1.0；成熟期迅速减小，为；成熟期迅速减小，为0.80.15。双作物系数法对于实时灌溉计划，土壤水分平衡计算以及研究双作物系数法对于实时灌溉计划，

60、土壤水分平衡计算以及研究土壤表层湿润变化对土壤表层湿润变化对ET的影响是非常重要的。的影响是非常重要的。（2 2作物系数的确定作物系数的确定第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度三、作物需水量蒸发蒸腾量的估算作物蒸发蒸腾不仅受外界蒸发条件的支配，同时还受作物本身作物蒸发蒸腾不仅受外界蒸发条件的支配，同时还受作物本身的生理特性以及土壤水分状况的限制。在干旱缺水时，土壤含的生理特性以及土壤水分状况的限制。在干旱缺水时，土壤含水量降低，土壤中毛管传导率减小，根系吸水率降低，供水不水量降低，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，引起叶片含水量减小，气孔阻力增