节水灌溉的理论基础（36页清楚明了）

1、主要内容1、作物与水分及生态关系 2、水分胁迫对作物生理活动及产量的影响 3、作物需水量与灌溉制度4、灌溉用水量与灌水率 1 作物与水分及生态关系 1.1 作物水分生理1.1.1水对作物的生理作用水是原生质的重要成分；水直接参与植物体内重要的代谢过程；水是一切生化反应的介质；保持作物体处于一定形态；细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水1.1.2作物对水的吸收细胞对水分的吸收；根系对水的吸收。1 作物与水分及生态关系 1.1.3 作物水分散失 水分从作物体内散失到大气中的方式有两种，一种是以液态直接逸出体外，例如吐水；另一方式是以气态逸出体外，即蒸腾作用，这是作物失水的主要方式。1 作物与水分及生

2、态关系 1.2 作物水分生态1.2.1水对作物的生态作用 水分对作物生长有一个最高、最适和最低的基点。低于最低点，作物生长停止，甚至枯死。高于最高，根系缺氧、窒息、烂根，植株生长困难甚至死亡。只有处于最适范围内，才能维持作物的水分平衡，保证作物生长发育良好。1.2.2水对作物生境的影响 水分可以调节土壤空气； 水分能够调节土壤温度； 水分可以调节土壤肥力； 水分能够改善农田小气候； 提高耕作质量和效率。2.1 水分胁迫的有关概念 2.2 水分胁迫对作物生理过程的影响2.3 水分胁迫对产量的影响2 水分胁迫对作物生理活动及产量的影响2.1 水分胁迫的有关概念 1）土壤水分亏缺； 2）土壤水分胁迫

3、； 3）作物水分亏缺； 4）作物水分胁迫。2 水分胁迫对作物生理活动及产量的影响2.2 水分胁迫对作物生理过程的影响 大量研究证明，水分胁迫对作物生理过程的影响是多方面的，即使是轻微的胁迫也会产生不同的反应，但水分胁迫的主要影响是生理脱水，形成细胞和组织的低水势，通过低水势影响作物的各种生理过程。水分胁迫对作物产生的影响以及植物对此所产生的反应与适应是植物生理生态学研究的重要课题之一。 1) 对根系生长的影响；2) 叶面积指数； 3) 光合强度； 4) 叶气孔行为; 5) 呼吸作用; 6) 作物组织含水率及水势。2 水分胁迫对作物生理活动及产量的影响 2.3 水分胁迫对产量的影响 水分胁迫对作

4、物生态性状、生理活动产生的各种影响，最终影响到产量。 水分胁迫并非完全是负效应，作物在长期的进化历程中，产生了对水分暂时亏缺的适应性，即干旱缺水对作物的影响有一个从“适应”到“伤害”的过程，在某些特定发育阶段经受适度的水分胁迫，往往在复水后可以产生生理、生长和产量形成上的补偿效应，不仅不降低作物的产量，反而能增加作物产量、提高水分利用效率。2 水分胁迫对作物生理活动及产量的影响 2.3 水分胁迫对产量的影响 研究还证明，不同作物和品种对水分亏缺的反应存在明显差异，在灌水量仅为充足供水一半的干湿交替条件下，小麦与马铃薯的产量与充分供水的处理无明显差异，但玉米减产严重，仅为充足供水处理的1/3。这

5、表明，进一步深入研究水分胁迫(水分亏缺)对作物生长发育和生理机制的影响，有助于加深对作物节水灌溉原理和技术的认识。2 水分胁迫对作物生理活动及产量的影响3.1 作物需水量及影响因素 3.2 作物需水量计算方法3.3 农作物的灌溉制度 3 作物需水量与灌溉制度1、几个概念作物需水量（作物蒸发蒸腾量或腾发量）作物耗水量田间渗漏量农田耗水量3.1 作物需水量及影响因素2、作物需水量的定义水分消耗植株蒸腾棵间蒸发 深层渗漏 或田间渗漏地表径流 组成植株体的一部分生理需水生态需水作物需水量作物需水量从理论上说是指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潜力的条件下

6、为满足植株蒸腾和棵间蒸发，组成植株体所需的水量。3.1 作物需水量及影响因素3、作物耗水量的定义 作物耗水量简称耗水量，则是实际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，而作物耗水量是一个实际值，又称实际蒸发蒸腾量。需水量与耗水量的单位一样，常用m3/hm2或mm水层表示。作物生产单位产量（如1kg小麦）的需水量称为作物需水系数（mm/kg）；反之，作物每消耗单位水量(mm或m3)所能生产的产量（kg/mm或kg/m3），称为作物水分生产率，又可称为作物水分利用效率，常表示为WUE）。3.1 作物需水量及影响因素 4、田间耗水量的定义 田间耗水量则是在实际条件下田间所

7、消耗的水量，它等于作物耗水量和渗层渗漏量、泡田用水量（旱田没有）、冲洗压盐用水量之和减去地下水补给量和作物生长期内的土壤水分变化量。3.1 作物需水量及影响因素 5、作物需水量的作用 作物需水量是农业方面最主要的水分消耗部分，是制定流域规划、地区水利规划、以及灌排工程规划、设计、管理和农田灌排实施的基本依据。农田蒸发蒸腾在水量平衡和热量平衡中占有重要地位，是SPAC水分运移的关键环节，与作物生理活动和产量关系极为密切。农田灌溉管理、作物产量估算和土壤水分动态预报等各项研究和水资源评价及合理开发利用等均需蒸发蒸腾资料。3.1 作物需水量及影响因素 6、作物需水量的影响因素 作物需水量取决于作物生

8、长发育和对水分需求的内部因子与外部因子。 所谓内部因子，就是指对需水规律有影响的那些生物学特性，这些特性与作物因素（作物种类和品种有关，同时也与作物的发育期和生长状况有关）。 气象因素（包括太阳辐射、气温、日照、风速和湿度等）和土壤因素 (包括土壤含水量、土壤质地、结构和地下水位等)属于外部因子。 各种不同的农业技术措施和灌溉排水措施只对作物需水产生间接影响，或者通过改变土壤含水量，或者改变农田小气候条件，或者最后改变作物的生长状况。3.1 作物需水量及影响因素 概括起来主要有两类。 一是直接计算需水量 根据田间试验直接测定作物需水量（作物需水量的田间测定方法主要包括器测法、田测法、坑测法等）

9、与其影响因素之间经验关系，直接计算出作物需水量的方法，属经验公式类。ET=E0（ ET=E0+b） 直接法是先从影响作物需水量的诸因素中，选择一个或几个主要参数，找出它们与作物需水量之间的关系，并以经验公式表示。当已知影响因素的参数值时，便可算出其需水量。在我国采用较多的有蒸发皿法、产量法和多因素法。 3.2 作物需水量的计算方法 二是先计算参照作物蒸发蒸腾量ET0，再根据不同作物的实际情况及土壤实际含水率状况，确定作物系数Kc和土壤水分修正系数K（充分供水条件下K=1）来计算实际作物需水量的半经验方法。由于直接法中经验公式有较强的区域局限性，其使用范围受到很大限制。目前，国际上较通用的作物需

10、水量计算方法是通过参考作物蒸发蒸腾量来计算作物需水量。3.2 作物需水量的计算方法1、灌溉制度的定义 灌溉制度是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、实现节约用水，所制定的适时适量的农田灌水方案，包括作物播种前（或水稻栽秧前）及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、灌水定额以及灌溉定额。灌水定额是指一次灌水单位面积上的灌水量。作物全生育期各次灌水定额之和，叫灌溉定额。灌水定额及灌溉定额常以m3hm2或mm表示。农作物在整个生育期中实施灌溉的次数即为灌水次数。灌水时间以作物生育期或年、月、日表示。3.3 农作物的灌溉制度 2、灌溉制度的标准

11、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。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之前加以确定，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，拟定湿润年（频率为25%）、一般年（频率为50%）和中等干旱年（频率为75%）及特旱年（频率为95%）四种类型的灌溉制度。也就是说同一种作物在不同水文年有不同的灌溉制度。一般在灌溉工程规划、设计中多采用中等干旱年的灌溉制度作为标准。3.3 农作物的灌溉制度 3、灌溉制度制定的条件和方法 包括充分供水条件下和非充分灌溉条件下

12、两种情况，下面主要介绍的是充分灌溉条件下灌溉制度的制定。 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。 （1）根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度； （2）根据灌溉试验资料制定灌溉制度； （3）根据作物的生理、生态指标制定灌溉制度； （4）按水量平衡原理分析制定灌溉制度。3.3 农作物的灌溉制度4、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度 农田水量平衡方程 Wt-W0=WT+P0+K+M-ET 式中：Wt、W0分别为时段末与时段初的土壤计划湿润层内的储水量（mm或m3/hm2）；W为由于计划湿润层增加而增加的水量（mm或m3/hm2）；P为土壤计划湿润层内保存的有效降雨量（mm或m3/h

13、m2）；K为时段t内的地下水补给量（mm或m3/hm2），即K=kt，k为t时段内平均每昼夜地下水补给量（mm/d或m3/hm2/d）；M为时段t内的灌溉水量（mm或m3/hm2）；ET为时段t内的作物需水量（mm或m3/hm2），即ET=et，e为t时段作物需水强度（mm/d或m3/hm2/d）。3.3 农作物的灌溉制度 4.1 灌溉用水量 4.2 灌水率4 灌溉用水量与灌水率 1、概念： 灌溉用水量是指某一灌溉面积上需要从水源提供的水量，其大小及其在多年和年内的变化情况，与各种作物的灌溉制度、灌溉面积、作物种植结构、土壤、水文地质、气象条件以及渠系输水和田间灌水的水量损失等因素有关。因此，

14、确定灌溉用水量，须先取得以上这些基本资料。若为已建工程的管理运用而确定灌溉用水量，如制定水库调度计划，渠系配水计划等，则需要以该运用年份内各种作物灌溉的基本资料，如灌溉制度、灌溉面积和水量损失等情况为依据。若为新建工程的规划设计而确定灌溉用水量，则需要多年系列或设计年份内的上述资料。4.1 灌溉用水量 2、灌溉用水量的确定 灌溉用水量及其在年内的分配影响灌溉工程规模的大小。水库兴利库容、灌溉渠道横断面大小、渠道建筑物的尺寸；灌区作物的灌溉制度、作物种植结构和灌溉水利用系数。 灌溉制度的设计可根据灌溉试验或采用水量平衡法等方法制定。在缺少足够试验资料的情况下，水量平衡法是灌溉制度设计的主要方法。

15、对于特定灌区，在土壤和管理制度变化不大的情况下，灌溉制度主要取决于气象因素。由于气象因素的变化，每年的灌溉制度是不同的。4.1 灌溉用水量 2、灌溉用水量的确定 因此，在规划设计中，需要首先确定灌溉设计标准，然后根据灌溉标准选定典型水文年，即“设计典型年”。以该年的气象资料、作物资料作为灌溉用水量及其用水过程规划设计的依据。设计典型年一般采用水文频率统计法确定。 按照灌溉与排水工程设计规范(GB50288-99)，灌溉制度确定应当遵循一些原则 。4.1 灌溉用水量 灌溉设计标准是指预期灌溉用水量在多年灌溉中能够得到充分满足的年数出现的机率。又称灌溉设计保证率。它是灌溉工程设计标准的一项重要指标

16、，以百分率表示。 由于各年降雨量、蒸发量、气温、湿度等气象和水文条件的不同，水源供水量和灌溉用水量都有差异。在设计灌溉工程时,如按最干旱年份情况计算供需水量,则可供取用的来水量少，相应确定的设计灌溉面积小，在这种情况下虽然工程运行期间农田受旱缺水的机遇较少，但在不太干旱的年份，可以利用的水源得不到充分利用，这样的设计是不经济的。相反，如按水源较丰富年份进行设计，确定的灌溉面积大；但农田受旱缺水的机遇较多；这样的设计也不合理。为了要挑选一个适当年份作为设计灌溉工程供需水量的依据，采用数理统计方法，根据以往若干年份的气象、水文等观测资料，通过统计分析，选出有一定机率的水文年份，作为灌溉设计标准。1

17、984年,中国规定在大、中型灌区设计中,统一采用灌溉设计保证率作为灌溉设计标准，并规定灌溉设计保证率系指设计灌溉用水量的保证程度，用设计灌溉用水量全部获得满足的年数占计算总年数的百分率表示 。（50%，75%）4.1 灌溉用水量灌溉设计标准灌水次数 灌水日期灌水定额 灌溉定额灌溉制度 灌溉用水量4.1 灌溉用水量式中：为第 式中：i为第种作物的灌溉面积（hm2）；mi为第i种作物某次灌水的灌水定额（m3/hm2）；M净为全灌区任何一个时段内的净灌溉用水量（m3）； 水为灌溉水利用系数，作为衡量灌溉水利用效率或反映灌溉水损失情况的指标。 为第 1、概念：灌水率是指灌区单位面积上所需要的灌溉净流量

18、，是确定灌区渠首的引（抽水）水流量和渠道设计流量的重要参数，计算公式如下： 2、公式： 式中：qi,k为第i种作物第k次灌水的灌水率（m3/s100hm2）；i为第i种作物的种植比例，其值为该作物的灌溉面积与灌区灌溉面积之比；mi,k为第i种作物第k次灌水的灌水定额（m3/hm2）；Ti,k为第i种作物第k次灌水的灌水延续时间（d）。4.2 灌水率 4.2 灌水率作物播前生育期水稻515（泡田）35冬小麦1020710棉花1020510玉米715510表1 万亩以上灌区作物灌水延续时间(d) 3、灌水延续时间：可以看出，某种作物的灌水率与灌水定额、面积种植比例和灌水延续时间有关。当作物种植比例

19、和灌水定额一定时，灌水延续时间是影响灌水率的主要影响因素。作物灌水延续时间应根据当地作物品种、灌水条件、灌区规模与水源条件以及前茬作物收割期等因素确定。灌水延续时间愈来短，作物对水分要求将愈容易及时满足，但渠道的设计流量加大，渠系工程量增加。 4.2 灌水率 4、灌水率图 设计灌水率是渠首取水流量和渠道设计的依据。对于灌区规划设计而言，为了确定设计灌水率，一般先针对某一设计代表年计算出灌区各种作物每次灌水的灌水率，并将所得灌水率绘成直方图，称为灌水率图。 由于各时期作物需水量悬殊，灌水率差异较大，造成渠道输水流量和水位变化较大，影响渠道安全运行。而且渠道输水断断续续，不利于管理。为此必须对初步

20、算得的灌水率图进行必要的修正，尽可能消除灌水率高峰和短暂停水现象。灌水率图修正遵循以下原则： 4.2 灌水率灌水率图修正原则： （1）修正后的灌水率图应与水源供水条件相适应； （2）尽量保证作物需水临界期的灌水不变。若需要提前或推迟灌水日期，前后不得超过3d，且以前提为主。若同一种作物连续两次灌水均需变动灌水日期不应一次提前一次推后。 （3）修正后的灌水率应当比较均匀，使得渠道水位和流量不发生剧烈变化。一般取累积30d以上的最大灌水率为设计灌水率，短期的峰值不应大于设计灌水率的的120%（超过部分可由渠道超高部分的），最小灌水率不应小于设计灌水率的40%； （4）宜避免经常停水特别应避免小于5d的短期停