第二章作物需水量和灌溉用水量

第二章作物需水量和灌溉用水量第一节作物需水量第二节灌溉制度第三节灌溉用水量第四节灌水率第一节作物需水量（CropWaterRequirement)一、作物需水量及其相关的基本概念三、研究作物需水量的意义四、作物需水量的推求方法五、参考作物腾发量的计算方法二、作物需水量的影响因素一、基本概念1、作物需水量2、田间耗水量3、深层渗漏及田间渗漏量农田水量平衡示意图蒸腾蒸发灌溉降雨深层渗漏侧向出流侧向入流主根区地下水补给地表经流定义：作物根系从土壤中吸入体内的水分，通过叶片的气孔扩散到大气中去的现象。蒸腾（Transpiration）根系吸入体内的水分有99%以上消耗于蒸腾蒸腾是一种生理过程蒸腾主要在作物叶面上进行，叶面蒸腾又分角质蒸腾和气孔蒸腾，其中气孔蒸腾占90%以上。定义：植株间土壤或田面水分的蒸发蒸发（Evaporation）蒸发是一种物理过程土面蒸发一般小于自由水面蒸发，但在饱和含水率时基本等于自由水面蒸发。深层渗漏：旱田中由于降雨或灌溉水量太多，使土壤水分超过了田间持水量，向根系活动层以下的土层产生渗漏的现象深层渗漏（Seepage）及田间渗漏（Pecolation）田间渗漏：水稻田的渗漏稻田渗漏造成水和肥的流失，但可促进土壤通气，改善还原条件，消除有毒物质，有利于作物生长。田间渗漏1、作物需水量（Cropwaterrequirement）

作物需水量=植株蒸腾+株间蒸发=蒸发蒸腾量（简称腾发量）Evapotranspiration(ET)=Transpiration+Evaporation作物需水量有时段概念，如作物全生育期需水量，某生育阶段需水量，月、旬、日、小时需水量。作物需水量常以每天多少毫米表示(mm/day)2、田间耗水量

（

ConsumptiveUseofWater）稻田耗水量=作物需水量+田间渗漏水稻田的渗漏Percolationinpaddyfields稻田适当渗漏有利且不可避免旱地耗水量=作物需水量二、影响作物需水量的因素？二、影响作物需水量的因素还有耕作措施和灌溉措施水直播、旱直播…膜下滴灌，膜上灌…辐射:为水分由液态变为气态提供能量

辐射越大，ET越大

气温:决定空气持水量

气温越高，ET越大

湿度:空气中水分的多少

湿度越大，ET越小风速:水汽分子向大气移动的速度

风速越大，ET越大

气象因素的影响气象因素可由参考作物腾发量综合反映ET蒸腾蒸发作物因素的影响作物因素与作物叶面积指数关系密切，常用作物系数反映土壤因素的影响与土壤含水率有关土壤含水率降到某一临界含水率以后，土壤含水率越小，ET越小土壤因素可用土壤水分修正系数反映三、研究作物需水量的意义？15三、研究作物需水量的意义灌溉用水调度的依据制定流域规划、地区水利规划的依据大气水循环的主要部分灌溉系统规划设计的依据农田水分消耗的主要途径16直接测定(Lysimeters/测坑、测筒,田测)四、作物需水量的确定计算171、作物需水量的观测一般用蒸渗器（Lysimeter,包括测坑和测筒）测定；只有地下水埋深大于2.5m（沙壤土）或3.5m（粘土、壤土）的旱田，可在试验小区中直接测定(避免地下水补给量的影响)。水田渗漏量可用蒸渗器和试验小区结合方法测定。2.5m、3.5m为地下水临界埋深蒸渗器应达到的技术标准及试验要求参见(灌溉试验规范，SL13-2015）测定ET的设备分类

作物需水量测定方法蒸渗仪田测法测筒测坑简易称重式浮力称重式机械称重式液压称重式非称重式电子称重式称重式直接测量土壤含水率直接测量田面水层水深的排水式称重式测筒参考作物蒸发蒸腾量

测坑地下廊道测坑地下数据采集系统2、作物需水量的计算

直接计算需水量通过计算参考作物腾发量来计算实际作物需水量直接计算作物需水量的方法以水面蒸发为参数的需水系数法以产量为参数的需水系数法从影响作物需水量的主要因子（水面蒸发、气温、湿度、日照、辐射等）中选择单因子或多因子，通过实测数据的相关分析，建立经验公式直接计算作物需水量的方法以水面蒸发为参数的需水系数法某时段内的作物需水量（mm）与ET同时段的水面蒸发量国内外都有较多应用，我国尤其在水稻地区应用较多直接计算作物需水量的方法以产量为参数的需水系数法作物全生育期内总需水量（m3/亩）需水系数作物单位面积产量（kg/亩）我国过去旱作地区应用较多，目前仍有少量应用。水稻由于产量与ET关系不密切，应用不多。适合于水量不足的旱作。阶段作物需水量某一生育阶段的作物需水量模比系数(%)我国过去应用较多，由于每年的气候条件不同，Ki值变化很大，还有水分状况不同，Ki值也变化，因此目前不建议采用此法进行ET的阶段分配全生育期需水量直接计算作物需水量的方法(2)用温度推算(3)用水面蒸发量推算(4)用气温和水面蒸发量推算

(5)温度日照法阶段作物需水量直接计算作物需水量的方法通过计算考作物腾发量来计算实际作物需水量参考作物腾发量

ReferenceCropEvapotranspirationET0土壤水分充足、地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔（地块的长度和宽度都大于200m）矮草地（草高8-15cm）上的腾发量。FAO1979年定义，用修正Penman公式。92年，FAO又对参考作物腾发量进行了重新定义，即参考作物腾发量为一种假想参考作物冠层的腾发速率，假想作物的高度为0.12m，固定的叶面阻力为70s/m，反射率为0.23，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的腾发量。参考作物腾发量采用Penman-Monteith公式计算计算参考作物腾发量的方法有很多，最著名的、应用最广泛的是Penman公式通过计算参考作物腾发量来计算实际作物需水量

Penman公式最早于1948年提出，并经过不断的修改和完善

FAO1979年推荐使用修正Penman公式,FAOIrri&DrainPaper24

目前应用最多的是Penman-Monteith

公式（FAO1992年推荐）

FAOIrrigationandDrainagePaper56–CropEvapotranspiration(guidelinesforcomputingcropwaterrequirements)32通过计算参考作物腾发量来计算实际作物需水量Penman公式的基本原理——能量平衡到达地表的净辐射Rn=到达地表的净短波辐射Rns-地表向外发出的净长波辐射Rls能量收入：能量支出：显热消耗C:由于大气增温所消耗的能量潜热消耗λE:由于蒸发蒸腾所消耗的能量土壤增温G能量平衡公式净辐射土壤增温显热潜热以热量平衡形式表示的能量平衡＋水汽扩散理论蒸发蒸腾消耗的热能换算成水深得ET34PenmanMonteith公式计算参考作物腾发量的具体过程FAOIrrigationandDrainagePaper56–CropEvapotranspiration(guidelinesforcomputingcropwaterrequirements)/docrep/x0490e/x0490e00.htmRs(太阳辐射）=(0.25+0.5.(n/N)).RaRa(大气边缘太空辐射，由太阳常数及纬度位置和时间计算)反射a=0.23净短波辐射（1-a）Rs净长波辐射辐射项的组成净辐射Rn=(Rns-Rnl)Rn= 净辐射 [MJm-2d-1]Rns= 净短波辐射 [MJm-2d-1]Rnl= 净长波辐射 [MJm-2d-1]辐射项如无实测辐射资料,净辐射Rn计算如下:39Ra= 太空辐射[MJm-2d-1]N=最大可能日照时数[h]Tkx=最高绝对温度[K]Tkn=最低绝对温度[K]ed=实际水气压[kPa]Tkx=Tmax+273Tkn=Tmin+27340Ra= 太空辐射[MLm-2d-1]dr= 日地相对距离的倒数δ

= 日倾角[rad]ψ= 地理纬度[rad]ωs= 日照时数角[rad]Ra（太空辐射）

太空辐射与纬度及年内所处时间有关.Ra值为:J= 日序数41土壤热通量G，

以日为时段估算为(有效深度0.18m):

以月为时段估算为(有效深度2.0m):

由于10-30天土壤热通量的变化通常很小，故有时可忽略，即G=042温度饱和水气压曲线上在T处的斜率Δ

Δ= 温度饱和水气压曲线上在T处的斜率[kPaoC-1]T= 气温[oC]ea= 气温T时的饱和水气压T[kPa]饱和水气压

ea= 饱和水气压[kPa]T= 气温[oC]`湿度计常数

r= 湿度计常数[kPaoC-1]P= 大气压[kPa]λ

= 潜热[MJkg-1]潜热

λ= 潜热[MJkg-1]T= 气温[oC]

大气压

设海平面大气压Po=101.3[kPa]:

Z=海拔高度[m]

实际水气压(ed)

日平均实际水气压:

a. 湿度计测得的日相对湿度(RH)在Tmax(中午)和Tmin(清早)为:(RH以小数表示)清早: RHmax=日最大相对湿度 [%] Tmin=日最小相对温度 [oC]

ea(Tmin)=Tmin时的饱和水气压 [kPa]中午: Rhmin=日最小相对湿度 [%] Tmax=日最大相对温度 [oC] ea(Tmin)=Tmax时的饱和水气压 [kPa]

实际水气压(ed) 若只有平均相对湿度资料，日平均实际水气压可按下式计算:

b. 如果无相对湿度资料，实际水气压可假设最小温度等于露点温度进行估算:

48饱和差（VPD）VPD= 饱和差[kPa]ea(Tmax)=Tmax时的饱和水气压[kPa]ea(Tmin)=Tmin时的饱和水气压[kPa]49风速（U2）

如风速标高不在2m，则:

Uz= 高度z处实测风速[ms-1]U2= 2m高处风速[ms-1]Z= 风速标高[m]P-M公式所需气象资料一般:

最高、最低及平均气温;日照:风速;平均相对湿度最好:最高、最低及平均气温;日照:风速;最高相对湿度;最低相对湿度理想:最高、最低及平均气温;净辐射;风速;最高相对湿度;最低相对湿度如果有当地日照及净辐射资料，则可对公式进行率定，以便从日照算辐射.51实际作物需水量

作物系数土壤水分充足实际作物需水量

作物系数土壤水分修正系数土壤水分不足作物系数Kc,随生育阶段变化Kc1.01.5时间IIIIIIIVI= 返青期II= 分蘖期III= 开花及乳熟期IV= 成熟期54土壤水分修正系数Ks,随土壤含水率变化Ks1.0含水率өf

= 田间持水率өc= 土壤水分绝对充分的临界含水率өfөc55复习思考题作物需水量的定义作物需水量的主要影响因素及其变化规律作物需水量计算的主要模型参考作物腾发量的定义及其计算方法参考作物腾发量的影响因素作物系