作物蒸发蒸腾量试验与土壤作物气象及水分条件观测

作物蒸发蒸腾量试验与土壤、作物、气象及水分条件观测中国农业科学院农田灌溉研究所水利部灌溉试验总站孙景生目录一、农田水分消耗的途径二、作物需水量的概念三、作物蒸发蒸腾量的测定四、作物蒸发蒸腾量的计算五、土壤、作物、气象、水分条件观测一、农田水分消耗的途径农田水分地面水地下水土壤水土壤水是作物生长的核心

农田水分状况是指农田地面水、土壤水和地下水数量的多少、存在的形式及其在时空上的分布规律与变化情况。

所有的水只有进入土壤转化为土壤水才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的最主要来源。农田水分状况一、农田水分消耗的途径根系吸水植物体输水植物体蒸腾植株蒸腾棵间蒸发农田渗漏地表径流组成植株体的一部分1、农田水分消耗的途径棵间蒸发深层渗漏地表径流一、农田水分消耗的途径2、农田水分消耗量的构成a、植株蒸腾量b、棵间蒸发量c、田间渗漏量d、组成植物体及光合作用等生理过程的需水量渗漏量的大小与土壤性质、水文地质条件等因素有关，它和腾发量的性质完全不同,并且主要是稻田渗漏。因此，一般都是将腾发量与渗漏量分别进行计算。农田水分消耗的途径实际就是其构成。包括：由于组成植物体及消耗于光合作用过程的水量一般小于作物蒸发蒸腾量的1%，故在生产实践中常予以忽略。一、农田水分消耗的途径2、农田水分消耗量的构成农田水分消耗量作物腾发量（作物需水量）田间损失量植株蒸腾量棵间蒸发量深层渗漏量田间渗漏量生理需水生态需水对旱地对水田作物田间（农田）耗水量的结构关系二、作物需水量的概念2.1定义作物需水量：作物生长在最佳生长环境中，并最大限度发挥产量潜力状态下所需的水量，即把作物生育期内的作物蒸发蒸腾量之和称之为作物需水量。

作物需水量的定义反映了作物需水量的两个重要内涵：一是作物需水量的组成（植株蒸腾、棵间蒸发、构成植株体的水量）；二是确定作物需水量所需的条件（适宜的水分和肥力，作物生长健壮，无病虫害，并可获得最大产量）。作物需水量包含生理和生态需水两个方面。作物生理需水指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生理需水的一部分；作物生态需水指作物生育过程中，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生态需水。二、作物需水量的概念作物需水量：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潜力的条件下为满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。作物需水量=植株蒸腾量+棵间蒸发量+组成植株体的水分作物需水量=植株蒸腾量+棵间蒸发量“蒸散量”、“农田总蒸发量”、“腾发量”实际生产中，作物整个生长期内各项因子始终处于最佳状态几乎不可能实现。因此，作物需水量表示的是一种潜势，是在理想状态下作物需要消耗的水量值。作物耗水量：作物在任意生长状况和土壤水分条件下实际的蒸腾量、棵间蒸发量及构成作物体的水量之和。（作物需水量是作物耗水量的一个特例值，是在各项条件都处于最适宜状态下的作物耗水量值）灌溉需水量：除降水外，为了保证作物正常的生理活动，并维持作物生长发育的适宜环境所需补充灌溉的水量。维持作物的适宜环境条件所需的水量包括冲洗盐碱所需的淋洗需水量和防霜冻、植株降温、施用化学物质及耕作等所需额外增加的灌溉用水量。二、作物需水量的概念二、作物需水量的概念作物需水系数：作物每生产单位产量（目标收获物）所需消耗的水量（mm/kg或m3/kg

）。作物水分利用效率：作物每消耗单位水量所能生产的产量(kg/mm或kg/m3），常表示为:WUE(wateruseefficiency)。田间需水量=作物需水量+改善田间条件所需水量。田间耗水量=作物耗水量+创造农业生态环境所需水量作物需水量是作物蒸腾量与棵间土壤蒸发量的总和。蒸腾过程中，植株从土壤中吸取水分并传输至叶片，然后在气孔腔中蒸发，最后经过气孔进入大气；这一过程受外部环境的物理条件和植株内部的生理过程共同控制。棵间蒸发过程主要由外部物理条件所决定。

影响作物需水量的因子很多，其中主要因子可以概括为气象因子、作物因子和其它因子。二、作物需水量的概念2.2影响作物需水量的主要因子根系吸水植物体输水植物体蒸腾棵间蒸发2.2.1气象因子的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，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，很难将各个因素的影响一一分开。影响作物需水量的气象因子主要包括太阳辐射、气温、空气湿度和风速。

太阳辐射是蒸发蒸腾过程中水分由液态转化为汽态所需能量的主要来源。可用于蒸发蒸腾过程的太阳辐射量受所处的地理位置、一年中的日序、实际日照时数、云层状况、植被的反射率等因子影响，这些因子也间接影响作物需水量。二、作物需水量的概念2.2.1气象因子的影响

温度与太阳辐射量高度相关，因而与作物需水量的相关程度也很高。温度对作物蒸腾蒸发量的影响并非完全通过太阳辐射而间接起作用。温度与作物的一些代谢过程的强弱密切相关，在一定的范围内，温度越高，代谢越快。

水汽扩散速率与存在的水汽浓度梯度呈正相关。空气湿度主要与驱动水汽扩散过程遇到的阻力呈反相关。风速与水汽扩散过程中阻力的大小相关，它对蒸腾过程的影响也主要是通过对这一阻力的影响实现的。

实际蒸腾蒸发过程中，上述气象因子的作用往往是结合在一起共同表现出来的。二、作物需水量的概念2.2.2作物因子的影响

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长向生殖生长的过渡阶，在作物需水临界期缺水，会对产量产生很大影响。

不同种类作物的需水模式和绝对数量的差异也表现在许多方面。一是不同作物的生育过程所处的时期不同，环境条件不同，需水量不同；二是不同作物生存所要求的水分环境不同，造成需水量不同；三是不同作物需水特性有明显差异。二、作物需水量的概念不同作物、不同地区、不同水文年作物需水量不同二、作物需水量的概念2.2.2作物因子的影响

同一作物不同生育时期的需水量也有很大差异。一是需水量的组成结构明显不同。蒸腾过程是通过作物体的水分散失过程，其数量与作物生长发育状况密切相关。作物生育初期以蒸发为主（植株小，地面裸露大）；中期蒸腾逐渐大于蒸发（随着植株增大，叶面覆盖率增大）；后期蒸腾减小，蒸发又相对增加（作物生理活动减弱）。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。二是需水量数值差异较大。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，需水量值又迅速下降。二、作物需水量的概念二、作物需水量的概念2.2.3其它因子的影响

主要包括土壤因素、耕作栽培措施及灌溉方式等。这些因子对作物需水量的影响主要是通过对作物棵间蒸发的影响实现的。

土壤因素：影响作物需水量的土壤因素主要有质地、颜色、土壤含水量、土壤有机质含量及养分状况等。砂土持水力弱，蒸发较快，因此，在砂土上的作物需水量就大。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。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。二、作物需水量的概念2.2.3其它因子的影响

耕作栽培措施：不同的耕作栽培措施会使土壤表面状况发生变化，影响作物耗水过程，从而影响作物需水量。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。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。灌溉方式：不同灌溉方式下，地面的湿润程度和频度都不同，因而棵间蒸发所占的比重也有明显的差异，这会引起作物需水量的变化。二、作物需水量的概念二、作物需水量的概念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。因此，它是水资源开发利用时的必需资料，同时也是灌排工程规划、设计、管理的基本依据。

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、因气候等各种自然与人为条件确定作物的需水量，以利于指导生产。

目前全世界的用水量不断增长，水资源不足日益突出，对作物需水量的研究和估算，已成为一个重要研究课题。二、作物需水量的概念由于各种因素相互联系，错综复杂，目前还难以从理论上进行精确计算，但可以以一两种主要因素建立模型计算。实践中，常采用试验测定法和计算法来确定需水量。三、作物蒸发蒸腾量测定测定作物蒸发蒸腾量时的各项基础条件要严格符合作物需水量定义及《灌溉试验规范》第5章的要求。开阔、平坦的大田之间缓冲区观测场的地面与缓冲区地面应保持一样高度器测区、坑测区、田测区供水系统气象观测场观测场布设试验场选择逐日分界线应为北京时间8时整三、作物蒸发蒸腾量测定作物蒸发蒸腾量的测定方法很多，根据测定时所使用的原理可以概括地分为以下三大类：空气动力学方法水量平衡法直接称重法三、作物蒸发蒸腾量测定照片源自中国农大李思恩副教授三、作物蒸发蒸腾量测定四种方法测定的玉米生育期耗水比较(2011-2013)（李思恩）作物生育期阶段天数蒸渗仪水量平衡涡度相关波文比玉米2011苗期4.22-6.848756869110拔节期6.9-7.0527117107109106抽穗期7.06-7.2520152122116106灌浆期7.26-8.202613411110298成熟期8.21-9.193088937878全生育期4.22-9.19151565501474498玉米2012苗期4.20-6.064562.4742.8136

7.2523拔节期6.07-7.0334133.68178.6378.42582.646抽穗期7.04-7.3125160.97122.1299.58288.943灌浆期8.01-8.2738125.33167.6875.464

成熟期8.28-9.201770.8389.017559.965

全生育期4.20-9.20159553.3480.26314.78

玉米2013发芽期4.24-5.243122.610.2129.0153.93展叶期5.25-7.0744136.90169.81140.43127.98花期7.08-7.302362.7175.2981.5574.32膨大期7.31-9.0234168.61166.05116.50103.67成熟期9.03-9.171536.2990.9815.5832.80全生育期4.24-5.2431427.11502.34395.61392.71三、作物蒸发蒸腾量测定3.1空气动力学方法

（1）波文比法：是在能量平衡方程的基础上演变而来的，假定净辐射是蒸散过程最主要的能量来源，并假定用于光合作用、土壤加热的能量可以忽略不计，从而估算出作物蒸发蒸腾量。

三、作物蒸发蒸腾量测定Bowen(1926)从能量平衡公式出发，提出了计算蒸发的波文比-能量平衡法。波文比b是一个表示能量分布的指数。当认为温度和湿度的湍流交换系数相等时，b可以表示为：

其中：T1和T2分别表示高度Z1和Z2处的气温；q1和q2分别为对应高度的比湿。将波文比与能量平衡公式结合起来即为波文比-能量平衡法：波文比法的主要问题是没有考虑平流的影响，而这一假定在很多条件下是不能成立的。三、作物蒸发蒸腾量测定3.1空气动力学方法

（2）涡度相关法：是通过测定作物冠层上方的水汽传输通量来确定作物蒸散量。测定的是瞬时蒸散速率，为了确定一个时期上的蒸散总量，通常用需要大量的瞬时测定数值，并需连续不断地测定。需要专用的精密仪器，并要有专门的技术人员操作管理，目前主要用于科学研究中。三、作物蒸发蒸腾量测定Swinbank(1955)提出利用涡度相关技术测量温、湿、风的脉动值，从而计算显热和潜热通量。他认为显热和潜热在很大程度上是通过涡度扰动传输的，因此，可以通过建立垂直风速与传输数量上的波动之间的相关关系直接测量显热和潜热通量。假设地表平均垂直风速为零，湍流通量可以表述如下：

式中：w’:垂直风速；T’:气温与其均值的瞬时偏差；q’:比湿与其均值的偏差。一般情况下，需采用10～15分钟的均值以及高频率测量的w’,T’和q’值。三、作物蒸发蒸腾量测定

涡度相关法的特点：直接测量通量，无需太多假设和经验参数，理论基础坚实可靠；其结果常常作为遥感监测ET的检验标准。涡度相关法低估ET严重，主要原因是能量平衡不闭合，采用波文比强制闭合法可以显著提高涡度相关的测量精度。涡度相关法经常出现ET为负值情形，原因是有露水存在。难点在于一旦探头表面产生露水，其测定值是不准确的，如何去计算夜间露水的速率、总量？3.2水量平衡法

三、作物蒸发蒸腾量的测定M为时段内的灌水量（mm）；P为时段内的有效降雨量（mm）；K为时段内的地下水补给量（mm）；C为时段内的排水量（地表排水与下层排水之和（mm）。

坑测法和田测法。测坑也称为蒸渗器（仪）。3.2.1坑测法（旱作）三、作物蒸发蒸腾量测定坑测法：是在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。有底测坑：土壤常为回填土，底部一般铺设20cm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；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。无底测坑：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设施。三、作物蒸发蒸腾量测定

坑测法试验小区大，代表性好（相对测筒）。

面积不宜小于4m2，测坑深度（0.8-2.0）2m左右。

测坑内的土层下面应设滤层（由上至下为细沙、粗沙、碎石），厚20cm以上，滤层底部应设测向排水管。

在坑内填土。一般按原来层次分层填土，避免混乱，并注入适量水分，使其沉实，随时测定土壤容重，使其保持与坑外农田的土壤容重一致，重点试验要填原状土。

附近不应有影响气流正常运动的障碍物，周围应种植与测坑或测筒内同类的作物，其宽度应不小于20m。三、作物蒸发蒸腾量测定

播种以后，每隔5～10天观测坑中土壤含水率一次。

在灌水的前、后，降雨前（根据预报）、后（无防雨棚时）加测。

用取土法测定土壤含水率时，每次在每个测坑中选1个测点，从地表至土层底，按土壤层次或每10～20cm深取一土样，前后两次取土点的水平距离为40～50cm，每次取土后用土将取土孔回填密实。

为了防止破坏测坑土壤结构，测坑内不宜用取土法测定土壤含水量，而必须采用中子仪或TRIME等测定土壤含水率，在每个测坑内设(3)2个观测点，每隔5～10日或更短时间，定点观测各个深度的土壤含水率。三、作物蒸发蒸腾量测定

ET1～2为时段需水量（mm）；

i为土壤层次号数；

n为土壤层次总数目；

r为第i层土壤容重（g/cm3）；为第i层土壤的厚度（cm）；为第i层土壤在时段开始的含水率（占干土重%）；为第i层土壤在时段末的含水率（占干土重%）。若两次测定含水率之间有灌水，则上式计算结果加灌水量（mm）为需水量。三、作物蒸发蒸腾量测定3.2.2田测法（旱作）田测法是在试验小区中直接测定作物需水量。每个田测小区的面积为66.7m2～133.0m2（规范规定不宜小于60m2）。小区边界做隔水处理，方法可以采用粘土夯实的田埂，或用防水材料（砖、混凝土板等）作田埂。小区若用渠沟灌水、排水，则安设三角堰量水，若管道灌水或排水，则安水表量水。用取土法或中子仪、TRIME等测定土壤含水率，每个小区内至少选定3个测点，测定深度由地表至耗水层底部止。测定时期与坑测法相同。用取土法时，前后两次取土点的距离宜为50～100cm。三、作物蒸发蒸腾量测定Wt-W0=P0+

K

+M+Wr-ET三、作物蒸发蒸腾量测定M为时段内的灌水量（mm）；P为时段内的有效降雨量（mm）；K为时段内的地下水补给量（mm）；C为时段内的排水量（地表排水与下层排水之和（mm））。

三、作物蒸发蒸腾量测定三、作物蒸发蒸腾量测定有效降雨量测定一次降雨不超不定期田面允许水深上限的降雨量均为有效降雨量，超过部分为排水量。对于旱地而言，有效降雨量是指降雨后存留在根系层内能被作物吸收利用的入渗水量。根系层以下的深层渗漏及地表径流均为无效降雨量.影响旱作物有效降水量的因素很多，而且相当复杂，凡对渗透、径流和蒸发蒸腾起作用的因素，都影响有效降雨量的大小。如降水总量、降水强度和历时、温度、辐射、相对湿度、风速等气象因素；地形坡度、土壤结构、密实度、有机质含量等土壤质地因素；还有耕作方式、降雨前土壤含水量、地下水埋藏深度、根系层深度、地面覆盖等。在诸多因素中，对于特定地区而言，降雨时土壤初始含水量、根系层浓度是影响旱作物有效降水量大小的主要因素。

三、作物蒸发蒸腾量测定有效降雨量测定有效降雨量=次降雨量－径流量－降雨入渗量三、作物蒸发蒸腾量测定每次降雨的有效雨量可以用B.0.6-1计算。其中，地表径流量宜用地表径流池测定，深层渗漏量宜采用称重式或其它高灵敏度的蒸渗器测定。

旱田1：

水田：

旱田2：

旱田3：

三、作物蒸发蒸腾量测定一个时段内的有效雨量，可根据农田水量平衡原理，用附录B.0.7计算。

旱田：

水稻田：

应根据已经取得的有效雨量资料算出降雨有效利用系数（有效降雨量与同期降雨总量之比），并探求降雨有效利用系数与各种影响因素的关系和变化规律，提出不同条件下降雨有效利用系数的参考值。

三、作物蒸发蒸腾量测定三、作物蒸发蒸腾量测定作物地下水利用量测定利用观测井观测三、作物蒸发蒸腾量测定作物地下水利用量测定利用马立奥特注水瓶注入水-排出水=地下水利用量3.2.3水田作物蒸发蒸腾量测定三、作物蒸发蒸腾量测定采用筒测、坑田结合法三、作物蒸发蒸腾量测定稻田水深观测2.灌水量3.排水量4.降雨量犁耙田后随即安装测针插座或木桩水尺，测针插座旁平放一砖块，砖面与田面齐平，作为田面高程标志。若用木桩水尺，其零点应与田面齐平。用测针测得的水位值为水面高程，减去田面(砖块)高程得到水层深度，田面(砖块)高程要定期进行校正。若用木桩水尺测读水位，每次的水位观测值即为水层深度。水位测针观测精度为0.1mm，木桩水尺观测的精度则为1.0mm(目估可达到0.1mm)。三、作物蒸发蒸腾量测定水稻淹水阶段蒸发蒸腾量与渗漏量的测定及计算ETd为日蒸发蒸腾量；Wd为日蒸发蒸腾量与田间渗漏量之和；Fd为日渗漏量；h1为测坑中第一日初的土面水位；h2为测坑中第二日初的土面水位；m为测坑中第一日内的灌水量；P为测坑中第一日内的降雨量；f为测坑中第一日内土底排水量(渗漏量)；C为测坑中第一日内土面排水量；h１’为试验小区中第一日初田面水位；h2’为试验小区中第二日初田面水位；m’

为试验小区中第一日内灌水量；P’

为试验小区中第一日内降雨量；C’

为试验小区中第一日内排水量。以上各因素的单位均为mm。三、作物蒸发蒸腾量测定水稻落干阶段蒸发蒸腾量与渗漏量的测定及计算1.补水法蒸发蒸腾量蒸发蒸腾量与渗漏量之和落干期间的田间渗漏量2.土壤含水率法坑测法:优点是可以对土壤水量平衡方程中的有关项进行较为严格的控制，确保试验结果不受这些因子的影响。不足之处是试验条件很难做到与大田条件完全相同，易造成系统误差。田测法:优点是在大田条件下直接测定作物蒸散量，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；缺点是易受环境条件的干扰，如果控制不好，有些项目测定不准，则引起的误差会传导至作物需水量测定结果中。坑测法与田测法的比较三、作物蒸发蒸腾量测定

问题：许多试验站无径流观测场和地下水利用量测定装置。

结果：地下水埋深较浅时，由于土壤水势作用，地下水将向根系层运移，使根系层土壤水分增大，而且使根系层土壤水分变化幅度变小，从而使实际的作物蒸发蒸腾量增大，但用公式计算的作物蒸发蒸腾量却较实际的作物蒸发蒸腾量小。（对砂土、砂壤土地下水埋深小于2.5m或壤土、粘壤土、粘土地下水埋深小于3.5m，观测旱作物蒸发蒸腾量时，应同时进行地下水补给量的观测。）

建议：1）在地下水埋深较大，不受地下水补给量影响的农田才适宜采用田测法，这种条件下，无需测计地下水补给量。在地下水埋深较浅时，应采用有底测坑测定作物需水量。2）应通过试验观测建立有效降水量计算公式，准确确定每次降水的有效降水量。3）通过降水前后土壤水分观测，尽可能准确地估算出深层渗漏量。三、作物蒸发蒸腾量测定3.2.4仪器测定法作物需水量=植株蒸腾量+棵间蒸发量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。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。三、作物蒸发蒸腾量测定3.2.4.1棵间土壤蒸发测定测定土壤的棵间蒸发是一项非常重要的工作。土壤棵间蒸发是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，土壤处于裸露状态，棵间蒸发尤为严重。

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。目前一般用镀锌铁皮制成。测定时间8：00时三、作物蒸发蒸腾量测定3.2.4.1棵间土壤蒸发测定三、作物蒸发蒸腾量测定测定步骤：

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。

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。

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步进行换土操作。然后再重复第3、4步。三、作物蒸发蒸腾量测定棵间蒸发量的计算：E=（W1－W2）／（πr2）×10

式中：E－棵间蒸发量（mm）；

W1－时段初的内筒及土壤重（g）；

W2－时段末的内筒及土壤重（g）；

r－内筒的内半径（cm）。三、作物蒸发蒸腾量测定目前测定植株蒸腾比较成熟的方法是热脉冲法和气孔计法，使用较多的为径流计法。

植物茎流是指植物体内的液体流动，其整个过程是水分自下向上，从根毛经皮层、中柱、根部导管、茎部导管、叶柄导管、叶肉细胞、叶细胞间质和气孔进入大气，与此同时，溶解在水中的矿物质随着水分的运动由植物根部向上运输，矿物质营养随植物液流运输到植物的根、茎、叶、花、果实等部位，供植物生长使用。

3.2.4.2植株蒸腾测定三、作物蒸发蒸腾量测定棵间蒸发植株蒸腾腾发量三、作物蒸发蒸腾量测定

直接称重法，是将作物种在填满土壤的容器中，然后定期称重，忽略不计作物干物质量的增加时，前后两次称重的差值即为这一时段的作物蒸散量。如果容器中生长的作物，其生长条件与生长状况完全满足作物需水量定义的要求，那么通过称重法直接测定的作物蒸散量即可作为作物需水量值使用。直接称重法优点是测定方法简便、快速，测定的精度相对而言较高。不足之处是作物在容器中生长时所处的条件可能与在大田中生长时有明显的差别，测定结果的代表性也就受到疑问。3.3直接称重法三、作物蒸发蒸腾量测定3.3直接称重法简易称重式蒸渗器浮力称重式蒸渗器液压称重式蒸渗器机械称重式蒸渗器电子称重式蒸渗器三、作物蒸发蒸腾量测定3.3直接称重法称重式蒸渗器的基本工作原理：目前国内外已建成的称重式蒸渗器，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。土壤水量平衡方程式为：

P+I+R+C＝ET+D+ΔW式中：P为大气降水量；I为灌水量；R为地表径流量；C为汽态凝结水量；ET为蒸散发量；D为深层土壤渗漏量；ΔW为时段内土壤含水量的变化。三、作物蒸发蒸腾量测定3.3.1筒测法（最传统的方法）

形状：测筒应为圆形、正方形或矩形。

面积：器内土壤表面积数值：对于圆形测筒不宜小于0.30m2;其它形状测筒不宜小于0.36m2;

材料：制造测筒的材料：可以用镀锌铁皮、铝皮、塑料等、钢板、玻璃板、玻璃钢（尼龙加筋聚酯树脂）板等。对金属测筒要涂漆进行防锈蚀处理。

填土：筒内填入原状土或按自然层次分层填土。分层填土须提前一个月左右进行，填土后浇水，使筒内土壤趋于密实，并观测土壤容重、饱和含水率与田间持水量，使其接近田间情况。土面距筒顶10cm。测筒内装土深度宜在0.8～2.0m范围内，应超出作物根层深度0.1～0.2m。三、作物蒸发蒸腾量测定向筒内灌水和从筒底排水时测记水量。无防雨棚的测筒，如还需测记通过土面侧向排水孔排出多余的雨水。灌排水量都可用容积法测量。测筒可用吊秤称重。吊秤置于可在轻便铁轨上行走的桁架上。从播种之日起，每隔1～5日称重一次，灌水前、后加测。无防雨棚的，降水前（按预报）、后也要加测。

筒测法面积小，边界影响大，测得的作物需水量往往偏大。三、作物蒸发蒸腾量测定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循环各主要成分的专门仪器。国外利用Lysimeter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80年代中期。中国科学院禹城综合试验站于1985年秋安装了一台面积为3m2，深度为2m的大型原状土自动称重土壤蒸发渗漏仪。

西北农林科技大学水建学院灌溉实验站1997年9月正式投入使用了一台蒸渗仪，进口于美国，面积6.25m2(2.5×2.5)，装土深度3

m。3.3.2蒸渗仪法（目前最先进的方法）三、作物蒸发蒸腾量测定蒸渗仪（美国加利福尼亚大学戴维斯分校）作物：番茄直径：6.70米深：0.96米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。三、作物蒸发蒸腾量测定四、作物蒸发蒸腾量计算作物蒸发蒸腾量的理论计算，是作物蒸发蒸腾量研究中最重要的内容之一。虽然实测方法是获取作物蒸发蒸腾量的最可靠方法，但实测资料的地区分布和时间系列均十分有限。通过对作物蒸发蒸腾量的理论计算，有助于作物蒸发蒸腾量资料在空间上插补和系列上的延长，使得现有实测资料的使用空间得以拓展。

目前，作物蒸发蒸腾量计算模型大致可以分为四类：

经验公式；以水汽扩散理论为基础的半经验公式；能量平衡公式；

以热量平衡理论及水汽扩散理论相结合的半经验公式。4.1经验公式法★经验公式法是用实测数据，通过统计分析，直接得出计算作物蒸发蒸腾量的公式的方法。★绝大多数经验公式考虑的因素主要有气温、水面蒸发量、相对湿度、产量等。四、作物蒸发蒸腾量计算4.1.1

全生育期作物蒸发蒸腾量计算

(1)用水面蒸发量推算计算公式为：

ET=αE0+C

或ET=αE0

ET——全生育期蒸发蒸腾量，mm；E0——全生育期内水面蒸发量，mm；α——以水面蒸发为指标的系数；C——常数。该方法有一定的理论根据。无论是棵间水面蒸发，还是植株蒸腾，都是水分子的形态转化过程，即由液体-汽体，它们都受气象因素支配。水面蒸发量资料很多，根据各年实测的作物蒸发蒸腾量及同期水面蒸发量，即可用相关分析得出计算公式。适用于水田作物四、作物蒸发蒸腾量计算计算公式为：

ET=kY

或ET=k’Yn+C式中：

ET—同上；

k、k’

—以产量为指标的系数；

y—作物产量；

c—经验常数；

n—经验指数(n<1)(2)用产量推算旱田：由于产量及蒸发蒸腾量均与土壤含水量关系密切，故在一定条件下，产量与蒸发蒸腾量关系密切。水稻田：蒸发蒸腾一般不受到土壤含水率的限制，影响产量与腾发量的因素不一致，蒸发蒸腾量与产量无密切关系，各地的资料表明，对于水稻，k值变化很大(大至3-4倍以上)，相关系数正负不定，误差很大，故此法不能采用。四、作物蒸发蒸腾量计算(3)用气温推算计算公式为：

ET=a+bT或ET=sT式中：

ET——同上；

T——全生育期日平均气温累积值，℃；

b，s——以温度为指标的系数；

a——常数。四、作物蒸发蒸腾量计算太阳辐射是腾发能量的来源，故它对蒸发蒸腾量起着支配的作用。地表由于吸收太阳的辐射(短波辐射)而不断积累热能，逐渐增温，同时又以辐射(长波辐射)的形式向大气辐射热能。温度法最早由伯雷格(Briggs)和桑植(Shantz)于1916年提出。在1942年以后，经过布莱尼(Blaney)和约翰逊(Johnson)等人的发展，温度法应用十分广泛。国内外都有资料证明此法精度较高，相对误差多在±20％以内。此外，温度资料多，测定、预报都较容易。常用的改进方法有：温度风速法、温度日照法。四、作物蒸发蒸腾量计算(1)需水模系数法4.1.2

阶段蒸发蒸腾量计算计算公式为

ETi=KiET/100式中

ETi——第i个阶段内的蒸发蒸腾量，mm；

ET——意义同前；

Ki——第i个阶段内蒸发蒸腾量占总蒸发蒸腾量的百分比，称为阶段需水模系数。四、作物蒸发蒸腾量计算过去认为，作物各阶段的蒸发蒸腾量占总蒸发蒸腾量的比例较稳定，求出总蒸发蒸腾量后，就可以按模比系数求各阶段蒸发蒸腾量。但是，每年的气候条件不同，各阶段的天数变化很大，同一阶段的需水模数在不同年份里变化较大。如果品种不一样，农业技术措施不同，Ki值变化更大，可达l~2倍。各地资料表明，此法计算阶段蒸发蒸腾量时，绝大多数误差大于±50％，因此，此法不宜采用。四、作物蒸发蒸腾量计算计算公式为：ETi=ai+biTi或ETi=biTiETi——第i阶段的蒸发蒸腾量，mm；

Ti——第i阶段的积温，℃；

ai——常数；

bi——以温度为指标的系数。(2)用气温推算此法既可求阶段蒸发蒸腾量、预报蒸发蒸腾量，也可求全生育期蒸发蒸腾量，精度较高，应用方便。四、作物蒸发蒸腾量计算(3)用水面蒸发量推算计算公式：

ETi=αiE0i+Ci

或ETi=αiE0i式中ETi——同上；E0i——第i阶段水面蒸发量，mm；αi——以水面蒸发量为指标的系数；Ci——常数。四、作物蒸发蒸腾量计算4.2以汽扩散理论为基础的半经验公式法

根据水汽扩散理论，无论水面蒸发、叶面蒸腾以及棵间蒸发，都是由于水分子接受辐射后的动能大于水分子之间的内聚力或叶细胞对水分子的束缚力，致使水分子逃离液面或叶面，由液态变汽态的转化过程——扩散。空气中除了特别潮湿的天气外，通常空气湿度小于饱和湿度，而正常生长的作物叶面总是接近饱和的，那么，在这个水汽压差的作用下，就会不断地进行扩散，即蒸腾。4.2.1空气湿度法叶面－－空气间的水汽压差－－扩散四、作物蒸发蒸腾量计算

根据扩散定律，水汽扩散的速度与两个点的水汽压差成正比，与两个点的距离成反比。用公式表示，则有：

E——扩散量；

k——扩散系数；

e——大气的水汽压；

l——距离；

——水汽压梯度。由于随距离增加，水汽压降低，故上式加负号。四、作物蒸发蒸腾量计算在大面积的农田，无风条件下，水平方向的扩散可忽略不计，而只考虑垂直方向的扩散，即只考虑两个层面的扩散，这两个面通常取为大气气象要素观测层和植物叶顶层。四、作物蒸发蒸腾量计算因为叶顶层水汽压e1近似地等于饱和水汽压ea，且叶顶层与百页箱高度相差不大，则有

ETi=k(ea-ed)

或ETi=kd式中

ETi——阶段蒸发蒸腾量，mm／d；

k——系数；

ea——饱和水汽压，hPa；（百页箱中测得）

ed——实际空气水汽压，hPa；

d——饱和差,hPa。

四、作物蒸发蒸腾量计算许多站根据实测资料，将上式略加改进得

ETi=kd+c式中c——常数；其他符号物理意义同前。四、作物蒸发蒸腾量计算4.2.2湿度风速法空气湿度法是在不考虑风的影响时推导出来的，若有风，扩散作用往往会加强许多。

根据道尔顿(Dolton)实验，ETi=k(ea-ed)可写为

ETi=(A+BV)(ea-ed)式中：A、B——常数；

V——风速，m／s；其他符号物理意义同前。湿度风速法的基本公式四、作物蒸发蒸腾量计算4.3能量平衡公式Bowen的研究表明，当土壤水分不成为限制因子时，土壤热通量占总净辐射Rn的比例很小，于是可以把Rn简化成潜热和大气感热两部分，且用比值表示。

式中：为湿度计常数；、为两个高度上的温度差和水汽压差；A、为大气感热和蒸发蒸腾消耗的潜热；G为土壤热通量。习惯上称为波纹比。四、作物蒸发蒸腾量计算

因此，根据能量平衡法估算作物蒸发蒸腾量的公式为：

随着红外测温技术（红外测温仪、扫描光谱光度计、大面积航空遥感)的发展及应用，陆续提出了一些改进的公式。Tanner公式：红外测温仪测冠层温度

式中：Ta、Tc为气温与冠层温度℃；、为空气饱和水汽压与在温度为Tc时的饱和水汽压，hPa。四、作物蒸发蒸腾量计算Batholic等人提出的公式：卫星遥感Bowen和Rosenberg(1973)利用一个阻力模型估算蒸发蒸腾量，推荐方程为：

式中：为空气密度；Cp为空气定压比热；为空气动力学阻力。四、作物蒸发蒸腾量计算4.4热量平衡与水汽扩散理论相结合的半经验公式这类方法也称间接法，其公式一般为：ETci=ET0i·Kci式中：ET0i为计算时段内的参考作物蒸发蒸腾量，mm/d；Kci为相应时段的作物系数。

这类公式是通过只与气象因素有关的参考作物蒸发蒸腾量来计算各阶段蒸发蒸腾量，以Penman公式为代表。

首先，计算参考作物（RerferenceCrop）的蒸发蒸腾量ET0i;

然后，利用作物系数（Kci）修正，得到某具体作物的蒸发蒸腾量（ETci

）。四、作物蒸发蒸腾量计算4.4.1参考作物蒸发蒸腾量参考作物系指一种理想的作物。1979年FAO所定义的参考作物蒸发蒸腾量为：--高度均匀一致(8-15cm)，生长旺盛、无病虫害，完全覆盖地面，土壤水分充分供应条件下的绿色矮秆作物的蒸发蒸腾量。参考作物蒸发蒸腾量采用彭曼公式计算。四、作物蒸发蒸腾量计算1992年，FAO又对参考作物蒸发蒸腾量进行了重新定义，即：

参考作物蒸发蒸腾量为一种假想参照作物冠层的腾发速率，假想作物的高度为0.12m，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蒸发蒸腾量。

参考作物蒸发蒸腾量采用改进的彭曼－蒙蒂斯公式计算。四、作物蒸发蒸腾量计算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FAO－56推荐使用的公式形式为：（1）Penman-Monteith公式四、作物蒸发蒸腾量计算ETo—参考作物腾发量,（mm/d）；Rn—作物冠层顶的净辐射，（Mjm-2day-1）；G—土壤热流强度,（MJm-2day-1）；

T—2m高度处的日平均气温,（℃）；

U2—2m高度处的风速,（m/s）；

es—饱和水汽压,（Kpa）；

ea—实际水汽压,（Kpa）；

es-ea—水汽压差,（Kpa）；△—饱和水汽压—温度曲线斜率,（Kpa℃-1）；r—湿度计常数,（Kpa℃-1）。参数符号意义四、作物蒸发蒸腾量计算（2）布莱尼—克莱多法式中：ET0

—考虑月份的参照作物蒸发蒸腾量(mm／d)；T—为月平均气温(℃)；P—为各月昼长时间占全年昼长时间百分数；C—为取决于最低相对湿度、日照率和白天风速的修正系数。

四、作物蒸发蒸腾量计算（3）辐射法式中：ET0—为计算时段内参照作物蒸发蒸腾量(mm／d)；Rs—为计算时段内太阳辐射，以等效水面蒸发量计(mm／d)；W—为取决于日平均温度与高程的权重系数；C—为取决于平均相对湿度与白天风速的修正系数。

四、作物蒸发蒸腾量计算4.4.2作物系数

作物系数是用参考作物法计算作物需水量的重要参数，它反映了作物本身的生物学特性、产量水平、土壤耕作条件对作物需水量的影响。作物系数定义为田间实际作物的蒸发蒸腾量与参考作物蒸发蒸腾量的比值，即：—为作物系数，反映不同作物的区别；—为田间实际作物的蒸发蒸腾量（mm）；—为参考作物的蒸发蒸腾量（mm）。四、作物蒸发蒸腾量计算

作物系数主要是随着特定作物的性质而变化，并仅在有限程度上随气候条件变化，它主要体现实际田间作物和参考作物以下四个方面的区别：①作物高度：作物高度影响空气动力学项

，以及水汽从作物向大气的扩散。如

项在彭曼－蒙太斯（Penman－Monteith）公式的完全表达式中出现了两次。②作物－土壤表面的反射率：反射率受植被覆盖率和土壤表层湿润程度影响。由于作物－土壤表面的反射率不同，冠层接受的大气净辐射也会发生变化，从而改变了蒸腾过程的热交换。③冠层阻力：作物水汽扩散的阻力由叶面积（气孔数量），叶龄和叶片生长状况以及气孔开度等因素控制。冠层阻力的变化直接引起表层阻力

的变化。④土壤蒸发，尤其是裸地蒸发：在Penman－Monteith公式中，表面蒸发阻力项

表示的是冠层内叶片和土壤表面以下水汽蒸发扩散进入大气的阻力，它主要受土壤表面湿润情况和植被覆盖率的影响。灌水或降水后，土壤表面的水汽传输速率较高，尤其是在作物尚未完全覆盖地表的情况下更为明显。四、作物蒸发蒸腾量计算

影响作物系数的主要因子有：作物种类与品种、气候条件、土面蒸发、作物生育阶段、根区土壤水分总状况及田间管理水平等。

具体到某一地区的某一具体作物来说，在田间管理水平相近的情况下，作物系数主要受土面蒸发（与灌溉湿润频率、灌溉湿润比和灌水定额有关）、作物生育阶段和根区土壤水分状况的影响。影响作物系数的主要因子四、作物蒸发蒸腾量计算图1作物系数及其各组成部分随作物生长和灌溉的变化过程四、作物蒸发蒸腾量计算FAO推荐的计算标准状态下（无水分胁迫）作物系数的方法有两种：①分段单值平均法：这是一种比较简单实用的计算方法，可用于灌溉系统的规划设计和灌溉管理；②双值作物系数法：该方法需进行逐日水量平衡计算，计算复杂，需要的数据量大，一般只用于灌溉制度的研究和田间水量平衡分析。作物系数的计算方法四、作物蒸发蒸腾量计算（1）分段单值平均作物系数法

把作物系数的变化过程概化为几个阶段，根据各阶段叶面蒸腾和土面蒸发的变化规律，用一个时段平均值表示该阶段的作物系数：

对大多数一年生作物，作物系数的变化过程可概化为在四个阶段的三个值。四个阶段的划分为：四、作物蒸发蒸腾量计算①

初始生长期，从播种到作物覆盖率接近10％。此阶段内作物系数为

。②

快速发育期，从覆盖率10％到充分覆盖（大田作物覆盖率达到70％～80％）；此阶段内作物系数从

提高到

。③

生育中期，从充分覆盖到成熟期开始，叶片开始变黄。此阶段内作物系数为

。④

成熟期，从叶片开始变黄到生理成熟或收获。此阶段内作物系数从

下降到

。四、作物蒸发蒸腾量计算用分段单值平均法计算作物系数步骤如下第一步：从“作物需水量计算指南”（FAO-56）的表中查出某种作物在特定标准条件下的作物系数。所谓特定标准条件是指在半湿润气候区（空气湿度≈45％；风速≈2m/s），供水充足，管理良好，生长正常，大面积高产的作物条件。第二步：按当地气候条件调节

和

。第三步：计算初始生长期的

。四、作物蒸发蒸腾量计算（2）双值作物系数法双值作物系数法把作物系数

分成两部分分别计算：一部分是反映作物叶面蒸腾的系数，即基本作物系数，另一部分是反映土面蒸发的系数。四、作物蒸发蒸腾量计算①

基本作物系数

基本作物系数

的定义是在表土干燥而根区土壤平均含水量满足作物蒸腾时

的比值，因此

主要代表了

中的作物蒸腾部分，也有少部分干土层以下土壤水分的残余蒸发，但其数值很小。在“作物需水量计算指南”（FAO-56）中给出了84种作物在特定标准条件下的

值。实际条件下的

按下式修正：四、作物蒸发蒸腾量计算②土面蒸发系数

土面蒸发系数

反映灌溉或降雨后因表土湿润致使土面蒸发强度短期内增加而对

产生的影响，

代表了

中的土面蒸发部分。灌溉或降雨后土面蒸发强度达到峰值，随着表土变干，土面蒸发强度迅速下降。

可用下式计算：式中：

是由大气蒸发力决定的作物系数上限；

为蒸发衰减系数；

为蒸发面积比，即没有作物覆盖并在降雨或灌溉后被充分湿润的土面积占总面积的比例。四、作物蒸发蒸腾量计算在蒸发的第一阶段（大气蒸发力控制阶段）在蒸发的第二阶段（土壤供水能力控制阶段）作物覆盖率湿润方式fw降雨1.0喷灌1.0池田灌1.0畦灌1.0窄沟灌0.6～1.0宽沟灌0.4～0.6隔行沟灌0.3～0.5滴灌0.3～0.4不同灌溉方式地表充分湿润面积比参考值四、作物蒸发蒸腾量计算4.4.3供水不足条件下作物蒸发蒸腾量的计算ETa=Kθ·ETcETa——缺水条件下作物的实际蒸发蒸腾量；Kθ——为土壤水分修正系数；ETc——为充分供水条件下作物的蒸发蒸腾量。四、作物蒸发蒸腾量计算土壤水分修正系数Kθ缺水条件下或称为非充分供水条件下，作物蒸发蒸腾量ETa的计算关键是土壤水分修正系数Kθ。土壤水分修正系数Kθ是作物根系层土壤含水量的函数，随土壤含水量的降低而减小。对于土壤水分修正系数随土壤含水率的变化规律，有多种表示形式。四、作物蒸发蒸腾量计算（1）詹森（Jensen）模型（1970)

AW—土壤实际有效水分百分数；Θ—土壤根系层实际含水率，%；θWP—土壤凋萎点含水率，%；Θc—土壤田间持水率，%。四、作物蒸发蒸腾量计算（2）加德纳（Gardner）等人的模型（1975）

j—蒸发蒸腾开始受土壤含水率影响的临界含水率；b—经验指数，其值与充分供水条件下的潜在蒸发蒸腾ETp有关；a—经验系数。四、作物蒸发蒸腾量计算（3）诺瑞曼（Noreero,1960）模型

m—水平衡计算土层深度的平均基质势；C、K—经验系数。

四、作物蒸发蒸腾量计算（4）以相对有效含水率为参数的幂函数的模型

i—计算时数内的平均土壤含水率；C、d—由实测资料分析确定的经验系数，它们随作物生育阶段和土壤条件而变化。

四、作物蒸发蒸腾量计算（5）雷志栋模型该式表示当含水率大于临界含水率时，作物蒸发蒸腾量达到最大值，且不受土壤水分限制，当含水率低于临界值时，蒸发蒸腾量随含水率的降低而线性减小。四、作物蒸发蒸腾量计算五、土壤、作物、气象、水分条件观测土壤理化性质测定；土壤水分特性和含水率测定；灌溉水质测定；作物生长发育进程调查；作物生理生态指标测定；气象及田间小气候观测；灌溉、排水水量及水田作物田间水深观测。五、土壤、作物、气象、水分条件观测5.1土壤理化性质测定9.1.1各级灌溉试验站均应对试验场地土壤的结构、质地及理化性质定期进行测定，测定的项目及方法应符合本规范附录D（D.0.1～D.0.4）的规定。9.1.2根据试验需要,宜测定土壤pH值、土壤阳离子交换性能和土壤氧化还原电位（Eh值），可采用本规范附录D（D.0.5～D.0.7）的方法测定。9.1.3对排水不良的旱地和有渍害的水田作物生长田间，应根据试验需要测定还原性物质总量、活性还原物质、水溶性亚铁、二价锰和交换性亚铁等土壤还原性物质，可采用本规范附录D（D.0.8～D.0.12）的方法测定。9.1.4对含有过多水溶性盐分的盐渍地，应根据试验需要，取土样测定土壤中水溶性盐分含量，测定的项目宜采用本规范附录D.0.13的方法测定，也可采用土壤盐分监测仪测定。若两种测定方法的结果非常接近，可直接采用土壤盐分监测仪测定。五、土壤、作物、气象、水分条件观测5.1土壤理化性质测定土壤容重和土粒比重：按剖面发生层次分层取土测定。采集土样深度：旱作农田不宜小于1m，水田不宜小于30cm。测定土壤容重宜采用环刀法;土粒比重宜采用比重瓶法测定，也可采用土壤密度仪测定。土壤孔隙率及空气容量：可按本规范附录C公式(C.0.12-1～C.0.12-５)计算。土壤机械组成（质地）：宜采用吸管法测定，亦可用比重计法或土壤粒径分析仪测定。土壤有机质和土壤养分：一般测定耕层土壤。土壤有机质宜用碳氮自动分析仪测定，也可用K2Cr2O7容量法测定。土壤pH值、阳离子交换性能、氧化还原电位、还原性物质总量、活性还原物质、水溶性亚铁、二价锰、交换性亚铁，等等。土壤中水溶性盐分含量。土壤容重的测定土壤容重，是指土壤在自然结构状态下单位体积土壤的重量。以g/cm3或t/m3

表示。土壤容重数值本身可以做为土壤肥力指标之一。一般讲土壤容重小，表明土壤比较疏松，孔隙多，保水保肥能力强。反之，土壤容重大，表明土体紧实，结构性差，孔隙少，耕性、透水性、通气性不良，保水能力差。土壤容重是计算田间灌水量、作物耗水量不可缺少的参数之一。土壤容重还可以用来计算土壤的孔隙率和空气含量，换算土壤中相对含水率和计算土层中养分的基本的数据。测定土壤容重的方法一般采用环刀法。

仪器设备：

容重为100立方厘米带有编号的环刀。天平（感量0.1克称重200克）或电子天平（0.01g）。小铁铲、剖面刀、皮尺、木棰、凡士林，测含水率的全套设备。操作步骤：

挖一剖面坑。其深度达到测定所需的深度，剖面坑长、宽以操作方便为宜。一般是每一层取一容重，重复三个环刀，若层次很厚，则可以隔20-30厘米取一次。先将剖面削齐铲平，用带有环套的环刀垂直压入逐层土内，再用剖面刀挖掘周围土壤取出环刀。结果计算：式中：S—烘干土壤容重（克/厘米3）

V—环刀体积（100厘米3）

WS—环刀筒内干土重（克）将粘附在环刀外面的土除去，用削土刀细微地切去环刀两端多余的土，使土壤恰和环刀齐平，两端盖好盖子，按土层和环刀编号记录下来。取环刀时按划定的层次自下而上的取样。将环刀内的土壤全部无损地移入巳知重量的铝盒中，烘干至恒重。或从环刀内取一部分土壤放于已知重量的铝盒中，烘干至恒重。求出土壤含水量后，再将环刀内的湿土用下列公式换算成干土。其它土壤理化性质测定的样品采集测定土壤样品的采集土壤样品的采集，是决定土壤分析结果是否可靠的重要环节。由于土壤特别是耕作层土壤的差异很大，采样误差要比分析误差大若干倍，因此必须十分重视采集具有代表性的样品。土壤是一个不均一体必须有效地控制采样误差，否则任何精密的分析仪器和熟练的分析技术，都不可能使测定结果如实地反映客观情况。由于土壤的不均匀性，在一个采样单元内任意选择若干点，把各点所采的土壤等量地均匀混合起来构成混合样品。混合样品实际上相当于一个平均数，可以减少土壤差异，提高样品的代表性，工作量就可大大地减少。一般一个小区采集5至10个点，等量混合构成一个样本。在采集多点组成的混合样品时，采样点的分布，要做到尽量均匀和随机。均匀分布可以起到控制整个采样范围的作用；随机定点可以避免主观误差，提高样品的代表性。布点以锯齿形或蛇形（S形）较好，直线形布点或梅花形布点容易产生系统误差（右图）。（1）风干（2）磨细过筛（3）贮存土壤有机质的测定测定方法:重铬酸钾——硫酸氧化法，操作简便，设备简单，快速，再现性较好，目前被广泛采用。测定原理:用过量的K2Cr2O7－H2SO4溶液在电热板或油浴加热170—180℃条件下使土壤有机质中的C氧化成CO2，而Cr2O72-等当量地被还原成Cr3+，剩余的Cr2O72-再用Fe2+标准溶液滴定。根据有机C被氧化前后Cr2O72-数量的变化，就可算出有机C或有机质的含量。由于此法不是根据CO2的重量来推导有机质含量的，所以样品中即使有碳酸盐存在，对测定结果也不会产生影响。

土壤氮的测定

测定土壤、植株及其他有机体中全氮的含量通常用开氏（J．Kjedahl）消煮法。用K2SO4-CuSO4-Se为加速剂的消煮法的消煮时间虽仍嫌较长，但只要控制好加速剂用量。不易导致氮素损失，消化程度容易掌握，测定结果稳定，准确度较高，适用于常规分析。

样品中的含氮有机化合物在加速剂的参与下，经浓H2SO4消煮分解，有机氮转化为铵态氮，碱化后即可把NH3蒸馏出来。用H3BO3吸收，以标准酸滴定，求出全氮含量。K2SO4在消煮过程中起提高H2SO4溶液沸点的作用，其浓度一般应控制在0.35—0.45g／mlH2SO4。CuSO4在消煮过程中起催化作用，加速有机氮的转化。当有机质全部消化完毕后，消煮液里清澈的蓝绿色。Se粉是一种高效催化剂，但用量不宜过多。否则会引起氮素损失。土壤磷的测定

土壤全磷测定的待测液制备，一般分碱熔法和酸溶法两类。在碱熔法中以NaOH熔融分解最为完全，准确度比较高，可以作为仲裁方法，但熔融时需要铂坩埚，因此不适宜用于常规分析。在酸熔法中以H2SO4-HCIO4法较好，此法对钙质土壤分解率较高，但对酸性土壤分解不易十分完全，结果往往稍偏低。待测液中磷的测定，一般采用钼蓝比色法，所用显色剂有“钼锑抗”（钼酸铵一酒石酸锑钾一抗坏血酸试剂的简称）、氯化亚锡、抗坏血酸1，2，4一氨基酸苯酚磺酸等，其中钼锑抗法有手续简便，颜色稳定，干扰离子允许量大等优点。土壤钾的测定

土壤全钾样品的分解，大体上可分碱熔及酸溶两大类，近年来已逐渐为NaOH熔融法所代替。采用熔融法不仅操作方便，分解也较为完全，而且可用银坩埚（或镍坩埚）代替铂坩埚，适于一般实验室采用。待测液中钾的测定，有重量法、容量法、比色法和比浊法、火焰光度法等，现在多采用火焰光度法，既快速、简便，又灵敏、准确。样品经碱熔后，使难溶的硅酸盐分解成可溶性化合物，用酸溶解后可不经脱硅和去铁、铝等手续，稀释后即可直接用火焰光度法测定。待侧液在火焰高温激发下，辐射出钾元素的特征光谱，通过钾滤光片，经光电池或光电倍增管，把光能转换为电能，放大后用微电流表（检流计）指示其强度；从钾标准溶液浓度和检流计读数作的工作曲线，即可查出待测液的钾浓度，然后计算样品的钾含量。土壤水溶性盐总量的测定

土壤水溶性盐的提取，一般用5：1水土比浸出液。称取风干土样（1mm）100.0g，放入1000ml广口塑料浸提瓶中，加入去CO3水500ml，用橡皮塞塞紧瓶口，在振荡机上振荡3min，立即用抽滤管（或漏斗）过滤，开始抽出的约10ml滤液弃去。如滤液浑浊，则应重新抽滤，直到获得清亮的浸出液。清液存于干净的玻璃瓶或塑料瓶中。可用电位滴定或直接电位法测定各离子含量。

采用重量法或电导法测水溶性盐总量。五、土壤、作物、气象、水分条件观测5.2土壤水分特性与土壤含水率测定土壤最大吸湿水量（吸湿系数）

凋萎系数土壤毛管水上升高度

田间持水率饱和含水率土壤水分特征曲线土壤非饱和导水率曲线土壤入渗速率曲线土壤水分特性田间持水量的测定田间持水量一般都直接在田间用围框淹灌法测定。田间测定有困难时，亦可采取原状土样在室内用威尔科克斯（Wilcox）法测定，其结果常比田间实测值约小2－3%，然其方法远较田间测定简便。田间测定（围框淹灌法）在田间，经过大量降雨或灌水使土壤饱和，待排除重力水后，在没有蒸发和蒸腾的条件下，测定土壤水分达到平衡时的含水量。地下水埋深大于3m的土层所保持的主要是毛管悬着水，系真正的田间持水量。当地下水位浅到测定土层处于毛管支持水范围时，地下水位越浅，测得的田间持水量值越大，故报告测定结果时必须注明地下水的深度。

主要仪器：木框正方形，框内面积为1m2，框高20－25cm，下端削成楔形，并用白铁皮包成刀刃状，便于插入土内。提水桶；铝盒；土钻；铁锹；l／100天平；干燥箱；塑料布（正方形，面积约为5m2）；青草或干草；米尺；木板等。操作步骤：选择测试地块。在地块中央插入木框，一般插入10cm深（或达犁底层），框内为测试区。在其周围筑一正方形的坚实土埂，埂高40cm，埂顶宽30cm，框与土埂间为保护区。在测试区附近挖一土壤剖面，观察土壤特征，按发生层次在剖面壁采样测定各层土壤自然含水量、容重和比重。根据测得的土壤含水量算出待测土层（约1米左右）中的总贮水量，再求出待测土层全部孔隙为水充满所需补充灌入的水量。为了保证土壤湿透并达到预测深度，实际灌水量将为计算出的水量的1.5倍。按下式计算测试区和保护区的灌水量：

Q=H（a－W）×dv×S×h

式中：Q——灌水量，m3；

a——土壤饱和含水量，%;

W——土壤自然含水量，%；

dv——土壤容重，g/cm3;

S——测试区面积，m2；

h——土层需要灌水的深度，m；

H——使土壤达饱和含水量的保证系数。

灌水前，在测试区和保护区各插厘米尺一根。灌水时为防止土壤冲刷，应在灌水处铺垫草或席子。先在保护区灌水，灌到一定程度后立即向测试地块灌水，使内外均保持5cm厚的水层,一直灌完为止。灌水渗入土壤后，为避免土表蒸发，可在上面覆盖青草或麦秆，再在草上盖一块塑料布，以防雨水淋入。轻质土壤在灌水后24小时即可采样测定，而粘质土壤必须经48小时或更长时间才能采样测定。按木框的对角线位置掀开土表覆盖物，用土钻打三个钻孔，每个钻孔自上而下依土壤发生层次分别采土15—20g放入铝盒，盖上盒盖，带回实验室测定含水量。以后每天测定一次，直到前后两天的含水量无显著差异，水分运动基本平衡时为止。一般砂土需l－2昼夜，壤土3—5昼夜，粘土5－10昼夜才基本达到平衡。结果计算:计算某一土层的田间持水量，只需在该层逐次测得的土壤含水量%中取结果相近的平均值即可。在计算整个土壤剖面的田间持水量时，由于土壤各层次的厚度、含水量和容重各不相同，应当用加权平均法来计算。计算公式如下：

田间持水量，%=

式中W1,W2……Wn—各层土壤含水量，%；

dv1，dv2……dvn—各层土壤容重，g/cm3；

h1，h2……hn—各土层厚度，cm。凋萎含水量的测定凋萎含水量，亦称凋萎系数。是指作物凋萎时的土壤水分，可作为掌握墒情时的参考，但不能作为灌水的依据。测定方法：分直接测定法和间接测定法二种。在皿中栽种正常生长的植物，观察时停止水分供给，直到植物在密闭充满水蒸气的条件下也不能恢复原状时的土壤含水率，称为植物的凋萎系数。因用此法测定比较困难，一般采用间接测定法。即用最大吸湿量乘上一个经验系数（1.25～2.0）作为植物凋萎含水量的近似值。最大吸湿量是指干燥状态的土壤颗粒，置于饱和水气中，土粒周围吸收的水分，也叫吸湿水。这种水受土粒吸附的力很大，不能为作物吸收利用。土壤含水率土壤含水量是进行灌溉试验必测的项目，它是计算作物需水量或耗水量以及确定灌水时间和灌水量的重要指标。土壤含水量可用重量含