灌水率的計算[共49頁]

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1、作物灌溉制度 農(nóng)作物的灌溉制度：是指作物播種前（或水稻栽秧前）及全生育期內(nèi)的灌水次數(shù)、每次的灌水日期和灌水定額。 灌水定額是指一次灌水單位灌溉面積上的灌水量，各次灌水定額之和，叫灌溉定額。 灌水定額和灌溉定額常以m3 /畝或mm表示，它是灌區(qū)規(guī)劃及管理的重要依據(jù)。 充分灌溉條件下的灌溉制度，是指灌溉供水能夠充分滿足作物各生育階段的需水量要求而設(shè)計制定的灌溉制度。 ⑴ 總結(jié)群眾豐富灌水經(jīng)驗 多年來進行灌水的實踐經(jīng)驗是制定灌溉制度的重要依據(jù)。灌溉制度調(diào)查應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求的干旱年份，調(diào)查這些年份的不同生育期的作物田間耗水強度(mm/d)及灌水次數(shù)、灌水時間間距、灌水定額及灌溉定額。根據(jù)

2、調(diào)查資料，可以分析確定這些年份的灌溉制度。 　⑵ 根據(jù)灌溉試驗資料制定灌溉制度 我國許多灌區(qū)設(shè)置了灌溉實驗站，試驗項目一般包括作物需水量、灌溉制度、灌水技術(shù)等。實驗站積累的試驗資料，是制定灌溉制度的主要依據(jù)。但是，在選用試驗資料時，必須注意原試驗的條件，不能一概照搬。 ⑶ 按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度 這種方法是根據(jù)水稻淹灌水層和旱作物計劃濕潤層內(nèi)水量平衡的原理進行灌溉制度的制定。在實踐中一定要參考群眾豐富灌水經(jīng)驗和田間試驗資料，即這三種方法結(jié)合起來所制定的灌溉制度才比較完善。 水稻灌溉制度 水稻具有喜水耐水特性，常采用淹灌方式，因此，滲漏損失水量大，灌水次數(shù)多，灌

3、溉定額大。灌溉制度應(yīng)以滿足不同時期稻田淹灌水層的深度要求。通過水量平衡計算，可以確定所需要的水量。 某時段內(nèi)水稻灌水定額為： m＝H＋E－P－H0+C 式中m為時段內(nèi)水稻灌水定額；H0、H分別為時段初和時段末的稻田水層深度；E為時段內(nèi)田間耗水量(蒸發(fā)、蒸騰和滲漏量)；P為時段內(nèi)降雨量；C為時段內(nèi)排水量。單位均為mm。 水稻灌溉制度，隨著水稻品種和栽培季節(jié)的不同而異，多采用淺-深-淺的灌水方法，即分蘗和分蘗以前采用淺灌,分蘗后期到乳熟前采用深灌,乳熟以后淺灌，黃熟以后落干(有時也在分蘗末期落干曬田一次)。灌溉定額南方一般為300～360m3/畝,北方常在500m3/畝以上。

4、旱作物灌溉制度 根據(jù)旱作物的生理和生態(tài)特性，灌溉的作用在于補充土壤水分的不足，要求作物生長階段土壤計劃濕潤層內(nèi)土壤含水量維持在易被作物利用的范圍內(nèi)。其最大允許含水量為田間持水量，而最小允許含水量應(yīng)保持在田間持水量的50％～60％。 旱作物灌溉制度可通過水量平衡計算來確定。當某一時段內(nèi)尚未灌水時，時段末土壤儲水量為W（m3/畝），則： W＝W0＋P－E＋K 式中W0為時段初的土壤儲水量;P為時段內(nèi)的有效降雨量；E為時段內(nèi)農(nóng)田耗水量；K為時段內(nèi)地下水補給量。單位均為m3/畝。若計算時段較長,計劃濕潤層加深，則在水量平衡方程式右端加上因計劃濕潤層增加而增加的水量WH。 當時段末土壤儲水量W

5、 小于或等于土壤允許最小含水量的土壤儲水量時，則應(yīng)進行灌水。其灌水定額等于土壤允許最大儲水量（田間持水量）與時段末土壤儲水量W的差值。旱作物灌溉制度也可用圖解法來確定。 旱作物的灌溉制度隨作物種類和地區(qū)不同而異。①北方半干旱地區(qū)、中等干旱或干旱年，幾種主要農(nóng)作物灌溉制度如下。冬小麥灌水4～5次，分別在播種前、分蘗期、 返青-拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期。如遇后期干旱，在成熟期也可灌水一次。灌水定額40～50m3/畝。灌溉定額160～220m3/畝。②玉米灌水 3～4次，分別在拔節(jié)期、抽穗期、開花期、乳熟期進行灌溉。灌水定額約40m3/畝。灌溉定額120～160m3/畝。③棉花灌水2～4次,分別在現(xiàn)蕾

6、期、開花期、花鈴期、成熟期進行灌溉。灌水定額約40m3/畝。灌溉定額80～160m3/畝。 其他灌溉制度： 當采用噴灌、滴灌、地下灌溉或進行某些特種灌溉（如施肥灌溉、 洗鹽灌溉、 防凍灌溉、降溫灌溉、引洪淤灌等）時，灌溉制度必須按不同要求另行制定。 對干旱缺水地區(qū)，可以制定關(guān)鍵時期的灌水、限額灌水或不充分灌水的灌溉制度，以求得單位水量的增產(chǎn)量最高或灌區(qū)總產(chǎn)值最高。 展望： 為了及時和合理調(diào)整灌溉制度，需要加強灌溉預(yù)報工作，重點是對降水、作物耗水及土壤水分變化進行預(yù)測預(yù)報。同時需要進一步研究主要作物的節(jié)水型灌溉制度，以適應(yīng)日益緊張的農(nóng)業(yè)水資源供需關(guān)系和發(fā)展灌溉的需要。 2．

7、計算灌溉制度的原理 （1）計算各時段灌水上下限及田間持水量 （2）推算灌溉制度 列表或圖解計算時采用旬為時段,電算時可以日為計算時段。 先設(shè)無m、無s，計算該時段末含水量 　　　　　W2=W1+WT+P0+K－E 如果 ，則不需灌溉,也無深層滲漏。 如果 ，則m=Wmax－W2 (實際計算時宜對m取整) 灌水后W2'=W2+m 如果 ，則s=W2－W田持 排水后 W2'=W田持 計算方法 （1）列表或圖解逐旬計算 （2）編寫電算程序，利用計算機計算 3．列表法計算步驟 （1）收集基本資料； （2）計算生育期計劃濕潤

8、層內(nèi)含水量； （3）計算各次降雨的入滲雨量及時段入滲雨量； （4）計算因計劃濕潤層增加而增加的含水量WT； （5）計算各時段地下水補給量； （6）計算各時段田間需水量； （7）逐日計算灌溉制度； （8）校核各生育階段及全生育期的計算結(jié)果。 作物需水量與灌溉制度 2.1作物需水量 2.1.1農(nóng)田水分消耗途徑 農(nóng)田水分消耗的途徑主要有植株蒸騰、棵間蒸發(fā)和深層滲漏。 （一）植株蒸騰 植株蒸騰是指作物根系從土壤中吸入體內(nèi)的水分，通過葉片的氣孔擴散到大氣中去的現(xiàn)象。試驗證明，植株蒸騰要消耗大量水分，作物根系吸入體內(nèi)的水分有99%以上消耗于蒸騰，只有不足1%

9、的水量留在植物體內(nèi)，成為植物體的組成部分。 植株蒸騰過程是由液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水的過程，在此過程中，需要消耗作物體內(nèi)的大量熱量，從而降低了作物的體溫，以免作物在炎熱的夏季被太陽光所灼傷。蒸騰作用還可以增強作物根系從土壤中吸取水分和養(yǎng)分的能力，促進作物體內(nèi)水分和無機鹽的運轉(zhuǎn)。所以，作物蒸騰是作物的正?；顒?，這部分水分消耗是必需的和有益的，對作物生長有重要意義。 （二）棵間蒸發(fā) 棵間蒸發(fā)是指植株間土壤或水面的水分蒸發(fā)?？瞄g蒸發(fā)和植株蒸騰都受氣象因素的影響，但蒸騰因植株的繁茂而增加，棵間蒸發(fā)因植株造成的地面覆蓋率加大而減小，所以蒸騰與棵間蒸發(fā)二者互為消長。一般作物生育初期植株小，地面裸露大，以棵間

10、蒸發(fā)為主；隨著植株增大，葉面覆蓋率增大，植株蒸騰逐漸大于棵間蒸發(fā)；到作物生育后期，作物生理活動減弱，蒸騰耗水又逐漸減小，棵間蒸發(fā)又相對增加?？瞄g蒸發(fā)雖然能增加近地面的空氣濕度，對作物的生長環(huán)境產(chǎn)生有利影響，但大部分水分消耗與作物的生長發(fā)育沒有直接關(guān)系。因此，應(yīng)采取措施，減少棵間蒸發(fā)，如農(nóng)田覆蓋、中耕松土、改進灌水技術(shù)等。 （三）深層滲漏 深層滲漏是指旱田中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分超過了田間持水率，向根系活動層以下的土層產(chǎn)生滲漏的現(xiàn)象。深層滲漏對旱作物來說是無益的，且會造成水分和養(yǎng)分的流失，合理的灌溉應(yīng)盡可能地避免深層滲漏。由于水稻田經(jīng)常保持一定的水層，所以深層滲漏是不可避免的，

11、適當?shù)臐B漏，可以促進土壤通氣，改善還原條件，消除有毒物質(zhì)，有利于作物生長。但是滲漏量過大，會造成水量和肥料的流失，與開展節(jié)水灌溉有一定矛盾。 在上述幾項水量消耗中，植株蒸騰和棵間蒸發(fā)合稱為騰發(fā)，兩者消耗的水量合稱為騰 發(fā)量（Evapotranspiration），通常又把騰發(fā)量稱為作物需水量（Water Requirement of Crops）。騰發(fā)量的大小及其變化規(guī)律，主要決定于氣象條件、作物特性、土壤性質(zhì)和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等。滲漏量的大小主要與土壤性質(zhì)、水文地質(zhì)條件等因素有關(guān)，它和騰發(fā)量的性質(zhì)完全不同，一般將蒸發(fā)蒸騰量與滲漏量分別進行計算。旱作物在正常灌溉情況下，不允許發(fā)生深層滲漏，因此，

12、旱作物需水量即為騰發(fā)量。對稻田來說適宜的滲漏是有益的，通常把水稻騰發(fā)量與稻田滲漏量之和稱為水稻的田間耗水量。 就某一地區(qū)而言，具體條件下作物獲得一定產(chǎn)量時實際所消耗的水量為作物田間耗水量，簡稱耗水量。所以需水量是一個理論值，又稱為潛在蒸散量（或潛在騰發(fā)量），而耗水量是一個實際值，又稱為實際蒸散量。需水量與耗水量的單位一樣，常以m3·hm-2或mm水層表示。 2.1.2影響作物需水量的主要因素 （一）作物因素 作物種類不同其需水量不同，表2-1反映了C3作物與C4作物需水量有很大差異，有研究表明：作物的需水量顯著高于作物，作物玉米制造1g干物質(zhì)約需水349g，而作物小麥制造1g

13、干物質(zhì)需水557g，水稻為682g。 表2-1 不同作物生育盛期平均日需水量和最大日需水量 作物種類 作物名稱 生育階段 測定年份 平均日需水量（mm） 最大日需水量（mm） 需水量 平均值 需水量 平均值 C4作物 玉米 抽雄期 1982 4.4 5.1 8.1 8.3 谷子 灌漿期 1965 5.7 8.5 C3作物 小麥 灌漿期 1982 10.7 11.2 14.9 17.4 大豆 開花期 1964 11.2 14.6 棉花 結(jié)鈴期 1983 11.7 22.6 作物需水有如下規(guī)律： （1）不同作物

14、的需水量有很大的差異，如就小麥、玉米和水稻而言，水稻的需水量最大，其次是小麥，玉米的需水量最小。 （2）每種作物都有需水高峰期，一般處于作物生長旺盛階段。如冬小麥有兩個需水高峰期，第一個高峰期在分蘗期，第二個高峰期在開花至乳熟期；大豆的需水高峰期在開花結(jié)莢期；谷子的需水高峰期為開花-乳熟期；玉米為抽雄-乳熟期。 （3）作物任何時期缺水，都會對其生長發(fā)育產(chǎn)生影響，作物在不同生育時期對缺水的敏感程度不同。通常把作物整個生育期中對缺水最敏感、缺水對產(chǎn)量影響最大的生育期稱為作物需水臨界期或需水關(guān)鍵期。各種作物需水臨界期不完全相同，但大多數(shù)出現(xiàn)在從營養(yǎng)生長向生殖生長的過渡階段，例如小麥在拔節(jié)抽穗期，

15、棉花在開花結(jié)鈴期，玉米在抽雄至乳熟期，水稻為孕穗至揚花期等。 （二）氣象因素 氣象因素是影響作物需水量的主要因素，它不僅影響蒸騰速率，也直接影響作物生長發(fā)育。氣象因素對作物需水量的影響，往往是幾個因素同時作用，因此各個因素的作用，很難一一分開。表2-2說明，當氣溫高，日照時數(shù)多，相對濕度小時，需水量會增加。 表2-2 冬小麥生長期的氣象要素與需水量 年 份 降水量 零度以上積溫（℃） 相對濕度 （%） 日照時數(shù) 土壤水分（） 蒸發(fā)量 （mm） 需水量 （mm） 1973~1974 102.8 2183.5 58.6 1634.6 17.2~25.7 1

16、069.1 392.71 1974~1975 179.4 2148.7 66.8 1434.0 18.5~36.0 894.8 295.95 （三）土壤因素 影響作物需水量的土壤因素有土壤質(zhì)地、顏色、含水量、有機質(zhì)含量和養(yǎng)分狀況等。砂土持水力弱，蒸發(fā)較快，因此，在砂土、砂壤土上的作物需水量就大。就土壤顏色而言，黑褐色的吸熱較多其蒸發(fā)就大，而顏色較淺的黃白色反射較強，相對蒸發(fā)較少。當土壤水分多時，蒸發(fā)強烈，作物需水量則大；相反，土壤含水量較低時，作物需水量較少。 （四）農(nóng)業(yè)技術(shù) 農(nóng)業(yè)技術(shù)農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)的高低直接影響水量消耗的速度。粗放的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)，可導(dǎo)致土壤水分無效

17、消耗。灌水后適時耕耙保墑中耕松土，使土壤表面有一個疏松層，就可以減少水量消耗。密植，相對來說需水量會低些；兩種作物間作，也可相互影響彼此的需水量。 2.1.3作物需水量的計算方法 影響作物需水量的因素有氣象條件（溫度、日照、濕度、風速）、土壤水分狀況、作物種類及其生長發(fā)育階段、土壤肥力、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、灌溉排水措施等。這些因素對需水量的影響是相互聯(lián)系的，也是錯綜復(fù)雜的，目前尚不能從理論上精確確定各因素對需水量的影響程度。在生產(chǎn)實踐中，一方面是通過田間試驗的方法直接測定作物需水量；另一方面常采用某些計算方法確定作物需水量。 現(xiàn)有計算作物需水量的方法，大致可歸納為兩類，一類是直接計算作物需水量

18、，另一類是通過計算參照作物需水量來計算實際作物需水量。 （一）直接計算需水量的方法 該法是從影響作物需水量的諸因素中，選擇幾個主要因素（例如水面蒸發(fā)、氣溫、日照、輻射等），再根據(jù)試驗觀測資料分析這些主要因素與作物需水量之間存在的數(shù)量關(guān)系，最后歸納成某種形式的經(jīng)驗公式。目前常見的這類經(jīng)驗公式大致有以下幾種： 1、以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法（簡稱“值法”或稱蒸發(fā)皿法） 大量的灌溉試驗資料表明，氣象因素是影響作物需水量的主要因素，而當?shù)氐乃嬲舭l(fā)又是各種氣象因素綜合影響的結(jié)果。因騰發(fā)量與水面蒸發(fā)都是水汽擴散，因此可以用水面蒸發(fā)這一參數(shù)估算作物需水量，其計算公式為： （式2-1） 或 （

19、式2-2） 式中： ——某時段內(nèi)的作物需水量，以水層深度計，mm； ——與同時段的水面蒸發(fā)量，以水層深度計，mm；一般采用80cm口徑蒸發(fā)皿的蒸發(fā)值，若用20cm口徑蒸發(fā)皿，則； ——各時段的需水系數(shù)，即同時期需水量與水面蒸發(fā)量之比值，一般由試驗確定，水稻=0.9~1.3，旱作物=0.3~0.7； ——經(jīng)驗常數(shù)。 由于“值法”只需要水面蒸發(fā)量資料，所以該法在我國水稻地區(qū)曾被廣泛采用。在水稻地區(qū)，氣象條件對及的影響相同，故應(yīng)用“值法”較為接近實際，也較為穩(wěn)定。對于水稻及土壤水分充足的旱作物，用此式計算，其誤差一般小于20%~30%；對土壤含水率較低的旱作物和實施濕潤灌溉的水稻，因其騰

20、發(fā)量還與土壤水分有密切關(guān)系，所以此法不太適宜。 2、以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法（簡稱“值法”） 作物產(chǎn)量是太陽能的累積與水、土、肥、熱、氣諸因素的協(xié)調(diào)及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施綜合作用的結(jié)果。因此，在一定的氣象條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施條件下，作物田間需水量將隨產(chǎn)量的提 圖2-1 作物需水量與產(chǎn)量關(guān)系示意圖 高而增加，如圖2-1所示，但是需水量的增加并不與產(chǎn)量成比例。由圖2-1看出，單位產(chǎn)量的需水量隨產(chǎn)量的增加而逐漸減小，說明當作物產(chǎn)量達到一定水平后，要進一步提高產(chǎn)量就不能僅靠增加水量，而必須同時改善作物生長所必需的其他條件。如農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、增加土壤肥力等。作物總需水量與產(chǎn)量之間的關(guān)系可用下式表示，即：

21、 （式2-3） 或 （式2-4） 式中： ——作物全生育期內(nèi)總需水量，m3/畝； ——作物單位面積產(chǎn)量，kg/畝； ——以產(chǎn)量為指標的需水系數(shù)，即單位產(chǎn)量的需水量，m3/kg； 、——經(jīng)驗指數(shù)和常數(shù)。 式2-3中的、、值可通過試驗確定。此法簡便，只要確定計劃產(chǎn)量后，便可算出需水量；同時，此法把需水量與產(chǎn)量相聯(lián)系，便于進行灌溉經(jīng)濟分析。對于旱作物，在土壤水分不足而影響高產(chǎn)的情況下，需水量隨產(chǎn)量的提高而增大，用此法推算較可靠，誤差多在30%以下，宜采用。但對于土壤水分充足的旱田以及水稻田，需水量主要受氣象條件控制，產(chǎn)量與需水量關(guān)系不明確，用此法推算的誤差較大。 上述公式可估算全生育

22、期作物需水量。在生產(chǎn)實踐中，過去常習(xí)慣采用需水模系數(shù)估算作物各生育階段的需水量，即根據(jù)已確定的全生育期作物需水量，然后按照各生育階段需水規(guī)律，以一定比例進行分配，即 （式2-5） 式中： ——某一生育階段作物需水量； ——需水模系數(shù)，即某一生育階段作物需水量占全生育期作物需水量的百分數(shù)，可以從試驗資料中取得或運用類似地區(qū)資料分析確定。 按上述方法求得的各階段作物需水量在很大程度上取決于需水模系數(shù)的準確程度。但由于影響需水模系數(shù)的因素較多，如作物品種、氣象條件以及土、水、肥條件和生育階段劃分的不嚴格等，使同一生育階段在不同年份內(nèi)同品種作物的需水模系數(shù)并不穩(wěn)定，而不同品種的作物需水模系數(shù)

23、則變幅更大。因而，大量分析計算結(jié)果表明，用此方法求各階段需水量的誤差常在±（100%~200%），但是用該類方法計算全生育期總需水量仍有參考作用。 （二）通過計算參照作物需水量來計算實際作物需水量的方法 近代需水量的理論研究表明，作物騰發(fā)耗水是土壤-植物-大氣系統(tǒng)的連續(xù)傳輸過程，大氣、土壤、作物三個組成部分中的任何一部分的有關(guān)因素都影響需水量的大小。根據(jù)理論分析和試驗結(jié)果，在土壤水分充足的條件下，大氣因素是影響需水量的主要因素，其余因素對需水量的影響不顯著；在土壤水分不足的條件下，大氣因素和其余因素對需水量都有重要影響。目前，作物需水量的計算方法是通過計算參照作物的需水量來計算實

24、際需水量。有了參照作物需水量，然后再根據(jù)作物系數(shù)對進行修正，得到某種作物的實際需水量。在水分虧缺時，再用進行修正，即可求出某種作物在水分虧缺時的實際需水量。 所謂參照作物需水量（Reference Crop Evapotranspiration）是指高度一致、生長旺盛、地面完全覆蓋、土壤水分充足的綠草地（8-15cm高）的蒸發(fā)蒸騰量，一般是指在這種條件下的苜蓿草的需水量，因為這種參照作物需水量主要受氣象條件的影響，所以都是根據(jù)當?shù)氐臍庀髼l件分階段計算的。 1、參照作物需水量的計算 計算參照作物需水量的方法很多，大致可歸納為經(jīng)驗公式法、水氣擴散法、能量平衡法等。其中以能量平衡原理比較成熟、

25、完整。其基本思想是：將作物騰發(fā)看做能量消耗的過程，通過平衡計算求出騰發(fā)所消耗的能量，然后再將能量折算為水量，即作物需水量。 根據(jù)能量平衡原理以及水汽擴散等理論，英國的彭曼（Pen-man）提出了可以利用普通的氣象資料計算參考作物蒸發(fā)蒸騰量的公式。后經(jīng)聯(lián)合國糧農(nóng)組織修正，正式向各國推薦。其基本形式如下： （式2-6） 式中： ——參考作物需水量，mm/d； ——標準大氣壓下的溫度函數(shù)，其中為平均氣溫時飽和水汽壓隨溫度之變率，即（其中為飽和水汽壓，為平均氣溫）；為濕度計常數(shù)，℃； ——海拔高度影響溫度函數(shù)的改正系數(shù)，其中為海平面的平均氣壓，=1013.25hPa； ——太陽凈輻射，以

26、蒸發(fā)的水層深度計，mm/d，可用經(jīng)驗公式計算，從有關(guān)表格中查得或用輻射平衡表直接測??； ——干燥力，mm/d，=0.26（1+0.54）（），其中為當?shù)氐膶嶋H水汽壓，為離地面2m高處的風速，m/s。 2、實際需水量的計算 已知參照作物需水量后，在充分供水條件下，采用作物系數(shù)對進行修正，即得作物實際需水量，即： （式2-7） 式中的與應(yīng)取相同單位。 作物系數(shù)是指某一階段的作物需水量與相應(yīng)階段內(nèi)的參考作物蒸發(fā)蒸騰量的比值，它反映了作物本身的生物學(xué)特性、產(chǎn)量水平、土壤耕作條件等對作物需水量的影口向。根據(jù)各地的試驗，作物系數(shù)不僅隨作物而變化，更主要的是隨作物的生育階段而異，生育初期和末期的

27、較小，而中期的較大。表2-3列出大田作物和蔬菜在中期、后期的值；表2-4為主要作物各生育階段的作物系數(shù)值。表2-5列出了山西冬小麥作物系數(shù)值；表2-6為湖北省中稻作物系數(shù)值。 表2-3 大田作物和蔬菜在中期、后期的值 作物 生育階段 氣象條件 最低相對濕度>70% 最低相對濕度<20% 風速0~5m/s 風速5~8 m/s 風速0~5 m/s 風速5~8 m/s 玉米 中期 1.05 1.10 1.15 1.20 后期 0.55 0.55 0.60 0.60 棉花 中期 1.05 1.10 1.15 1.20 后期 0.65

28、 0.65 0.65 0.70 花生 中期 1.05 1.10 1.15 1.20 后期 0.55 0.55 0.60 0.60 薯類 中期 1.05 1.10 1.15 1.20 后期 0.7 0.7 0.75 0.75 大豆 中期 1.05 1.10 1.15 1.20 后期 0.45 0.45 0.45 0.45 小麥 中期 1.05 1.10 1.15 1.20 后期 0.25 0.25 0.20 0.20 十字花科植物 中期 0.95 1.10 1.05 1.10 后期 0.

29、80 0.85 0.90 0.95 黃瓜 中期 0.90 0.90 0.95 1.00 后期 0.70 0.70 0.75 0.80 表2-4 主要作物各生育階段的作物系數(shù)值 作 物 初期階段 前期階段 中期階段 后期階段 收獲期 全生育期 小 麥 0.3-0.4 0.7-0.8 1.05-1.20 0.65-0.75 0.20-0.25 0.80-0.90 玉 米 0.3-0.5 0.7-0.85 1.05-1.20 0.8-0.95 0.55-0.6 0.75-0.90 棉 花 0.4-0.5 0.7-0.8

30、1.05-1.25 0.8-0.9 0.65-0.70 0.80-0.90 高 粱 0.3-0.4 0.7-0.75 1.0-1.15 0.75-0.8 0.5-0.55 0.75-0.85 大 豆 0.3-0.4 0.7-0.8 1.0-1.15 0.7-0.8 0.4-0.5 0.75-0.9 花 生 0.4-0.5 0.7-0.8 0.95-1.10 0.75-0.85 0.55-0.60 0.75-0.80 向日葵 0.3-0.4 0.7-0.8 1.05-1.2 0.7-0.8 0.35-0.45 0.75-0.85 馬

31、鈴薯 0.3-0.5 0.7-0.8 1.05-1.2 0.85-0.95 0.70-0.75 0.75-0.90 注：表中第一個數(shù)字表示在高濕（最小相對濕度>70%）和弱風（風速< 5m·s-1）條件下。第二個數(shù)字表示低濕（最低相對濕度<20%）和大風（風速>5 m·s-1）條件下。 2-5 山西省冬小麥作物系數(shù)值 生育階段 播種一越冬 越冬一返青 返青一拔節(jié) 拔節(jié)一抽穗 抽穗一灌漿 灌漿一收割 全生育期 0.86 0.48 0.82 1.00 1.16 0.87 0.87 表2-6 湖北省中稻作

32、物系數(shù)值 月 份 5 6 7 8 9 1.03 1.35 1.50 1.40 0.94 近些年來，我國在計算作物需水量和繪制作物需水量等值線圖時多采用上述公式。在灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范中也推薦采用這一公式。由于該公式計算復(fù)雜，一般都用計算機完成。在實際應(yīng)用時，可從已鑒定過的作物需水量等值線圖中確定。 3、作物需水量等值線圖 任何物理量，只要它在空間呈連續(xù)變化，又不因入為措施導(dǎo)致迅速、大幅度變動，即可用等值線圖來表示其空間分布規(guī)律。影響作物需水量的主要因素為氣象因素和非氣象因素，氣象因素是在空間呈連續(xù)變化的物理量；非氣象因素主要是指土壤水分條件、產(chǎn)量水平等，若把非

33、氣象因素維持在一定水平，這樣便可以用等值線圖來表示作物需水量空間變化規(guī)律。根據(jù)作物需水量的定義，非氣象因素實際上已限定在同一水平，這就是作物要生長在適宜的水分條件下；而實現(xiàn)高產(chǎn)（潛在產(chǎn)量）時的需水量。對土壤水分條件與產(chǎn)量水平全國協(xié)作組已做了統(tǒng)一規(guī)定，按照統(tǒng)一的要求進行設(shè)計與試驗，這樣就在全國范圍內(nèi)取得了同一非氣象因素水平下的需水量值。 全國主要作物需水量等值線圖，是采用作物系數(shù)法計算每一個縣的作物需水量值，按照式2-6用統(tǒng)一的計算機程序進行計算并繪制的。在實際應(yīng)用時，可直接查用已鑒定的作物需水量等值線圖。對北方干旱缺水地區(qū)來說，灌溉水源滿足不了作物全生育期實行充分灌溉的要求，作物全生育期內(nèi)有

34、些階段的土壤含水率低于適宜水分下限，在此條件下的作物蒸發(fā)蒸騰量低于充分供水下的作物需水量，土壤水分虧缺愈嚴重，這種降低愈顯著。在缺水條件下常采用土壤水分修正系數(shù)法確定作物蒸發(fā)蒸騰量。即 （式2-8） 式中： ——缺水條件下作物的實際蒸發(fā)蒸騰量； ——意義同前； ——土壤水分修正系數(shù)，其物理意義是指缺水條件下的作物蒸發(fā)蒸騰量與充分供水條件下的蒸發(fā)蒸騰量的比值，與土壤含水率有關(guān)?？捎孟率接嬎? （式2-9） 式中： ——凋萎系數(shù)（占干土重的%計）； ——土壤的臨界含水率（即毛管斷裂含水率）（占干土重的%計）； ——計算時段內(nèi)平均土壤含水率（占干土重的%計）； 、——由實測資料分

35、析確定的經(jīng)驗系數(shù)，隨作物生育階段和土壤條件而變化。 康紹忠把冬小麥生育期劃分為出苗-越冬前、越冬-返青、返青后-抽穗開花、灌漿-成熟四個階段，把春小麥分為出苗-分蘗、分蘗后-拔節(jié)孕穗、抽穗開花-灌漿、乳熟-成熟四個階段。然后分階段求出了四個站的、值如表2-7所示。 表2-7 土壤水分修正系數(shù)冪函數(shù)公式中的經(jīng)驗系數(shù)值 作物種類 站名 參數(shù) 生育階段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 冬小麥 西北農(nóng)大 1.003 0.951 0.966 0.978 0.781 1.513 0.351 0.958 山西臨汾 0.957 0.936 0.977 0.990

36、 0.669 1.161 0.892 0.696 春小麥 甘肅武威 1.008 1.082 0.986 0.974 0.695 0.642 0.789 0.682 陜西榆林 0.992 0.986 1.028 0.964 0.741 0.707 0.736 0.663 2.2作物灌溉制度 2.2.1灌溉制度的內(nèi)涵及確定方法 （一）灌溉制度的內(nèi)涵 灌溉制度是指某作物在一定的氣候、土壤等自然條件和一定的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施下，為了獲得較高而穩(wěn)定的產(chǎn)量及節(jié)約用水，所制定的一整套農(nóng)田灌溉的制度，包括灌水定額、灌溉定額、灌水時間及灌水次數(shù)這

37、四項內(nèi)容。灌水定額是指一次灌水單位灌溉面積上的灌水量，灌溉定額是指播種前和全生育期內(nèi)單位面積上的總灌水量，即各次灌水定額之和。灌水定額和灌溉定額的單位常以m3·hm-2或mm表示，它是灌區(qū)規(guī)劃及管理的重要依據(jù)。農(nóng)作物在整個生育期中實施灌溉的次數(shù)即為灌水次數(shù)。灌水時間以年、月、日表示。 制訂灌溉制度的主要依據(jù)之一是降雨量和降雨量在年內(nèi)、年際的分配，所以同一種作物在不同水文年有不同的灌溉制度，另一個基本依據(jù)是作物需水量。 灌溉制度隨作物種類、品種和自然條件及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的不同而變化。而且灌溉制度是在尚未建成灌區(qū)的規(guī)劃、設(shè)計階段或在已成灌區(qū)的管理工作的灌水季節(jié)之前加以確定的；因此，總帶

38、有些估計特征，在以后的執(zhí)行過程中很可能要依“看天”（氣候條件）、“看地”（農(nóng)田水分狀況）、“看莊稼”（作物生長狀況和需水特征）的原則進行適當?shù)男拚?。因此必須以作物需水?guī)律和氣象條件（特別是降水）為主要依據(jù)，從當?shù)鼐唧w條件、多年氣象資料出發(fā)，針對不同水文年份，即按作物生育期降雨頻率，擬定濕潤年（頻率為25%）、一般年（頻率為50%）和中等干旱年（頻率為75%）及特旱年（頻率為95%）四種類型的灌溉制度。一般在灌溉工程規(guī)劃、設(shè)計中多采用干旱年的灌溉制度作為標準，但在灌溉管理工作中則應(yīng)根據(jù)中、長期氣象預(yù)報選用相應(yīng)的灌溉制度。 灌溉制度是灌溉工程規(guī)劃設(shè)的基礎(chǔ)；是已成灌區(qū)編制和執(zhí)行用水計劃、合理用水的

39、重要依據(jù)；也關(guān)系到灌區(qū)內(nèi)土壤肥力狀況和作物產(chǎn)量、品質(zhì)的提高；以及灌區(qū)水土資源的充分利用與灌溉工程設(shè)施效益的發(fā)揮。 灌溉的目的，就是要使一定水資源產(chǎn)生出最佳的經(jīng)濟效益。就灌溉的經(jīng)濟效益而言，它受兩方面的條件約束，即水資源與土地。當土地條件成為主要限制因素時，應(yīng)考慮怎樣進行灌溉才能使單位面積上的產(chǎn)量最佳且品質(zhì)也好；當水資源為主要約束條件時，應(yīng)考慮適當減少灌溉定額，使有限的水灌溉更多的農(nóng)田，使單位灌溉用水量的增產(chǎn)幅度最大。前者為充分供水條件下的灌溉制度，這也是時至今日普遍采用的灌溉制度；后者正是我們目前需要研究的節(jié)水型灌溉制度，尤其是水資源狀況日愈緊張的今天，研究節(jié)水型灌溉制度更有實際意義。無論是

40、充分供水型的還是節(jié)水型的灌溉制度，其核心問題是確定灌溉定額及其在作物生長期時程上的分配。一個好的灌溉制度應(yīng)當是省水和經(jīng)濟效益高的。 （二）制定灌溉制度的方法 常采用以下四種方法來確定灌溉制度： 1、總結(jié)群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗 經(jīng)過多年的實踐、摸索，各地群眾都積累了不少確定灌溉制度的方法。如我國北方農(nóng)民把土壤水分狀況稱為墑情，將土壤墑情分為：汪水、黑墑、黃墑、潮干土和干土等幾類，常在耕種前或作物生長期間進行驗墑，即根據(jù)土壤濕潤程度、土色深淺和揉捏成形等來判斷土壤的含水量及其有效性，以確定灌水時間和灌溉水量。這些經(jīng)驗與方法應(yīng)成為制定灌溉制度最寶貴的資料。 2、根據(jù)灌溉試驗資料制定灌溉制度 為

41、了實施科學(xué)灌溉，我國許多灌區(qū)設(shè)置了灌溉試驗站，試驗項目一般包括作物需水量、灌溉制度、灌水技術(shù)和灌溉效益等。試驗站積累的試驗資料，是制定灌溉制度的主要依據(jù)。但是，在選用試驗資料時，必須注意原試驗的條件（如氣象條件、水文年度、產(chǎn)量水平、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、土壤條件等）與需要確定灌溉制度地區(qū)條件的相似性，在認真分析研究對比的基礎(chǔ)上，確定灌溉制度，不能生搬硬套。 3、根據(jù)作物的生理指標制定灌溉制度 作物對水分的生理反應(yīng)可從多方面反映出來，利用作物各種水分生理特征和變化規(guī)律作為灌溉的指標，能更合理的保證作物的正常生長發(fā)育和它對水分的需要。目前可用于確定灌水時間的生理指標：冠層-空氣溫度差、細胞液濃度、葉組

42、織水勢和氣孔開張度等。當然，有關(guān)作物對土壤水分相應(yīng)的生理指標特征與變化規(guī)律仍處于積極的探索之中，將來這部分研究成果將會對灌溉制度的合理制定提供更為可靠的科學(xué)依據(jù)。 4、按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度 這是目前生產(chǎn)實踐中應(yīng)用較為普遍的方法，有一定的理論依據(jù)，比較完善，但必須根據(jù)當?shù)鼐唧w條件，參考群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗和田間試驗資料，這樣才能使得所制定的灌溉制度更為合理與完善。 2.2.2充分灌溉條件下旱作物的灌溉制度 圖2-2 土壤計劃濕潤層水量平衡示意圖 充分灌溉條件下的灌溉制度，是指灌溉供水能夠充分滿足作物各生育階段的需水量要求而制定的灌溉制度。長期以來，入們都是按充分灌溉條件下

43、的灌溉制度來規(guī)劃、設(shè)計灌溉工程的。當灌溉水源充足時，也按照這種灌溉制度來進行灌水。因此，研究制定充分灌溉條件下的灌溉制度有重要意義。下面就簡要介紹一下應(yīng)用水量平衡原理確定旱作物的灌溉制度的方法。 （一）水量平衡法基本原理 水量平衡法以作物各生育期內(nèi)土壤水分變化為依據(jù)，從對作物充分供水的觀點出發(fā)，一般要求在作物各生育期內(nèi)，計劃濕潤層內(nèi)的土壤含水率（水稻為計劃水層深度）維持在作物適宜含水量的上限和下限之間，若土壤含水量降至下限時，則應(yīng)進行灌水，以保證作物充分供水。 就旱作物的整個生育期而言，任一時段中，任一時段計劃濕潤層中含水量的變化，取決于需水量和來水量的多少，其來去水量見圖2-2。土壤計

44、劃濕潤層內(nèi)的水量平衡可表示為： （式2-10） 或： （式2-11） 式中： ，——分別為時段始、末單位面積計劃濕潤層的土體儲水量（mm）； ，——分別為時段始、末單位面積計劃濕潤層的平均含水率（cm3·cm-3）； ——計劃濕潤層深度（mm）； ——由于計劃濕潤層深度增加而在單位面積上增加的水量（mm），如時段內(nèi)計劃濕潤層變化則無此項，一般取時段內(nèi)計劃濕潤層深度一致，即=0； ——時段內(nèi)單位面積上入滲的有效降水量（mm）； ——時段內(nèi)單位面積上平均降水的入滲強度（mm·d-1）； ——時段內(nèi)單位面積上地下水（或下部土層）對計劃濕潤層土壤的補給量（mm）

45、； ——時段內(nèi)單位面積上地下水（或下部土層）對計劃濕潤層土壤的平均補給強度（mm·d-1）； ——時段內(nèi)單位面積上的灌水量（mm；m3·hm-2）； ——時段內(nèi)的平均灌水強度（mm·d-1）； ——時段內(nèi)的作物需水量（mm；m3·hm-2）； ——時段內(nèi)作物的平均蒸散強度（mm·d-1）。 為了滿足作物正常生長的要求，任一時段內(nèi)土壤計劃濕潤層的土壤含水率（或儲水量）必須經(jīng)常保持在一定的適宜范圍內(nèi)，即通常要求不少于作物允許的最小允許含水率（或最小允許儲水量）和不大于作物允許含水量（或最大儲水量）。但計劃濕潤層的平均土壤含水量（或儲水量

46、）降低到或接近于最小允許值（或）時，即需進行灌溉，以補充土壤水分，維持作物的正常生長。 例如某時段內(nèi)沒有降雨，顯然這一時段的水量平衡方程可寫為： （式2-12） 圖2-3 土壤計劃濕潤層（）內(nèi)儲水量變化 式中： ——土壤計劃濕潤層內(nèi)允許最小儲水量；其余符號意義同前。 如圖2-3所示，設(shè)時段初土壤儲水量為，則由式2-12可推算出開始進行灌水時間間距為： （式2-13） 而這一時段末的灌水定額為： （式2-14） 式中： ——灌水定額，m3/畝； ——該時段內(nèi)土壤計劃濕潤層的深度，m； 、——該時段內(nèi)允許的土壤最大含水率和最小含水率（以干土重的%計）； 、——計劃濕

47、潤層土壤的干密度和水密度，kg·m-3。 同理，可以求出其它時段在不同情況下的灌水時距與灌水定額，從而確定出作物全生育期內(nèi)的灌溉制度。 （二）水量平衡法參數(shù)的確定 擬定的灌溉制度是否合理，關(guān)鍵在于方程中各項數(shù)據(jù)，如土壤計劃濕潤層深度、作物允許的土壤含水量變化范圍以及有效降雨量等選用是否合理。因此在擬定灌溉制度的過程中，水量平衡方程中各參數(shù)的準確確定是重要的。 1、有效降水量 有效降雨量系指天然降雨量扣除地面徑流和深層滲漏量后，蓄存在土壤計劃濕潤層內(nèi)可供作物利用的雨量。 在生產(chǎn)實踐中，一般用降雨入滲系數(shù)來表示 （式2-15） 式中： ——降雨入滲系數(shù)，其值與一次降雨量

48、、降雨強度、降雨延續(xù)時間、土壤性質(zhì)、地面覆蓋及地形等因素有關(guān)。—般認為一次降雨量小于5mm時，為0；當一次降雨量在5~50mm時，約為1.0~0.8；當次降雨量大于50mm時，=0.70~0.80。 2、土壤計劃濕潤層深度 土壤計劃濕潤層深度系指在對旱作物進行灌溉時，計劃調(diào)節(jié)控制土壤水分狀況的土層深度。它取決于旱作物主要根系活動層深度，隨作物的生長發(fā)育而逐步加深。在作物生長初期，根系雖然很淺，但為了維持土壤微生物活動，并為以后根系生長創(chuàng)造條件，需要在一定土層深度內(nèi)保持適當?shù)暮剩话悴捎?0~40cm；隨著作物的成長和根系的發(fā)育，需水量增多，計劃濕潤層也應(yīng)逐漸增加，至生長末期，由于作物根

49、系停止發(fā)育，需水量減少，計劃濕潤層深度不宜繼續(xù)加大，一般不超過0.8~1.0m。在地下水位較高的鹽堿化地區(qū)，計劃濕潤層深度不宜大于0.6m。根據(jù)試驗資料，列出幾種作物不同生育階段的計劃濕潤層深度，如表2-8所示。 表2-8 冬小麥、棉花、玉米各生育期較為典型的計劃濕潤層深度 冬小麥 生育期 幼苗期 分蘗期 拔節(jié)期 抽穗期 灌漿期 計劃濕潤層深度 0.3-0.4m 0.4-0.5m 0.5-0.6m 0.6-0.8m 0.8-1.0m 棉花 生育期 幼苗期 現(xiàn)蕾期 開花結(jié)鈴期 吐絮期 計劃濕潤層深度 0.3-0.4m 0.4-0.6m 0.6-

50、0.8m 0.6-0.8m 玉米 生育期 幼苗期 拔節(jié)期 孕穗期 抽穗期 灌漿期 計劃濕潤層深度 0.3-0.4m 0.4-0.5m 0.5-0.6m 0.6-0.8m 0.8m 3、土壤適宜含水率上、下限的確定 由于田間作物需水的持續(xù)性及農(nóng)田灌水或降水的間歇性，計劃濕潤層內(nèi)土壤含水率不可能經(jīng)常維持在最適宜的水平，為了保證作物生長，應(yīng)將土壤含水率控制在適宜的上限（）與下限（）之間。土壤含水率的上限應(yīng)滿足以下兩個條件：既不產(chǎn)生深層滲漏，又要滿足作物土壤空氣含量的要求，故一般取田間持水量。土壤含水率的下限應(yīng)以作物生長不受抑制為準，應(yīng)大于凋萎系數(shù)，一般以占田間持水

51、量的百分數(shù)計，取占田間持水量60%-70%。最適宜作物生長的含水率稱為土壤適宜含水率，土壤適宜含水率介于與之間，隨作物品種及其生育階段、土壤性質(zhì)等因素而變化。表2-9給出的冬小麥、棉花和玉米各生育階段要求的土壤適宜含水率可供參考。 表2-9 冬小麥、棉花、玉米各生育期要求的土壤適宜含水率（以占田間持水率的%計） 冬小麥 生育期 出苗期 分蘗期 越冬期 返青-拔節(jié)期 拔節(jié)期后 土壤適宜含水率 稍>70% 稍>70% 70%左右 60%-70% 70%-80% 棉花 生育期 播種期 苗期 現(xiàn)蕾期 開花結(jié)鈴期 成熟期 土壤適宜含水率 >

52、70% 55%-70% 60%-70% 70%-80% 55%-70% 玉米 生育期 播種期 苗期 拔節(jié)孕穗期 抽穗開花期 灌漿成熟期 土壤適宜含水率 60%-80% 55%-60% 60%-70% 70%-75% 70%左右 4、地下水補給量（） 地下水補給量系指地下水借土壤毛細管作用上升至作物根系吸水層而被作物利用的水量，其大小與地下水埋藏深度、土壤性質(zhì)、作物種類、作物需水強度、計劃濕潤層含水量等有關(guān)。地下水位越接近根系活動層，毛管作用越強，地下水位補給量也越多。當?shù)叵滤裆畛^2.5m時，補給量很小，可以忽略不計；當?shù)叵滤裆钚∮?.5m時，其補給量

53、一般為作物需水量的5%~25%。河南省入民勝利渠灌區(qū)測定冬小麥區(qū)地下水埋深在1.0~2.0m時，地下水補給量可達作物需水量的20%。因此，在制定灌溉制度時，不能忽視這部分的補給量，必須根據(jù)當?shù)鼗蝾愃频貐^(qū)的試驗、調(diào)查資料估算。 5、由于計劃土壤濕潤層深度增加而增加的可利用水量（） 作物生育期內(nèi)計劃濕潤層的深度是不斷變化的。若計算時段內(nèi)計劃濕潤層深度變化不大，則項可設(shè)定為零；若時段內(nèi)計劃濕潤層變化較大，由于計劃濕潤層的增加，將增加部分有效水量，此時，（m3/畝）可按下式計算： （式2-16） 式中： ——時段初土壤計劃濕潤層深度，m； ——時段末土壤計劃濕潤層深度，m； ——（）深度

54、的土層中的平均含水率（以占干土重的%計），一般； 、——土壤的干密度和水的密度，kg·m-3。 （三）旱作物播前灌水定額（）的確定 播前灌水是為了土壤有足夠的底墑，以保證種子發(fā)芽和出苗或儲水于土壤中，供作物生育期使用。播前灌水往往只進行一次，（m3/畝）一般可按下式計算： （式2-17） 式中： ——土壤計劃濕潤層深度，m，應(yīng)根據(jù)播前灌水要求決定； 、——土壤干密度和水的密度， kg·m-3； ——一般為田間持水率（以占干土重的%計）； ——播前土層內(nèi)的平均含水率（以占干土重的%計）。 （四）旱作物生育期灌溉制度的擬定 根據(jù)水量平衡原理，可用圖解法或列表法制定全生育期的灌溉制度，旱作物的計算一般以旬為時段進行計算。 按水量平衡方法制定灌溉制度，如果作物耗水量和降雨量資料比較精確，其計算結(jié)果比較接近實際情況。對于大型灌區(qū)，由于自然地理條件差別較大，應(yīng)分區(qū)制定灌溉制度，并與前面調(diào)查和試驗結(jié)果相互核對，以求切合實際。應(yīng)當指出，這里所講的灌溉制度是指某一具體年份一種作物的灌溉制度，如果需要求出多年的灌溉用水系列，還須求出每年各種作物的灌溉制度。