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節(jié)作物需水量第二節(jié)灌溉制度第三節(jié)灌溉用水量第四節(jié)灌水率第一節(jié)作物需水量（CropWaterRequirement)一、作物需水量及其相關(guān)的基本概念三、研究作物需水量的意義四、作物需水量的推求方法五、參考作物騰發(fā)量的計(jì)算方法二、作物需水量的影響因素一、基本概念1、作物需水量2、田間耗水量3、深層滲漏及田間滲漏量農(nóng)田水量平衡示意圖蒸騰蒸發(fā)灌溉降雨深層滲漏側(cè)向出流側(cè)向入流主根區(qū)地下水補(bǔ)給地表經(jīng)流定義：作物根系從土壤中吸入體內(nèi)的水分，通過(guò)葉片的氣孔擴(kuò)散到大氣中去的現(xiàn)象。蒸騰（Transpiration）根系吸入體內(nèi)的水分有99%以上消耗于蒸騰蒸騰是一種生理過(guò)程蒸騰主要在作物葉面上進(jìn)行，葉面蒸騰又分角質(zhì)蒸騰和氣孔蒸騰，其中氣孔蒸騰占90%以上。定義：植株間土壤或田面水分的蒸發(fā)蒸發(fā)（Evaporation）蒸發(fā)是一種物理過(guò)程土面蒸發(fā)一般小于自由水面蒸發(fā)，但在飽和含水率時(shí)基本等于自由水面蒸發(fā)。深層滲漏：旱田中由于降雨或灌溉水量太多，使土壤水分超過(guò)了田間持水量，向根系活動(dòng)層以下的土層產(chǎn)生滲漏的現(xiàn)象深層滲漏（Seepage）及田間滲漏（Pecolation）田間滲漏：水稻田的滲漏稻田滲漏造成水和肥的流失，但可促進(jìn)土壤通氣，改善還原條件，消除有毒物質(zhì)，有利于作物生長(zhǎng)。田間滲漏1、作物需水量（Cropwaterrequirement）

作物需水量=植株蒸騰+株間蒸發(fā)=蒸發(fā)蒸騰量（簡(jiǎn)稱騰發(fā)量）Evapotranspiration(ET)=Transpiration+Evaporation作物需水量有時(shí)段概念，如作物全生育期需水量，某生育階段需水量，月、旬、日、小時(shí)需水量。作物需水量常以每天多少毫米表示(mm/day)2、田間耗水量

（

ConsumptiveUseofWater）稻田耗水量=作物需水量+田間滲漏水稻田的滲漏Percolationinpaddyfields稻田適當(dāng)滲漏有利且不可避免旱地耗水量=作物需水量二、影響作物需水量的因素？二、影響作物需水量的因素還有耕作措施和灌溉措施水直播、旱直播…膜下滴灌，膜上灌…輻射:為水分由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)提供能量

輻射越大，ET越大

氣溫:決定空氣持水量

氣溫越高，ET越大

濕度:空氣中水分的多少

濕度越大，ET越小風(fēng)速:水汽分子向大氣移動(dòng)的速度

風(fēng)速越大，ET越大

氣象因素的影響氣象因素可由參考作物騰發(fā)量綜合反映ET蒸騰蒸發(fā)作物因素的影響作物因素與作物葉面積指數(shù)關(guān)系密切，常用作物系數(shù)反映土壤因素的影響與土壤含水率有關(guān)土壤含水率降到某一臨界含水率以后，土壤含水率越小，ET越小土壤因素可用土壤水分修正系數(shù)反映三、研究作物需水量的意義？15三、研究作物需水量的意義灌溉用水調(diào)度的依據(jù)制定流域規(guī)劃、地區(qū)水利規(guī)劃的依據(jù)大氣水循環(huán)的主要部分灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的依據(jù)農(nóng)田水分消耗的主要途徑16直接測(cè)定(Lysimeters/測(cè)坑、測(cè)筒,田測(cè))四、作物需水量的確定計(jì)算171、作物需水量的觀測(cè)一般用蒸滲器（Lysimeter,包括測(cè)坑和測(cè)筒）測(cè)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，可在試驗(yàn)小區(qū)中直接測(cè)定(避免地下水補(bǔ)給量的影響)。水田滲漏量可用蒸滲器和試驗(yàn)小區(qū)結(jié)合方法測(cè)定。2.5m、3.5m為地下水臨界埋深蒸滲器應(yīng)達(dá)到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)要求參見(灌溉試驗(yàn)規(guī)范，SL13-2015）測(cè)定ET的設(shè)備分類

作物需水量測(cè)定方法蒸滲儀田測(cè)法測(cè)筒測(cè)坑簡(jiǎn)易稱重式浮力稱重式機(jī)械稱重式液壓稱重式非稱重式電子稱重式稱重式直接測(cè)量土壤含水率直接測(cè)量田面水層水深的排水式稱重式測(cè)筒參考作物蒸發(fā)蒸騰量

測(cè)坑地下廊道測(cè)坑地下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2、作物需水量的計(jì)算

直接計(jì)算需水量通過(guò)計(jì)算參考作物騰發(fā)量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量直接計(jì)算作物需水量的方法以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法從影響作物需水量的主要因子（水面蒸發(fā)、氣溫、濕度、日照、輻射等）中選擇單因子或多因子，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)分析，建立經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算作物需水量的方法以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法某時(shí)段內(nèi)的作物需水量（mm）與ET同時(shí)段的水面蒸發(fā)量國(guó)內(nèi)外都有較多應(yīng)用，我國(guó)尤其在水稻地區(qū)應(yīng)用較多直接計(jì)算作物需水量的方法以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法作物全生育期內(nèi)總需水量（m3/畝）需水系數(shù)作物單位面積產(chǎn)量（kg/畝）我國(guó)過(guò)去旱作地區(qū)應(yīng)用較多，目前仍有少量應(yīng)用。水稻由于產(chǎn)量與ET關(guān)系不密切，應(yīng)用不多。適合于水量不足的旱作。階段作物需水量某一生育階段的作物需水量模比系數(shù)(%)我國(guó)過(guò)去應(yīng)用較多，由于每年的氣候條件不同，Ki值變化很大，還有水分狀況不同，Ki值也變化，因此目前不建議采用此法進(jìn)行ET的階段分配全生育期需水量直接計(jì)算作物需水量的方法(2)用溫度推算(3)用水面蒸發(fā)量推算(4)用氣溫和水面蒸發(fā)量推算

(5)溫度日照法階段作物需水量直接計(jì)算作物需水量的方法通過(guò)計(jì)算考作物騰發(fā)量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量參考作物騰發(fā)量

ReferenceCropEvapotranspirationET0土壤水分充足、地面完全覆蓋、生長(zhǎng)正常、高矮整齊的開闊（地塊的長(zhǎng)度和寬度都大于200m）矮草地（草高8-15cm）上的騰發(fā)量。FAO1979年定義，用修正Penman公式。92年，F(xiàn)AO又對(duì)參考作物騰發(fā)量進(jìn)行了重新定義，即參考作物騰發(fā)量為一種假想?yún)⒖甲魑锕趯拥尿v發(fā)速率，假想作物的高度為0.12m，固定的葉面阻力為70s/m，反射率為0.23，非常類似于表面開闊、高度一致、生長(zhǎng)旺盛、完全遮蓋地面而不缺水的綠色草地的騰發(fā)量。參考作物騰發(fā)量采用Penman-Monteith公式計(jì)算計(jì)算參考作物騰發(fā)量的方法有很多，最著名的、應(yīng)用最廣泛的是Penman公式通過(guò)計(jì)算參考作物騰發(fā)量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量

Penman公式最早于1948年提出，并經(jīng)過(guò)不斷的修改和完善

FAO1979年推薦使用修正Penman公式,FAOIrri&DrainPaper24

目前應(yīng)用最多的是Penman-Monteith

公式（FAO1992年推薦）

FAOIrrigationandDrainagePaper56–CropEvapotranspiration(guidelinesforcomputingcropwaterrequirements)32通過(guò)計(jì)算參考作物騰發(fā)量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量Penman公式的基本原理——能量平衡到達(dá)地表的凈輻射Rn=到達(dá)地表的凈短波輻射Rns-地表向外發(fā)出的凈長(zhǎng)波輻射Rls能量收入：能量支出：顯熱消耗C:由于大氣增溫所消耗的能量潛熱消耗λE:由于蒸發(fā)蒸騰所消耗的能量土壤增溫G能量平衡公式凈輻射土壤增溫顯熱潛熱以熱量平衡形式表示的能量平衡＋水汽擴(kuò)散理論蒸發(fā)蒸騰消耗的熱能換算成水深得ET34PenmanMonteith公式計(jì)算參考作物騰發(fā)量的具體過(guò)程FAOIrrigationandDrainagePaper56–CropEvapotranspiration(guidelinesforcomputingcropwaterrequirements)/docrep/x0490e/x0490e00.htmRs(太陽(yáng)輻射）=(0.25+0.5.(n/N)).RaRa(大氣邊緣太空輻射，由太陽(yáng)常數(shù)及緯度位置和時(shí)間計(jì)算)反射a=0.23凈短波輻射（1-a）Rs凈長(zhǎng)波輻射輻射項(xiàng)的組成凈輻射Rn=(Rns-Rnl)Rn= 凈輻射 [MJm-2d-1]Rns= 凈短波輻射 [MJm-2d-1]Rnl= 凈長(zhǎng)波輻射 [MJm-2d-1]輻射項(xiàng)如無(wú)實(shí)測(cè)輻射資料,凈輻射Rn計(jì)算如下:39Ra= 太空輻射[MJm-2d-1]N=最大可能日照時(shí)數(shù)[h]Tkx=最高絕對(duì)溫度[K]Tkn=最低絕對(duì)溫度[K]ed=實(shí)際水氣壓[kPa]Tkx=Tmax+273Tkn=Tmin+27340Ra= 太空輻射[MLm-2d-1]dr= 日地相對(duì)距離的倒數(shù)δ

= 日傾角[rad]ψ= 地理緯度[rad]ωs= 日照時(shí)數(shù)角[rad]Ra（太空輻射）

太空輻射與緯度及年內(nèi)所處時(shí)間有關(guān).Ra值為:J= 日序數(shù)41土壤熱通量G，

以日為時(shí)段估算為(有效深度0.18m):

以月為時(shí)段估算為(有效深度2.0m):

由于10-30天土壤熱通量的變化通常很小，故有時(shí)可忽略，即G=042溫度飽和水氣壓曲線上在T處的斜率Δ

Δ= 溫度飽和水氣壓曲線上在T處的斜率[kPaoC-1]T= 氣溫[oC]ea= 氣溫T時(shí)的飽和水氣壓T[kPa]飽和水氣壓

ea= 飽和水氣壓[kPa]T= 氣溫[oC]`濕度計(jì)常數(shù)

r= 濕度計(jì)常數(shù)[kPaoC-1]P= 大氣壓[kPa]λ

= 潛熱[MJkg-1]潛熱

λ= 潛熱[MJkg-1]T= 氣溫[oC]

大氣壓

設(shè)海平面大氣壓Po=101.3[kPa]:

Z=海拔高度[m]

實(shí)際水氣壓(ed)

日平均實(shí)際水氣壓:

a. 濕度計(jì)測(cè)得的日相對(duì)濕度(RH)在Tmax(中午)和Tmin(清早)為:(RH以小數(shù)表示)清早: RHmax=日最大相對(duì)濕度 [%] Tmin=日最小相對(duì)溫度 [oC]

ea(Tmin)=Tmin時(shí)的飽和水氣壓 [kPa]中午: Rhmin=日最小相對(duì)濕度 [%] Tmax=日最大相對(duì)溫度 [oC] ea(Tmin)=Tmax時(shí)的飽和水氣壓 [kPa]

實(shí)際水氣壓(ed) 若只有平均相對(duì)濕度資料，日平均實(shí)際水氣壓可按下式計(jì)算:

b. 如果無(wú)相對(duì)濕度資料，實(shí)際水氣壓可假設(shè)最小溫度等于露點(diǎn)溫度進(jìn)行估算:

48飽和差（VPD）VPD= 飽和差[kPa]ea(Tmax)=Tmax時(shí)的飽和水氣壓[kPa]ea(Tmin)=Tmin時(shí)的飽和水氣壓[kPa]49風(fēng)速（U2）

如風(fēng)速標(biāo)高不在2m，則:

Uz= 高度z處實(shí)測(cè)風(fēng)速[ms-1]U2= 2m高處風(fēng)速[ms-1]Z= 風(fēng)速標(biāo)高[m]P-M公式所需氣象資料一般:

最高、最低及平均氣溫;日照:風(fēng)速;平均相對(duì)濕度最好:最高、最低及平均氣溫;日照:風(fēng)速;最高相對(duì)濕度;最低相對(duì)濕度理想:最高、最低及平均氣溫;凈輻射;風(fēng)速;最高相對(duì)濕度;最低相對(duì)濕度如果有當(dāng)?shù)厝照占皟糨椛滟Y料，則可對(duì)公式進(jìn)行率定，以便從日照算輻射.51實(shí)際作物需水量

作物系數(shù)土壤水分充足實(shí)際作物需水量

作物系數(shù)土壤水分修正系數(shù)土壤水分不足作物系數(shù)Kc,隨生育階段變化Kc1.01.5時(shí)間IIIIIIIVI= 返青期II= 分蘗期III= 開花及乳熟期IV= 成熟期54土壤水分修正系數(shù)Ks,隨土壤含水率變化Ks1.0含水率?f

= 田間持水率?c= 土壤水分絕對(duì)充分的臨界含水率?f?c55復(fù)習(xí)思考題作物需水量的定義作物需水量的主要影響因素及其變化規(guī)律作物需水量計(jì)算的主要模型參考作物騰發(fā)量的定義及其計(jì)算方法參考作物騰發(fā)量的影響因素作物系