非充分灌溉與作物水分生產(chǎn)函數(shù)

非充分灌溉與作物水分生產(chǎn)函數(shù)第一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五一、基本概念第二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五1、影響作物生長(zhǎng)的因素五大基本要素：光、熱、水分、養(yǎng)分和空氣。相互聯(lián)系、相互制約。第三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五

遵循報(bào)酬遞減法則（米查利茲曲線）：如果投入不同單位的缺乏要素，投入第一個(gè)單位所獲得的產(chǎn)出增加幅度較大，而后逐漸降低第四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五2、最大生產(chǎn)潛力也稱為作物最大產(chǎn)量。是指所有影響作物生長(zhǎng)的外部環(huán)境因子都達(dá)到最適宜作物生長(zhǎng)狀況時(shí)的產(chǎn)量。第五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五3、作物實(shí)際產(chǎn)量在實(shí)際情況下，影響作物生長(zhǎng)的各種因素不可能或至少不可能全部都達(dá)到作物生長(zhǎng)的適宜值。因此，作物實(shí)際產(chǎn)量都小于作物的最大產(chǎn)量。第六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五作物產(chǎn)量與其影響因素之間的關(guān)系

是人們關(guān)注的重點(diǎn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的目的之一就是通過對(duì)各種可控因素的合理調(diào)控措施，使之與當(dāng)?shù)刈匀毁Y源達(dá)到最佳的耦合、匹配，以最大限度地滿足作物生長(zhǎng)需求。

人們對(duì)影響作物生長(zhǎng)的各種因素與作物產(chǎn)量及其產(chǎn)品品質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行了廣泛的研究。并根據(jù)不同研究目的和生產(chǎn)要求建立了相當(dāng)多的作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量與其影響因素之間的關(guān)系。

第七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五

通過數(shù)學(xué)模型的方法把作物生長(zhǎng)和其外部環(huán)境因素對(duì)作物生長(zhǎng)影響的復(fù)雜的客觀的聯(lián)系，進(jìn)行抽象的、概化的描述，從而使問題簡(jiǎn)化，使人們能夠有重點(diǎn)地考察分析某些環(huán)境因素對(duì)作物生長(zhǎng)的影響第八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五4、生產(chǎn)函數(shù)描述作物產(chǎn)量與主要影響因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系稱為生產(chǎn)函數(shù)。Y＝f(x)x=x1,x2,x3……xn影響作物產(chǎn)量（Y）的影響因素（x）有：氣候、水分、養(yǎng)分、鹽分、品種的遺傳特性、管理水平等第九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五5、作物水分生產(chǎn)函數(shù)作物產(chǎn)量與水分之間的關(guān)系稱為作物水分生產(chǎn)函數(shù)（waterproductionfunction)，又稱為作物水模型（ModelofcropResponsetoWater）。研究水分供給時(shí)間和水平對(duì)作物產(chǎn)量的敏感關(guān)系，預(yù)測(cè)不同時(shí)段缺水對(duì)作物產(chǎn)量的影響。第十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五二、作物水分生產(chǎn)函數(shù)

的分類與形式第十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五

按因素分類：產(chǎn)量與水分的單因子模型，產(chǎn)量與水和肥或產(chǎn)量與水和鹽分等多因子模型，土壤鹽分、土壤養(yǎng)分都與水分密地相關(guān)，都以水分為介質(zhì)，通過水分來對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)揮作用。為此以作物水分生產(chǎn)函數(shù)為基礎(chǔ)，引入鹽分、養(yǎng)分建立水鹽生產(chǎn)函數(shù)和水肥生產(chǎn)函數(shù)。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，可以把水鹽生產(chǎn)函數(shù)、水肥生產(chǎn)函數(shù)，包括污水灌溉中某些溶質(zhì)對(duì)作物生長(zhǎng)的影響，都?xì)w入水分生產(chǎn)函數(shù)，統(tǒng)稱為作物水分生產(chǎn)函數(shù)。第十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五按是否考慮干物質(zhì)積累

過程來分類靜態(tài)模型描述作物最終產(chǎn)量（干物質(zhì)或籽粒產(chǎn)量）與水分的關(guān)系，而不考慮作物發(fā)育過程中干物質(zhì)是如何積累的。包括全生育期水分的數(shù)學(xué)模型和生育階段水分的數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)模型描述作物生長(zhǎng)過程中干物質(zhì)積累過程不同的水分水平的響應(yīng)，并根據(jù)這種響應(yīng)來預(yù)測(cè)不同時(shí)期的作物干物質(zhì)積累量及最終產(chǎn)量。第十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五作物水分生產(chǎn)函數(shù)的

單因子模型

自變量的形式：灌溉水量;全生育期騰發(fā)量;相對(duì)騰發(fā)量;階段相對(duì)騰發(fā)量;土壤含水率等.

因變量的形式：作物產(chǎn)量、相對(duì)產(chǎn)量、干物質(zhì)量等第十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五（一）全生育期模型第十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五1、作物產(chǎn)量與全生育期

灌溉供水量的關(guān)系

第十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五這是最初的也是最直觀的認(rèn)識(shí)。在某一特定氣候條件下，對(duì)作物供水越多，產(chǎn)量越高，但超過一定限度時(shí)，產(chǎn)量不再增加，有時(shí)甚至減產(chǎn)。Y=a0+b0W+c0W2第十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單模型有利于多種作物全生育期最優(yōu)水量的分配但有以下兩個(gè)不足：產(chǎn)量與灌溉供水量的關(guān)系散點(diǎn)圖較為分散。假定灌水時(shí)間對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量沒有影響。這一假定明顯地不符合作物對(duì)灌溉供水的反應(yīng)。第十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五2、作物產(chǎn)量與全生育期

騰發(fā)量的關(guān)系

以全生育期騰發(fā)量為自變量建立的作物水分生產(chǎn)函數(shù)主要有線性和拋物線兩種類型。線性模型，非線性模型

式中a、b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由試驗(yàn)資料回歸分析確定；y為產(chǎn)量，ET為為全生育期作物總騰發(fā)量。第十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五

第二十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五

不足之處：大量分析結(jié)果表明，不同站點(diǎn)和不同年份，上述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)變化較大，難于推廣應(yīng)用。第二十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五3、作物產(chǎn)量與全生育期

相對(duì)騰發(fā)量的關(guān)系

第二十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五Doorenbos和Kassam模型ya為作物實(shí)際產(chǎn)量；ETa為作物全生育期騰發(fā)量；ym為作物最大產(chǎn)量，為與ym相對(duì)應(yīng)的作物全生育期的騰發(fā)量；Ky－產(chǎn)量反應(yīng)（影響）系數(shù)，或敏感系數(shù)。第二十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五D-K模型Ky值越大,表示水分虧缺對(duì)該作物產(chǎn)量影響越大，或敏感性越大，即在相同的虧水量的條件下階段缺水對(duì)產(chǎn)量的影響較大。第二十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五

為了提高每平方米灌溉水的生產(chǎn)效率，應(yīng)對(duì)Ky大的作物優(yōu)先供水，反之可以延遲供水或減少供水。因此，Ky值成為指導(dǎo)非充分灌溉，進(jìn)行水最優(yōu)管理的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。第二十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五(FAO)第二十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五全生育期模型的特點(diǎn)自變量是全生育期的灌水量或騰發(fā)量或相對(duì)騰發(fā)量;因變量是產(chǎn)量產(chǎn)量或相對(duì)產(chǎn)量;沒有考慮供水時(shí)間對(duì)作物產(chǎn)量的影響。第二十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五（二）作物產(chǎn)量與各生育階段

相對(duì)騰發(fā)量的關(guān)系第二十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五考慮了供水時(shí)間和數(shù)量多少兩個(gè)方面對(duì)產(chǎn)量的影響。也稱為時(shí)間水分生產(chǎn)函數(shù)(datedwaterproductionfuntion)。將作物連續(xù)的生長(zhǎng)過程劃分為若干不同生育階段,認(rèn)為在相同生育階段水分具有等效性,在不同生育階段效果不同。加法模型、乘法模型

第二十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五加法模型

以各階段的相對(duì)騰發(fā)量或相對(duì)缺水量作自變量，用相加形式的數(shù)學(xué)關(guān)系構(gòu)成的作物產(chǎn)量與水分關(guān)系，稱為加法形式的水分生產(chǎn)函數(shù)，簡(jiǎn)稱加法模型。代表性的模型有Blank(1975)模型，Stewart模型（1976），Singh模型（1987）和Hiller-Clark模型（1971）。第三十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五Blank模型

以相對(duì)騰發(fā)量為自變量，式中Ki為作物第i階段缺水對(duì)產(chǎn)量影響的水分敏感系數(shù)，i=1,2,…，n為生育階段序號(hào)，n為劃分的生育階段數(shù)。該模型由美國科羅拉多大學(xué)建立，證明當(dāng)?shù)貤l件下效果較好。第三十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五Stewart模型

以階段相對(duì)缺水量為自變量，J.I.Stewart等人（1976）提出了如下形式的加法模型，第三十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五Singh模型

以相對(duì)缺水量為自變量，Ki為缺水敏感性系數(shù)，bo為冪指數(shù)，常取bo＝2

第三十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五加法模型特點(diǎn)認(rèn)為每一階段缺水主要影響本階段，對(duì)產(chǎn)量形成的總影響分別由各階段的單獨(dú)影響相加而成。第三十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五乘法模型以階段相對(duì)騰發(fā)量或相對(duì)缺水量作自變量，用連乘的數(shù)學(xué)關(guān)系式構(gòu)成了階段水分虧缺對(duì)產(chǎn)量影響的乘法模型。代表性的乘法模型有Jensen模型（1968），Minhas模型（1974）和Rao模型（1988）。第三十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五Jensen模型

以階段相對(duì)騰發(fā)量為自變量，

為作物生育階段i缺水分對(duì)作物產(chǎn)量影響的敏感性指數(shù)，簡(jiǎn)稱水分敏感指數(shù)。是表示作物生長(zhǎng)對(duì)缺水反應(yīng)的關(guān)鍵性參數(shù)。由于≤1.0，且≥0，故值愈大，將會(huì)使連乘后的y/ym愈小，表示對(duì)產(chǎn)量的影響愈大；第三十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五Hill模型Hill等人（1979）考慮作物生長(zhǎng)過程中的延遲播種（SYF）和發(fā)生倒伏（LF）因子，對(duì)Jensen模型進(jìn)行了修正，提出了如下大豆模型:SYF表示為播種延遲時(shí)間（△t）的函數(shù)SYF（△t），LF表示為倒伏程度（x）的函數(shù)LF（x），

第三十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五Minhas模型

由B.minhas，K．Parkhm和N.SrinivaSan（1974）等人提出，

為水分敏感指數(shù)，但數(shù)值上不同于Jensen模型a0、b0為系數(shù)

第三十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五Rao模型

（1988）

用階段相對(duì)缺水量作自變量Ki為作物不同生育階段缺水對(duì)產(chǎn)量的敏感系數(shù)，

第三十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五乘法模型的特點(diǎn)認(rèn)為每階段i缺水不僅對(duì)本階段產(chǎn)生影響，而且經(jīng)過連乘式的數(shù)學(xué)關(guān)系反應(yīng)多階段缺水對(duì)產(chǎn)量的總影響。如若某階段ETai0Ya0形式上合理第四十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五以階段相對(duì)騰發(fā)量為自變量

的水分生產(chǎn)函數(shù)的

初步成果與評(píng)價(jià)

第四十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五FAO1981年建議的Kyi和ky（D-K模型）第四十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五第四十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五

第四十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五第四十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五第四十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五第四十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五第四十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五評(píng)價(jià)結(jié)論加法模型和乘法模型在擬合精度方面沒有顯著差別，乘法模型反映了階段受旱對(duì)作物產(chǎn)量影響的相關(guān)性，較加法模型更符合作物的生長(zhǎng)過程特性。為此國內(nèi)學(xué)者普遍選擇了Jensen模型。第四十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五缺水敏感指數(shù)變化規(guī)律

以Jensen模型為例冬小麥、春小麥、棉花等作物的缺水敏感指數(shù)的變化規(guī)律：非對(duì)稱鐘形曲線；具有明顯的峰值；越冬作物的在越冬期出現(xiàn)低谷，在抽穗灌漿出現(xiàn)峰值；玉米抽穗、灌漿是形成籽粒的關(guān)鍵時(shí)期，對(duì)水分最為敏感。第五十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五其它模型比較典型的有如下幾種。如Yaron模型（1973），Hall和Butcher（1968）年提出的模型、Morgan等人提出的模型（1980）、Feddes模型（1978）等。第五十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五非充分灌溉試驗(yàn)、

成果整理與建模第五十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五

作物非充分灌溉試驗(yàn)的主要內(nèi)容:探討作物在不同時(shí)期缺水、不同程度的水分虧缺與作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的關(guān)系；其中最主要的是作物水分生產(chǎn)函數(shù)或作物一水模型的試驗(yàn)研究。第五十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)場(chǎng)地選擇選定的試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)在氣候、土壤和水分狀況等方面具有代表性，其試驗(yàn)地必須安排在由灌溉作物圍繞的農(nóng)業(yè)區(qū)域內(nèi)，其附近的地形條件不應(yīng)有大的變化。如陡坡等，排水要通暢，不易受灌水或漬澇影響。第五十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)場(chǎng)地選擇水源條件要方便，試驗(yàn)場(chǎng)地的土壤肥力水平要均勻，要避免試驗(yàn)地四周有高大建筑物。試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)排列不同處理的小區(qū)時(shí)，要把同一處理的不同重復(fù)小區(qū)分散開，進(jìn)行插花排列，以削減土壤肥力等條件的空間差異對(duì)各種處理的影響。第五十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)處理宜參照作物的生育階段，將全生育期等分為若干個(gè)時(shí)段，然后按各階段不同的缺水程度組合成試驗(yàn)處理。劃分的原則是：結(jié)合作物的生育階段劃分，這樣才能與作物生物學(xué)特性密切結(jié)合，從而反映不同生育階段的需水特性，揭示不同生育階段水分虧缺造成的影響。劃分階段不宜過多或過少，若階段劃分過多，會(huì)造成跨階段的影響，接近甚至超過本階段的影響，難于反映實(shí)際。相反，若階段劃分太少，則試驗(yàn)成果偏粗，不能較準(zhǔn)確地反映不同階段的特征.第五十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)處理國外的此類試驗(yàn):一般將全生育期等分為4～6個(gè)階段。根據(jù)我國開展非充分灌溉試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，可采取兩種劃分方式：將全生育期等分為4～6個(gè)階段，使每個(gè)階段15～40天范圍內(nèi)(作物越冬可單獨(dú)作為一個(gè)階段，其時(shí)間不受此限)。按作物生育階段劃分，但對(duì)生育階段進(jìn)行一定的歸并或分解，亦使全生育期分為4～6個(gè)階段，且除越冬期以外的各階段長(zhǎng)短相差不懸殊。第五十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)處理應(yīng)針對(duì)當(dāng)?shù)刈魑飳?duì)水分比較敏感的時(shí)段和當(dāng)?shù)匾子谑芎档臅r(shí)段，用不同的灌水次數(shù)，灌水定額控制成不同的土壤含水率上、下限或直接依據(jù)不同的灌水次數(shù)或灌水定額，形成不同的缺水水平。同時(shí)，應(yīng)安排任何階段均不缺水和關(guān)鍵用水期(需水臨界期)充分供水的處理作為對(duì)照，各處理安排3次以上重復(fù)第五十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)處理在實(shí)際中會(huì)出現(xiàn)如下幾種情況的處理方式某一個(gè)生育階段缺水，其缺水的程度可能有多種情況;某幾個(gè)階段缺水，有可能是間斷受旱，也有可能是連續(xù)受旱;其缺水的程度也有可能出現(xiàn)多種情況。完備理想的處理設(shè)計(jì)，應(yīng)是單階段受旱與多階段連續(xù)受旱或間隔受旱結(jié)合。第五十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五單階段一水平受旱的土壤含水量下限控制處理如內(nèi)蒙古烏盟涼城灌溉試驗(yàn)站開展春小麥作物一水模型研究，其處理如表第六十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五單階段多水平受旱的土壤含水量下限控制處理第六十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五按灌水次數(shù)設(shè)計(jì)受旱處理第六十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五多階段受旱處理第六十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五觀測(cè)內(nèi)容各時(shí)段的灌水次數(shù)、日期、定額；土壤含水量；作物生育期的日期、考種、測(cè)產(chǎn)；氣象要素(降水，水面蒸發(fā)、氣溫、空氣濕度、日照、風(fēng)速風(fēng)向、地溫等)；作物各階段的生長(zhǎng)發(fā)育性狀和重要的作物水分生理指標(biāo)。主要的水分生理指標(biāo)有葉水勢(shì)、細(xì)胞液濃度、葉組織吸水力、氣孔開度或阻力(導(dǎo)度)、蒸騰速率等；土壤理化性狀及水分特性。第六十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)成果的整理與分析分析水分虧缺對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的影響分析不同階段和不同程度的缺水對(duì)作物葉面積與株高的影響。分析不同時(shí)段和不同程度的受旱(或缺水)對(duì)地下根系總量和不同土層中根量分布的影響，第六十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五分析不同階段及不同程度的受旱(缺水)對(duì)作物水分生理指標(biāo)的影響：如不同處理時(shí)作物水分生理指標(biāo)的日變化，葉水勢(shì)，葉組織細(xì)胞液濃度或葉片氣孔阻力(開度)及與土壤含水量的關(guān)系等第六十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五分析水分虧缺對(duì)作物蒸發(fā)蒸騰量的影響分析不同階段和不同程度的缺水對(duì)全生育期總蒸發(fā)蒸騰量和各階段蒸發(fā)蒸騰量分配狀況的影響，分析不同生育階段蒸發(fā)蒸騰量與土壤含水量的關(guān)系。宜采用ETa／ETm和土壤含水量建立關(guān)系。第六十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期五分析水分虧缺對(duì)作物干物質(zhì)積累和產(chǎn)量構(gòu)成的影響分析