第二章 作物需水量和灌溉用水量

深层渗漏：旱地中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分超 过了田间持水量，向根系吸水层以下土层渗漏的现象。
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素 1．作物需水量
❖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。
（1）参考作物蒸发蒸腾量的估算
2）Penman-Monteith公式
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－推荐使用的公式形式为：
0.4 E0T
0 (R 8 nG )T9 207 u 0 2(3 esea) (10.3u 4 2)
第一步是：考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参 考作物蒸发蒸腾量。
第二步是：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参考作 物需水量进行调整或修正，而计算出实际需水量。
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第一节 作物需水量
二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（二）间接计算（通过参考作物蒸发蒸腾量进行计算）
估算参考作物蒸发蒸腾量的方法包括经验公式法 和理论公式法。 经验公式法中常采用辐射、温度、水汽压、相对 湿度、风速及日照等气象数据作为参数，按照某 种与参考作物蒸发蒸腾量的经验函数关系进行估 值。 理论公式法中综合法最常应用的是Penman法和 Penman－Monteith法。
式中 ETi—某一生育阶段作物需水量；Ki—需水量模比系数，
即作物各生育阶段需水量占全生育期作物需水量的百分数， 可以从试验资料中取得。
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第一节 作物需水量
二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（二）间接计算（通过参考作物蒸发蒸腾量进行计算）
参考作物蒸发蒸腾量：是一种假想的参考作物冠层的蒸 发蒸腾速率，参考作物被假设为高度为12cm，表面阻力 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。 间接计算分为以下两步：
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
1．作物需水量
作物耗水量，简称耗水量：就某一地区而言，指具
体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量。
需水量是一个理论值，又称为潜在蒸散量（或潜 在腾发量），而耗水量是一个实际值，又称实际蒸散 量。 需水量与耗水量的单位一样，常以 m3 亩-1 或 mm 水 层表示。
测定值。
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第一节 作物需水量
二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（一）直接计算
1．水面蒸发量法（蒸发皿法或α 值法）：
α—需水系数或蒸发系数，为需水量与水面蒸发量的比值， 由实测资料确定，一般水稻田的α= 0.9～1.3，旱作的α= 0.3～0.7。
作物全生育期内各生长阶段的α值是各不相同的，其最 大值出现在作物生长旺期，而发芽出苗期则最小，所以在 分阶段计算作物需水量时，各阶段应分别选取不同的α值。
式中：P0和P分别为海平面标准大气压和计算地点的实际气 压[hPa]；Δ为饱和水汽压－温度曲线上的斜率[hPa ℃－1]； γ为湿度计常数[hPa ℃－1]； ea为空气实际水汽压[hPa]；es 为饱和水汽压[hPa]；u2为2m高处风速[m/s]；C为风速修 正系数。
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二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
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二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（2）作物系数的确定
参考作物蒸发蒸腾量(ET0)用来表示假定的参考作物的蒸发
蒸腾量，其他作物的蒸发蒸腾量是用参考作物蒸发蒸腾量来 计算的。用于关联实际作物耗水量与参考作物蒸发蒸腾量的
因子称为作物系数(kc)。
最早提出并已被FAO作物需水量专家咨询组(Allen等，1997)
经多次修正，目前国内外最通用的形式为FAO于1979年推 荐的公式，该公式具有较好的理论基础，包括有辐射项 与空气动力学项，并考虑了气压与风速修正，其形式为:
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二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
1）Penman公式
E
T 0
P0 P
Rn0.26(es ea)(1C
P0 P
1.0
u 2)
第二章 作物需水量和灌溉用水量
第一节 作物需水量
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
1．作物需水量
植株蒸腾 棵间蒸发
农田水分消 耗的途径
深层渗漏 或田间渗漏 地表径流
组成植株体的一部分
植株蒸腾：作物将根系从土壤中吸收的水分，通过叶片的气孔蒸 散到大气中的现象。
棵间蒸发：植株间土壤或田面的水分蒸发。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
1．作物需水量 在实际中由于组成植株体的水分只占总需水量
中很微小的一部分(一般小于1%)，而且这一小部 分的影响因素较复杂，难于准确计算，故人们均 将此部分忽略不计，即认为作物需水量就等于植 株蒸腾量和棵间蒸发量之和，即所谓的“蒸发蒸腾 量” ，气象学、水文学和地理学中称为“蒸散量”或 “农田总蒸发量”，国内也有人称之为“腾发量”。
ETc = Kc·ET0 计算作物蒸发蒸腾量的上述两种方法，FAO为其分别命名为 单作物系数法。
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二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（1）参考作物蒸发蒸腾量的估算 1）Penman公式
Penman公式是国内外应用最普遍的综合法公式。
Penman 公 式 是 在 能 量 平 衡 原 理 的 基 础 上 ， 引 用 干 燥 力 (Drying Power)的概念，经过简捷地推导，得到了一个 用普通气象资料就可计算参考作物蒸发蒸腾量的公式。
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
1．作物需水量
❖作物在不同生长阶段的需水规律为：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。 ❖每种作物都有需水高峰期，需水高峰期一般处于作物生长 旺盛阶段，如冬小麦有两个需水高峰期，第一个高峰在分蘖 期，第二高峰在开花至乳熟期；大豆的需水高峰在开花结荚 期；谷子的需水高峰为开花―乳熟期；玉米为抽雄―乳熟期。
一般水稻用α 值法比旱作物用此法好。
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第一节 作物需水量
二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（一）直接计算 2．产量法：
作物产量反映了水、土、肥、热、气、光等因素的协调及农业措施的综合 作用。在一定条件下，作物需水量将随产量的提高而增加。但是需水量的增加 并不与产量成比例， 单位产量的需水量随产量的增加而逐渐减小， 说明当作物产量达到一定水平后，要进一步提 高产量就不能仅靠增加水量，而必须同时改善 作物生长所必需的其它条件。
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
1．作物需水量
❖作物需水系数：生产单位产量作物（如1kg小麦）的需 水量（mm kg-1）。 ❖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(water use efficiency)。
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第一节 作物需水量
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二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
2）Penman-Monteith公式
ET0—参考作物蒸发蒸腾量[mmday－1]; Rn—输入冠层净辐射量[MJm－2day－1]; G—土壤热通量[MJ m－2 day－1]; T—2m高处日平均温度[℃]； u2—2m高处风速[ms－1]； es—饱和水汽压[kPa]; ea—实际水汽压[kPa]; Δ—饱和水汽压与温度关系曲线在某处的斜率[kPa℃－1]; γ—干湿表常数[kPa℃－1]。
一、作物需水量与影响因素
2．影响作物需水量的主要因素
作物需水规律随作物种类、品种、土壤、气候、生产力水平 等诸多因素而变化，应结合各地情况来探索作物需水规律。 （1）作物因素 不同种类的作物需水量有很大的差异，如就小麦、玉 米、水稻而言，水稻＞小麦＞玉米； 不同品种的作物需水量有很大差异，如耐旱品种需水量 小； 不同生育阶段需水量不同； 不同长势的作物需水量不同。
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第一节 作物需水量
二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（一）直接计算
上述各公式都可估算全生育期作物需水量，也可估算各生 育阶段的作物需水量。在生产实践中，习惯采用所谓模系 数法估算作物各生育阶段的需水量，即先确定全生育期作 物需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进 行分配，即：
ETi = Ki ET
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
2．影响作物需水量的主要因素
(2)气象因素 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。 当气温高、日照时数多、相对湿度小时，需水量会增 加。
对于旱作物，在土壤水分不足而影响高产的情况下，需水量随产量的提高而增 大，用此法推算较可靠。但对于土壤水分充足的旱田以及水稻田，需水量主要受 气象条件控制，产量与需水量关系不明确，用此法推算的误差较大。
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第一节 作物需水量
二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（一）直接计算 3．以多种因素为参数的作物需水量计算法 选取几个影响因素，探求它们与作物需水量之间存在的 数量关系。 以多种因素为参数推求作物需水量的经验公式在国内外 很多，有的选取水面蒸发量和产量作参数，有的以水面 蒸发量和土壤含水率作参数，也有选取更多因素作参数 的。
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
1．作物需水量
作物需水量包含生理和生态需水两个方面。 作物生理需水：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。
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
1．作物需水量
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段，例如小麦在拔节至抽穗期， 棉花在开花至结铃期，玉米在抽雄至乳熟期，水稻为孕穗 至扬花期等，在作物需水临界期缺水，会对产量产生很大 影响。
反，土壤含水量较低时，作物需水量较少。
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
2．影响作物需水量的主要因素 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。 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。它是水资源合 理开发、利用所必需的重要资料，同时也是农田水 利工程规划、设计、管理的基本依据。
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产量Y
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第一节 作物需水量
二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（一）直接计算
2．产量法（K值法）：
用作物产量计算作物需水量的表达式为：
式中：ET―全生育期的需水量（mm）；Y―作物单位面积的产
量（kg亩-1）；K―需水系数（m3kg-1），为单位产量的需水 量。 此法简便，只要确定计划产量后便可算出需水量；同时，此 法使需水量与产量相联系，便于进行灌溉经济分析。
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第一节 作物需水量
一、作物需水量与影响因素
2．影响作物需水量的主要因素
(3)土壤因素 影响作物需水量的土壤因素主要有质地、含水量、颜色、
有机质含量、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
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第一节 作物需水量
二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算
（一）直接计算
1．水面蒸发量法（蒸发皿法或α 值法）：
水面蒸发量与作物需水量之间存在一定程度的相 关关系，因此可用水面蒸发量这一参数来计算作物需水
量：
ETc =αE0
或
ETc = aE0＋ b
式中：ETc - 作物需水量（mm）；E0 – 表示与 ETc同时段的水面蒸发量（mm），采用蒸发皿或蒸发器的