第二章 节水灌溉基础理论

Ra
1440

Gsc d r (s sin sin cos cos sin s )
太阳辐射常数， 0.0820MJ/(m2•min)
日地相对距离，
d r 1 0.033 cos( 2 J) 365
Ф为纬度，北半球 为正，南半球为负 值 。 δ为太阳磁角，
0.409 sin(
式中： ET0-参照作物腾发量，mm/d; Rn-为作物表面的净辐射, MJ/(m2•d)； G-土壤热通量密度，MJ/(m2•d)； T-地面以上2m处的平均气温，℃； u2-地面以上2m处的风速,m/s； es-饱和水汽压，kpa； ea -实际水汽压，kpa； es- ea -饱和气压亏缺量，kpa； Δ -水汽压力曲线斜率， kpa/℃ ； γ-湿度计常数，kpa/℃.
2 J 1.39) 365
。
第二节 作物需水量
（4）土壤热通量G
以月为时段：
Gm,i 0.07(Tm,i 1 Tm,i 1 )
式中：Gm,i 为第i月（计算月）土壤热通量密度； Tm,i 1、Tm,i 1 为计算月下一个月和前一个月的平均气温，℃。
如果 Tm,i 1 未知，可按下式计算：
第二节 作物需水量
3、各生育期阶段的需水量
ETi Ki ET
式中 : Ki──需水量模比系数（由试验得） 此公式缺
点是什么？
第二节 作物需水量
3、各生育期阶段的需水量
ETi i E0i
式中： i 为第i生育阶段的需水系数； E0i 为第i生育阶段的水面蒸发量 ，m。
各生育阶段需水系数可见表2-2
Gm,i 0.14(Tm,i Tm,i 1 )
以日或更短的时间，则白天：
夜晚：
G h 0.1R n
G h 0.5R n
第二节 作物需水量
（5）确定u2
当实测风速距地面不是2m高时，可用下式调整：
4.87 u2 u z ln(67.8Z 5.42)
式中：uz为实测地面以上Zm初的风速，m/s；
第一节 作物的水分生理
一、水对作物生长的作用
（一）水对作物的生理作用 • 1、水是细胞原生质的重要成分； • 2、水是光合作用的重要原料； • 3、水是生化反应的介质；
• 4、依靠水溶解和输送养分；
• 5、保持作物体处于一定形态。
第一节 作物的水分生理
（二）水对作物的生态作用 水是作物体温调节器； 水对可见光的通透性； 水对作物生存环境的调节
式中：Ks—水分胁迫系数； λc—根区土壤有效水百分比的临界值（根据作物耐旱性的不同而变化）。 在干旱条件下仍能维持ET0称为耐旱作物；对于耐旱作物λc取25%，对于干 旱敏感的作物λc取50%。 λa—根区土壤有效水百分比。
第二节 作物需水量
v p a f p
式中： λ a—根区土壤有效水百分比
s arccos( tan tan )
Rs 0 (as bs ) Ra
第二节 作物需水量
第二节 作物需水量
第二节 作物需水量
第二节 作物需水量
2、计算作物实际需水量
土壤水分充足
ET Kc ET0
作物系数，反映不同作物的差别。取决 于冠层的生长发育。
第二节 作物需水量
生育中期
成熟阶段
第二节 作物需水量
(1)基本作物系数
以玉米生育期为例
A点-Kcb是已知的（约定取0.25）， 因此只需初始生育期占全生育期的 比例Fs1. B点—作物系数已达到峰值，确定该 点需同时知道该点的基本作物系数Kcp 和Fs2的值。 C点—基本作物系数与B点相同，因此 只需要确定Fs3. D点—一般位于成熟期末，由于作物生 育期结束的时间是已知的，因此，确定 D点只需知道改点的基本作物系数Kcm。
第二节 作物需水量
1、以水面蒸发为参数的需水系数法（α值法或蒸发皿法）
ET＝α E0 一般适用于 水稻田 或：ET＝aE0＋b 式中：ET──某时段内的作物需水量，以水层深度mm计。 E0──与ET同时段的水面蒸发量，一般采用80cm口 径蒸发器的蒸发值。国外A级蒸发皿(Class A pan) a、b──经验系数
Rni 0.4903 (
4 4 Tmax, k Tmin,k
2
)(0.34 0.14 ea )(1.35
Rs 0.35) Rs 0
其中： Tmax,k、Tmin,k 为24h内最高、最低绝对温度，K=℃+273.16 式中：Rs0为晴空时太阳辐射，MJ/(m2•d)（又称太空辐射）， 与纬度及年内所处的时间有关
第二节 作物需水量
2、以产量为参数的需水系数法(简称‚k值法‛)
ET＝KY 或：ET＝KYn＋c
ET── 作物全生育期内总需水量（m3/亩）
Y── 作物单位面积产量（kg/亩） K── 需水系数 m3/kg n、c── 经验指数和常数
棉花 K=0.6-1.7,n=0.3-0.5
小麦 K=0.36-0.85, C=11.3-16.0
实际水汽压ea：
ea
eo (Tmax )
RHmin RHmax eo (Tmin ) 100 100 2
其中：RHmax、RHmin为最大、最小相对湿度，%。
ea
RHmean e (Tmax ) e (Tmin ) [ ] 100 2
o o
缺乏资料RHmax、RHmin，而只 有平均相对湿度的资料 。
式中： Kcb—基本作物系数，指土壤表面干燥、长势良好且供水充分 时作物需水量与ET0的比值； Ks—水分胁迫系数； Kw—反映降雨或灌水后湿土蒸发增加对作物系数影响的系数
第二节 作物需水量
(1)基本作物系数
• 介绍FAO推荐伦鲍斯和普鲁伊提出，并经豪威尔等 人修正的估算方法。
生育期
初始生长阶段
冠层发育阶段
一、 作物田间水分的消耗
+
第二节 作物需水量
田间耗水量=腾发量+深层渗漏量
第二节 作物需水量
二、作物需水规律 • 1、作物需水量的影响因素
第二节 作物需水量
• 1、作物需水量的影响因素
第二节 作物需水量
• 1、作物需水量的影响因素
• 1、作物需水量的影响因素
第二节 作物需水量
• 1、作物需水量的影响因素
块根类蔬菜多在营养生长前期
作物需水临界 期越长是不是 越有利呢？
第二节 作物需水量 三、作物需水量计算
直接法──田间试验直接测定，方法简易 间接法──先计算参照作物需水量，再计 算实际需水量，理论上较完备
第二节 作物需水量
（一）直接计算需水量的方法
选择几个影响作物需水量的主要因素（水 面蒸发、气温、湿度、日照、幅射等） , 再根 据试验观测资料分析这些主要因素与作物需水 量之间存在的数量关系，得出经验公式： ⑴以水面蒸发为参数的需水系数法 ⑵以产量为参数的需水系数法(简称‚k值法‛)
第二节 作物需水量
（2）湿度计γ确定
0.66510 P
3
293 0.0065 Z 5.26 P 101 .3( ) 293
式中：P为大气压强，kpa；Z为海拔高度，m。
（3）确定作物表面净辐射Rn
Rn Rns Rn1
n、N为实际日照时 数与最大可能日照
24 时数， N s
第二节 作物需水量
（1）确定es、ea
饱和水汽压es：
17.27T e (T ) 0.6108 exp( ) T 237 .3
0
e0 (Tmax ) e0 (Tmin ) es 2
其中：eo(T)为气温为T时的饱和水汽压，kpa；Tmax、Tmin为 地面以上2m处最高、最低气温，℃。
第二节 作物需水量
（二）通过计算参照作物的需水量来计算实际需水量
第二节 作物需水量
通过计算参照作物的需水量来计算实际需水量
1、计算参照作物的需水量 2、计算作物实际需水量
第二节 作物需水量
Penman Monteith公式（FAO 1990）
900 0.408( Rn G ) u2 (es ea ) T 273 ET0 (1 0.34u2 )
第一节 作物的水分生理
二、植物细胞的水势组成
（一）植物水势
ψw = ψs +ψp+ ψm+ ψg
水
势
渗 透 势
压 力 势
基 质 势
重 力 势
第一节 作物的水分生理
二、植物细胞的水势组成
（二）土壤水势
ψw = ψs +ψp+ ψm+ ψg
水
势 溶 质 势
压 力 势
基 质 势
重 力 势
第二节 作物需水量
R ns 0.77Rs
n R s (as bs ) Ra N
Ra
1440

Gsc d r (s sin sin cos cos sin s )
2 2 0 . 409 sin( J 1.39) d r 1 0.033 cos( J) 365 365
Kc作物系数的随生育阶段的变化
Kc取决于作物冠层的
生长发育。冠层的发
育情况常用叶面积指 数（LAI）描述。 LAI为叶面积值与其 覆盖下的土地面积的
比率。
第二节 作物需水量
Kc作物系数的修正
修正后作物实际需水量公式：
Kc Kcbks kw
第二节 作物需水量
Kc作物系数的修正
Kc Kcbks kw
Z为风速实测实际高度。
第二节 作物需水量
（6）水汽压力曲线斜率
17.27T 4098 (0.6108 exp ) T 237 .3 (T 237 .3) 2