8作物需水量与灌溉制度

作物需水量与灌溉制度

2.1作物需水量

2.1.1农田水分消耗途径

农田水分消耗的途径主要有植株蒸腾、棵间蒸发和深层渗漏。

（一）植株蒸腾

植株蒸腾是指作物根系从土壤中吸入体内的水分，通过叶片的气孔扩散到大气中去的现象。试验证明，植株蒸腾要消耗大量水分，作物根系吸入体内的水分有99%以上消耗于蒸腾，只有不足1%的水量留在植物体内，成为植物体的组成部分。

植株蒸腾过程是由液态水变为气态水的过程，在此过程中，需要消耗作物体内的大量热量，从而降低了作物的体温，以免作物在炎热的夏季被太阳光所灼伤。蒸腾作用还可以增强作物根系从土壤中吸取水分和养分的能力，促进作物体内水分和无机盐的运转。所以，作物蒸腾是作物的正常活动，这部分水分消耗是必需的和有益的，对作物生长有重要意义。（二）棵间蒸发

棵间蒸发是指植株间土壤或水面的水分蒸发。棵间蒸发和植株蒸腾都受气象因素的影响，但蒸腾因植株的繁茂而增加，棵间蒸发因植株造成的地面覆盖率加大而减小，所以蒸腾与棵间蒸发二者互为消长。一般作物生育初期植株小，地面裸露大，以棵间蒸发为主；随着植株增大，叶面覆盖率增大，植株蒸腾逐渐大于棵间蒸发；到作物生育后期，作物生理活动减弱，蒸腾耗水又逐渐减小，棵间蒸发又相对增加。棵间蒸发虽然能增加近地面的空气湿度，对作物的生长环境产生有利影响，但大部分水分消耗与作物的生长发育没有直接关系。因此，应采取措施，减少棵间蒸发，如农田覆盖、中耕松土、改进灌水技术等。

（三）深层渗漏

深层渗漏是指旱田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率，向根系活动层以下的土层产生渗漏的现象。深层渗漏对旱作物来说是无益的，且会造成水分和养分的流失，合理的灌溉应尽可能地避免深层渗漏。由于水稻田经常保持一定的水层，所以深层渗漏是不可避免的，适当的渗漏，可以促进土壤通气，改善还原条件，消除有毒物质，有利于作物生长。但是渗漏量过大，会造成水量和肥料的流失，与开展节水灌溉有一定矛盾。

在上述几项水量消耗中，植株蒸腾和棵间蒸发合称为腾发，两者消耗的水量合称为腾发量（Evapotranspiration），通常又把腾发量称为作物需水量（Water Requirement of Crops）。腾发量的大小及其变化规律，主要决定于气象条件、作物特性、土壤性质和农业技术措施等。渗漏量的大小主要与土壤性质、水文地质条件等因素有关，它和腾发量的性质完全不同，一般将蒸发蒸腾量与渗漏量分别进行计算。旱作物在正常灌溉情况下，不允许发生深层渗漏，因此，旱作物需水量即为腾发量。对稻田来说适宜的渗漏是有益的，通常把水稻腾发量与稻田渗漏量之和称为水稻的田间耗水量。

就某一地区而言，具体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量为作物田间耗水量，简称耗水量。所以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，又称为实际蒸散量。需水量与耗水量的单位一样，常以m3·hm-2或mm 水层表示。

2.1.2影响作物需水量的主要因素

（一）作物因素

作物种类不同其需水量不同，表2-1反映了C3作物与C4作物需水量有很大差异，有研究表明：作物的需水量显著高于作物，作物玉米制造1g干物质约需水349g，而

作物小麦制造1g干物质需水557g，水稻为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

作物种类作物名称生育阶段测定年份

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谷子灌浆期1965 5.78.5

C3作物小麦灌浆期198210.7

11.2

14.9

17.4大豆开花期196411.214.6

棉花结铃期198311.722.6

作物需水有如下规律：

（1）不同作物的需水量有很大的差异，如就小麦、玉米和水稻而言，水稻的需水量最大，其次是小麦，玉米的需水量最小。

（2）每种作物都有需水高峰期，一般处于作物生长旺盛阶段。如冬小麦有两个需水高峰期，第一个高峰期在分蘖期，第二个高峰期在开花至乳熟期；大豆的需水高峰期在开花结荚期；谷子的需水高峰期为开花-乳熟期；玉米为抽雄-乳熟期。

（3）作物任何时期缺水，都会对其生长发育产生影响，作物在不同生育时期对缺水的敏感程度不同。通常把作物整个生育期中对缺水最敏感、缺水对产量影响最大的生育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，例如小麦在拔节抽穗期，棉花在开花结铃期，玉米在抽雄至乳熟期，水稻为孕穗至扬花期等。

（二）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，因此各个因素的作用，很难一一分开。表2-2说明，当气温高，日照时数多，相对湿度小时，需水量会增加。

表2-2 冬小麦生长期的气象要素与需水量

年份降水量

零度以上积温

（℃）相对湿度

（%）

日照时数土壤水分

蒸发量

（mm）

需水量

（mm）

（）

1973~1974102.82183.558.61634.617.2~25.71069.1392.71 1974~1975179.42148.766.81434.018.5~36.0894.8295.95（三）土壤因素

影响作物需水量的土壤因素有土壤质地、颜色、含水量、有机质含量和养分状况等。砂土持水力弱，蒸发较快，因此，在砂土、砂壤土上的作物需水量就大。就土壤颜色而言，黑褐色的吸热较多其蒸发就大，而颜色较浅的黄白色反射较强，相对蒸发较少。当土壤水分多时，蒸发强烈，作物需水量则大；相反，土壤含水量较低时，作物需水量较少。

（四）农业技术

农业技术农业栽培技术的高低直接影响水量消耗的速度。粗放的农业栽培技术，可导致土壤水分无效消耗。灌水后适时耕耙保墒中耕松土，使土壤表面有一个疏松层，就可以减少水量消耗。密植，相对来说需水量会低些；两种作物间作，也可相互影响彼此的需水量。

2.1.3作物需水量的计算方法

影响作物需水量的因素有气象条件（温度、日照、湿度、风速）、土壤水分状况、作物种类及其生长发育阶段、土壤肥力、农业技术措施、灌溉排水措施等。这些因素对需水量的影响是相互联系的，也是错综复杂的，目前尚不能从理论上精确确定各因素对需水量的影响程度。在生产实践中，一方面是通过田间试验的方法直接测定作物需水量；另一方面常采用某些计算方法确定作物需水量。

现有计算作物需水量的方法，大致可归纳为两类，一类是直接计算作物需水量，另一类是通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量。

（一）直接计算需水量的方法

该法是从影响作物需水量的诸因素中，选择几个主要因素（例如水面蒸发、气温、日照、辐射等），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，最后归纳成某种形式的经验公式。目前常见的这类经验公式大致有以下几种：

1、以水面蒸发为参数的需水系数法（简称“值法”或称蒸发皿法）

大量的灌溉试验资料表明，气象因素是影响作物需水量的主要因素，而当地的水面蒸发又是各种气象因素综合影响的结果。因腾发量与水面蒸发都是水汽扩散，因此可以用水面蒸发这一参数估算作物需水量，其计算公式为：

（式2-1）

或（式2-2）式中：

——某时段内的作物需水量，以水层深度计，mm；