甘蔗需水量与灌溉

甘蔗需水量与灌溉
古璇清罗怀彬陈洁芳
（广东省水利水电科学研究院，广州, 510610）
摘要：本文以全省多年灌溉试验资料为基础，着重研究分析了春植甘蔗的需水量及其变化规律，探讨了甘蔗需水量的预测预报方法，以及灌溉科学控制指标。

关键词：甘蔗需水量灌溉指标
我省三分之二的土地处于南亚热带地区，水热条件好，发展甘蔗生产具有优越的气候优势。

本省种蔗历史悠久，素有“甘蔗之乡”之称，是全国最主要的蔗糖产区。

新中国成立以来，本省的糖蔗生产发展很快，1949年全省糖蔗种植面积仅28.9千公顷，总产量66.91万吨。

到1992年已扩大到307.4千公顷,单产73.88t/hm2，总产达2271万吨，单产和总产居全国首位，面积居第二位。

近几年，由于受自然灾害和种蔗效益偏低的影响，其种植面积和产量有所下降，据2001年统计，全省甘蔗种植面积为163.5千公顷，总产1213.0万吨。

我省各地均有种蔗习惯，尤以汕头、惠州、和珠江三角洲的种植历史最长，珠三角洲曾是本省最大的糖蔗产区。

1985年以来，糖蔗种植已向粤西迁移，目前以湛江地区种植面积最大，其种植面积占全省面积的67.9%，产量占全省总产的66.6%。

另外珠海、江门、茂名、清远等也有一定的种植面积。

我省虽然雨量充沛，但时空分布不均，变率较大，干湿季节明显，因此，灌溉对发展甘蔗生产和提高产量十分重要。

自1958年起，本省就开展了甘蔗需水量与灌溉的试验研究，在甘蔗的科学用水和合理排灌方面积累了丰富的经验，对促进甘蔗生产的发展和提高产量发挥了重要作用。

1 甘蔗需水量
甘蔗需水量系指在适宜的土壤水分和肥力水平条件下，使甘蔗正常生长，并获得高产时蔗体的蒸腾量与棵间蒸发量之和，简称腾发量，以水层深度（mm）或单位面积上的水量（m3/hm2）表示。

1.1 甘蔗需水量
1.1.1 甘蔗的需水量
甘蔗的生长期长，植株高，叶面积大，需水较多。

根据试验资料统计，本省春植蔗的生长期长短差异较大，大体为280—402天，平均328天；由于生长期的差异，其总需水量的变化也较大，大体为845.6～1611.9mm，平均1119.1mm（表1）。

甘蔗的需水量与其生长期长短、产量高低、气候、土壤以及耕作栽培技术等因素密切相关。

通常是生长期长、产量高，其需水量大，但获得单位产量所消耗的水分少，水的利用率高。

从表1可以看出，我省的粤西和雷州半岛地区与粤东粤北地区相比较，前者甘蔗的生长期长，产量高，需水量大，但需水系数小。

湛江、西涌、高州、新兴等试验点的甘蔗平均产量比梅县、韶关高55.8%（约49.8t/hm2）,需水量大21.8%（约212.8 mm），但需水系数却小22.0%（约24.2Kg水/Kg蔗）。

据全省多年的试验资料综合统计，不同产量水平的甘蔗需水量为：产量在120t/hm2以下，其需水量为845.6～1293.0mm，平均1056.6mm，生产1吨蔗约消耗水量100.3t；产量120～150t/hm2，其需水量为898.3～1611.9mm，平均1226.9mm，生产1t蔗约消耗水量92.9t；产量超过150t/hm2，其需水量为1163.3～1608.3 mm，平均1414.9mm，生产1t蔗只消耗水量75.6t。

可见，甘蔗的产量越低，生产每吨蔗所消耗的水量就越多，水分的利用率就越低，用水不经济。

因此，采取各种农业技术措施提高单产，有利于降低单位产量的耗水量，从而提高水分的利用率。

1.1.2 甘蔗需水量与产量的关系
根据多年耒甘蔗灌溉试验资料统计分析，甘蔗的需水量与产量之间有显著的相关关系。

仅管
影响甘蔗产量的因素是复杂的，但在品种和其它环境条件基本一致的情况下，一定的范围内，甘
蔗的需水量随产量的提高呈上升趋势。

试验研究表明，只要土壤水分控制在适宜的范围内，甘蔗
的需水量与产量之间呈线性或近似线性关系。

粤西和雷州半岛各灌溉试验站的多年试验研究显
示 ，春植蔗的需水量与产量之间呈直线关系，其表达式为：
表1 春植蔗需水量、产量统计表
试验点
湛 江 西 涌 高 州 新 兴 梅 县 韶 关 全省平均平均 351 338 316 330 355 280 328 生长期
（天） 变幅 310～402 306～365301～326310～360 280～402平均 129.8 128.7 127.0 170.7 102.6 75.9 122.5 产量
(t/hm 2)
变幅 97.3 ～176.5 118.1 ～142.0123.9 ～133.2128.0 ～203.4 75.9 ～203.4 平均 1366.7 972.4 977.5 1443.6 1108.9845.6 1119.1 需水量
（mm ） 变幅 1193.1 ～1611.9 898.3 ～1052.7877.5 ～1042.31163.3 ～1608.3
845.6 ～1611.9
ETc=405.89+4.9Y
（R=0.817）
式中： ETc —春植蔗需水量（mm ）；
Y —春植蔗产量（t/hm 2
）
1.1.3 甘蔗的需水系数
需水系数是指生产1Kg 甘蔗所需要的水量，一般表示为： Y ET K C 10=
式中： K —甘蔗的需水系数（Kg 水/Kg 蔗）；
其余符号，意义同前。

需水系数是体现生产技术水平的一个重要标志。

生产技术先进，产量水平高，需水系数就低，
反之需水系数就高，水分生产率就低。

有时产量虽高，但灌水过多，其需水系数亦高，这表明生
产技术水平不高，浪费水。

根据全省各地的试验资料统计，春植蔗的需水系数为75.6～111.4，平均91.4Kg 水/Kg 蔗。

随着甘蔗产量的提高，需水系数呈降低的趋势，需水系数与产量之间呈双曲线关系，其表达式为：
5279.00169.0−=
Y Y K （R=0.950）
式中符号意义同前。

1.1.4甘蔗需水量的估算 甘蔗的需水量与产量水平以及日照、气温、空气相对湿度、风速等气象条件密切相关，而水
面蒸发量则反映了各气象要素的综合作用。

因此，可以根据需水量与产量、水面蒸发量之间的相
关关系，估算甘蔗的需水量。

根据全省各试验点多年实测资料综合分析，春植蔗需水量与产量、
水面蒸发量之间呈以下关系：
ETc=5.748Y+0.563E20-488.54
式中： E20—φ20cm 蒸发皿，全期水面蒸发总量（mm ）；
其余符号，意义同前。

当无试验资料时，可以根据产量水平以及相应水文年的水面蒸发量，运用上式估算甘蔗的需水量。

1.2 甘蔗需水规律
甘蔗需水包括生理需水和生态需水两部分。

生理需水是指蒸腾作用、光合作用等各项生理活动所需要的水分；生态需水则是为甘蔗创造良好的生长环境所需要的水分。

其需水规律大体是“两头少，中间多”，即苗期、分蘖期和成熟期需水较少，伸长期需水最多。

1.2.1 甘蔗的阶段需水量及其变化
甘蔗分为苗期、分蘖期、伸长期、成熟期四个生长发育阶段。

阶段需水量的多少是考虑灌水时期与灌水量分配的依据，它不仅表明甘蔗各生育期的需水特性和要求，也反映出不同生育阶段对水分的敏感程度和灌溉的重要性。

根据本省多点多年的试验资料统计，春植蔗的需水规律呈单峰曲线变化，伸长期是需水高峰期。

各不同生育阶段的需水量：苗期为85.5～387.2mm，平均166.8mm；分蘖期为124.3～351.7mm，平均238.7mm，伸长期为391.4～694.1mm，平均579.4mm；成熟期为45.8～254.4mm，平均134.2mm（表2）。

从表3可以看出，春植蔗的需水高峰值出现在伸长期的7-9月份，此前的日需水量呈上升趋势，且曲线变化较为平缓，而达到高峰值后，日需水量急剧下降，曲线急变。

这是因为，苗期大多在4月底以前，气温较低，蔗苗生长缓慢，叶面积尚小，主要以生态需水为主，需水不多。

进入分蘖期，分蘖大量萌发，气温也不断升高，生理需水比苗期增多，但其叶片细而叶数不多，叶面蒸腾作用不大，故仍以生态需水为主，需水也不多。

转入伸长期，蔗茎伸长、增粗，根系发达，叶面积大，是甘蔗生长最旺盛的阶段，此期气温又较高，叶片光合作用和蒸腾作用极为旺盛，甘蔗需水转入以生理需水为主，需水强度最大，需水量最多，达到高峰。

转入成熟期后，生长转慢，同化作用的速率也逐渐降低，同化作用的产物也主要用于蔗糖分的积累，叶面枯萎，叶面积减少，气温也降低，蔗株蒸腾作用减弱，故需水急速减少。

1.2.2 甘蔗阶段需水模系数
各不同生育阶段的需水量占全期需水总量的百分比，称之为需水模系数，它反映了需水量在各个不同生育阶段的分配状况。

根据全省多点多年的试验资料综合分析，春植蔗各生育阶段的平均需水模系数，伸长期最大，分蘖期次之，成熟期最小。

苗期平均77天，需水模系数14.9%；分蘖期平均57天，需水模系数21.3%；伸长期平均132天，需水模系数51.8%；成熟期平均62天，需水模系数12.0%。

各试验点各月、各生育期的平均需水模系数见表2。

2 甘蔗灌溉
甘蔗是一种含水量很高的作物，保证供给充足的水分是获得高产的重要措施。

因为水是生理活动的基础，有了充足的水分就能使甘蔗的各种生理生化过程正常、旺盛地进行，生长快，产量高。

我省虽然雨量丰富，但年内、年际间分配不均，75～80%的雨量集中在4—9月份，常出现季节性旱情，冬、春两个旱季最为突出。

在粤西雷州半岛地区，这种旱情威胁尤为严重。

蔗田水分不足会限制甘蔗的生长和产量的提高，因此，进行灌溉是提高甘蔗产量的重要保证。

试验研究和生产实践表明，甘蔗进行合理灌溉，有显著的增产效果，越是偏旱年份，增产越显著。

全省多年多点的试验结果显示，甘蔗灌溉比不灌溉增产10.9～33.3t/hm2，增幅8.7%～60.5%（表4）。

当出现旱情时，为了保证蔗田有足够的水分满足甘蔗生长的需求，就要进行灌溉，灌水定额的大小，决定于土壤计划湿润层深度和适宜土壤含水率。

2.1 灌水计划湿润层深度的确定
灌水计划湿润层的深度是制定作物灌溉制度的一个重要参数，它应等于作物主要耗水土层的深度，大致与作物根系密集层的深度相同。

甘蔗根系的生长与土质及其通气状况有密切的关系。

土壤容重越大，土中空气越少，则蔗根的生长速度就越小。

通常是砂壤土蔗田其蔗根数目比重粘土的多，且分布较深。

同时，土壤中的水分含量和地下水位的高低亦影响蔗根的生长与分布，如果表层土壤经常处于湿润状态，根向下层生长便少；假若表层土壤水分不足，则根群有向深层发展的趋势。

因此，偏旱或地下水位较低的蔗田，其蔗根往往分布较深。

据调查，蔗根的总根量及其分布深度随生长期的发展而增长，其中以伸长期增加最快。

蔗根的分布深度在不同的生育阶段有所不同，但吸收水分的活跃根区通常局限于表层，根群的分布大多集中于0～40cm土层，尤以0～20cm的表土层最多。

广东省制糖工业公司甘蔗试验场调查，0～40cm土层根的鲜重占总根鲜重的93.1%，其中0～20cm处占60.1%；1978年，在东深农场（壤质土）开挖土壤剖面观测，春植蔗伸长期的根系密集层深度在0～30cm左右，许多根群还接近地表面；1979年在省水科所试验区（粘质土）开挖土壤剖面观测，春植蔗伸长期的根系密集层深度在0～25cm至30cm范围内；1992年，在湛江西涌灌溉试验站（沙质土地区）测定，根系密集层亦在0～30cm范围内。

从土壤剖面水分消失的趋势看：在没有地下水影响的情况下，由于蒸腾作用，剖面土壤水分消失的速度自上而下递减，到达某一定的深度其水分消失极少，通常把这一土层深度称之为作物主要耗水层深度，它随着根系分布深度的增加而增加。

春植蔗土壤剖面水分消耗深度随生育期不同而异，由苗期到成熟期不断递增：苗期约25～30cm，分叶期30～35cm，伸长期和成熟期40～45cm。

该深度与根系密集层深度大体一致，说明在作物蒸腾作用下，土壤水分的消失主要在根系密集层范围内。

根据以上分析，可以确实春植蔗各不同生育期的灌水计划湿润层深度，见表5。

2.2 甘蔗各不同生育期的适宜土壤湿度
甘蔗是旱作物，需要有一个良好的土壤水分环境，水分不足或过多都会影响其正常生长和产量提高。

甘蔗的需水规律是“两头少，中间多”，在各个不同的生长发育阶段对水分的需求是不同的，因此，所要求的适宜土壤湿度也各异。

试验研究和生产实践表明，在甘蔗的全生长过程中，土壤水分应保持“润、湿、润、干”，即幼苗期、分蘖期、伸长后期及成熟过程，土壤要“润”；伸长期生长旺盛，需水最多，土壤要“湿”；达到成熟土壤要“干”。

根据甘蔗的需水特性，维持适宜的土壤湿度，就能促进其健壮地生长，并获得高产。

据全省各地试验和生产实践总结，综合分析后，推荐甘蔗不同生育期的适宜土壤湿度控制指标。

1）幼苗期的适宜土壤湿度
甘蔗萌芽需水很少，长成幼苗需水也不多。

甘蔗种苗由于本身含水量在70%以上，一般能满足萌芽需水，但在大田环境条件下，种苗水分易于干耗，需要补充水分。

若水分不足，土壤干燥，往往根先死亡，而种根生长的好坏又直接影响到种苗萌发和幼苗的生长，所以，补充必要的水分，保持适宜的土壤湿度是很重要的。

据湛江点试验，土壤相对湿度55%（占田间持水量%，下同），种苗萌动快，出苗率高。

在幼苗期，苗根发生后主要向着两个方面伸展：一部分在表土层以横向作辐射状伸展，另一部分以斜向或垂直方向伸展至一定的土层深度，通常，主要是表土层的根起着吸收水分和矿质营养的作用。

幼苗期节间并不伸长，株高增长甚慢，其生长特征是叶片数和叶面积的增加，但此期叶面积尚小，生理需水不多，主要是满足生态需水要求。

此期，30cm土层内的土壤湿度维持在55～70%较为适宜，以满足种苗萌芽、发根以及幼苗生长所必要的土壤水分环境条件。

但春植蔗幼苗期常出现低温阴雨天气，对于低温蔗田区还应注意排水，防止土壤过湿而烂芽死苗。

110
表2 春植蔗阶段需水量及模系数
湛 江 西 涌 高 州 新 兴 梅 县 韶 关 平 均
阶 段 需水量 (mm) 模系数 (%) 需水量 (mm) 模系数 (%) 需水量 (mm) 模系数 (%) 需水量 (mm) 模系数 (%) 需水量 (mm) 模系数 (%) 需水量 (mm) 模系数 (%) 需水量 (mm) 模系数
(%)
1 2.4 60.6 5.5
2 20.1 1.5 13.1 1.6 12.6 1.
3 12.7 0.9 45.9 4.1 24.2 2.2 3 53.6 3.9 36 3.7 29.3 3.0 105.0 7.2 67.8 6.1 20.5 2.
4 55.7 5.0 4 75.9 5.
5 54.0 5.
6 76.2 7.8 137.1 9.5 108.6 9.8 68.5 8.1 86.
7 7.
8 5 132.6 9.7 99.
9 10.3 92.0 9.4 151.4 10.5 104.3 9.4 124.3 14.7 117.4 10.5 6 135.2 9.9 114.9 11.8 101.7 10.4 160.7 11.1 163.7 14.8 125.6 14.8 133.6 11.9 7 165.0 12.1 144.4 14.8 109.3 11.2 170.1 11.8 194.4 17.5 159.8 18.9 157.2 14.0 8 158.4 11.6 174.9 18 152.5 15.6 170.3 11.8 125.6 11.3 96.1 11.4 146.3 13.1
9 184.8 13.5 137.4 14.1 171.6 17.6 154.8 10.7 110.7 10.0 94.4 11.2 142.3 12.7 10 177.1 13.0 94.4 9.7 139.9 14.3 132.8 9.2 70.8 6.4 67.4 8.0 113.8 10.2 11 112.4 8.2 54.7 5.6 62.7 6.4 100.7 7.0 38.5 3.5 67.3 7.9 72.7 6.5 12 81.9 6.0 46.3 4.8 29.7 3.0 99.2 6.9 18.0 1.6 21.7 2.6 56.4 5.0 各
月 1 69.7 5.1 48.8 3.4 12.8 1.1 苗期 138.1 10.1 105.5 10.8 85.5 8.7 195.6 13.5 387.2 34.9 89.0 10.5 166.8 14.9 分蘖期 290.7 21.3 214.8 22.1 176.9 18.1 351.7 24.4 273.8 24.7 124.3 14.7 238.7 21.3 伸长期 694.1 50.8 551.1 56.7 611.6 62.6 641.9 44.5 391.4 35.3 586.5 69.4 579.4 51.8 成熟期 243.8 17.8 101.0 10.4 103.5 10.6 254.4 17.6 56.5 5.1 45.8 5.4 134.2 12.0 全生长期 1366.7 100 972.4 100 977.5 100 1443.6 100 1108.9 100 845.6 100 1119.1 100
表3 春植蔗需水强度统计表（mm/d ） 阶段 湛江 西涌 高州 新兴 梅县 韶关 全省平均
1 0.6 2.3
2 1.4 0.5 1.0 3.2 1.6
1.4 3 1.7 1.2 0.9 3.4
2.2 1.1 1.8
4 2.
5 1.8 2.5 4.
6 3.6 2.3 2.9
5 4.3 3.2 3.0 4.9 3.4 4.0 3.8
6 4.5 3.8 3.4 5.4 5.5 4.2 4.5
7 5.3 4.7 3.5 5.5 6.3 5.2 5.1
8 5.1 5.6 4.9 5.5 4.1 3.1 4.7
9 6.2 4.6 5.7 5.2 3.7 3.1 4.7
10 5.7 3.0 4.5 4.3 2.3 2.2 3.7 11 3.7 1.8 2.1 3.4 1.3 2.2 2.4 12 2.6 1.5 1.0 3.2 0.7 1.1 1.8 各
月 1 2.4 2.4 2.6 苗期 2.1 1.1 1.5 3.6 2.7 1.9 2.2 分蘖期 4.1 3.5 2.9 5.2 5.5 4.0 4.2 伸长期 5.3 4.5 4.6 5.1 3.6 3.4 4.4 成熟期 2.9 1.7 1.6 3.1 1.0 1.5 2.2 全生长期 3.9 2.9 3.1 4.4 3.1 3.0 3.4
表4 春植蔗灌溉与不灌溉产量对比
灌 溉
不灌溉 对比增产 站 点 年 份 灌水量
(m 3/hm 2) 产量 (t/hm 2)
产量 (t/hm 2) (t/hm 2) (%) 湛江新鹿 1958 2037.0 136.7 123.7 13.0 10.5 韶 关 1963 1479.5 75.9 52.2 23.7 45.4 梅 县 1982 4924.5 118.4 85.1 33.3 39.1 徐闻大水桥农场 1984 1102.5 67.4 42.0 25.4 60.5
高 州 1985 3736.5 135.6 124.7 10.9 8.7
表5 甘蔗灌水计划湿润层深度
生育期 苗期 分蘖期 伸长期 成熟期
推荐深度(cm) 25～30 30～35 40～45 45
2）分蘖期的适宜土壤湿度
分蘖期是分蘖大量萌发，苗根大量发生的时期。

此期，植株矮小，叶面积小，蒸腾作用不大，生理需水虽比幼苗期增多，但仍以生态需水为主。

由于单位面积有效茎是构成甘蔗产量的主要因素之一，因此，在依靠主茎的基础上，促使部分分蘖成为有效茎，是获得高产的关键。

土壤水分与分蘖的关系较为密切，适宜的土壤湿度，可以促使蘖芽早生快发，长成有效茎，提高有效分蘖率。

据湛江试验站试验，土壤相对湿度在65%左右，甘蔗的有效分蘖率较高。

综合分析全省各地的试验和生产经验，建议分蘖期在30cm 土层内的土壤湿度控制在60～75%较为适宜。

3）伸长期的适宜土壤湿度
伸长期是甘蔗生长最旺盛的时期，蔗茎迅速伸长（节数增加、节间伸长）和增粗，也是构成产蔗量的关键时期。

此期，根群发达，植株高大，蔗叶茂盛，叶面积增大，光合作用及蒸腾作用增强，生理需水旺盛。

而随着行间荫蔽度的增大，生态需水明显减弱，甘蔗需水转入生理需水为主，需水也最多，约占全期总量的一半以上。

伸长期对水分较为敏感，水分亏缺对蔗茎生长的影响较为显著，必须保证持续的水肥供应和良好的环境条件。

水分充足，能使光合作用加强，有利于干物质的积累，有利于蔗茎伸长和增粗。

土壤缺水，甘蔗伸长率明显下降，节间短小，会出现（黄蜂腰）形态，甚至蔗株早衰，严重影响产量。

土壤过湿或过干都会使生理活动受阻，影响蔗茎的伸长、增粗。

据东深农场试验，土壤湿度保持在80%，蔗茎伸长速度最佳
蔗茎的伸长速度，在伸长期的初期较慢，盛期最快，后期又逐渐下降，因此，土壤水分控制也需要适应这一生理特征。

此期，在40或45cm土层内的土壤湿度：伸长前期可控制在75～85%，后期控制在75～65%较为适宜。

我省春植蔗伸长期正处于多雨季节，为避免土壤水分过多或田间积水，造成烂根，导致减产，还应注意排水。

4）成熟期的适宜土壤湿度
甘蔗进入成熟期后，需水量逐渐减少，糖分开始积累。

适当控制土壤湿度，从而抑制甘蔗的生长，促使还原糖减少，而增加蔗糖的转运和积累，以利工艺成熟。

此期，水分是一个极为重要的因素，水分过多或过少都影响蔗糖的积累和工艺成熟。

水分过多，蔗株合成较多促进生长的激素，从而继续生长，不利于蔗糖的积累；水分过少，蔗株水分代谢不正常。

也不利于蔗糖的形成和积累，并影响产量，因此，该期在45cm土层内的土壤湿度控制在65～50%为宜，以利蔗糖积累和成熟。

综上所述，在甘蔗生长发育过程中，应根据其生理需水和生态需水要求，科学用水，合理灌排，使土壤水分控制在适宜的范围，从而为甘蔗健壮地生长创造一个良好的环境，以获得高产。

春植蔗各生育期的适宜土壤湿度，列于表6。

表6 春植蔗生育期适宜土壤湿度推荐表
伸长期
成熟期生育期苗期分蘖期
前期后期
适宜土壤湿度(占田持%) 55～70 60～75 75～85 75～65 65～50。