第二节
作物需水量与灌溉制度
• （3）土壤水分胁迫因子Kθ
• 在土壤水分供应充分时，作物需水量的大小主要取决于气象条件和作 物生长状况；在干旱缺水时，土壤含水量降低，土壤中毛管传导率减
小，根系吸水率降低，供水不足，作物遭受水分胁迫，引起叶片含水
量减小，气孔阻力增大，蒸腾量减小，另外颗间蒸发量也减小，从而 导致水分胁迫条件下的作物蒸发蒸腾速率低于无水分胁迫时的作物蒸
第二节
作物需水量与灌溉制度
（3）以多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。 以多因素为参数来推求作物需水量的经验公式在国内外有很多，有的选取水面蒸发量 和产量作为参数，有的以水面蒸发量和土壤含水率作为参数，我国采用的是水面蒸发
、产量法，即
•
第二节
作物需水量与灌溉制度
第一章 农田灌溉原理
第二节 作物需水量与灌溉制度
第二节 学习提纲
作物需水量与灌溉制度
主 要 讲 授： 作 物 需水 量 、 田间 耗 水 量的 概 念 ，作 物 需 水 量的试验测定与估算方法、灌溉制度的制定。 重点：作物需水量的估算及灌溉制度的确定 第一部分：
作物需水量及影响因素
第二节
作物需水量与灌溉制度
• 2、影响作物需水量的主要因素
• 影响作物需水量的因素很多，但归结起来可分为自然因素
和人为因素两大类。
• 自然因素包括气象因素（辐射、温度、湿度、风速等）、 土壤特性、作物形状3种。 • 人为因素：农田灌排措施、农业耕作措施等（农业技术） • 影响因素：气象因素；作物因素；土壤因素；农业技术
Penman Monteith公式需用标准的气象资料，包括太阳辐射、气温、湿 度和风速。为了确保计算的完整性，气象资料应该在完全遮盖地面并 无水分亏缺的开阔绿色牧地表面以上2m处进行观测，否则需要将其 它高度处的观测值转化为2m高度处的数值。
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• Penman公式分析：
• A．权重因子项 （１）气压订正项
第二节 1.1作物需水量的概念
作物需水量与灌溉制度
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，达到或接近最高产量时，为满足植株蒸腾、
棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。 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”。 作物需水量 作物耗水量 田间需水量 田间耗水量
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 ,植物根
系吸收的99%水分用于蒸腾。
棵间蒸发：土壤水分从作物植株间土壤表面或田间的水面以水汽的形式向大气中散失的现 象。 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。旱作农田深层渗漏是无益的水分消耗，且会造成养分流失。 灌溉时要避免产生深层渗漏。
（例如小麦拔节至抽穗期，棉花开花至结铃期，玉米抽雄至乳熟期，水稻孕
穗至扬花期）
不同长势的作物需水量不同。
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作物需水量与灌溉制度
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)。
ET=aE0Yn+b
ET作物需水量
• • • •
E
0水面蒸发量
a、b为经验系数，n为经验指数。 上述α值法、K值法、多因素法都是计算作物全生育期需水量，不能计
算各阶段需水量。在生产实践中常采用模系数法来计算阶段需水量。
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作物需水量与灌溉制度
•
以模比系数法为例：估算作物各生育阶段的需水量，先确定全生育期作物需
物需水量增大，反之则减小。湿度较大、温度较低地区，
其需水量小；温度高、相对湿度小的地区需水量则大。就 年份而言，湿润年份需水量小，干旱年份需水量相对较大。
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3 土壤因素
影响作物需水量的土壤因素主要有质地、颜色、含水量有机质含量、 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， 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；相反，土壤含水量 较低时，作物需水量较少。 而颜色较浅
权重因子项 辐射项 大气动力学项
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作物需水量与灌溉制度
• Penman-Monteith公式
1956年彭曼提出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，又考虑了大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。经多年研究和改进，FAO-56推荐使用的公式形 式为：
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作物需水量与灌溉制度
• 2 气象因素
气象因素是影响作物需水量的主要因素，比如辐射、温度、
风速、相对湿度等都会对需水量有较大影响。气象因素对 作物需水量的影响，往往是几个因素同时作用，是一个复 杂的过程，很难将各个因素的影响一一分开。 当日照强、气温高、辐射强、空气干燥、风速较大时，作
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4 农业技术
农业栽培技术水平的高低直接影响水量消耗的速度。 粗放的农业栽培技术，可导致土壤水分的无效消耗。 灌水后适时耕耙保墒、中耕松土，将使土壤表面形成一个 疏松层，这样可减少水量的消耗。
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• 二、作物需水量的估算
• 作物需水量的估算有两类方法，一类是直接计算法，另一类是通过参 考作物蒸发蒸腾量ETO与作物系数Kc估算的方法。
整齐的开阔(长、宽均在200m以上)绿草地(高3~15cm)的蒸发蒸腾量。 参照作 物需水量只受气象条件的影响。 第一步：考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参照作物蒸发蒸腾量ET0 ； 第二步：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参照作物需水量进行调整或修正， 从而计算出实际需水量ET
ETa= Kθ· Kc· ET0
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
•
式中：ETi 某一生育阶段作物需水量；K i 为某阶段需水模系数，可以从试验 资料中取得。
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（二）间接计算法
作物需水量与灌溉制度
（1）基于参照作物蒸发蒸腾量的作物需水量计算方法(p29) 参照作物需水量ET0：指的是土壤水分充足，地面完全覆盖、生长正常、高矮
ET0)之比，称为作物系数（KC)
•
单作物系数
ETc = Kc·ET0
作物系数与作物种类、品种、生育期和作物的群体叶面积指数有关，
是作物自身生物学特性的反映；
作物系数基本不受气象因素影响，不同水文年份的作物系数相对稳定 作物系数变化规律（p32）作物的生育初期小、中期大、后期小
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作物需水量与灌溉制度
) )
(265.5 + Ta )
5807.7
2
£ 0æ ¡
（3）湿度计常数 （仅和平均温度有关）
g = 0.6455 + 0.00064Ta
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B．辐射项（p30-32）
作物需水量与灌溉制度
（1）理论太阳辐射Ra（大气顶层接受的太阳辐射） （2）短波辐射 （3）净短波辐射 （4）净长波辐射
（5）地球吸收的净太阳辐射
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• 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；苗期需水量较小；随着作物的生长和叶
面积的增大，需水量不断增大；叶面积最大时，出现需水高峰，成熟后需水 量下降。作物需水关键期大多数出现在从营养生长向生殖生长的过渡阶段。
• 双作物系数 • ET c = (Kcb+Ke)· ET0
• Kcb为基础作物系数-作物的蒸腾量 • Ke为表层土壤蒸发系数-作物颗间的蒸发量
• 双作物系数必须做作物颗间蒸发量的测试 • 基础作物系数变化规律：在播种和苗期基础作物系数较小，为0.15～ 0.2；快速生长期迅速增大，为0.3～0.8；当植被完全覆盖地面后达 到最大值，接近于1.0；成熟期迅速减小，为0.8－0.15。 • 表土蒸发系数变化规律：在播种和苗期表土蒸发系数较大（覆盖小、 颗间蒸发大）；快速生长期迅速增大Ke 变小；成熟期Ke 变大。
p0 = 10 18400(1+Ta / 273) p
H
作物需水量与灌溉制度
式中 H－计算地点的海拔高程（m）； Ta－平均气温（℃） （2）饱和水汽压－温度曲线上的斜率Δ （仅和平均温度有关）
D = es ´ D = es ´ 4249.9 (241.9 + Ta )2
(Ta¾ £ (Ta
0æ ¡Biblioteka 发蒸腾速率。• 当土壤含水量低于某一临界值时，作物的实际耗水量是小于土壤水分 供应充分时的作物需水量的。
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• 土壤水分胁迫系数的确定，常采用经验公 式计算，最简单的线性公式如下：
• 直接计算法是根据田间试验直接测定的作物需水量与其影响因素之间
经验关系，直接计算出作物需水量的方法；直接计算法多为经验公式 法。在我国采用较多的有蒸发皿法、产量法和多因素法。
• 直接计算法：经验公式有较强的区域局限性，其使用范围受到很大限