第二章---节水灌溉基础理论总结

第2章节水灌溉基础理论第2章节水灌溉基础理论•2.1作物的水分生理•2.2作物需水量*•2.3作物水分生产函数•2.4节水型灌溉制度*2.1作物的水分生理2.1.1水分与作物生长发育的关系2.1.2水分亏缺对作物的影响2.1.3作物对水分亏缺的适应性2.1.1水分与作物生长发育的关系2.1.1水分与作物生长发育的关系2.1.1水分与作物生长发育的关系2.1.1水分与作物生长发育的关系2.1.1水分与作物生长发育的关系2.1.1水分与作物生长发育的关系2.1.2水分亏缺对作物的影响2.1.3作物对水分亏缺的适应性2.2作物需水量•2.2.1作物田间水分的消耗•2.2.2作物需水规律•2.2.3作物需水量的计算2.2.1作物田间水分的消耗+田间耗水量=腾发量+深层渗漏量2.2.2作物需水规律•1、作物需水量的影响因素•1、作物需水量的影响因素•1、作物需水量的影响因素•1、作物需水量的影响因素2、作物需水临界期农作物在整个生长发育过程中，不同的生长发育时期对水分的要求不同，对水分的敏感程度也不一样。当作物对缺水最敏感的时期，即由于水分缺乏，对作物产量有明显的影响，这个时期叫做作物需水临界期（也称关键期）。需水临界界期不一定是作物需水量最多的时期。不同作物的水分临界期不同，如豆类是在花芽分化至开花前，块根类蔬菜多在营养生长前期。各种作物的水分临界期长短不等，一般情况，临界期时间短的作物和品种对不良水分条件的适应能力强，反之较弱。2.2.3作物需水量的计算*1、直接计算需水量的方法2、通过计算参照作物的需水量来计算实际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PenmanMonteith公式（FAO1990）)34.01()(273900)(408.0220ueeuTGRETasn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/℃.（1）确定es、ea饱和水汽压es：2)()(min0max0TeTees)3.23727.17exp(6108.0)(0TTTe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，℃。实际水汽压ea：2100)(100)(maxminminmaxRHTeRHTeeooa其中：RHmax、RHmin为最大、最小相对湿度，%。]2)()([100minmaxminTeTeRHeooa缺乏资料RHmax、RHmin，而只有平均相对湿度的资料。（2）湿度计γ确定P310665.026.5)2930065.0293(3.101ZP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Rn1nnsnRRRsnsR77.0RasssRNnba)(R式中：as、bs为短波辐射比例系数，我国一些地方的as、bs值，可以从表2-4中查的，如无实际的太阳辐射数据，可取as=0.25，bs=0.50。n、N为实际日照时数与最大可能日照时数，sN24Rs-太阳短波辐射（3）确定作物表面净辐射Rn)35.035.1)(14.034.0)(2(4903.004min,4max,ssakkniRReTTR其中：kkTTmin,max,、为24h内最高、最低绝对温度，K=℃+273.16asssRbaR)(0)sincoscossinsin(1440ssrscadGR式中：Ra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Rnl-净长波辐射（3）确定作物表面净辐射Rn)sincoscossinsin(1440ssrscadGR太阳辐射常数，0.0820MJ/(m2•min)日地相对距离，)3652cos(033.01JdrФ为纬度，北半球为正，南半球为负值。δ为太阳磁角，。)39.13652sin(409.0Jωs为日落时相位角)tantanarccos(s（4）土壤热通量G以月为时段：)(07.01,1,,imimimTTGimG,1,1,imimTT、式中：为第i月（计算月）土壤热通量密度；为计算月下一个月和前一个月的平均气温，℃。如果1,imT未知，可按下式计算：)(14.01,,,imimimTTG以日或更短的时间，则白天：nhR1.0G夜晚：nhR5.0G（5）确定u2当实测风速距地面不是2m高时，可用下式调整：)42.58.67ln(87.42Zuuz式中：uz为实测地面以上Zm初的风速，m/s；Z为风速实测实际高度。（6）水汽压力曲线斜率2)3.237()3.23727.17exp6108.0(4098TTT【例2-1】计算地点位于东经119.0o北纬34.0o，海拔高度11m。1980年8月气象资料为：月平均气温为24.2℃，最高日平均气温28.1℃，最低日平均气温为22.6℃，平均相对湿度为88%，10m高日平均风速为2.3m/s，日平均日照时数为6.49h。1980年7月和9月的月平均气温为26.3℃和23.2℃。试用Penman-Monteith法计算参照作物需水量。Gsc-太阳辐射常数，0.0820MJ/m2•min)35.035.1)(14.034.0)(2(4903.004min,4max,ssakkniRReTTR计算Rn1nnsnRRRsnsR77.0RasssRNnba)(R)35.035.1)(14.034.0)(2(4903.004min,4max,ssakkniRReTTRasssRbaR)(0)sincoscossinsin(1440ssrscadGR)tantanarccos(s)39.13652sin(409.0J)3652cos(033.01Jdr2、计算作物实际需水量0ETKETc作物系数，反映不同作物的差别。取决于冠层的生长发育。土壤水分充足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。Kc作物系数的修正wscbckkKK修正后作物实际需水量公式：Kc作物系数的修正式中：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wscbckkKK（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生育中期成熟阶段(1)基本作物系数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。举例说明：已知该时期为棉花的现蕾期其作物基本系数由0.25增加到1.05，现蕾期一共有42天，前一阶段幼苗期作物基本系数取0.25.计算kcb。(2)水分胁迫系数水分胁迫系数计算表公式水分胁迫对需水量的影响可以通过以土壤水分胁迫系数来反映。可根据作物根区内贮存的总有效土壤水的百分比确定水分胁迫系数。指土壤在田间持水量与永久凋萎点含水量之间能够保持的水量。aca1casK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。式中：λa—根区土壤有效水百分比θv—当前土壤实际体积含水率，%；θf—田间持水率，（体积%）；θp—永久凋萎系数，（体积%）；pfpva【例2-2】•设田间持水率和凋萎系数分别为25%和10%（均为体积含水率），甲、乙两田块实际含水率分别为16%和20%（均为体积含水率），已知甲、乙两田块上的作物均为对干旱敏感作物，参照作物腾发量为1.3mm/d，基本作物系数为1.1，求两种作物的实际腾发量。（3）湿土蒸发对作物系数的影响式中：Fw—为湿润土壤表面的比例，见表2-7；f（t）—湿土表面蒸发衰减函数，；t—湿润后经过的时间，d；td—为土壤表面变干所需的时间。)()1(tfkFKcbwwdtttf1)(上述公式只能反映降雨或灌水后湿土蒸发增加对某一天的作物系数的影响，实际上往往需要计算某一时段的平均kw值。fcbwwAkFK)1(式中：Af-平均湿土蒸发因子，可计算也可查表2-9。2.3作物水分生产函数•2.3.1作物产量与全生育期总腾发量的关系•2.3.2作物产量与各阶段蒸发蒸腾量的关系作物水分生产函数概念作物水分生产函数概念作物水分生产函数概念作物水分生产函数概念作物水分生产函数概念作物水分生产函数概念作物水分生产函数概念作物水分生产函数概念作物水分生产函数概念我们主要讲的有关作物水分生产函数定义：1.作物产量与需水量之间的函数关系被称为作物水分生产函数。（Waterproductionfunction）2.指在农业生产水平基本一致的条件下，作物所消耗的水资源量与作物产量的关系。需水量三种指标代表：灌水量、田间总供水量（=灌水量+有效降雨量+土壤储水量）、实际蒸发蒸腾量。式中：Y-作物产量，kg/hm2；ET-蒸发蒸腾量，mm；a0、b0、a1、b1、c1为经验系数。2.3.1作物产量与全生育期总蒸发蒸腾量的关系34-2ETcETbaY33-2211100或ETbaY（1）作物产量与蒸发蒸腾量的关系用相对产量与相对蒸发蒸腾量的关系2.3.1作物产量与全生育期总蒸发蒸腾量的关系35-2)/1(/1mymETETkYY式中：Ym、Y—分别为充分供水时的最高产量和缺水条件下的实际产量，kg/hm2；ETm、ET—分别为充分供水和缺水条件下全生育期总的蒸发蒸腾量，mm；Ky—为作物产量对水分亏缺反映的敏感系数，亦称减产系数。（2）考虑到高产时产量和缺水量的关系并非线性这一事实，相对产量与相对蒸发蒸腾量的关系用下式描述其适用性更强。2.3.1作物产量与全生育期总蒸发蒸腾量的关系36-2)/1(/1/nmymETETkYY式中：K´y—为作物产量对水分亏缺反映的敏感系数；n—为根据受旱实验资料分析求的得得经验指数。•时间水分生产函数（datedwaterproductionfunction）—包含供水时间和数量效应的作物产量与耗水量之间的函数关系。•产量与各阶段蒸发蒸腾量的关系中，最简单的形式如下：2.3.2作物产量与各阶段蒸发蒸腾量的关系)/1(/1miiyimETETkYY式中：•ETi、ETmi—分别为第i阶段缺水和充分供水条件下的蒸发蒸腾量，mm/d；•Kyi—为作物产量对第i阶段缺水的敏感系数。说明：这种模型对于多数作物在缺水范围为1-ETi/ETmi≤0.5时是有效的，但它仅考虑了某一阶段缺水对产量的影响。nimiiyiETETKYYm1)/(/KyiniimiiETETYYm1)/(/【例2-3】已知：玉米全生育期从5月1日到8月31日（123d）。各生育阶段的天数及最大需水量见表2-13.试分析下列几种情况的产量损失：①全生育期缺水85mm，并均匀地分布在整个生长期；②拔节-抽雄期缺水85mm，其他阶