1、现代节水灌溉技术 现代节水灌溉技术节水灌溉基础认知 主 讲 人：刘长贵 酒泉职业技术学院2014.09现代节水灌溉技术作物需水量与灌溉制度的确定现代节水灌溉技术一、作物需水量 作物需水量是农业用水的主要组成部分，也是整个国民经济中消耗水分的最主要部分。因此，它是水资源开发利用时的必需资料，同时也是灌排工程规划、设计、管理的基本依据。（一）农田水分消耗途径植株蒸腾棵间蒸发深层渗漏作物需水量现代节水灌溉技术u植株蒸腾1.概念：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。2.作用：降低作物的体温；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
2、运转。结论：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。作物需水量现代节水灌溉技术u棵间蒸发1.概念：棵间蒸发是指植株间土壤或水面（水稻田）的水分蒸发。2.作用：棵间蒸发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。结论：大部分水分消耗与作物的生长发育没有直接关系。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。作物需水量现代节水灌溉技术u深层渗漏1.概念：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。深层渗漏对旱田是无益的，会浪费水源，流失养分，地下水含盐较多的地区，易
3、形成次生盐碱化。但对水稻来说，适当的深层渗漏是有益的，可增加根部氧分，消除有毒物质，促进根系生长作物需水量现代节水灌溉技术（二）影响作物需水量的主要因素作物需水量影响影响因素因素作物作物因素因素气象气象因素因素土壤土壤因素因素农业农业技术技术气温高、日照时间长、空气湿度低、风速大、气压低等使需水量增加水稻需水量较大，麦类、棉花需水量中等，高粱、薯类需水量较少土壤含水量大，砂性大，则需水量大（棵间蒸发大）地面覆盖、采用滴灌、水稻控灌等能减少作物需水量现代节水灌溉技术（三）作物需水量的计算方法影响作物需水量的因素很多，各种因素相互联系，错综复杂，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。
4、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。实践中常采用实验法和计算法来确定需水量作物需水量现代节水灌溉技术1.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。值法值法二、计算法分为直接计算和间接计算两种直接计算需水量的方法直接计算需水量的方法以水面蒸发为参以水面蒸发为参数的需水系数法数的需水系数法以产量为参数的以产量为参数的需水系数法需水系数法现代节水灌溉技术 以水面蒸发为参数的
5、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。适用范围：水稻及土壤水分充足的旱作物，用此式计算，其误差一般小于20%30%。计算公式为:0EETbEET0或式中：某时段内的作物需水量，以水层深度计，mm；与 同时段的水面蒸发量，以水层深度计，mm；一般采用80cm口径蒸发皿的蒸发值，若用20cm口径蒸发皿，则 各时段的需水系数，即同时期需水量与水面蒸发量之比值，一般由试验确定，水稻=0.91.3，旱作物=0.30.7；经验
6、常数。ET0Eb20808.0 EE 不适范围：土壤含水率较低的旱作物和实施湿润灌溉的水稻，腾发量还与土壤水分有密切关系现代节水灌溉技术 以产量为参数的需水系数法（简称“值法”）K实践表明作物的产量与田间需水量之间存在一定的相关关系，在一定范围内随作物产量的提高而提高。因此可以用产量作为参数来估计作物的田间需水量。作物需水量与产量关系示意图作物需水量与产量关系示意图作物总需水量与产量之间的关系可用下式表示，即:KYETcKYETn或Y式中：作物全生育期内总需水量，m3/亩；作物单位面积产量，kg/亩；以产量为指标的需水系数，即单位产量的需水量，m3/kg；n、c 经验指数和常数。ETK不适用范
7、围：不适用范围：对于土壤水分充足的旱田对于土壤水分充足的旱田以及水稻田，需水量主要受气象条件控以及水稻田，需水量主要受气象条件控制，产量与需水量关系不明确，用此法制，产量与需水量关系不明确，用此法推算的误差较大。推算的误差较大。适应范围：产的情对于旱作物，在土壤水分不足而影响高况下，需水量随产量的提高而增大，用此法推算较可靠，误差多在30%以下，宜采用。作物需水量现代节水灌溉技术 需水模系数估算作物各生育阶段的需水量根据已确定的全生育期作物需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进行分配，ETKETii1001式中：某一生育阶段作物需水量；需水模系数，即某一生育阶段作物需水量占全生育期作
8、物需水量的百分数，可以从试验资料中取得或运用类似地区资料分析确定。iETiK按上述方法求得的各阶段作物需水量在很大程度上取决于需水模系数的准确程度。由于影响需水模系数的因素较多，用此方法求各阶段需水量的误差常在（100%200%），但是用该类方法计算全生育期总需水量仍有参考作用。作物需水量现代节水灌溉技术2.间接计算需水量的方法即通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量的方法。有了参照作物需水量，然后再根据作物系数 对 进行修正，得到某种作物的实际需水量。在水分亏缺时，再用 进行修正，即可求出某种作物在水分亏缺时的实际需水量。第一步：考虑气象因素对作物需水的影响，计算参考作物腾发量第二步：考
9、虑土壤水分、作物因素的影响，对参考作物需水量进行调整或修正，从而计算出实际需水量。作物需水量现代节水灌溉技术 通过参考腾发量的计算，间接计算实际腾发量：式中：KC、KW分别为作物和土壤系数。当土壤水分充足时，KW=1。所谓参照作物需水量 是指高度一致、生长旺盛、地面完全覆盖、土壤水分充足的绿草地（8-15cm高）的蒸发蒸腾量，一般是指在这种条件下的苜蓿草的需水量，因为这种参照作物需水量主要受气象条件的影响，所以都是根据当地的气象条件分阶段计算的。0wcET K K=ET作物需水量现代节水灌溉技术计算方法：（1）参照作物需水量的计算 计算参照作物需水量的方法：经验公式法水气扩散法能量平衡法 原理
10、：将作物腾发看做能量消耗的过程，通过平衡计算求出腾发所消耗的能量，然后再将能量折算为水量，即作物需水量。腾发耗能主要以热能形式进行，热能主要由太阳提供。根据能量平衡原理以及水汽扩散等理论，英国的彭曼（Pen-man）提出了可以利用普通的气象资料计算参考作物蒸发蒸腾量的公式。现代节水灌溉技术计算方法：（1）参照作物需水量的计算 计算参照作物需水量的方法：经验公式法水气扩散法能量平衡法 原理：将作物腾发看做能量消耗的过程，通过平衡计算求出腾发所消耗的能量，然后再将能量折算为水量，即作物需水量。腾发耗能主要以热能形式进行，热能主要由太阳提供。根据能量平衡原理以及水汽扩散等理论，英国的彭曼（Pen-m
11、an）提出了可以利用普通的气象资料计算参考作物蒸发蒸腾量的公式。现代节水灌溉技术(2)实际需水量的计算已知参照作物需水量 后，在充分供水条件下，采用作物系数 对 进行修正，即得作物实际需水量 ，即：式中的 与 应取相同单位。作物系数是指某一阶段的作物需水量与相应阶段内的参考作物蒸发蒸腾量的比值，它反映了作物本身的生物学特性、产量水平、土壤耕作条件等对作物需水量的影口向。根据各地的试验，作物系数 不仅随作物而变化，更主要的是随作物的生育阶段而异，生育初期和末期的 较小，而中期的较大。Kc可查有关作物表，也可试验获得。现代节水灌溉技术从表中数据可以看出：在作物生育前期和后期，作物系数均小于1，即需
12、水强度比参考作物要小；生育中期则等于或大于1，需水强度比参考作物要强。作物需水量现代节水灌溉技术（3）作物需水量等值线图影响作物需水量的主要因素为气象因素和非气象因素，气象因素是在空间呈连续变化的物理量；非气象因素主要是指土壤水分条件、产量水平等，若把非气象因素维持在一定水平，这样便可以用等值线图来表示作物需水量空间变化规律。全国主要作物需水量等值线图，是采用作物系数法计算每一个县的作物需水量值，按照蒸发蒸腾量的公式用统一的计算机程序进行计算并绘制的。在实际应用时，可直接查用已鉴定的作物需水量等值线图。蒸发蒸腾量的公式作物需水量现代节水灌溉技术在缺水条件下常采用土壤水分修正系数法确定作物蒸发蒸
13、腾量式中：缺水条件下作物的实际蒸发蒸腾量；意义同前；土壤水分修正系数，其物理意义是指缺水条件下的作物蒸发蒸腾量与充分供水条件下的蒸发蒸腾量的比值，与土壤含水率有关。可用下式计算：式中：凋萎系数（占干土重的%计）；土壤的临界含水率（即毛管断裂含水率）（占干土重的%计）；计算时段内平均土壤含水率（占干土重的%计）；、由实测资料分析确定的经验系数，随作物生育阶段和土壤条件而变化。现代节水灌溉技术作物灌溉制度作物灌溉制度现代节水灌溉技术 灌溉制度是在一定的气候、土壤、水资源等自然条件下和一定的农业技术措施下，为获得高产稳产所制定的的一整套向田间灌水的制度。它包括作物播种前(或水稻栽秧前)及全生育期内的
14、灌水次数、每次的灌水日期、灌水定额和灌溉定额。灌水定额(m)：单位面积上的一次灌水量。灌溉定额(M)：单位面积上各次灌水量之和。单位：（1）m3亩（667m2=1亩）（2）mm一、灌溉制度的内涵及确定方法 提示：灌水定额和灌溉定额是灌区规划及管理的重要依据现代节水灌溉技术制订灌溉制度的主要依据：降雨量和降雨量在年内、年际的分配 作物需水量灌溉制度要随作物种类、品种和自然条件及农业技术措施的不同而变化。灌溉制度的作用:灌溉制度是灌溉工程规划设的基础,；已成灌区编制和执行用水计划、合理用水的重要依据,；关系到灌区内土壤肥力状况和作物产量、品质的提高以及灌区水土资源的充分利用与灌溉工程设施效益的发挥
15、。现代节水灌溉技术作物灌溉制度作物灌溉制度的制定方法的制定方法群众长期生产中积累了丰富的经验，按照这些经验可以确定t、m、M、n在实验站进行多方案试验比较，根据实验结果确定灌溉制度。从大气、水、土、作物等内在关系出发，进行系统分析，编制程序，利用计算机进行模拟比较，确定最有方案。总结群众总结群众经验经验 根据实验根据实验确定确定 按照灌溉按照灌溉模式确定模式确定 水量平衡水量平衡分析确定分析确定根据水量平衡分析制作灌溉制度，是目前主要的确定方法。灌溉制度的确定方法现代节水灌溉技术二、充分灌溉条件下旱作物的灌溉制度充分灌溉条件下的灌溉制度，是指灌溉供水能够充分满足作物各生育阶段的需水量要求而制定
16、的灌溉制度。旱作物的灌溉制度的确定方法：水量平衡原理灌溉制度确定旱作物灌溉制度的确定水稻的灌溉制度确定现代节水灌溉技术1.土壤计划湿润层 H 内的水量平衡可表示为：或或式中:W0，Wt分别为时段始、末单位面积计划湿润层的土体储水量（mm）；0，t分别为时段始、末单位面积计划湿润层的平均含水率（cm3cm-3）；H计划湿润层深度（mm）；WT由于计划湿润层深度增加而在单位面积上增加的水量（mm），如时段内计划湿润层变化则无此项，一般取时段内计划湿润层深度一致，即WT=0；P0时段内单位面积上入渗的有效降水量（mm）；p时段内单位面积上平均降水的入渗强度（mmd-1）；K时段内单位面积上地下水（或
17、下部土层）对计划湿润层土壤的补给量（mm）；k时段内单位面积上地下水（或下部土层）对计划湿润层土壤的平均补给强度（mmd-1）；M时段内单位面积上的灌水量（mm；m3hm-2）；m时段内的平均灌水强度（mmd-1）；ET时段内的作物需水量（mm；m3hm-2）；e时段内作物的平均蒸散强度（mmd-1）。现代节水灌溉技术2.水量平衡法参数的确定有效降水量P0：指天然降雨量扣除地面径流和深层渗漏量后，蓄存在土壤计划湿润层内可供作物利用的雨量。降雨入渗系数，其值与一次降雨量、降雨强度、降雨延续时间、土壤性质、地面覆盖及地形等因素有关。般认为一次降雨量小于5mm时，为0；当一次降雨量在550mm时，约
18、为1.00.8；当次降雨量大于50mm时，=0.700.80。现代节水灌溉技术土壤计划湿润层深度：指对旱作物灌溉时，计划调节土壤水分状况的土层深度。与作物种类、生育阶段和土壤性质、地下水位有关。土壤适宜含水率上、下限的确定土壤含水率的上限指不产生深层渗漏，又满足作物土壤空气含量的要求，一般取田间持水量。土壤含水率的下限应以作物生长不受抑制为准，应大于凋萎系数，取占田间持水量60%-70%。最适宜作物生长的含水率称为土壤适宜含水率，土壤适宜含水率介于 与 之间，随作物品种及其生育阶段、土壤性质等因素而变化。现代节水灌溉技术 地下水补给量（K）：指地下水借土壤毛细管作用上升至作物根系吸水层而被作物
19、利用的水量。大小与地下水埋藏深度、土壤性质、作物种类、作物需水强度、计划湿润层含水量等有关。可用占需水量的百分数来表示。由于计划土壤湿润层深度增加而增加的可利用水量（）由于根系下扎，计划湿润层加大，可利用深层土壤水分,将增加部分有效水量。式中式中:H1时段初土壤计划湿润层深度，时段初土壤计划湿润层深度，m；H2时段末土壤计划湿润层深度，时段末土壤计划湿润层深度，m；g（H2-H1）深度的土层中的平均含水率（以占干土重的）深度的土层中的平均含水率（以占干土重的%计），一般计），一般 g 田持田持；干土、干土、水水土壤的干密度和水的密度，土壤的干密度和水的密度，kgm-3。现代节水灌溉技术h14.旱作物生育期灌溉制度的拟定根据水量平衡原理，可用图解法或列表法制定全生育期的灌溉制度，旱作物的计算一般以旬为时段进行计算。现代节水灌溉技术三、非充分灌溉条件下旱作物的灌溉制度 在缺水地区或时期，由于可供灌溉的水资源不足，不能充分满足作物各生育阶段的需水量要求，从而只能实施非充分灌溉条件下的灌溉制度，或称非充分灌溉。非充分灌溉是允许作物受一定程度的缺水和减产，但仍可使单位水量获得最大的经济效益。非充分灌溉也称不充足灌溉、部分灌溉、限额灌溉或经济灌溉等。现代节水灌溉技术现代节水灌溉技术
