作物需水量計算方法研究

1、作物需水量計算方法研究安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),JoumalofAnhuiA.Sci.20H09,37(2):442443.445責(zé)任編輯李瑋責(zé)任校對吳曉燕作物需水量計算方法研究溫隨群,楊秋紅,潘樂,張鈺婧(華北水利水電學(xué)院,河南鄭州4500l1)摘要介紹了作物需水量的影響因素,并針對這些影響因素將作物需水量的計算方法分為3類,每類選取有代表性的幾種方法進(jìn)行探討,指出它們的優(yōu)缺點和適用條件,對今后的作物需水量研究有重要的參考價值.關(guān)鍵詞作物需水量;參考作物;枯燥力:蒸發(fā)騰發(fā)量中圖分類號S119文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號05176611(2()o9)o2一【x)44202ResearchOntlleCalcIll

2、at.0nMetho'ls0fCropWaterReqllirementWENSui?qIIIIetal(NorthChinaInstituteofWaterC0nservancyandHydrUelectricP0wer,Zhengzhou.Henan4500l1)AbstractThefactorsthatw0uldaffectthecropwaterrequirementw0u1dbediscu8sed.Basedonthesefactors,themeth0ds0fdetemningthecr(】pwaterrequirementwereattributedtothreespe

3、cies.Thenafewtypicalmeth0dsw0uldbeselectedflr0meach0fthethreespecies南rlurtherinVestationaimingat陀Vealingtheiradvantages,sh0rtcomingsandapplicationc0nditions;whichw0uldpr0videreferencetothefutureresearchab0utcropwaterrequirement.KewOrdsCr0pwaterrequirement;Rerencecmp;Dryingpowe;Evp0transpirati0n作物需水量

4、是指作物在適宜的土壤水分和肥力水平下,經(jīng)過正常生長發(fā)育,獲得高產(chǎn)時的植株蒸騰,棵間蒸發(fā)以及構(gòu)成植株體的水量之和.作物需水量是農(nóng)業(yè)用水的主要組成局部,也是整個國民經(jīng)濟中消耗水分的最主要局部.因此,它是水資源開發(fā)利用時的必需資料,同時也是灌排工程規(guī)劃,設(shè)計和管理的根本依據(jù).目前全世界的用水量不斷增長,水資源缺乏日益突出,因此,對作物需水量的研究和估算,已成為一個重要研究課題.1作物需水量的影響因素根據(jù)大量灌溉試驗資料分析,作物需水量的大小與氣象條件(輻射,溫度,日照,濕度和風(fēng)速等),土壤水分狀況,作物種類及其生長發(fā)育階段,農(nóng)業(yè)技術(shù)措施和灌溉排水措施等有關(guān).1.1氣象因素對作物需水量的影響氣象因素對

5、作物需水量的影響包括太陽輻射,空氣濕度和風(fēng)速等.1.1.1太陽輻射.太陽輻射是作物蒸騰蒸發(fā)所需能量的唯一來源.太陽輻射能越高,作物蒸發(fā)蒸騰速率越快.據(jù)分析,作物需水量與太陽輻射量的大小成一定比例關(guān)系.但是,當(dāng)太陽輻射太強時,會產(chǎn)生氣孔關(guān)閉,葉面蒸騰減小,從而使總的作物蒸騰蒸發(fā)量減小.因此,作物需水量與太陽輻射密切相關(guān).1.1.2空氣濕度.空氣濕度的上下對作物需水量也有較大的影響,空氣濕度越低,葉面和大氣之間的水汽壓差越大,據(jù)道爾頓定律,那么葉面之間的蒸發(fā)加快,這個時候作物的蒸騰蒸發(fā)量也隨之加大.從勢能的觀點看,空氣濕度越高,空氣的水勢越高,那么葉氣問的水勢差越小,其蒸騰蒸發(fā)減小.作物需水量與空

6、氣的飽和差成正比.1.1.3風(fēng)速.風(fēng)速對作物需水量的影響是通過加快水汽擴散,減小水汽擴散阻力來實現(xiàn)的.根據(jù)水汽擴散理論可知水汽擴散阻力與風(fēng)速成反比,風(fēng)速越大,水汽擴散阻力越小,從而促進(jìn)蒸騰.在一定范圍內(nèi),蒸發(fā)蒸騰的增減與風(fēng)速的1/21次方成正比.但在一定限度以上的風(fēng)速時,氣孑L開度減作者簡介溫隨群(1957一),男,河南長垣人,教授,從事農(nóng)業(yè)水土工程的教學(xué)與研究.收稿日期20o81031小,蒸騰量也減小,甚至強風(fēng)會使氣孔關(guān)閉而停止蒸騰.1.2土壤水分狀況對作物需水量的影響土壤含水量是影響旱作物需水量的主要因素之一,當(dāng)土壤含水量降低時,發(fā)生土壤水分虧缺,土壤中毛管傳導(dǎo)度減小,植物根系的吸水速率降

7、低,引起葉片含水量減小,保衛(wèi)細(xì)胞失水收縮,氣孔開度減小,氣孔的水分?jǐn)U散阻力增加,導(dǎo)致作物葉面蒸騰強度低于無水分虧缺時的蒸騰強度.在降水或灌溉后,土壤水分不斷蒸發(fā),表層土壤不斷枯燥,造成棵間土壤蒸發(fā)減小.因此,作物需水量也會隨土壤含水量的增加而變化.1.3作物的生物學(xué)特性對作物需水量的影響作物種類不同其需水量有較大差異,耐旱性強的作物外表積不興旺,葉面積小,表皮角質(zhì)層興旺,葉組織較緊密,氣孔小而常下陷,細(xì)胞小,保水能力強,蒸騰失水較小,因而總的蒸騰蒸發(fā)量也小.同一種作物不同的品種其需水量也有較大差異,同一品種的作物在不同的生育階段其需水量也不同,作物生長前期需水量小,中期需水量大,到生長盛期其需

8、水量到達(dá)最大,后期需水量又開始減少,這是由作物的生物學(xué)特性所決定的.1.4農(nóng)業(yè)技術(shù)措施對作物需水量的影響農(nóng)業(yè)技術(shù)措施間接影響作物需水量的變化.播種密度大,施肥多,會影響作物葉面積的大小和株高的變化,從而間接影響需水量的大小.因為冠層蔭蔽狀況不同,會引起能量平衡方程中各項參數(shù)的變化,從而影響需水量的大小.1.5灌溉排水措施對作物需水量的影響灌溉排水措施也對作物需水量產(chǎn)生間接影響.通過改變土壤含水量或改變農(nóng)田小氣候甚至作物生長狀況來引起作物需水量的變化.一般情況下,地面灌溉方法下的作物蒸發(fā)蒸騰量要大于噴,滴灌條件下的蒸發(fā)蒸騰量.2作物需水量計算方法作物需水量的計算方法有3大類,第一類是先計算全生育

9、期總需水量,然后用階段需水模系數(shù)分配各階段需水量的方法,即所謂的"慣用法"第二類是直接計算各生育階段作物需水量的方法;第三類是先用氣象因素計算各階段參考作物蒸發(fā)蒸騰量,然后乘以作物系數(shù)求各階段作物需水量的方法.2.1慣用法2.1.1以產(chǎn)量為參數(shù)的經(jīng)驗公式.作物產(chǎn)量是太陽能的積37卷2期溫隨群等作物需水量計算方法研究累與水,土,肥和熱氣諸因素的協(xié)調(diào)及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的綜合結(jié)果,但在一定的氣象和農(nóng)業(yè)技術(shù)條件下,作物產(chǎn)量與需水量有較好的關(guān)系.因而把作物在一定自然條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施下所獲得的產(chǎn)量與其相適應(yīng)的需水量聯(lián)系起來,以需水系數(shù)表示它們之間的關(guān)系:E71=l0一K+c式中,E71為

10、作物全生育期總需水量;為需水系數(shù);l,為作物產(chǎn)量;n是經(jīng)驗指數(shù),一般取0.30.5;c是經(jīng)驗常數(shù).此法簡便,只要確定了產(chǎn)量,便可算出此產(chǎn)量條件下的需水量,同時,將需水量和產(chǎn)量相聯(lián)系,有助于進(jìn)行灌溉經(jīng)濟分析計算,實用價值大.此法用于旱作物需水量計算,有一定的可靠性,尤其對中,低產(chǎn)范圍;但對于水稻田,需水量主要受氣象條件控制,產(chǎn)量與需水量關(guān)系不明顯,估算需水量誤差較大.2.1.2積溫法.積溫法的公式采用的形式為:E=8+5式中,為作物全生育期內(nèi)的日平均氣溫積累值;口為經(jīng)驗系數(shù);s是經(jīng)驗常數(shù).積溫法在我國南方某些地區(qū)被應(yīng)用于計算水稻需水量,應(yīng)用簡便,氣溫資料易于取得,但在干旱半干旱地區(qū),往往不是積溫

11、而是干熱風(fēng)對蒸發(fā)騰發(fā)起決定作用,此時不宜采用積溫法,否那么將引起較大偏差.2.1.3日照時數(shù)法.日照時數(shù)法的公式采用的形式為:ET=+c式中,為全生育期積累日照時數(shù);.廠為經(jīng)驗系數(shù);c是經(jīng)驗常數(shù).此法最適用于夏季生長的作物,如水稻,玉米等.因為410月,太陽輻射比擬穩(wěn)定,日照時數(shù)根本上反映了太陽輻射強度的大小,所以在氣溫較穩(wěn)定的地區(qū),此法計算的全生育期作物需水量誤差較小.2.2直接計算作物需水量法2.2.1水面蒸發(fā)量法.大量的灌溉試驗資料說明,水面蒸發(fā)量與作物需水量之間存在一定程度的相關(guān)關(guān)系.因此,可以用水面蒸發(fā)量這一參數(shù)來衡量作物需水量的大小.這種方法的計算公式為:E了1=0或Er=.E0+

12、6式中:為與E同時段的水面蒸發(fā)量;n,6為經(jīng)驗常數(shù);是需水系數(shù),也稱蒸發(fā)系數(shù),為需水量與水面蒸發(fā)量之比j.由于該法只要水面蒸發(fā)資料,易于獲得且比擬穩(wěn)定,所以該法在我國水稻地區(qū)廣泛采用.多年來的實踐證明,用該法時除了必須注意使水面蒸發(fā)皿的規(guī)格,安設(shè)方式及觀測場地標(biāo)準(zhǔn)化外,還必須注意非氣象條件(如土壤,水文地質(zhì),農(nóng)業(yè)技術(shù)措施和水利措施等)對值的影響,否那么將會給資料整理工作帶來困難,并使計算成果產(chǎn)生較大誤差.2.2.2以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法.作物產(chǎn)量是太陽能的累積與水,土,熱,肥和氣各因素的協(xié)調(diào)及農(nóng)業(yè)措施的綜合結(jié)果.因此,在一定的氣象條件下和一定范圍內(nèi),作物田間需水量將隨產(chǎn)量的提高而增加,但是作

13、物需水量的增加并不與產(chǎn)量成比例.單位產(chǎn)量的需水量隨產(chǎn)量的增加而逐漸減小,說明當(dāng)作物產(chǎn)量到一定水平后,要進(jìn)一步提高產(chǎn)量就不能僅靠增加水量,而必須同時考慮其他的能改善作物生長所需的條件.作物總需水量的表達(dá)式為:ET:KY或ET:KY+c式中,y為作物單位面積產(chǎn)量;為以產(chǎn)量為指標(biāo)的需水系數(shù);n和c為經(jīng)驗指數(shù)和常數(shù):.上述公式中的,n及c值可以通過試驗確定.該方法比擬簡便,只要確定方案產(chǎn)量后就可以算出需水量;同時,此法使需水量與產(chǎn)量相聯(lián)系,便于進(jìn)行灌溉經(jīng)濟分析.對于旱作物,在土壤水分缺乏而影響高產(chǎn)的情況下,需水量主要受氣象條件控制,產(chǎn)量與需水量關(guān)系不明確,用此法推算的誤差較大.2.2.3水量平衡法.用

14、水量平衡法直接估算作物需水量是以農(nóng)田水量平衡方程為根底的.由此可得時段內(nèi)的作物需水量計算公式:E:P+,+5一式中,P為時段內(nèi)的有效降雨量;,為灌水量;S為地下水利用量;為時段始末土壤儲水量之差.水量平衡法是一種實測收集資料的方法.主要用于試驗小區(qū)內(nèi)的作物需水量估算,對于在大面積上應(yīng)用那么有許多降低其準(zhǔn)確性和限制其適用范圍的缺點.2.3通過參考作物需水量計算實際作物需水量2.3.1彭曼公式.彭曼公式是國內(nèi)外應(yīng)用最普遍的綜合法公式,它引人枯燥力的概念,經(jīng)過簡潔的推導(dǎo),得到一個用普通氣象資料就可計算作物需水量的公式.幾經(jīng)修正,目前國內(nèi)外最通用的形式為:魯塵尺+EE=j,一告"0式中,為海

15、平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓;p為計算地點的實際氣壓;為飽和水汽壓一溫度曲線上的斜率;y為溫度計常數(shù);為凈輻射;為枯燥力.彭曼公式是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)計算方法,無需進(jìn)行地區(qū)率定和使用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速函數(shù),同時也不用改變?nèi)魏螀?shù)即可適用于世界各地區(qū),估值精度較高且具備良好的可比性,是最適宜的作物需水量計算方法.2.3.2布蘭妮一克雷德爾公式.國內(nèi)外常用的布蘭妮一克雷德爾公式,認(rèn)為在土壤水分供給充足的條件下,參考作物蒸發(fā)騰發(fā)量隨著月平均氣溫和每月白晝小時數(shù)占全年白晝小時數(shù)的百分?jǐn)?shù)而變化,其計算公式如下:cp(0.4671+8)式中,為月平均氣溫為月內(nèi)平均晝長小時占全年晝長小時的百分比;c是根據(jù)最低相對濕度,日照小時數(shù),白天風(fēng)速

16、確定的修正系數(shù).2.3.3TI1omthwait公式.其公式為:Er:1.6()式中,為該月平均氣溫;為平均晝長改正系數(shù);,是熱效應(yīng)指標(biāo).此法只需知道氣溫,即可求出參考作物蒸發(fā)騰發(fā)(下轉(zhuǎn)第445頁)37卷2期馮社苗糧食物流量的包絡(luò)灰預(yù)測研究=(1),(2),(3),(4):(1),"(3),f(5),f(7)=(107,185,275,3901L=(L(1),L(2L),(3),(4):(1),扎(3),(5),(7)=(25,90,l47,26o)在中,(1(,)和(4)為序列的實際數(shù)據(jù),其余數(shù)據(jù)根據(jù)上包絡(luò)曲線估算.在,中,(3)為序列的實際數(shù)據(jù),其余數(shù)據(jù)根據(jù)下包絡(luò)曲線估算.應(yīng)用劉

17、斌等基于VB6.O開發(fā)的灰色main軟件,將以上數(shù)據(jù)輸入,得到上包絡(luò)序列的白化響應(yīng)式:+1)=423.59756lexp(Q363l25)一3鉚56l憑;?'(+1)=;1(.1c+1)一【1'()其平均相對誤差s(n)=1.66%,精度p.=98.34%,符合要求.得到下包絡(luò)序列的白化響應(yīng)式:'(+1)=l20.20294lexp(o.530921)一95.2o2941(十1)=¨(+1)一¨()其平均相對誤差(n曙)=5.13%,精度p.=94.87%,符合要求.由以上白化響應(yīng)式可以得到2o06,2007年的預(yù)測范圍:(5):551.26,(5)

18、:414.05(6):792.61,'(6):7o4.08所以,該省2006年的出省糧食物流量預(yù)測值范圍是4l4.o5,551.26,2007年的出省糧食物流量預(yù)測值范圍是7o4.08,792.61.20o6年的預(yù)報值可以選用(4l4.05+551.26)÷2=482.66,2007年的預(yù)報值可以選用(704.08+792.61)÷2:748.35.可見,該省的糧食物流量仍將保持較快速度增長,適當(dāng)擴建糧食物流根底設(shè)施勢在必行.(上接第443頁)量,資料簡單易得,主要適用于干旱和半干旱地區(qū)的夏季.3結(jié)語作物需水量確實定是一個非生物工程和生物因素相互作用的復(fù)雜_丁程,涉

19、及時空范圍廣,且在不同時空尺度范圍內(nèi),作物需水量尺度特征各不相同.作物需水量的計算是灌區(qū)實時灌溉預(yù)報的主要內(nèi)容,是編制灌區(qū)動態(tài)用水方案的基礎(chǔ),所以更應(yīng)做好作物需水量研究.參考文獻(xiàn)1陳玉民,郭國雙,王廣興,等.中國主要作物需水量與灌溉M.北京:水利電力出版社,l995.2蔡甲冰,劉鈺,許迪.作物瞪發(fā)量實時預(yù)報與田間試驗驗證J.水利學(xué)報.20O8,39(6):674679.3結(jié)論研究結(jié)果顯示,該省糧食物流量將呈現(xiàn)穩(wěn)步高速增長的趨勢,這與該省糧食市場的開展情況以及該省在全國糧食物流中的地位是相吻合的.首先,2001年該省糧食購銷市場化改革進(jìn)一步深入,銜接省內(nèi)外的糧食購銷渠道更加暢通,銷往省外的糧食也

20、會更多.其次,從更大的范嗣來看,我國稻米的流向主要有3條"長線"和一個"發(fā)散地區(qū)",3條"長線"之一是從東北向南方公路和鐵路運輸線,直到廣東和廣西,一個"發(fā)散地區(qū)"是指以江蘇,安徽,湖北,江西,湖南為主的稻米產(chǎn)區(qū),該省恰好位于該條長線和這個發(fā)散地區(qū)的中心位置,因此該省是北方稻米向南部和東部轉(zhuǎn)運的中轉(zhuǎn)地.再次,根據(jù)有關(guān)資料預(yù)測,到2021年,該省稻米產(chǎn)銷平衡結(jié)果為剩余,而缺口較大的有廣東,福建,云南,浙江,上海等地區(qū),其中以廣東省的缺口最大,為600萬t,而該省毗鄰這些缺糧地區(qū)且位于中心位置,因此未來幾年,該省余糧將向這些地區(qū)流動.根據(jù)以上信息判斷,該省糧食物流量在未來幾年高速增長符合開展趨勢.綜上所述,灰色包絡(luò)預(yù)測法對樣本的適應(yīng)性強,預(yù)測精度較高,簡單易行,在資料匱乏且系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有明顯規(guī)律可循的情況下,能夠在一定程度上有效解決糧食物流量的預(yù)測問題.參考文獻(xiàn)1劉思峰,郭天榜,黨耀國,等.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用M.北京:科學(xué)出版社,I999:l3