節(jié)水灌溉的理論基礎（36頁清楚明了）

1、主要內(nèi)容1、作物與水分及生態(tài)關系 2、水分脅迫對作物生理活動及產(chǎn)量的影響 3、作物需水量與灌溉制度4、灌溉用水量與灌水率 1 作物與水分及生態(tài)關系 1.1 作物水分生理1.1.1水對作物的生理作用水是原生質(zhì)的重要成分；水直接參與植物體內(nèi)重要的代謝過程；水是一切生化反應的介質(zhì)；保持作物體處于一定形態(tài)；細胞的分裂和延伸生長都需要足夠的水1.1.2作物對水的吸收細胞對水分的吸收；根系對水的吸收。1 作物與水分及生態(tài)關系 1.1.3 作物水分散失 水分從作物體內(nèi)散失到大氣中的方式有兩種，一種是以液態(tài)直接逸出體外，例如吐水；另一方式是以氣態(tài)逸出體外，即蒸騰作用，這是作物失水的主要方式。1 作物與水分及生

2、態(tài)關系 1.2 作物水分生態(tài)1.2.1水對作物的生態(tài)作用 水分對作物生長有一個最高、最適和最低的基點。低于最低點，作物生長停止，甚至枯死。高于最高，根系缺氧、窒息、爛根，植株生長困難甚至死亡。只有處于最適范圍內(nèi)，才能維持作物的水分平衡，保證作物生長發(fā)育良好。1.2.2水對作物生境的影響 水分可以調(diào)節(jié)土壤空氣； 水分能夠調(diào)節(jié)土壤溫度； 水分可以調(diào)節(jié)土壤肥力； 水分能夠改善農(nóng)田小氣候； 提高耕作質(zhì)量和效率。2.1 水分脅迫的有關概念 2.2 水分脅迫對作物生理過程的影響2.3 水分脅迫對產(chǎn)量的影響2 水分脅迫對作物生理活動及產(chǎn)量的影響2.1 水分脅迫的有關概念 1）土壤水分虧缺； 2）土壤水分脅迫

3、； 3）作物水分虧缺； 4）作物水分脅迫。2 水分脅迫對作物生理活動及產(chǎn)量的影響2.2 水分脅迫對作物生理過程的影響 大量研究證明，水分脅迫對作物生理過程的影響是多方面的，即使是輕微的脅迫也會產(chǎn)生不同的反應，但水分脅迫的主要影響是生理脫水，形成細胞和組織的低水勢，通過低水勢影響作物的各種生理過程。水分脅迫對作物產(chǎn)生的影響以及植物對此所產(chǎn)生的反應與適應是植物生理生態(tài)學研究的重要課題之一。 1) 對根系生長的影響；2) 葉面積指數(shù)； 3) 光合強度； 4) 葉氣孔行為; 5) 呼吸作用; 6) 作物組織含水率及水勢。2 水分脅迫對作物生理活動及產(chǎn)量的影響 2.3 水分脅迫對產(chǎn)量的影響 水分脅迫對作

4、物生態(tài)性狀、生理活動產(chǎn)生的各種影響，最終影響到產(chǎn)量。 水分脅迫并非完全是負效應，作物在長期的進化歷程中，產(chǎn)生了對水分暫時虧缺的適應性，即干旱缺水對作物的影響有一個從“適應”到“傷害”的過程，在某些特定發(fā)育階段經(jīng)受適度的水分脅迫，往往在復水后可以產(chǎn)生生理、生長和產(chǎn)量形成上的補償效應，不僅不降低作物的產(chǎn)量，反而能增加作物產(chǎn)量、提高水分利用效率。2 水分脅迫對作物生理活動及產(chǎn)量的影響 2.3 水分脅迫對產(chǎn)量的影響 研究還證明，不同作物和品種對水分虧缺的反應存在明顯差異，在灌水量僅為充足供水一半的干濕交替條件下，小麥與馬鈴薯的產(chǎn)量與充分供水的處理無明顯差異，但玉米減產(chǎn)嚴重，僅為充足供水處理的1/3。這

5、表明，進一步深入研究水分脅迫(水分虧缺)對作物生長發(fā)育和生理機制的影響，有助于加深對作物節(jié)水灌溉原理和技術的認識。2 水分脅迫對作物生理活動及產(chǎn)量的影響3.1 作物需水量及影響因素 3.2 作物需水量計算方法3.3 農(nóng)作物的灌溉制度 3 作物需水量與灌溉制度1、幾個概念作物需水量（作物蒸發(fā)蒸騰量或騰發(fā)量）作物耗水量田間滲漏量農(nóng)田耗水量3.1 作物需水量及影響因素2、作物需水量的定義水分消耗植株蒸騰棵間蒸發(fā) 深層滲漏 或田間滲漏地表徑流 組成植株體的一部分生理需水生態(tài)需水作物需水量作物需水量從理論上說是指生長在大面積上的無病蟲害作物，土壤水分和肥力適宜時，在給定的生長環(huán)境中能取得高產(chǎn)潛力的條件下

6、為滿足植株蒸騰和棵間蒸發(fā)，組成植株體所需的水量。3.1 作物需水量及影響因素3、作物耗水量的定義 作物耗水量簡稱耗水量，則是實際條件下作物獲得一定產(chǎn)量時實際所消耗的水量。 作物需水量是一個理論值，而作物耗水量是一個實際值，又稱實際蒸發(fā)蒸騰量。需水量與耗水量的單位一樣，常用m3/hm2或mm水層表示。作物生產(chǎn)單位產(chǎn)量（如1kg小麥）的需水量稱為作物需水系數(shù)（mm/kg）；反之，作物每消耗單位水量(mm或m3)所能生產(chǎn)的產(chǎn)量（kg/mm或kg/m3），稱為作物水分生產(chǎn)率，又可稱為作物水分利用效率，常表示為WUE）。3.1 作物需水量及影響因素 4、田間耗水量的定義 田間耗水量則是在實際條件下田間所

7、消耗的水量，它等于作物耗水量和滲層滲漏量、泡田用水量（旱田沒有）、沖洗壓鹽用水量之和減去地下水補給量和作物生長期內(nèi)的土壤水分變化量。3.1 作物需水量及影響因素 5、作物需水量的作用 作物需水量是農(nóng)業(yè)方面最主要的水分消耗部分，是制定流域規(guī)劃、地區(qū)水利規(guī)劃、以及灌排工程規(guī)劃、設計、管理和農(nóng)田灌排實施的基本依據(jù)。農(nóng)田蒸發(fā)蒸騰在水量平衡和熱量平衡中占有重要地位，是SPAC水分運移的關鍵環(huán)節(jié)，與作物生理活動和產(chǎn)量關系極為密切。農(nóng)田灌溉管理、作物產(chǎn)量估算和土壤水分動態(tài)預報等各項研究和水資源評價及合理開發(fā)利用等均需蒸發(fā)蒸騰資料。3.1 作物需水量及影響因素 6、作物需水量的影響因素 作物需水量取決于作物生

8、長發(fā)育和對水分需求的內(nèi)部因子與外部因子。 所謂內(nèi)部因子，就是指對需水規(guī)律有影響的那些生物學特性，這些特性與作物因素（作物種類和品種有關，同時也與作物的發(fā)育期和生長狀況有關）。 氣象因素（包括太陽輻射、氣溫、日照、風速和濕度等）和土壤因素 (包括土壤含水量、土壤質(zhì)地、結構和地下水位等)屬于外部因子。 各種不同的農(nóng)業(yè)技術措施和灌溉排水措施只對作物需水產(chǎn)生間接影響，或者通過改變土壤含水量，或者改變農(nóng)田小氣候條件，或者最后改變作物的生長狀況。3.1 作物需水量及影響因素 概括起來主要有兩類。 一是直接計算需水量 根據(jù)田間試驗直接測定作物需水量（作物需水量的田間測定方法主要包括器測法、田測法、坑測法等）

9、與其影響因素之間經(jīng)驗關系，直接計算出作物需水量的方法，屬經(jīng)驗公式類。ET=E0（ ET=E0+b） 直接法是先從影響作物需水量的諸因素中，選擇一個或幾個主要參數(shù)，找出它們與作物需水量之間的關系，并以經(jīng)驗公式表示。當已知影響因素的參數(shù)值時，便可算出其需水量。在我國采用較多的有蒸發(fā)皿法、產(chǎn)量法和多因素法。 3.2 作物需水量的計算方法 二是先計算參照作物蒸發(fā)蒸騰量ET0，再根據(jù)不同作物的實際情況及土壤實際含水率狀況，確定作物系數(shù)Kc和土壤水分修正系數(shù)K（充分供水條件下K=1）來計算實際作物需水量的半經(jīng)驗方法。由于直接法中經(jīng)驗公式有較強的區(qū)域局限性，其使用范圍受到很大限制。目前，國際上較通用的作物需

10、水量計算方法是通過參考作物蒸發(fā)蒸騰量來計算作物需水量。3.2 作物需水量的計算方法1、灌溉制度的定義 灌溉制度是指特定作物在一定的氣候、土壤、供水等自然條件和一定的農(nóng)業(yè)技術措施下，為了獲得高產(chǎn)或高效、實現(xiàn)節(jié)約用水，所制定的適時適量的農(nóng)田灌水方案，包括作物播種前（或水稻栽秧前）及全生育期內(nèi)的灌水次數(shù)，每次灌水的灌水日期、灌水定額以及灌溉定額。灌水定額是指一次灌水單位面積上的灌水量。作物全生育期各次灌水定額之和，叫灌溉定額。灌水定額及灌溉定額常以m3hm2或mm表示。農(nóng)作物在整個生育期中實施灌溉的次數(shù)即為灌水次數(shù)。灌水時間以作物生育期或年、月、日表示。3.3 農(nóng)作物的灌溉制度 2、灌溉制度的標準

11、灌溉制度隨作物種類、品種和自然條件及農(nóng)業(yè)技術措施的不同而變化。由于擬建灌區(qū)規(guī)劃設計或已建灌區(qū)管理工作的需要，灌溉制度一般都需在灌水季節(jié)之前加以確定，帶有部分估算（預報）性質(zhì)。因此，必須以作物需水規(guī)律和氣象條件（特別是降水）等作為主要依據(jù)，從當?shù)鼐唧w條件出發(fā)，針對不同水文年份，擬定濕潤年（頻率為25%）、一般年（頻率為50%）和中等干旱年（頻率為75%）及特旱年（頻率為95%）四種類型的灌溉制度。也就是說同一種作物在不同水文年有不同的灌溉制度。一般在灌溉工程規(guī)劃、設計中多采用中等干旱年的灌溉制度作為標準。3.3 農(nóng)作物的灌溉制度 3、灌溉制度制定的條件和方法 包括充分供水條件下和非充分灌溉條件下

12、兩種情況，下面主要介紹的是充分灌溉條件下灌溉制度的制定。 在灌區(qū)規(guī)劃、設計或管理中，常采用以下幾種方法來確定灌溉制度。 （1）根據(jù)群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗確定作物灌溉制度； （2）根據(jù)灌溉試驗資料制定灌溉制度； （3）根據(jù)作物的生理、生態(tài)指標制定灌溉制度； （4）按水量平衡原理分析制定灌溉制度。3.3 農(nóng)作物的灌溉制度4、水量平衡法確定旱作物的灌溉制度 農(nóng)田水量平衡方程 Wt-W0=WT+P0+K+M-ET 式中：Wt、W0分別為時段末與時段初的土壤計劃濕潤層內(nèi)的儲水量（mm或m3/hm2）；W為由于計劃濕潤層增加而增加的水量（mm或m3/hm2）；P為土壤計劃濕潤層內(nèi)保存的有效降雨量（mm或m3/h

13、m2）；K為時段t內(nèi)的地下水補給量（mm或m3/hm2），即K=kt，k為t時段內(nèi)平均每晝夜地下水補給量（mm/d或m3/hm2/d）；M為時段t內(nèi)的灌溉水量（mm或m3/hm2）；ET為時段t內(nèi)的作物需水量（mm或m3/hm2），即ET=et，e為t時段作物需水強度（mm/d或m3/hm2/d）。3.3 農(nóng)作物的灌溉制度 4.1 灌溉用水量 4.2 灌水率4 灌溉用水量與灌水率 1、概念： 灌溉用水量是指某一灌溉面積上需要從水源提供的水量，其大小及其在多年和年內(nèi)的變化情況，與各種作物的灌溉制度、灌溉面積、作物種植結構、土壤、水文地質(zhì)、氣象條件以及渠系輸水和田間灌水的水量損失等因素有關。因此，

14、確定灌溉用水量，須先取得以上這些基本資料。若為已建工程的管理運用而確定灌溉用水量，如制定水庫調(diào)度計劃，渠系配水計劃等，則需要以該運用年份內(nèi)各種作物灌溉的基本資料，如灌溉制度、灌溉面積和水量損失等情況為依據(jù)。若為新建工程的規(guī)劃設計而確定灌溉用水量，則需要多年系列或設計年份內(nèi)的上述資料。4.1 灌溉用水量 2、灌溉用水量的確定 灌溉用水量及其在年內(nèi)的分配影響灌溉工程規(guī)模的大小。水庫興利庫容、灌溉渠道橫斷面大小、渠道建筑物的尺寸；灌區(qū)作物的灌溉制度、作物種植結構和灌溉水利用系數(shù)。 灌溉制度的設計可根據(jù)灌溉試驗或采用水量平衡法等方法制定。在缺少足夠試驗資料的情況下，水量平衡法是灌溉制度設計的主要方法。

15、對于特定灌區(qū)，在土壤和管理制度變化不大的情況下，灌溉制度主要取決于氣象因素。由于氣象因素的變化，每年的灌溉制度是不同的。4.1 灌溉用水量 2、灌溉用水量的確定 因此，在規(guī)劃設計中，需要首先確定灌溉設計標準，然后根據(jù)灌溉標準選定典型水文年，即“設計典型年”。以該年的氣象資料、作物資料作為灌溉用水量及其用水過程規(guī)劃設計的依據(jù)。設計典型年一般采用水文頻率統(tǒng)計法確定。 按照灌溉與排水工程設計規(guī)范(GB50288-99)，灌溉制度確定應當遵循一些原則 。4.1 灌溉用水量 灌溉設計標準是指預期灌溉用水量在多年灌溉中能夠得到充分滿足的年數(shù)出現(xiàn)的機率。又稱灌溉設計保證率。它是灌溉工程設計標準的一項重要指標

16、，以百分率表示。 由于各年降雨量、蒸發(fā)量、氣溫、濕度等氣象和水文條件的不同，水源供水量和灌溉用水量都有差異。在設計灌溉工程時,如按最干旱年份情況計算供需水量,則可供取用的來水量少，相應確定的設計灌溉面積小，在這種情況下雖然工程運行期間農(nóng)田受旱缺水的機遇較少，但在不太干旱的年份，可以利用的水源得不到充分利用，這樣的設計是不經(jīng)濟的。相反，如按水源較豐富年份進行設計，確定的灌溉面積大；但農(nóng)田受旱缺水的機遇較多；這樣的設計也不合理。為了要挑選一個適當年份作為設計灌溉工程供需水量的依據(jù)，采用數(shù)理統(tǒng)計方法，根據(jù)以往若干年份的氣象、水文等觀測資料，通過統(tǒng)計分析，選出有一定機率的水文年份，作為灌溉設計標準。1

17、984年,中國規(guī)定在大、中型灌區(qū)設計中,統(tǒng)一采用灌溉設計保證率作為灌溉設計標準，并規(guī)定灌溉設計保證率系指設計灌溉用水量的保證程度，用設計灌溉用水量全部獲得滿足的年數(shù)占計算總年數(shù)的百分率表示 。（50%，75%）4.1 灌溉用水量灌溉設計標準灌水次數(shù) 灌水日期灌水定額 灌溉定額灌溉制度 灌溉用水量4.1 灌溉用水量式中：為第 式中：i為第種作物的灌溉面積（hm2）；mi為第i種作物某次灌水的灌水定額（m3/hm2）；M凈為全灌區(qū)任何一個時段內(nèi)的凈灌溉用水量（m3）； 水為灌溉水利用系數(shù)，作為衡量灌溉水利用效率或反映灌溉水損失情況的指標。 為第 1、概念：灌水率是指灌區(qū)單位面積上所需要的灌溉凈流量

18、，是確定灌區(qū)渠首的引（抽水）水流量和渠道設計流量的重要參數(shù)，計算公式如下： 2、公式： 式中：qi,k為第i種作物第k次灌水的灌水率（m3/s100hm2）；i為第i種作物的種植比例，其值為該作物的灌溉面積與灌區(qū)灌溉面積之比；mi,k為第i種作物第k次灌水的灌水定額（m3/hm2）；Ti,k為第i種作物第k次灌水的灌水延續(xù)時間（d）。4.2 灌水率 4.2 灌水率作物播前生育期水稻515（泡田）35冬小麥1020710棉花1020510玉米715510表1 萬畝以上灌區(qū)作物灌水延續(xù)時間(d) 3、灌水延續(xù)時間：可以看出，某種作物的灌水率與灌水定額、面積種植比例和灌水延續(xù)時間有關。當作物種植比例

19、和灌水定額一定時，灌水延續(xù)時間是影響灌水率的主要影響因素。作物灌水延續(xù)時間應根據(jù)當?shù)刈魑锲贩N、灌水條件、灌區(qū)規(guī)模與水源條件以及前茬作物收割期等因素確定。灌水延續(xù)時間愈來短，作物對水分要求將愈容易及時滿足，但渠道的設計流量加大，渠系工程量增加。 4.2 灌水率 4、灌水率圖 設計灌水率是渠首取水流量和渠道設計的依據(jù)。對于灌區(qū)規(guī)劃設計而言，為了確定設計灌水率，一般先針對某一設計代表年計算出灌區(qū)各種作物每次灌水的灌水率，并將所得灌水率繪成直方圖，稱為灌水率圖。 由于各時期作物需水量懸殊，灌水率差異較大，造成渠道輸水流量和水位變化較大，影響渠道安全運行。而且渠道輸水斷斷續(xù)續(xù)，不利于管理。為此必須對初步

20、算得的灌水率圖進行必要的修正，盡可能消除灌水率高峰和短暫停水現(xiàn)象。灌水率圖修正遵循以下原則： 4.2 灌水率灌水率圖修正原則： （1）修正后的灌水率圖應與水源供水條件相適應； （2）盡量保證作物需水臨界期的灌水不變。若需要提前或推遲灌水日期，前后不得超過3d，且以前提為主。若同一種作物連續(xù)兩次灌水均需變動灌水日期不應一次提前一次推后。 （3）修正后的灌水率應當比較均勻，使得渠道水位和流量不發(fā)生劇烈變化。一般取累積30d以上的最大灌水率為設計灌水率，短期的峰值不應大于設計灌水率的的120%（超過部分可由渠道超高部分的），最小灌水率不應小于設計灌水率的40%； （4）宜避免經(jīng)常停水特別應避免小于5d的短期停