第一节作物需水量_农田水利学-QQ阅读男生轻小说网

书名：农田水利学
作者名：王春堂主编
本章字数：15327字
更新时间：2021-10-22 18:44:01

第一节作物需水量

凡是由人工栽培的植物，通称为作物。包括农作物（粮、棉、油类等作物）、蔬菜、果树以及药用作物等。

水既是作物生活的基本条件之一，又是土壤肥力的一个重要因素，是作物生长活动不可缺少的重要物质。作物从种子发芽到新种子成熟的一生中，其生长发育状态与水有着十分密切的关系。大多数休眠种子必须吸收足够的水分才能恢复生命活动。种子萌发需要更多的水分使种皮软化，氧气透入，呼吸加强。同时水分能使种子内凝胶状态的原生质向溶胶状态转变，使生理活性增强，促进种子萌发。土壤含水量的多少，直接影响根系的发育。当土壤含水量降低到田间持水量以下时，旱作物根系生长速度显著增快，根冠比率相应增大。在土壤较干的地方，根系往往较发达，主要的长度可比地上部分的高度大几倍甚至十几倍，并且根系扩展的范围广，以吸收更大范围的土壤水分。当土壤水分缺乏时，茎叶生长缓慢，水分过多时往往使作物茎秆细长柔弱，后期容易倒伏。所以，水分对作物生长有一个最高、最适和最低的基点。低于最低点，作物生长停止，甚至枯死。高于最高点，根系缺氧、窒息、烂根，植株生长困难甚至死亡。只有处于最适范围内，才能维持作物的水分平衡，保证作物生长发育良好。

要使作物生长发育良好而获得高产，就要根据作物的需水规律和有关因素采用合理的措施，为作物创造良好的环境条件，充分发挥水对作物的作用，避免水分不足或过多的影响。

一、作物田间水分消耗

农田水分消耗主要有3个途径：植株蒸腾、株间蒸发和深层渗漏（或田间渗漏）。此外，还有杂草对水分的消耗。

作物需水包括作物生理需水和生态需水两部分，生理需水是指作物生长发育过程中，进行生理活动所需的水分，即植株蒸腾，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。试验证明，植株蒸腾要消耗大量水分，作物根系吸入体内的水分有99%以上是消耗于蒸腾，只有不足1%的水量是留在植物体内，成为植物体的组成部分；生态需水是指用以调节和改善作物生长环境条件所需的水分，是指植株间土壤或田面的水分蒸发的水分，即株间蒸发（棵间蒸发）。株间蒸发和植株蒸腾都受气象因素的影响，但蒸腾因植株的繁茂而增加，株间蒸发因植株造成的地面覆盖率加大而减小，所以蒸腾与株间蒸发二者互为消长。一般作物生育初期植株小，地面裸露大，以株间蒸发为主；随着植株增大，叶面覆盖率增大，植株蒸腾逐渐大于株间蒸发，到作物生育后期，作物生理活动减弱，蒸腾耗水又逐渐减小，株间蒸发又相对增加。

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量，向根系活动层以下的土层产生渗漏的现象。深层渗漏一般是无益的，会造成水分和养分的流失，旱作物在正常灌溉情况下是不允许发生深层渗漏的。田间渗漏是指水稻田的渗漏，由于水稻田经常保持一定的水层，所以水稻田经常产生渗漏，且数量较大。长期淹灌的稻田，由于土壤中氧气不足，容易产生硫化氢、氧化亚铁等有毒物质，影响作物的生长发育，造成减产。因此近年来，认为稻田应有适当的渗漏量，可以促进土壤通气，改善还原条件，消除有毒物质，有利于作物生长。但是渗漏量过大，会造成水量和肥料的流失，与开展节水灌溉有一定的矛盾。

作物需水量从理论上说系指作物在适宜的外界环境条件（土壤水分和肥力适宜）下正常生长发育达到或接近达到该作物品种的最高产量水平所消耗的水量。但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。植株蒸腾和株间蒸发合称为腾发，植株蒸腾量和棵间蒸发量之和称为腾发量，即所谓的蒸发蒸腾量，通常又把腾发量称为作物需水量。作物需水量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。

二、作物需水规律

作物需水规律系指在作物一生中，日需水量的变化情况。研究和掌握作物需水规律是进行合理灌排、科学调节农田水分状况、适时适量满足作物需水要求、确保高产稳产的重要依据。

（一）作物需水量的影响因素

腾发量的大小及其变化规律，主要决定于气象条件、土壤条件、作物特性、农业技术措施和灌溉排水措施等，这些因素既相互联系又相互影响，且错综复杂；而渗漏量的大小与土壤性质、水文地质条件等因素有关，它和腾发量的性质完全不同。因此，一般都是将腾发量与渗漏量分别进行计算。对水稻田来说，也有将稻田渗漏量计入需水量之内，通常则称之为“田间耗水量”，以使与需水量概念有所区别。为达到高产、优质、省水、节能、降低成本等目的，需要从上述影响需水量大小的因素中研究降低作物需水量的措施，如改善农田小气候、调节土壤肥力、提高农业技术措施及灌排技术措施等，以减少作物需水量。

（1）气象条件。气象条件是作物需水量的主要影响因素。辐射、气温、日照、空气湿度和风速、气压等气象因素对作物需水量都有很大影响。太阳辐射越强，气温越高，日照时间越长，空气湿度越低，风速越大，气压越低，则作物需水量越大；反之，则越小。就地区而言，湿度较大、温度较低地区，其需水量小；而气温高，相对湿度小的地区需水量则大。

（2）土壤条件。影响作物需水量的土壤因素主要有土壤质地、颜色、含水量、有机质含量及养分状况等。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，作物需水量较大，而颜色较浅的黄白色土壤反射较强，相对蒸发较少，作物需水量较少。对于同一种土壤，土壤表层湿度对作物需水也有很大影响。在一定范围内，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。

（3）作物特性。作物种类、作物发育期、生长状况等也会影响作物需水量。在相同自然条件下，不同作物种类的需水量都是不同的。一般来说，凡生长期长、叶面积大、生长速度快以及根系发达的作物需水量大；反之需水量较小。作物按需水量大小可分3类：需水量较大的有麻类和豆类等；需水量中等的有麦类、玉米和棉花等；需水量较小的有高粱、谷子和甘薯等。不同生育阶段需水量不同：在作物苗期，需水量值较小，随着作物的生长和叶面积的增加，需水量值也不断增大，当作物进入生长盛期，需水量增加很快，叶面积最大时，作物需水量出现高峰；到作物成熟期，需水量值又迅速下降。此外，同一作物的不同品种需水量也有差异，耐旱和早熟品种需水量较少。

（4）农业技术措施。农业技术措施不同，作物需水情况不同。例如塑膜覆盖、秸秆覆盖以及灌水后适时耕耙保墒、中耕松土等措施，改变了土壤表面的状态，可减少作物需水量。

（5）灌溉排水措施。灌溉排水措施只是对作物需水量产生间接影响。通过改变土壤含水量，或者通过改变农田小气候以至于作物生长状况来引起作物需水量的变化。一般情况下，地面灌溉方法下的作物蒸发蒸腾量大于喷灌、滴灌条件下的蒸发蒸腾量。

（二）几种主要作物需水规律

1.冬小麦的需水规律

（1）各生育阶段的需水量。冬小麦各生育期由于时间长短、气候条件各异，因而各阶段总需水量与阶段日需水强度不同。需水量最多的阶段是抽穗～成熟期，即灌浆阶段。灌浆期需水量大的原因是由于该阶段生长期长，而且日需水强度高。但日需水强度最大的阶段是在拔节～抽穗期，这是因为此期间气温日益升高，是冬小麦进入营养生长与生殖生长并进，茎、叶、穗迅速成长壮大的时期，生命力旺盛，叶面蒸腾强，需水强度大，是小麦的需水临界期。因此保证这一阶段的水分需求，对冬小麦的增产、增收十分重要。

（2）株间蒸发与叶面蒸腾。冬小麦需水量主要由叶面蒸腾与株间蒸发两部分水量组成。叶面蒸腾是一个生理过程，蒸腾量大小除与大气条件和土壤水分条件有关外，也受植株本身的生理作用制约。植株的生长条件，如叶面积大小等因素也影响着蒸腾的大小。蒸腾量的变化规律是由冬小麦生长初期的较少而逐渐增大，至拔节以后至最大值。株间蒸发是一个物理过程，与土壤水分条件、棵间小气候状况、水汽压梯度和地面覆盖条件有关。冬小麦生长初期，株间蒸发量较大。如播种～越冬期，由于叶面覆盖少，株间蒸发量占需水量的60%以上。之后，随着冬小麦植株群体的逐渐增大，株间蒸发量逐渐降低，至拔节以后减至最小值，这时不足需水量的10%。

我国冬小麦的面积分布很广，几乎遍及全国，但主要产区集中在长江以北、黄河及淮河流域的河南、河北、山东、山西、陕西、安徽、江苏、北京、天津、新疆等省（自治区、直辖市）。这些省（自治区、直辖市）冬小麦种植面积占到全国冬小麦种植总面积的80%左右，冬小麦生长期一般是10月中旬～次年的5月下旬，此时恰处北方干旱季节，因此，冬小麦的灌溉也只限于这些地区。南方各省冬小麦生长期降雨颇多，一般不需要灌溉。

2.春小麦的需水规律

（1）各生育阶段的需水量。春小麦需水量最大的生育阶段为灌浆期，即抽穗～成熟阶段。其模系数（每个生育阶段的需水量占全生育期需水总量的百分比）在40%以上。其次是拔节期，模系数为20%以上。阶段需水量最小时期为播种～出苗期，模系数在6%以下。日需水强度最高的阶段一般为拔节期，其生理需水与生态需水均达到了最高峰，是春小麦的生殖生长与营养生长最旺盛的阶段，保证这一时期的水分需求，对春小麦增产作用重大。

（2）株间蒸发与叶面蒸腾。春小麦各生育期的叶面蒸腾变化与总需水量变化相似，从小到大，再由大变小，峰值在拔节～抽穗期。株间蒸发也基本与叶面蒸腾的变化同步，这主要是春小麦生长期间蒸发量明显受气象条件影响，气象条件与生物学过程同步，较大的生物量并没有明显抑制株间蒸发的缘故。春小麦株间蒸发量占需水量比例与产量水平有关，一般占20%～30%，产量水平高时所占比例较小，反之则较大。春小麦株间蒸发量占需水量比例还与品种类型有关。

我国春小麦主要分布在东北地区、西北地区与内蒙古地区，春小麦一般3月底或4月初播种，6月底或7月初收割，在其生长旺盛期内，降雨较少，因此普遍需要灌溉。

3.玉米需水规律

玉米在我国分布很广，是我国仅次于水稻和小麦的主要粮食作物。玉米植株高大，叶片茂盛，生长期多处于高温季节，所以植株蒸腾和株间蒸发都很大，比高粱、谷子、黍类作物的需水量要多得多。

（1）播种～拔节阶段：植株蒸腾量很小，其水分多数消耗在株间蒸发中，玉米这个生育阶段在全生育期内时间最长，春、夏玉米分别占全生育期天数的32.4%～35.6%和30.3%～31.9%，但需水模系数最低，春玉米占23.9%～24.2%，而夏玉米仅占16.7%～22.8%。

（2）拔节～抽穗阶段：不论是春玉米还是夏玉米，此生育阶段都处于气温较高的季节。玉米在拔节以后，由于植株蒸腾的速率增加较快，日需水强度不断增大。该阶段的经历时间，春玉米为34～40d，北方夏玉米为25～32d，南方夏玉米仅为18～25d。该阶段需水模系数普遍较高，春玉米为28.2%～33.5%，在灌溉条件下的夏玉米可达28.3%～36.5%。

（3）抽穗～灌浆阶段：是玉米形成产量的关键期。该阶段时间较短，春玉米为18～24d，夏玉米为16～21d。需水模系数的区域差异性较大，辽宁春玉米平均为17.9%，而山西北部春玉米可达28.4%，安徽中部夏玉米为23.7%。

（4）灌浆～成熟阶段：除部分春玉米外，此阶段多数地方气温渐降，叶片也开始发黄，该阶段持续时间：春小麦为30～36d，夏玉米为22～28d。黄河以北地区，无论春玉米或夏玉米，需水模系数大都为25%左右。而南方多数省份，生育期正常供水情况下，夏玉米需水模系数一般29%～34%，春玉米也在27%以上。

4.水稻的需水规律

水稻主要分为单季稻和双季稻，在台北、厦门、广州至南宁一线以南，还可以三季稻连作。水稻的生产区在我国秦岭淮河以南地区，称为南方稻区，约占全国水稻种植面积的95%。其他地区如华北平原、松辽平原以及河南、陕西秦岭以北、内蒙古自治区、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区等部分稻区，称为北方稻区，约占全国水稻种植面积的5%。

稻田需水量一般是指水稻本田的植株蒸腾量、棵间水面蒸发量与渗漏量之和。其中植株蒸腾水分是供给水稻本身生长发育、进行正常生命活动所需的水分，称为生理需水；棵间水面蒸发和渗漏水分是为保证水稻正常生长发育，创造一个良好的生态环境所需的水分，称为生态需水。另外，还有整地泡田需水量和秧田需水量。

稻田需水量的多少，因地区、栽培季节、品种类型、土壤及栽培措施等不同而异。见表2-1列出了我国各地稻田需水量试验结果。总的趋势是北方多于南方，双季晚稻多于双季早稻，一季中稻多于双季晚稻，一季晚稻多于一季中稻。从总需水量各组成部分所占比重来看，北方稻区渗漏量比重大，占总需水量的43%～63%；南方稻区蒸发蒸腾量所占比重大，占总需水量的67%～92%。

表2-1 我国不同地区稻田需水量

水稻从播种到收割的全生育期日数约90～170d，随栽培地区和水稻类型及品种等不同而有很大差异。如湖北地区不同类型水稻品种的生育期参见表2-2。

表2-2 不同类型水稻品种的全生育期（湖北地区）

续表

水稻蒸腾强度高峰出现在孕穗到抽穗期，棵间蒸发强度受植株荫蔽的影响很大，插秧到分蘖初期植株幼小，棵间蒸发大于植株蒸腾。分蘖末期至成熟，棵间蒸发小于植株蒸腾，而且变化很小，一般维持在每天2mm左右；稻田渗漏量的大小，因土壤质地和地下水位的高低、整地技术和灌水方法的不同而异。稻田适宜的渗透量有利于将溶解于水层中的氧气带入根区，降低土壤还原性，减少有毒物质的积累和危害。实验证明，高产稻田有较高的渗漏量，其范围大致是每天8～15mm。

水稻从种子发芽到成熟收割，要经历发芽出苗、幼苗生长、移栽返青（直播的无移栽返青期）、分蘖、拔节、孕穗、抽穗、开花和结实成熟等生育阶段。其中水稻发芽出苗至移栽前是在秧田生长发育的，又称秧田期；移栽返青至成熟收割是在水稻本田生长的，称为本田期。各阶段的生长发育对环境条件、栽培措施、灌排条件都有不同的要求，分别介绍如下。

（1）水稻秧田期。

1）发芽出苗期。水稻播种到秧田后，种子吸水膨胀到出现第一片叶为发芽出苗期。稻谷发芽需要适宜的温度、水分和空气。种子的萌动和生长需要大量的能量，这些能量通过有氧的呼吸作用提供，氧气越充足，提供能量越多。而水中的氧气不能满足种子呼吸的需要，还需要从空气中吸取氧气。此时秧田排灌技术要满足秧苗的生理需求，不宜建有水层，保持秧田湿润即可。如遇天旱需要灌溉时，可以采用先灌水入畦沟，沟水通过毛管作用湿润畦面的方式；或采用灌“跑马水”的方式，将畦面灌水层控制在0～10mm，灌后即排。这样种芽既能吸收水分，又能呼吸到氧气。遇到降雨时要及时排水，合理控制畦田水分。

2）幼苗期。从出现第一片完全叶到起秧移栽的时期称为幼苗期。这一时期秧苗所需要的养分供应分为两个阶段：三叶期前，秧苗所需要的养分靠自身胚乳供应；三叶期后，胚乳内的养分消耗渐尽，幼苗进入独立生活，秧苗通过根系从土壤中吸收养分。随着秧苗叶片递增，蒸腾作用逐渐增强，需要充足的水肥供应，才能保证秧苗所需营养。但此时的秧苗根系入土较浅，幼苗尚未长壮，对低温冻害的抵抗力较弱，灌水时采用干湿交替、浅水勤灌的方式。结合灌水，还要及时施肥，促进秧苗茁壮生长。灌水时畦面水层一般控制在0～40mm为宜，并应根据天气变化情况及时换水。

（2）水稻本田期。

1）泡田期。水稻本田在插秧前整地、灌水泡田的一段时期称为泡田期。泡田期用水量较大，而且正值用水紧张时期。节约泡田用水量，对扩大水稻灌溉面积和保证水稻秧苗及时移栽有重要作用。泡田用水量由3部分组成：一是充满土壤孔隙的用水量；二是建田面水层的用水量；三是由泡田开始到栽秧前消耗的水量，即渗漏量和水面蒸发量。泡田用水量的大小，与气象条件、土壤种类与含水量、地下水位埋深、耕作整田技术与泡田技术等因素有关。通过先进经验证明，采用浅水泡田不但可以节约灌水量，而且有利于土壤增温、保温，提高土壤肥力，促进秧苗返青。浅水泡田用水量一般控制在90mm左右为宜。

2）返青期。秧苗从秧田拔出移栽到本田，因秧苗的根系和叶片均受到损伤，吸水能力减弱，生长短期停滞，叶片呈现出一定程度的萎黄，经5～10d，长出新根、新叶而恢复青绿色，这一时期叫返青期。高产水稻要求尽量缩短返青期，提高栽秧效率和秧苗成活率。整个返青期必须保持适宜的水层，为秧苗创造一个稳定的温湿度环境，促进秧苗早生新根，加速返青。水层深度视水稻类型和气候条件而定，一般以30～50mm为宜，最深时也应使1/2～1/3的夜间露出水面。

3）分蘖期。从开始分蘖到开始拔节的时期称为分蘖期。育秧移栽的水稻一般在返青后才开始分蘖。水稻分蘖是由茎基部的分蘖节上发生，凡从主茎上发出的分蘖称为第一次分蘖，从第一次分蘖上发出的分蘖称为第二次分蘖，以此类推。一般早生的分蘖能够抽穗结实称为有效分蘖；迟生的分蘖不能抽穗结实称为无效分蘖。所以分蘖期要采用适当的措施，促进分蘖早生快发，抑制无效分蘖的发生，提高成穗率。

稻秧分蘖前期，为保证土壤中氧气充足，提高土温，利于根部呼吸，应降低地下水位，促进根系迅速发育。此时期采用浅水或湿润灌溉，既满足秧苗的生理需水，又有利于阳光直接照射到土面和稻苗基部，提高温度，增进土壤通气，促进有机肥料分解和养分释放，以利根系吸收。土壤肥力一般的稻田，分蘖前期控制水深20～30mm为宜。

稻秧分蘖后期，主要是控制无效分蘖。这时，可以采用落干晒田的方式，降低稻田含水量，减少植株对氧的吸收，阻止后期分蘖发生。至于稻田落干时间长短，晒田轻重，应视土壤类型、气候和稻田等情况灵活掌握。总的原则是在开始孕穗之前结束晒田。

4）拔节孕穗期。稻秧分蘖的后期，稻茎基部逐渐由扁平变为圆筒状，节间随之伸长，称为拔节。同时，茎定的生长点细胞开始分化成幼穗，并逐渐孕育，使叶鞘膨大，称为孕穗。拔节孕穗期就是指从开始拔节到孕穗完成的一段时期。此时期是水稻一生中生理需水的高峰期，植株的营养生长和生殖生长同时进行，生育旺盛，光合作用强，对水分、养分的吸收和光合作用等环境条件极为敏感，是决定茎秆壮弱、穗子大小和粒数多少的关键时期。孕穗期如遇干旱会造成颖花大量退化，产生大批不孕花，引起严重减产。如果土壤长期淹水不排，通气性差，根系活动受阻，对孕穗不利。稻穗分化需要充足的养分，肥料不足时穗小粒少秕粒多，也会影响产量。所以必须加强田间管理，为稻秆和稻穗生长发育创造良好的环境条件，以保证杆壮穗大粒多。此时期应采用较深的水层灌溉，以满足水稻生理需水和生态需水，适宜的水层深度40～50mm，让其自由落干后再灌。最大水层也不要超过80mm，防止引起水稻烂根、倒伏。生长过旺的稻田，在抽穗前3～5d，可以排水轻晒1～2d，防止根系早衰。

5）抽穗开花期。水稻的幼穗发育完成后，从剑叶的叶鞘中抽出，称为抽穗。一个稻穗自露出到全部抽出约需3～5d，全田自始穗到齐穗需5～7d。稻穗上每个小穗的内、外颖从开始张开到闭合的过程叫开花。水稻抽穗1～2d后开始开花。通常一个稻穗从始花到终花约需7d。抽穗开花期是水稻对水分敏感的时期，也是对温度和湿度敏感的时期。水稻开花适宜的温度为25～30℃，最适宜的相对湿度为70%～80%。温湿度过高与过低都会影响开花与授粉，影响产量提高。此时期不可缺水又忌深水层，而浅水有利于提高株间温度，降低湿度，开花速度快，受粉作用良好，从而增加每穗粒数。抽穗开花期一般维持在稻田水层30～50mm左右。

6）结实成熟期。水稻开花受精后进入结实成熟期。即胚乳和胚开始发育，干物质迅速增加。米粒逐渐膨大而至完全成熟。一般从抽穗到成熟需30～45d左右。根据谷粒外观和内容物的变化，成熟期一般分为乳熟、蜡熟和完熟3个时期。乳熟期（又称灌浆期）茎、叶、谷壳均为绿色，米粒内开始积累乳白色浆液状的淀粉，谷粒的含水量为86%左右；蜡熟期（又称黄熟期）茎、叶由绿色转为黄色，谷壳逐渐变黄，米粒内的白色浆液由淡变浓，形成蜡质状，此时期谷粒中的含水量由乳熟期的86%左右降到45%～50%；完熟期植株全呈黄色，米粒转白变硬，谷粒含水量降至20%～25%。一般水稻在蜡熟末期开始收割，过晚会造成落粒减产和米质降低。

水稻灌浆期要求土壤有适当的水分供应。若水分过多或不足，都会造成根、茎、叶早衰。灌浆不足，粒重减轻，秕谷增多。灌浆期水层可保持在20～30mm并逐步降低，或采用间歇式的灌溉方式。进入蜡熟期，水稻生理需水减少，可逐渐排水落干，以促进早熟，防止倒伏，利于收割。

（3）旱作水稻灌溉简介。水稻旱作是水稻节水栽培的新技术，自20世纪70年代以来，旱作水稻在我国北方地区发展较快，该技术适应于我国北方半干旱、半湿润季风气候特点，春季可以大大减少用水量，夏秋季可以充分利用降雨，起到了用水矛盾中的“错峰作用”。充分利用水资源，扩大水稻旱作种植面积，是旱涝保收的得力措施。有条件的地区实行麦稻复种，充分利用本地水、土、光、热资源，对促进“两优一高”农业发展具有重要意义。

旱作水稻比淹灌水稻省水，但其需水又远远超过同类旱作物。我国北方地区降雨偏少，分布又不均匀，经常出现干旱现象，对旱作水稻的威胁很大，所以必须进行灌溉。

旱作水稻采用旱直播。而且整个生长期不用淹灌，根据稻苗生长状况，土壤墒情和天气情况适时适量灌水。其分水管理参照旱作的方式进行，灌水方法采用畦灌较多。旱作水稻的灌水应该注意以下几点：

1）浇好播前底墒水。旱作水稻，要力保全苗壮苗，这样就要求土壤有充足的底墒。我国北方冬春降水一般不能满足其对底墒的要求，需要在播种前浇足底墒水。底墒水可冬灌或春灌，播种时要求土壤含水率占田间持水率的75%～80%。除砂性土壤外，切忌播后浇蒙头水，以免土壤板结，影响出苗。播前灌水量90～120mm为宜。

2）掌握好初灌时机。初灌是旱作水稻出苗后的头茬水。灌水是否适期，对其产量影响较大，灌水过早幼苗可能丧失耐旱能力，降低了土温，使稻苗生长受抑制出现黄苗弱苗。灌水过晚，营养生长量不足，抑制分蘖，造成穗少，抽穗推迟，成熟晚，降低产量。根据试验和生产经验判断可知，初灌期大体掌握在稻苗4～6叶期为宜，灌水量60～90mm为宜。

3）控制好各生育阶段土壤适宜含水量。为保证旱作水稻高产稳产，要根据降雨和土壤水分状况，适时适量灌水，尽量控制土壤水分在适宜的含水量范围，提高水的生产效率。灌水量以45～75mm为宜，全生育期一般灌6～8次。

据试验结果，旱作水稻根系活动层适宜土壤含水量见表2-3。

表2-3 旱作水稻各生育阶段适宜土壤含水量

注土壤水分为0～40cm土层平均值，田间持水率为干土重25%。

5.棉花的需水规律

棉花是我国的主要经济作物，除西藏、青海、内蒙古和黑龙江4省（自治区）外，都有棉花栽培。棉花需水量受气候、土壤、品种和栽培条件等影响，在各地区有一定的变化。在华北、陕西等地的黄河流域棉区，属于半湿润气候区，这里年平均气温为10～15℃，年降雨量为550～600mm，无霜期长达180～230d，棉花全生育期需水量变化在550～600mm之间。西北内陆棉区，如新疆、甘肃省河西等地，属大陆干旱气候，年降雨量仅为20～180mm，棉花生长期平均气温为5～10℃，由于蒸发力强，棉花需水量高达800mm以上。在我国的南方长江流域棉区，如江苏、安徽、湖南、湖北及浙江等地，棉花生长期平均气温为5～18℃，年降雨量为750～1500mm，雨水充沛，棉花需水量为600mm左右。在东北辽河流域属特早熟棉区，由于生长期短，棉花需水量仅为400～500mm。

20世纪80年代以来大面积实行地膜覆盖、秸秆覆盖新技术措施后，显著减少了棉田棵间土壤蒸发量，从而降低了需水量。据新疆维吾尔族自治区的相关资料显示，幼苗至现蕾阶段，在覆膜度为75%时，因覆盖，减少株间蒸发量达51.6%，花铃期减少60.4%，吐絮期减少42.0%。全生育期减少53.9%。另外，不同棉花品种，由于株形结构、叶面积等不同，需水量亦不同。根据试验，品种对需水量的影响，变化幅度在10%左右。

从棉花的苗期、蕾期到花铃期，随气温逐渐升高，植株叶面积系数增大，日需水量也逐渐增多。开始吐絮以后，由于气温降低，植株蒸腾面积减小和蒸腾强度降低，日需水又减少。棉花各生育期的灌溉需求如下：

（1）苗期。北方棉区这一时段大约在45d，时间从4月底～6月初。一般不要求灌水，习惯蹲苗，此时加强中耕松土措施既可保墒，又能提高地温，有利于促进幼苗生长，也可减轻病虫害的危害。长江流域棉区，苗期正值梅雨季节，细雨蒙蒙，排水问题更为突出，无需灌水。

（2）蕾期。棉花现蕾以后气温升高，生长发育加快，花蕾大量出现，对水分要求也十分迫切。北方棉区此期间干旱少雨，必须灌溉以保证棉苗生长发育对水分的要求。现蕾期及时灌水，不仅有利于棉株生长，而且现蕾数也明显增加，有利于增产。经验表明，蕾期适时灌水可以争取早座、多座伏前桃，进而控制后期植株徒长，减少了蕾、铃脱落率。

（3）花铃期。花铃期植株蒸腾量大，对水分十分敏感，是棉花的需水临界期。这一阶段虽逢雨季，但由于降雨的不稳定性，仍需重视灌溉。干旱和淹涝都会引起蕾铃的大量脱落。另外花铃期缺水与否不但影响产量，而且对棉纤维品质也有影响。花铃期正值棉花生殖生长旺盛阶段，在干旱时及时灌水不仅有利于干物质的形成，而且也有利于矿物质营养的吸收利用。

（4）絮期。吐絮以后叶片逐渐老化，有的已脱落，叶面蒸腾量明显减少，对灌溉要求不高。但试验资料表明，絮期干旱时及时灌水，对产量与棉纤维品质都有重要影响。有的研究成果表明，絮期及时灌水，明显增加秋桃数并增强已座成桃的棉纤维品质。关于后期停水日期，主要依据秋季降雨、温度变化、霜期早晚情况来决定。秋雨少，生长期较长的地区，8月中旬的幼铃尚能吐絮，停水日期可放在8月30日左右，即在吐絮开始时为宜。如果9月天气干旱，还应继续灌水，以保证幼铃的生长与成熟。

三、作物需水量计算

根据大量灌溉试验资料分析，作物需水量的大小与气象条件（温度、日照、湿度和风速）、土壤含水状况、作物种类及其生长发育阶段、农业技术措施、灌溉排水措施等有关。这些因素对需水量的影响是互相联系的，也是错综复杂的，目前尚难从理论上对作物需水量进行精确的计算。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。现有计算作物需水量的方法，大致可归纳为两类，一类是直接计算出作物需水量，另一类是通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量。

（一）直接计算法

这种方法是从影响作物需水量的诸多因素中，选择几个主要因素（例如水面蒸发、气温、湿度、日照和辐射等），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。目前常见的这类经验公式大致有以下几种。

1.以水面蒸发为参数的需水系数法（简称“α值法”或称蒸发皿法）

大量灌溉试验资料表明，各种气象因素都与当地的水面蒸发量之间有较为密切的关系，而水面蒸发量又与作物需水量之间存在一定程度的相关关系。因此，可以用水面蒸发量这一参数来衡量作物需水量的大小。这种方法的计算公式一般为：

式中 ET——某时段内的作物需水量，以水层深度mm计；

E₀——与ET同时段的水面蒸发量，以水层深度mm计。一般采用80cm口径蒸发皿的蒸发值；

a，b——经验常数；

a——需水系数，或称蒸发系数，为需水量与水面蒸发量之比值。

由于“α值法”只需要水面蒸发量资料，易于获得且比较稳定，所以该方法在我国水稻地区曾被广泛采用。见表2-4中列举了湖北、湖南、广东、广西等省若干站多年水稻的α值资料。从表中可以看出，α值在各生育阶段的变化及全生育期总的情况都还比较稳定。多年来的实践证明，用α值法时除了必须注意水面蒸发皿的规格、安设方式及观测场地规范化外，还必须注意非气象条件（如土壤、水文地质、农业技术措施及水利措施等）对α值的影响，否则将会给资料整理工作带来困难，并使计算成果产生较大误差。

表2-4 水稻各生育期需水系数α值统计表

对于旱作物，棵间土壤蒸发变异性较大，α值受非气象条件的影响较大。华北一些地区，冬小麦α=0.5～0.55，湿润年值小，干旱年值大。应针对不同的水文年份，采用不同的α值，并根据非气象因素对α值进行修正。一般水稻用α 值法比旱作物用此法好。

2.以产量为参数的需水系数法（简称“K值法”）

作物产量是太阳能的累积与水、土、肥、热、气诸多因素的协调及农业措施的综合结果。因此，在一定的气象条件下和一定范围内，作物田间需水量将随产量的提高而增加，如图2-1所示，但是，需水量的增加并不与产量成比例。由图2-1还可看出，单位产量的需水量随产量的增加而逐渐减小，说明当作物产量达到一定水平后，要进一步提高产量就不能仅靠增加水量，而必须同时改善作物生长所必需的其他条件。作物总需水量的表达式为：

图2-1 作物需水量与产量关系示意图

式中 ET——作物全生育期内总需水量，m³/亩；

Y——作物单位面积产量，kg/亩；

K——以产量为指标的需水系数，对于公式ET=KY来说，则K代表单位产量的需水量，m³/kg；

n、c——经验指数和常数。

K、n及c值可通过试验确定，当确定了计划产量后便可算出需水量；同时，此法使需水量与产量相联系，便于进行灌溉经济分析。对于旱作物，在土壤水分不足而影响高产的情况下，需水量随产量的提高而增大，用此法推算较可靠。但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制，产量与需水量关系不明确，用此法推算的误差较大。但由于K值中包含了气象、土壤、作物及农业措施的综合影响，难以得到稳定的数值，故该法的应用受到了一定的限制。

上述诸多公式都可估算全生育期作物需水量，也可估算各生育阶段的作物需水量。在生产实践中，过去常习惯采用所谓模系数法估算作物各生育阶段的需水量，即先确定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，即：

式中 ET_i——某一生育阶段作物需水量；

K_i——需水量模比系数，即生育阶段作物需水量占全生育期作物需水量的百分数，可以从试验资料中取得。

然而，这种按模比系数法估算作物各生育阶段需水量的方法存在较大的缺点。例如水稻整个生育期的需水系数α值和总需水量的时程分配即模比系数K_i均非常量，而是各年不同的。所以按一个平均的α值和K_i值计算水稻各生育阶段的需水量，计算结果不仅失真，而且导致需水时程分配均匀化而偏于不安全。因此，近年来，在计算水稻各生育阶段的需水量时，一般根据试验求得的水稻阶段需水系数α_i直接加以推求。

必须指出，上述直接计算需水量的方法，虽然缺乏充分的理论依据，但我国在估算水稻需水量时尚有采用，因为方法比较简便，水面蒸发量资料容易取得。

（二）用参照作物需水量计算实际作物需水量

作物需水量的大小受蒸发面的液体扩散及其向上空的气体紊流过程的物理作用或称环境条件影响以及植物根系吸水、体内输水和水面气孔开闭等生理过程的综合影响，随作物种类不同、或同一作物在不同地区、不同年份、生育阶段、栽培条件均有变化。根据理论分析和试验结果，在土壤水分充分的条件下，大气因素是影响需水量的主要因素，其余因素的影响不显著。而在土壤水分不足的条件下，大气因素和其余因素对需水量都有重要影响。目前对需水量的研究主要是研究在土壤水分充足条件下的各项大气因素与需水量之间的关系。国际上较通用的是通过计算参照作物的需水量来计算实际需水量的方法。

所谓参照作物需水量是指土壤水分充足、地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔（地块的长度和宽度都大于200m）矮草地（草高8～15cm）上的腾发量。参照作物需水量主要受气象条件的影响，受其他因素如土壤含水量、作物种类等的影响较小。因此，可以根据气象因素，先算出参照作物需水量ET₀，也称为潜在需水量，然后再根据作物系数进行修正，即可求出作物的实际需水量ET，作物实际需水量则可根据作物生育阶段分段计算。

1.参照作物需水量的计算

彭曼-蒙特斯（Penman-Monteith）公式是1990年联合国粮农组织（FAO）推荐的计算参考作物腾发量的新公式，与20世纪70年代应用的彭曼（Penman）公式比较，该公式统一了计算标准，无需进行地区率定和使用当地的风速函数，同时也不用改变任何参数即可适用于世界各个地区和各种气候，估值精度高且具备良好的可比性。公式如下：

式中 ET₀——参照作物需水量，mm/d；

R_n——作物表面的净辐射量，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；

e_s——饱和水汽压，kPa；

e_a——实际水汽压，kPa；

e_s-e_a——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e_s、e_a。

式中 e°（T）——气温为T时的饱和水汽压，kPa；

T_max、T_min——地面以上2m处最高、最低气温，℃；

RH_max、RH_min——最大、最小相对湿度，%。

若缺乏RH_min、RH_max，可用RH_mean值按式（2-9）计算：

式中 RH_mean——平均相对湿度，%。

（2）确定γ。

式中 P——大气压强，kPa；

Z——海拔高程，m。

（3）确定R_n。

式中 R_s——太阳短波辐射，MJ/（m²·d）；

R_s₀——晴空时太阳辐射，MJ/（m²·d）；

T_max，K、T_min，K——24h内最高、最低绝对温度，K=C+273.16；

a_s、b_s——短波辐射比例系数，我国一些地区的a_s、b_s值，可从表2-5查得；

R_a——地球大气圈外的太阳辐射通量，MJ/（m²·d）；

G_SC——太阳辐射常数，为0.0820MJ/（m²·min）；

d_r——日地相对距离，，J为在年内的日序数；

φ——纬度，北半球为正值，南半球为负值；

δ——太阳磁偏角，；

ω_s——日落时相位角，ω_s=arccos（-tanφtanδ）；

n、N——实际日照时数与最大可能日照时数，h，，h。

（4）确定土壤热通量G。以日为时段计算时，第i日土壤热通量为：

以月为时段计算时，第i月土壤热通量为：

式中 G_d_，_i、G_m_，_i——第i日、第i月土壤热通量密度，MJ/（m²·d）；

T_d_，_i、T_d_，_i_-1——第i日、第i-1日（即前一日）的日平均气温，℃；

T_m_，_i、T_m_，_i_-1——第i月、第i-1月的月平均气温，℃。

表2-5 我国一些地区的a、b值

续表

（5）确定u₂。当实测风速距地面不是2m高时，用公式（2-18）进行调整：

式中 u₂——实测地面以上2m处的风速，m/s；

u_Z——实测地面以上Zm处的风速，m/s；

Z——风速测定实际高度，m。

（6）确定Δ

2.实际需水量的计算

通常作物实际需水量可由参考作物潜在腾发量和作物系数计算，即：

式中 ET——阶段日平均需水量，mm/d；

ET₀——阶段日平均潜在需水量，mm/d；

K_c——作物系数。

作物系数不仅随作物种类、发育阶段而异，还会因作物受水分胁迫及降雨或灌水后湿土表面蒸发增加而变化，为了考虑水分胁迫和湿土表面蒸发的影响，可对公式（2-20）中的作物系数作如下修正：

式中 K_cb——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；

K_s——水分胁迫系数；

K_w——反映降雨或灌水后湿土蒸发增加对作物系数影响的系数。

在不考虑水分胁迫，也不考虑降雨或灌水后湿土蒸发增加对作物系数影响时，K_c=K_cb；在考虑水分胁迫，但不考虑降雨或灌水后湿土蒸发增加对作物系数影响时，K_c=K_cbK_s。实际计算时，应根据具体情况确定需考虑的影响因素。

（1）基本作物系数。基本作物系数可用FAO推荐的伦鲍斯和普鲁伊特提出，并经豪威尔等人修正的估算方法，该方法将生育期划分为4个时期：

1）初始生长期：从播种开始的早期生长时期，土壤根本或基本没有被作物覆盖（地面覆盖率10%）。

2）冠层发育期：初始生长阶段结束到作物有效覆盖土壤表面（地面覆盖率70%～80%）的一段时间。

3）生育中期：从充分覆盖到成熟开始，叶片开始变色或衰老的一段时间。

4）成熟期：从生育中期结束到生理成熟或收获的一段时间。

以玉米为例，生育期内基本作物系数的变化过程如图2-2所示。在初始生长阶段，水分损失主要由土壤蒸发所致，因为基本曲线代表的是干燥的土壤表面，所以在这一时期基本作物系数是一个常数，并统一取0.25。

图2-2 某地区玉米的基本作物系数

为计算作物其他发育阶段的作物系数，需要在作物系数曲线上确定4个点，即图中的A、B、C、D。

A点的K_cb是已知的（取0.25），因此，只需要确定初始生育期占全生育期的比例F_s₁。

B点的基本作物系数已达到峰值，确定该点需要同时知道该点的基本作物系数K_cp和F_s₂。

C点的基本作物系数和B点的相同，因此，只需要确定F _s₃。

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点只需要知道该点的基本作物系数K_cm。如果作物在开始成熟前即收获（如甜玉米），则到收获时作物系数一直保持在峰值。

可见，要确定全生育期作物系数变化过程，只需要确定5个参数，即F _s₁、F_s₂、F _s₃、K_cp、K_cm。图中冠层发育期和成熟期中某一日的基本作物系数可通过插值法求得。见表2-6列出部分作物基本作物系数，以供参考。

表2-6 列出部分作物基本作物系数

（2）水分胁迫系数。水分胁迫系数可以按式（2-22）计算，即：

式中 λ_a——根区土壤有效水百分比，，其中θ_v为当前土壤实际含水率（体积%）；θ_f为田间持水率（体积%）；θ_p为永久凋萎系数（体积%）；

λ_c——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作物称为耐旱作物，对于耐旱作物λ_c取25%，对于干旱敏感的作物λ_c取50%。

（3）降雨或灌水后湿土蒸发增加对作物系数影响的系数。

K_w值可用式（2-23）估算：

式中 F_w——湿润土壤表面的比例，可以根据实际调查或参考表2-7确定；

A_f——平均湿土蒸发因子，可查表2-8确定。

表2-7 降雨和各种灌溉方式下的湿润土壤表面的比例F_w

表2-8 平均湿土蒸发因子A_f取值表

【例2-1】计算地点位于东经119.27°北纬32.48°，海拔为5.4m。2010年7月20日气象资料为：日平均气温为29.3℃，日最高气温为34.4℃，日最低气温为26.2℃，平均相对湿度为75%，10m高日平均风速为2.5m/s，日实际日照时数为8.9h。2010年7月19日的日平均气温为30℃。种植作物为棉花，基本作物系数取1.1，不考虑水分胁迫以及灌溉和降水对作物系数的影响。试用彭曼—蒙特斯公式计算该日棉花的日需水量。

解：（1）计算e_s、e_a。已知7月20日最高气温为34.4℃，最低气温为26.2℃，根据式（2-6）、式（2-7）有：