高效农田节水灌溉制度+实用土壤墒情监测预报技术

作物灌溉制度是为了促使农作物获得高产和节约用水而制定的适时、适量的灌水方案，它既是指导农田灌溉的重要依据，也是制定水利灌溉规划、设计灌溉工程以及编制灌区用水计划的基本依据。因此，灌溉制度制定的合理与否，对工程规模、投资数额和经济效益、科学用水等有着直接的联系。特别是在水资源缺乏的干旱半干旱地区，它将直接影响着节水型农业的建设。

作物灌溉制度包括：农作物播种前及全生长期内的灌水次数、灌水时间、灌水定额和灌溉定额。灌水定额是指单位耕地面积上了一次灌溉水量，常以mi表示。而灌溉定额则是指单位耕地面上农作物播种前和全生长期内的总灌溉水量，常以M表示，可用下式计算

式中 M——某种农作物的灌溉定额，m3/hm2；

mi——某种农作物的第i次灌水定额，m3/hm2；

n——某种农作物全生长期（含播种前）的灌水次数；

i——某种农作物的灌水序号。

灌溉制度是指作物播种前和整个生育期内合理地进行灌溉的一整套制度，包括灌水次数、每次灌水时间、灌水定额和灌溉定额。它的制定，依赖于灌区内农作物的组成情况和各种农作物的需水量，以及灌区内的水源供应情况和农作物生长期内的有效降雨量及适时土壤墒情情况等因素，并综合考虑群众多年的丰产经验和灌溉实验研究成果。且多用于未来、来年或今后，带有预测和预定的性质。由于天然降水是个随机变量，因此，作物的灌溉定额就有了频率概念。同样，灌溉制度也有频率的概念。无论水源供水条件如何，制定科学、合理的作物灌溉制度均应以充分利用天然降水、减少水源供水和充分考虑土壤墒情状况及最大限度地提高灌溉水的有效利用率为原则。

（一）供水充足条件下作物的实时灌溉制度

按照满足作物需水要求的程度可将灌溉分为充分灌溉和非充分灌溉两种。充分灌溉是指水源供水充足，能够全部满足作物的需水要求，此时的最优灌溉制度应是根据作物需水规律及天气条件、作物生长发育状况和土壤墒情等对农作物进行适时、适量的灌溉，使其生长条件能够得到最大限度的满足，并且不应产生地面径流和深层渗漏，既要确保获得最高产量，又应具有较高的水分生产效率。

1.充分供水条件下作物全生育期的灌溉定额

如果灌区已积累有较长系列的灌溉试验资料，并通过分析得出了不同水文年型各种作物全生育期及各生育时段的有效降雨量、地下水补给量和相应于最高产量时的蒸发蒸腾量，则充分供水条件下作物实时灌溉制度的灌溉定额可用下式计算

式中 ETm——作物达到最高产量时所对应的蒸发蒸腾量，m3/hm2；

P0——作物生育期内的有效降雨量，m3/hm2；

Sg——作物生育期内的地下水补给量，m3/hm2；

ΔW——作物生育期内根层土壤贮水变化量，m3/hm2。(www.xing528.com)

2.充分供水条件下作物实时灌溉的适宜土壤水分控制指标

在灌区供水充足条件下，按照作物需水规律进行的实时灌溉，既应充分满足作物正常生长发育对水分的需求，确保作物叶片具有较高的光合速率与适宜的植株生理过程，同时又要尽可能避免灌溉水的浪费，减少棵间土壤蒸发和叶面奢侈蒸腾。因此，水资源管理部门和用水户必须清楚地知道作物究竟何时需要灌水及每次应该灌多少水。这也是本书所要解决的主要问题。但在生产实际中，由于测定以作物为对象的水分生理指标所用仪器精贵，而且只能给出作物是否需要灌水的指示，并未明确每次灌多少水为宜，所以，人们至今仍然习惯使用适宜土壤水分上、下限值作为是否灌水和灌水量多少的指标。

过去的许多研究一般将田间持水量定为适宜土壤水分的上限值，而把田间持水量的70%～75%定为适宜土壤水分的下限值。然而，近年来的研究表明，与作物叶片光合作用的高值区域相对应的土壤含水率一般是田间持水量的60%～85%，当土壤相对含水率超过85%时，虽然作物叶片的蒸腾速率仍呈直线增加，但作物叶片的光合作用却不再增加，有时反而有下降的趋势，这说明将田间持水量定为适宜土壤水分的上限值偏高。变化较大、争论也较多的可能是适宜土壤水分下限值的确定，它与作物生育期中所处的生长发育阶段的关系很密切。例如，在作物播种至出苗阶段，为了确保种子发芽和全苗，一般要求具有较高的土壤水分，耕作层土壤水分的下限值不应低于田间持水量的75%，而苗期为了蹲苗、壮苗和增加作物的抗逆能力，往往又需要对土壤水分加以控制，使之不至于过高，下限值多定为田间持水量的60%～65%；又如冬小麦灌浆后期，土壤水分降至田间持水量的50%时，一般对冬小麦的灌浆不会产生什么不利影响。陈玉民等人（1997）对冬小麦拔节至孕穗期的土壤水分与光合速率、蒸腾速率和气孔导度之间关系的研究表明，土壤水分与上述三个过程之间存在一阈值反应，当土壤水分高于此阈值时，土壤水分高低对上述过程无明显影响，而低于此阈值就会明显抑制上述的作物生理过程。因此认为，通过监测作物水分生理指标，分析土壤水分变化对这些指标的影响，从生物学和生理学角度寻找并探讨作物灌溉的适宜土壤水分上、下限控制指标，可为制定作物实时灌溉制度所需明确判定标准提供最佳需要。

表3-3、表3-4和表3-5是从近年来大多数有关冬小麦、夏玉米、棉花研究资料中选出并建议的实时灌溉的适宜土壤水分上、下限值。

表3-3　冬小麦田间适宜土壤水分上、下限值（占田间持水量的百分比）单位：%

表3-4　夏玉米田间适宜水分上、下限值（占田间持水量的百分比）单位：%

表3-5　夏玉米田间适宜水分上、下限值（占田间持水量的百分比）单位：%

（二）水资源不足或水量有限时作物最优灌溉制度

在水量有限、供水不足的条件下，作物全生长期的总需水量及各生育阶段的需水量不可能得到满足，这将不可避免地引起作物不同程度的减产。减产程度因作物种类、品种及在作物生育期中缺水产生的时段和缺水程度而异。在这种情况下，合理的灌溉首先是弄清楚各种作物不同生育时期的缺水减产情况其次是注重作物产量与蒸发蒸腾量的关系，以获取最大的经济效益，在此基础上实行的省水灌溉或最优化的灌溉制度。这种确保各种作物水分敏感期的用水的灌溉制度称为非充分灌溉制度。

1.非充分灌溉制度

非充分灌溉系指在供水水源不足的条件下，允许作物某一时段遭受一定程度水分亏缺，把有限的灌溉水量灌到对作物产量贡献最大的生育时段，以确保获得总产量和效益最佳的一种灌溉方式。它要求不能将有限的灌溉水量均匀地分配在整个生长期内，应必须考虑供水量在各生育阶段的最佳分配。因此，首先要掌握各种作物不同生育阶段缺水对产量的影响，尽量减少作物在减产系数值高（缺水对产量影响最敏感）的生育阶段内缺水，使减产降低到最低程度；其次在作物间的水量分配上，同时段生长的各种作物，减产系数值高的优先供水，并且为了顾全大局，允许牺牲局部面积不灌溉，以确保全灌区获得最佳的总产量和纯收益。因此，它同样需要掌握好墒情动态，尤其要把握好灌溉时机，做好对各种作物不同生育阶段的适宜水量配制。才能将因供水不足造成的减产降到最低程度。

2.充分灌溉与非充分灌溉的关系

充分灌溉与非充分灌溉是彼此独立的灌溉方式，又有某种密不可分的联系，可从两个方面来解释。一是通过水分生产函数来反映，即试验资料表明、作物产量与其全生长期蒸发蒸腾量（需水量）之间存在一定的关系（一般为二次函数）。水分生产函数表明，作物产量随蒸发蒸腾量的增加而增加，开始时增幅较大，然后逐渐减小，当腾发蒸腾量达到某一临界值时，产量便不再增加，继而呈降低趋势，这是因为灌溉水量与蒸发蒸腾量的关系密切，蒸发蒸腾量过大，表明土壤水分过湿，土壤中水、肥、气、热失调，导致产量降低。而相应于临界值（不仅单产量高，纯收益也必须最高）的灌溉模式，便是充分灌溉，而临界值以前的灌溉则被认为是非充分灌溉，临界值以后的灌溉才可视为浪费水资源的无效灌溉。显然，在同等条件下，非充分灌溉所获得的产量或收益无法与充分灌溉相比。二是我国北方大部分地区降水量年际变化大，年内分配不均匀，导致易涝易旱，旱涝交替发生的旱情特点，故很有必要在同一灌区可以将两种灌溉方式结合起来灵活运用。当雨水偏丰的“风调雨顺”年份，水量充足时，施行充分灌溉方式为好；当降水偏枯的干旱年份，水量不足时，施行以非充分灌溉方式为好。