节水灌溉条件下作物系数和土壤水分修正系数试验研究

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1、水利学报2004年1月SHUILIXUEBAO第1期文章编号：0559-9350(2004)01-0017-05节水灌溉条件下作物系数和土壤水分修正系数试验研究1,22彭世彰，索丽生(1.河海大学科学研究院，江苏南京210098；2河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098)摘要：考虑土壤水分调控所产生的作物生长滞后效应与补偿生长效应，对节水灌溉条件下作物蒸发蒸腾量ETc的理论计算模型进行了研究。根据灌溉试验资料，确定了冬小麦、夏玉米、棉花及水稻作物的作物系数Kc，得出节水灌溉条件下主要农作物土壤水分修正系数Ks的计算公式。覆膜旱作节水灌溉模式的水稻需水量计算实例结果显

2、示，计算值与实测值较为吻合，模型具有较高的精度。关键词：作物蒸发蒸腾；作物系数；土壤水分修正系数；模型中图分类号：S152.7文献标识码：A当实行节水灌溉时，作物全生育期内的土壤水分不总是充分的，这就不符合现有农作物蒸发蒸腾计算模型的适用条件。尤其是对作物各个生育阶段的土壤水分进行调控后，作物生长产生滞后效应，群体结构［1］指标出现补偿生长效应，使得作物蒸发蒸腾量发生变化。因此，对作物蒸发蒸腾量计算的内涵应作进一步研究，节水灌溉的作物蒸发蒸腾量计算模型可用下式表达：ETc=Ks·Kc·ET0，ETc为节水灌溉的作物蒸发蒸腾量，即需水量，mm、mm/d；ET0为参考作物蒸发蒸

3、腾量，mm、mm/d；Kc为作物系数；Ks为节水灌溉的土壤水分修正系数。ET0的正确计算取决于可获得资料和采用模型或公式的适应性，Kc、Ks则需要根据试验实测资料进行确定。因此，通过现场试验资料，确定充分反映节水灌溉条件下作物蒸发蒸腾变化特点的作物系数Kc和土壤水分修正系数Ks及其计算方法或模型，与高精度的参考作物蒸发蒸腾量ET0计算模型一起，成为节水灌溉的作物蒸发蒸腾量理论计算正确与否的关键。作物蒸发蒸腾计算模型是作物需水量研究中最重要的内容之一。作物蒸发蒸腾量ETc的计算主要依靠［2，3］参考作物蒸发蒸腾量ET0及作物系数Kc进行换算。近年来，也引入土壤水分修正系数Ks

4、进行修正。虽然实测方法是获取作物蒸发蒸腾量(即需水量)的最可靠的途径，但实测资料的地区分布和时间系列均十分有限。通过作物蒸发蒸腾量的理论计算，有助于作物蒸发蒸腾量资料在空间上的插补和系列上的延长，使得现有实测资料的使用空间得以拓展。1材料与方法文中对攻关项目专题研究现场试验资料进行了相关分析。主要涉及冬小麦、夏玉米、棉花及水稻4种主要农作物。1997～2000年在山西霍泉和河南新乡开展了冬小麦、夏玉米及棉花试验。1997～1999年在安徽滁州和山东济宁开展了水稻试验。1.1试验处理设计将冬小麦播种-拔节期、拔节-抽穗期、抽穗-灌浆期、灌浆-成熟期的土壤含水率控制下限取田间持

5、水率的50%、60%、70%组合成9个节水灌溉处理，以水分供应充足即丰产灌溉制度(各收稿日期：2003-05-12基金项目：国家“九五”科技攻关重点计划项目(96-006-02-02)作者简介：彭世彰(1959-)，男，上海人，教授，博士，从事节水灌溉研究。17水利学报2004年1月SHUILIXUEBAO第1期生育阶段控制土壤含水率下限均为田间持水率的70%)为对照。将夏玉米播种-拔节期、拔节-抽雄期、抽雄-灌浆期、灌浆-成熟期的土壤含水率控制下限取田间持水率的50%、60%、70%、75%组合成9个节水灌溉处理。以水分供应充足即丰产灌溉制度(除抽雄-灌浆阶段土壤含水率下

6、限为田间持水率的75%外，其余生育阶段为田间持水率70%)为对照。将棉花苗期、蕾期、花铃期和吐絮成熟期4个生育阶段土壤水分控制下限按田间持水率的60%、60%、70%和60%组合成4个处理，再设置低水分(比土壤水分控制下限再低10%)及高水分(比土壤水分下限高10%)处理各1个。水稻返青期田面水层上下限为25mm和5mm，黄熟期为自然落干。分蘖、拔节孕穗、抽穗开花、灌浆4个生育阶段分别取土壤饱和含水率的60%和70%二水平进行组合，形成6个试验处理，并以浅水灌溉作为对照处理。在水稻覆膜旱作节水灌溉处理设计中，将水稻返青期及分蘖前期、分蘖后期、拔节孕穗和抽穗开花期、乳熟期土壤

7、含水率控制下限按田间持水率的50%、60%、70%、80%、90%组合成9个节水灌溉处理，并以浅湿灌溉作为对照处理(CK)。1.2观测项目与方法主要观测降雨量、蒸发量、温度、湿度，日照及风速等气象要素。在各小区用中子仪、时域反射仪(TDR)定点定时观测根层土壤含水率。在作物生长前期用光电感应叶面积仪测定叶面积指数，中后期用CI-100数字式植物冠层分析仪测定冠层的叶面积指数、平均叶倾角和辐射散射传播系数。用CI-301PS便携式光合作用系统仪测定气孔阻力、光合速率、蒸腾速率和叶片水势。定点观测茎蘖增减动态，适时进行