水资源与农田水利4.ppt

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1、水资源与农田水利4,第三节农作物的灌溉制度,灌溉制度是指在一定的气候、土壤等自然条件下和一定的农业技术措施下，为使作物获得高额而稳定的产量所制定的一整套向田间灌水的制度。它包括作物播种前(或水稻插秧前)及全生育期内的灌水次数、灌水日期和灌水定额及灌溉定额。全生育期各次灌水定额之和，叫做灌溉定额。灌水定额与灌溉定额常以m3hm2或mm表示。,灌溉制度的意义,灌溉制度是灌溉工程规划设计的基础；是已成灌区编制和执行用水计划、合理用水的重要依据；关系到灌区内土壤肥力状况和作物产量、品质的提高；灌区水土资源的充分利用与灌溉工程设施效益的发挥。,如何确定正确的灌溉制度,灌溉制度随作物种类、品种和自然条件及

2、农业技术措施的不同而变化。灌溉制度是在尚未建成灌区的规划、设计阶段或在已成灌区的管理工作的灌水季节之前加以确定的；要“看天”(气候条件)、“看地(农田水分状况)、“看庄稼”(作物生长状况和需水特征)并进行修正。必须以作物需水规律和气象条件(特别是降水)为主要依据，从当地具体条件、多年气象资料出发，针对不同水文年份，即按作物生育期降雨频率，拟定湿润年(频率为25)、一般年(频率为50)和中等干旱年(频率为75)及特早年(频率为95)四种类型的灌溉制度。一般在灌溉工程规划、设计中多采用干旱年的灌溉制度作为标准，但在灌溉管理工作中则应根据中、长期气象预报选用相应的灌溉制度。,确定灌溉制度的方法,1总

3、结群众丰产灌水经验 2根据灌溉试验资料制定灌溉制度 3按“灌溉模式”确定最优灌溉(包括灌溉制度及灌排技术措施等在内)方案 4按水量平衡原理分析制定灌溉制度,1总结群众丰产灌水经验,群众积累的多年经验，根据作物的生育特点、适时适量地进行灌水，夺取高产，这些经验是制定灌溉制度的重要依据。灌溉制度调查应根据设计要求的干旱年份，仔细调查这些年份不同生育期的作物田间耗水强度(mmd)及灌水次数、灌水时间、期距、灌水定额和灌溉定额等进行分析研究总结。,2根据灌溉试验资料制定灌溉制度,中国有许多灌区设置了灌溉试验站，有些省还设置了中心试验站，试验项目一般包括作物需水量、灌溉制度、灌水技术等。试验站积累的试验

4、资料，是制定灌溉制度的主要依据。但是在选用试验资料时，必须注意原试验的条件，不能一概照搬。,3按“灌溉模式”确定最优灌溉(包括灌溉制度及灌排技术措施等在内)方案,灌溉模式是从大气、水、土、作物的内在关系出发，根据作物的水分生理特性，尤其是作物的需水特性以及影响产量的当地气象、土壤等因素，制定出灌溉与产量的函数关系.采用最优灌水日期、灌水次数及最优灌水量，或自动实施的灌水最优方案。这种方法，国外近年来已有较多研究，中国也正在开始进行这一方法的理论与技术的试验研究。,4按水量平衡原理分析制定灌溉制度,根据农田水量平衡原理分析制定作物灌溉制度时，一定要参考群众丰产灌水经验和田间试验资料。这样制定的灌

5、溉制度才是比较完善的，它是目前生产实践中采用较为普遍的一种方法。,一、旱作物灌溉制度的确定,以水量平衡原理确定旱田灌溉制度，常用图解法进行。用这种方法其时间范围为作物由播种到收获的全生育期，其空间界限为土壤计划湿润层以上.研究该土层内土壤储水量的盈亏变化，要求土壤储水量的变化能适应各时期作物生长发育所需要的最适宜的土壤水分状况。土壤计划湿润深度是指在实施灌溉时，计划调节、控制土壤水分状况的土层深度。它主要决定于作物根系活动层的深度，但也要考虑土壤性质、地下水埋深和土壤微生物活动等因素。,播前灌水，为了在土壤中贮存更多的水分，一般计划层深度采用最大值(0.81.0m)；在作物生长初期，根系虽然较

6、浅，消耗水分也少，但为了维持土壤微生物活动，并为以后根系生长创造条件，需要一定深度土层内有适当水量，一般计划湿润层深度要比根系活动层深度大一些，故可采用3040cm；随着作物的生长和根系的发育，需水量增多，计划湿润层的深度也逐渐增加，至生长末期，作物根系停止发育，需水量减少，计划湿润层深度亦不宜继续加大，一般不超过0.81.0m。在地下水位较高有盐碱化威胁的地区，计划湿润层的深度不宜大于O.6m。,根据实际经验，几种主要作物计划湿润层的深度如下：冬小麦：幼苗期O.30.4m；分蘖期O.4O.5m；拔节期O.5O.6m；抽穗期0.60.8m；灌浆成熟期0.81.Om。棉花：幼苗期O.30.4m；

7、现蕾期O.4O.6m；开花结铃期O.6O.8m；吐絮期O608m。玉米：幼苗期O.30.4m；拔节期0.40.5m；孕穗期O.50.6m；抽穗期O.6O.8m；成熟期O.8m。,土壤计划湿润层(H)的储水量变化,根据上述时、空界限，在全生育期任何一个时段(t)内，土壤计划湿润层(H)的储水量变化可用下列水量平衡方程式表示:,为了满足作物正常生长的需要，任一时段内土壤计划湿润层的储水量必需经常保持在一定的适宜范围内，即通常要求不少于作物允许的最小储水量(Wmin)和不大于作物允许的最大储水量(Wmax)。在天然情况下，由于各时段内田间需水量是一经常的连续性的消耗，而降雨则是间断的补给.因此，当在

8、某些时段内降雨很少或没有降雨时，往往使土壤计划湿润层内的储水量很快降低到或接近于作物允许的最小储水量，此时即需要灌溉，以补充土层中消耗掉的水量。,无降雨时的水量平衡方程式,如果某时段内无降雨，当土壤储水量降低达作物允许最小储水量时，此时段的水量平衡方程式可写为：,如何确定水量平衡方程式中的各项数据,在进行水量平衡计算或图解分析法之前，必须首先确定方程中的各项数据，这是拟定灌溉制度正确与否的关键。1土壤最适及允许的最大、最小含水率 2有效降雨量(p0)3地下水补给量(K)4由于计划湿润层增加而增加的水量 5旱作物播前灌水定额的确定,1土壤最适及允许的最大、最小含水率,土壤最适宜含水率(适)是确定

9、旱作物灌溉制度的重要依据，它随作物种类、生育阶段的需水特点、施肥情况和土壤性质(包括含盐状况)等因素而异，一般应通过试验或调查总结群众经验确定。,下面给出的冬小麦、棉花和玉米各生育阶段要求的土壤最适宜含水率(以占田间持水量的计)，可供参考。(1)冬小麦：发芽出苗期和分蘖期稍大于70；越冬期70左右；返青到拔节期为6070；拔节以后应保持在7080。(2)棉花：播种期70以上；苗期5570；现蕾期6070；开花结铃期7080；成熟期5570。(3)玉米：播种期6080；苗期5560；拔节孕穗期6070；抽穗开花期7075；灌浆成熟期70左右。,由于田间作物需水的持续性与农田灌溉或降雨的间歇性，土

10、壤计划湿润层内的含水率不可能经常保持在某一最适宜含水率数值不变。为了保证作物生长，土壤含水率应控制在允许最大和允许最小含水率之间变化。土壤允许最大含水率(max)一般以不产生深层渗漏为原则，所以采用max田，田为土壤田间持水量。土壤允许最小含水率(min)应大于凋萎系数，根据经验一般取卢min2/3田比较适宜，小于此值时土壤水分不易为作物所吸收。,盐碱化地区土壤含水率,在土壤盐碱化较严重的地区，土壤水分允许的含盐浓度的最高值视盐类及作物的种类而定。根系吸水层内土壤含水率应大于,2有效降雨量(p0),降雨量根据设计经验频率选择相应的中等年及干旱年的雨量，分别进行计算。有效降雨量是设计降雨量减去地

11、面径流量与深层渗漏量之后，保持在土壤计划湿润层内可为作物吸收利用的水量，即,式中为降雨有效利用系数。其值与一次降雨量、降雨强度、降雨延续时间、土壤性质、作物生长、地面覆盖和计划湿润层土层深度等因素有关，一般应根据资料确定。据一些地方资料，如陕西人民引洛区管理局认为春季(小麦生长期)降雨少、降雨强度小，不易发生径流，值可采用O.95；夏秋季降雨集中，降雨强度大，容易发生径流，值可采用O.90。陕西人民引渭渠管理局认为在小麦生长期中，可采用10；夏季棉花地可采用O924O799；玉米地可采用0.671。河南、山西等省资料为=O708，黑龙江省资料如表3-23。,3地下水补给量(K),地下水补给量系

12、指地下水借毛细管作用上升至作物根系活动层内而被作物利用的水量。其大小与地下水埋藏深度、土壤性质、作物种类、作物需水强度、计划湿润层土壤含水量等有关。地下水补给量(K)随灌区地下水动态和各阶段计划湿润层深度不同而变化，应根据当地或条件类似地区的试验、调查资料估算。目前由于试验资料较少，只能确定其总量大小。地下水补给量是很可观的，在设计灌溉制度时，应根据当地或条件类似地区的试验、调查资料对比作出估算。,4由于计划湿润层增加而增加的水量,在作物生育期内计划湿润层是变化的，计划湿润层深度的增加，使增加土层内储存的水分变得可利用，其数量WT可以下式计算：,5旱作物播前灌水定额的确定,播前灌水的目的在于保

13、证作物种子发芽和出苗所必需的土壤水分，如播前土壤水分过低，则应进行灌水补充，通常播前灌水只进行1次，可按下式计算：,拟定灌溉制度的方法步骤：,在确定了上述各项参数后，就可应用图解分析法拟定作物生育期的灌溉制度，其方法步骤如下(图3-8)：1在方格纸上，以横坐标表示时间，按作物生育阶段内的旬月划分；纵坐标分为上下两部分，上部表示水量(降雨量、田间需水量)下部表示土壤储水量，均以m3hm2表示。2将设计年降雨量，逐时段绘于图的上部。3绘制作物田间需水量(E)的累积曲线和由于计划湿润层增加而获得水量(WT)的累积曲线及地下水补给量(K)累积曲线。再绘出净耗水量(EWTK)累积曲线。4根据各旬的计划湿

14、润层深度(H)和作物所要求的计划湿润层内土壤含水率上限max和下限min求出H层土层内允许最大储水量Wmax和允许最小储水量Wmin，并将各值绘于图的下部。5自作物播种后土壤计划湿润层储水量砜开始逐旬减去(E-WT-K)值，亦即从A点引曲线平行于(E-WT-K)曲线，当遇有降雨时应加上有效降雨量P0，即得计划湿润层土壤的实际储水量变化曲线。6当W曲线接近于Wmin时，即进行灌水，灌水定额值也象有效降雨量一样加在W曲线上。7如此反复直至生育期末为止，即可得到全生育期的灌水定额、灌水时间、灌水次数及生育期内的灌溉定额M2=m。,按上述原理，也可采用列表计算法，计算时段常用一旬或五天。旱作物总灌溉定

15、额M是播前灌水定额M1与生育期灌溉额M2之和，即 M=M1+M2 按水量平衡原理估算的灌溉制度，如果气象、作物田间需水量、灌水技术等资料较充分、可靠，则计算结果就比较接近实际情况。对较大灌区，因自然地理条件差异较大，应分区制定灌溉制度。并应与前述调查和试验结果相互核对，以求更切合实际。,二、水稻的灌溉制度1.泡田定额,水稻的耕作栽培方法与旱作物完全不同，但其按水量平衡原理确定灌溉制度的方法与旱作物基本相同。确定灌溉制度时，不是以土壤计划湿润层土壤水分变化为依据，而是以淹灌水层深度变化为依据。,中国水稻栽培主要采用育秧移栽方式。故水稻的灌溉分为秧田灌溉和本田灌溉两种。本田灌溉又有泡田灌溉与生育期

16、内灌溉两类。水稻本田的灌溉定额包括：泡田定额M1与生育期灌溉定额M2两部分。,泡田定额按土壤、地势、地下水埋深和犁耕深度相类似田块上的实测资料决定。在1为35cm条件下，泡田定额大约为：黏土和黏壤土7501200 m3hm2；中壤土和砂壤土12001800m3hm2(地下水埋深大于2m时)或10501500m3hm2(地下水埋深小于2m时)；轻砂壤土15002400m3hm2(地下水埋深大于2m时)或12001 950m3hm2(地下水埋深小于2m时)。,二、水稻的灌溉制度2.全生育期定额,2生育期灌溉定额M2 在水稻生育期中任何一个时段(t)内，农田水分的变化，决定于该时段内的来水或耗水之间

17、的消长，它们之间的关系，可用下列水量平衡方程式表示：,若该时段内有降雨p，则在降雨后田面水层回升，如降雨很大，超过适宜水层上限，则多余的水需要排除，即为排水量C。因此，当确定了各生育阶段的适宜水层hmax、hmin与水稻各生育阶段的需水强度ei后，便可用图解法或列表法推求水稻的灌溉制度。介绍列表法步骤：1确定水量平衡方程式中的各项数值 2列表进行水量平衡计算,1确定水量平衡方程式中的各项数值,(1)阶段耗水强度ei，等于作物田间需水强度与渗漏强度之和。(2)降雨量：可从气象资料中查得。(3)田面水层：控制调节田面水层，是水稻栽培措施中水浆管理很重要的一项技术，田面水层的深度除通过科学试验外亦可

18、根据当地高产、省水的先进经验确定。,目前各地较普遍采用“浅灌深蓄”灌水方式，即实行浅水灌溉，遇雨深蓄，但深蓄以不影响水稻生长为限。在设计淹灌水层时，除了规定出适宜水层上下限外，还规定降雨最大蓄水深度。通过人为调节，使田面水层经常维持在适宜水层上、下限之间，有降雨则深蓄，超过允许蓄水深度则进行排水。,2列表进行水量平衡计算,现以某灌区某年早稻为例，列表计算水稻灌溉制度，其具体步骤见表3-25。适宜水层深度参考表3-24选定及所需必要资料如下：(1)早稻生育期及各生育阶段耗水强度(表3-25第(4)栏)。(2)生育期降雨量(表3-25第(5)栏)。(3)各生育阶段适宜水层深度(可参考表3-24)。

19、根据所给资料，选取表3-24所列早稻数值，黄熟期自然落干，列入表3-25第(3)栏。将此计算表整理后，可得出表3-26所示的灌溉制度。,拟定灌溉制度是为了满足规划设计以及有关部门编制用水计划所必需。但在每年实际进行灌溉时，则必然根据当年气候变化状况而进行调整。国内一般是根据天气预报(尤其中短期预报)，及土壤墒情预报来调整灌水次数、日期及数量。其次，有条件地区则根据作物的生理指标来进行调整灌水次数与日期。作物水分不足时，首先反映在作物水分生理上。利用各种水分生理指标来做为灌水的指标，能更及时合理地保证作物正常生长发育和它对水分的需要，从而获得较高产量。当前灌溉上采用的水分生理指标，主要有下面三种

20、。,细胞液浓度：在干旱条件下，作物吸水困难，叶片组织的细胞液浓度相对提高，当增高到一定数值时，就将抑制作物的生育，此时就应进行灌溉。细胞液浓度可用阿贝折射计或手持折光仪测定。叶组织吸水力：作物细胞吸收水分的能力叫细胞吸水力。它的大小随不同作物生理特性及其含水的程度而变化。当作物缺水时，吸水力增大，对生长发育就产生不利影响，故可测出开始影响作物正常生活的吸水力，作为适时灌水的生理指标。气孔开张度：水分充足时，叶片上的气孔是张开的，随着水分的减少，气孔的开张度逐渐缩小，甚至完全关闭。为了保证作物的正常生理需要，应在气孔缩小到一定程度时进行灌溉。此外，也有些国家利用张力计进行观察土水势的变化，根据土水势的变化状况决定灌水时间与数量。,表3251,表3252,表326,