彭曼公式在確定農作物需水量灌溉定額中的應用

[摘 要] 目前，確定農作物需水量最有效、最準確的方法是利用彭曼公式，與土壤性質、氣候條件、農業技術關系密切，農作物需水量是確定農作物灌溉定額的依據，數據準確、可靠，能夠為灌溉工程設計、制訂灌水計劃和灌區管理提供科學決策。

[關鍵詞] 農作物；需水量；彭曼公式

[中圖分類號] S274 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）32-91-3

農作物需水量是指農作物在適宜的外界環境條件下正常生長發育達到或接近達到該農作物品種的最高產量水平所消耗的水量。農作物需水量是農田水利灌溉設計的基礎數據，受氣象、農作物種類等限制，直接影響灌溉定額的計算結果，是灌區規劃設計、灌溉管理的依據。由于灌區所處地理位置不同，農作物需水量有很大差別，計算方法有蒸發皿法、產量法等經驗公式法和彭曼法。經驗公式法計算簡單但結算結果粗略；彭曼法理論基礎可靠，計算精度較高，但計算較復雜，所需基礎數據較多。

1 影響農作物需水量的因素

影響田間農作物需水量的主要因素有氣象條件、農作物種類、土壤性質和農業措施等。氣溫高，空氣干燥，風速大，農作物需水量就大；生長期長、葉面積大、生長速度快、根系發達以及蛋白質或油脂含量高的農作物，需水量大；土壤含水量大，沙性大，則需水量大。而通過一定的農業技術措施可以改善農作物需水量，如地面覆蓋、滴灌等。

2 彭曼法計算農作物需水量

彭曼法是英國科學家彭曼于1949年首次提出，又于1963年簡化了的公式。彭曼法計算農作物需水量時分兩步。

2.1 計算出潛在需水量

潛在需水量是指農作物在供水充足條件下的需水量，計算公式如下：

[Ep=P0P×Δγ×Rn+E21+P0P×Δγ] （1）

式（1）中，P0為標準大氣壓；P為計算地點平均大氣壓；Δ為平均氣溫時飽和水氣壓；γ為濕度計常數；Rn為太陽凈輻射。

2.2 計算實際農作物的需水量

實際農作物的需水量計算公式如下：

ET=KC×ET0 （2）

式（2）中，KC為農作物系數。

3 彭曼公式應用實例

3.1 項目區概況

隆德縣紅堡灌區位于寧夏隆德縣南部什字河河谷川道區，地理位置位于東經106°05′～106°01′，北緯35°45′～44°38′，海拔高度介于1 960～2 080 m，相對高差120 m，灌區具有典型的內陸型氣候。年平均降水量為500 mm，年均蒸發量為830 mm，年平均氣溫為5.1 ℃，年均日照總時間為2 228.1 h，年均總輻射量為122 k Cal/cm2。灌區逐月降水情況見表1。

種植業是灌區的主導產業。灌區內土壤類型主要以黃綿土和黑壚土為主。土壤色澤與母質層極相近，質地均勻，疏松多孔，耕性良好，礦質養分豐富，適宜馬鈴薯、玉米、中藥材等多種農作物的生長。根據當地氣象及土壤特點，灌區主要種植菊芋、玉米、藥材等。灌區灌溉水源為紅堡小（一）型水庫。

3.2 計算分析

3.2.1 農作物需水量計算。通過對紅堡灌區農作物種植整個生育期的研究，利用彭曼公式計算出農作物的日潛在需水量，計算結果見表2。

由公式ET=KC×ET0計算出的灌區農作物需水量ET，是指充分供水條件下實際農作物蒸發蒸騰量與參考農作物蒸發蒸騰量的比值。其反映了農作物本身的生物學特性、產量水平、土壤耕作條件等對農作物需水量的影響。其因農作物種植、發育階段和產量而異，生育初期、末期較小，中期較大，可根據各月田間實測需水量和相同階段的氣象因素計算出的參考農作物需水量求得。本文所取農作物系數為0.75～1.02。

對于不同農作物、不同時期的灌溉需水不同，利用農作物潛在需水量計算每種農作物每個生育階段的灌溉需水量（見表3）。灌區主要種植菊芋、玉米和藥材，菊芋生育期包括苗期、枝繁葉茂期、現蕾期、開花期，菊芋株高枝繁葉茂期和現蕾期生長最快，對水分敏感，設計在高枝繁葉茂期和現蕾期灌水。玉米生育階段主要包括苗期、穗期、花粒期。苗期包括出苗期、三葉期、拔節期、去分蘗。灌水主要在拔節期前后。穗期包括小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄期、開花期，灌水主要在大喇叭口期。花粒期包括抽絲期、籽粒形成期、乳熟期、蠟熟期，澆水主要在籽粒形成期。藥材種植以板藍根、柴胡及黃芪為主，這三種藥材都屬于耐旱植物，農作物在播種及出苗期是耗水強度最小的時期，占全生育期耗水量的2%；苗期至營養生長期，階段耗水量占全生育期耗水量的14%；營養生長期達到耗水高峰，耗水量占全生育期的55%；營養生長后進入肉質根生長期，各處理耗水量逐漸降低，占全生育期耗水量的29%。

3.2.2 灌溉定額。根據項目區主要農作物生育期的灌溉定額、農作物需水量，按土壤計劃濕潤層深度內的農田水量平衡原理分析確定。按下式進行計算：

M=ET-P-（W0-Ws）-Wk+M1 （3）

土壤計劃濕潤層取0.35m；不同農作物生育期可利用有效降水量計算以日降水量為準，日降水量小于5 mm，視為無效降水；日降水量5～30 mm，利用率為100%；日降水量30～50 mm，利用率取60%；日降水量大于50 mm，利用率取30%。土壤水利用量（W0-W）經分析計算，灌區統一取30 m3/667 m2；灌區地下水埋深一般在10 m以下，農作物無法利用，即使隨著灌溉水入滲補給，地下水位上升十分緩慢且有限，故地下水補給Wk=0。農作物生育期灌溉定額見表4。

4 結論

采用彭曼公式對紅堡灌區整個生育期的需水量進行計算。因為考慮了除氣象以外的很多可能對農作物需水量的影響因素，比蒸發皿法、產量法等方法較為精確。這樣的結果為灌區計算灌溉定額、制訂灌溉制度提供了有力的依據。