灌溉理论研究与进展
提 纲
一、作物与水分的关系
二、我国灌溉农业发展的历程
三、节水农业的基本概念与节水途径
四、灌溉管理的节水潜力
五、作物非充分灌溉理论
六、调亏灌溉理论
七、控制性交替灌溉理论
一、作物与水分的关系
生产实践证明，农作物从播种到收获，
每时每刻都离不开水。因此，水对农作物
生长发育至关重要。
无论是旱作农业还是灌溉农业，都必
须解决好, 水, 这个举足轻重的大问题。
一、作物与水分的关系
? 水是农作物的命脉
? 作物生命活动的维持及其生长发育都离不开水
? 作物干物质形成与积累的过程就是水分大量消耗的过
程，如玉米每形成一单位重量的干物质要利用或消耗
1000单位重量的水
? 从构成植物干物质的化学成分上看，植物只利用通过
植物体的水分的 0.2%左右，其余 99.8%的水分则是通过
叶片被植物蒸腾而散失到大气中
? 作物缺水时，轻则减产，严重时可能造成绝产
（一）水分与作物生长发育的关系
1,水是构成作物有机体的主要成分
作
物
的
含
水
量
? 叶片含水量可达叶重的 80％～ 95％
? 根部的含水量可占根部重量的 70％～ 90％
? 干燥种子的含水量占种子重量的 10％～ 15％
? 蔬菜作物其产品均是柔嫩多汁的器官，含水
量都在 90％以上，其中白菜、甘蓝、芹菜等
的含水量达到 93％～ 96％
（一）水分与作物生长发育的关系
作
物
体
内
水
分
存
在
的
状
态
水分在作物细胞内通常呈 束缚水 和 自由水 两种状态
束
缚
水
自
由
水
靠近原生质胶体微粒而被胶体吸附不易自由
流动的水分。不参与代谢作用，其数量多少
与作物的抗性大小有密切的关系。
距离胶体较远且可以自由流动的水分。自
由水参与各种代谢作用，它的数量制约着
作物的代谢强度，如光合速率、呼吸速率、
生长速率等。
（一）水分与作物生长发育的关系
水
分
在
作
物
生
命
活
动
中
的
作
用
? 水分能保持作物的固有状态
? 水分是原生质的主要成分
? 水分是作物代谢过程的反应物质
? 水分是作物对物质吸收和运输的溶剂
（一）水分与作物生长发育的关系
2,水是制造养分的原料
叶绿素
6CO2＋ 6H2O C6H12O6 ＋ 2 707千焦 ＋ 6O2↑?? ?? 光能
（一）水分与作物生长发育的关系
3,水是作物体内运输养料的载体
? 作物体内所需的各种矿质营养元素是通过根系从土壤
中吸取的
? 经过根系吸收进来的矿物质营养元素，除少量就地参
与新陈代谢活动外，大部分元素离子由导管向地上各
部分的组织运送，在向顶部运输的同时，还进行横向
运转，养分输送的动力来自于蒸腾作用
? 作物叶片进行光合作用所制造的有机物也要在水溶液
状态下，借助于体内的输导组织，将养分运送到茎、
花、根、种子等器官中积累供作物生长需要。
（一）水分与作物生长发育的关系
4,水是调节作物生长环境的媒介
农作物的生长发育及产品器官的形成, 都需要在一定的环
境条件下才能进行 。 其主要的环境条件包括：
温度：空气温度和土壤温度；
水分：土壤含水量和空气相对湿度；
光照：光的组成, 光的强度及光周期；
土壤：土壤中的理化性状及土壤肥力等；
空气：大气, 土壤中的空气；
生物条件：土壤微生物, 杂草, 病虫害等 。
（二）水分亏缺对作物的三种重要影响
从使用管理水分的角度出发，作物体内的水分亏缺到什
么程度，产量才会急剧降低，这是人们较为关心的问题。通
过考察水分亏缺对作物的三种主要影响，即可得到较为深刻
的认识。
1,水分亏缺对细胞扩张（延伸）生长的影响；
2,水分亏缺对植株叶片光合作用的影响；
3,水分亏缺对受粉、受精和结实的影响。
（三）作物对水分亏缺的适应性
1,逃旱：以严重牺牲产量为代价；
2,避旱：适水生长；
3,御旱：充分发挥自身的渗透调节功能，维持作物
水分状况收支平衡。
（四）作物所需水分的来源
1,天然降水；
2,人工浇灌的水；
3,地下水。
土
壤
水
（五）作物需水临界期
几种主要作物的需水临界期
二、我国灌溉农业的发展历程
灌溉农业 是指种植业在土壤水分不足的情况下, 通
过人工对土壤进行有节制的灌水, 以补充水分的不足,
保持作物容根层水分有一个最优状态, 从而满足作物
生长发育对水分的需要, 以获得农作物高产高效栽培
目的的农业 。 反之, 只靠自然界降水补给, 不进行人
工灌溉的农业, 称为 旱作农业, 也称, 雨养农业, 。
二、我国灌溉农业的发展历程
灌
溉
农
业
水源
输水工程
灌溉管理
灌水方式
二、我国灌溉农业的发展历程
早在夏商时期，我国劳动人民在作农田规划的
时候，就已注意到了灌溉的水源问题。
到了商代，沟、洫工程开始有了文字记载（洫
指的是田间的水道，沟和洫都是灌溉农田的逐级渠
系）。
春秋战国时期，为了适应农田灌溉的需要，兴
建了较大规模的农田灌溉工程，如漳水十二渠、四
川都江堰以及陕西的郑国渠等工程。
西汉农学家汜胜之在, 瓠区种法, 中就提出
了, 遥润, 这一十分科学的灌溉技术 。
后魏贾思勰著, 齐民要术, 一书, 在, 种瓜,,
,种芋, 等提出了, 旱则浇之, 的灌溉原则 。
到了元代, 王祯进一步明确了, 旱则浇灌, 涝
则泄去, 的灌溉与排水的关系 。 以后的历代对灌溉
又有了新的发展 。
二、我国灌溉农业的发展历程
新中国成立以后, 随着农业生产的发展, 我国
农田水利事业得到了迅速的发展, 兴建了大量的农
田水利工程 。 这些水利工程在抗御水旱灾害中发挥
出了重要的作用, 为发展我国农业生产和多种经营
奠定了物质基础, 使全国的农田灌溉面积从解放初
期的 2.4亿亩, 发展到 2000年初的 8.9亿亩, 粮食产
量达 52005× 108千克, 其中相当大的部分是在我国
北方地区 。 农田灌溉事业的发展, 对保证我国农作
物的高产高效起着重要的作用 。
二、我国灌溉农业的发展历程
我国北方地区农田灌溉事业的发展大体上可划
分为三个阶段：
1,兴修水利工程
2,开展机井建设
3,发展节水灌溉
二、我国灌溉农业的发展历程
三、节水农业的基本概念与节水途径
基
本
概
念
节水灌溉,Water-saving Irrigation
在充分利用降水和土壤水的前提下
高效利用灌溉水，最大限度地满足作物
需水，以获取农业生产的最佳经济效益、
社会效益、生态环境效益。
三、节水农业的基本概念与节水途径
基
本
概
念
节水农业, water-saving Agriculture
充分合理利用各种可用水源，采取
水利、农业、管理等技术措施，使区域
内有限的水资源总体利用率最高及其效
益最佳的农业，即节水高效的农业。
三、节水农业的基本概念与节水途径
,农业节水, 与节水灌溉的涵义类
似，但其节水的范围更广、更深，包括
生物节水、农艺节水和旱作农业节水等。
它是以水为核心，研究如何高效利用农
业水资源，保障农业可持续发展。农业
节水的最终目标是建设节水高效农业。
,节水农业, 类似, 节水型农业,,
是指农业的一种类型，重点研究如何按
照节水的要求规划、建设和管理农业。
两种提法的研究内容和重点不同，适用
的场合不同，不能混淆或相互代替。
易
混
淆
的
两
个
概
念
农业节水
节水农业
三、节水农业的基本概念与节水途径
节
水
途
径
要将自然界的水转化为农作物产量，一般要经
过以下四个环节：
（ 1） 对水资源进行合理开发, 使其成为农业可用水源
（ 2） 将水从水源输送至田间
（ 3） 把引入田间的水, 均匀地分配到指定的面积上贮
存到土壤中
（ 4） 作物经根系吸收土壤水, 通过作物体内生理, 生
化过程转化形成经济产量
三、节水农业的基本概念与节水途径
节
水
途
径
源头节水 —— 开源与节流 —— 水资源合理开发利用
输水节水 —— 减少渗漏、蒸发和径流损失
田间节水 —— 减少棵间无效蒸发，降低奢侈蒸腾
管理节水 —— 适时适量灌水
三、节水农业的基本概念与节水途径
主
要
技
术
措
施
农业水资源合理开发利用技术措施
水
资
源
优
化
分
配
技
术
多
水
源
联
合
运
用
技
术
雨
水
汇
集
利
用
技
术
地
下
水
利
用
技
术
劣
质
水
安
全
利
用
技
术
三、节水农业的基本概念与节水途径
主
要
技
术
措
施
节 水 灌 溉 工 程 措 施
管
道
输
水
灌
溉
技
术
渠
道
防
渗
技
术
喷
灌
技
术
微
灌
技
术
膜
上
灌
技
术
地
下
灌
溉
技
术
坐
水
种
枝
术
沟
畦
改
造
技
术
三、节水农业的基本概念与节水途径
主
要
技
术
措
施
农 艺 节 水 技 术 措 施
耕
作
保
墒
技
术
覆
盖
保
墒
技
术
水
肥
耦
合
技
术
节
水
品
种
筛
选
技
术
化
控
保
水
节
水
技
术
三、节水农业的基本概念与节水途径
主
要
技
术
措
施
节 水 管 理 技 术 措 施
节
水
灌
溉
制
度
土灌
壤溉
墒预
情报
监技
测术
与
灌
区
配
水
技
术
灌
区
量
水
技
术
现
代
化
灌
溉
管
理
技
术
四、灌溉管理的节水潜力
图 6 - 2 - 1 1 夏玉米产量和水分生产效率与耗水量之间的关系
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
耗水量（m
3
/hm
2
）
产量（k
g
/
h
m
2
）
0
1
2
3
4
5
6
7
8
水分生产效率（k
g
/
m
3
）
BA
Y-ET
WUE-ET
专家指出，仅在浇水方式和方法
两方面，即可望节省水量 1/3～ 1/2，
显见，灌溉管理的节水大有潜力可挖。
四、灌溉管理的节水潜力
四、非充分灌溉理论
当作物在各个生育阶段所需的水分都
得到充分满足，即作物生长发育处于最佳
水分环境，配合相应的农业管理技术，使
作物产量达到最高 （ Ymax）,此时大田作物
的实际蒸发蒸腾量称 ET max,这种灌溉则称
为 充分灌溉。 由此即可定义如下：
非
充
分
灌
溉
的
基
本
概
念
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
的
基
本
概
念
（ 1） 当灌溉时的腾发量符合以下等式约束条件, 则
成为 充分灌溉 。
ETa = ETm
式中,ETa—— 实际腾发量 （ 即蒸发蒸腾量简称 ） ；
ETm —— 使作物产量达到 Ymax 的相应腾发量,
即最佳水分环境的作物腾发量 ET max 的简称 （ 或简
写为 ET c） 。
（ 2） 当灌溉时的腾发量符合以下不等式约束条件,
则称 非充分灌溉 。
ETa< ETm
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
非充分灌溉 （ Unsufficient Irrigation）国
外也称限水灌溉（ Limeted Irrigation）或
腾发量亏缺灌溉 （ EDI）。
60年代中期,Jensen和 Sletten研究发现
，水分亏缺对高粱的影响仅当每次灌前土壤
的相对有效含水率（ Aw）下降至 25%以下时，
产量才会较大减少。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
70年代,美国加里福尼亚州和俄勒冈州
的干旱地区开始非充分灌溉试验。
80年代,在美国俄勒冈州东部的一些农
场，由俄州大学（ 1980~1982）在 Hermeston
地区对冬小麦进行非充分灌溉，使总控制水
量（包括降水和灌水量）保持在 ETm的 80%水
平，获得良好效果。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
我国非充分灌溉研究开始较晚、但发展
较快。主要体现在以下几个方面：
（ l） 在国家行业标准灌溉试验规范（ SL13－
90）中增加了作物受旱试验及灌溉效益试验
内容。近 10年来，一批试验站在高等院校和
科研单位帮助下，开展了非充分灌溉的专门
试验研究。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
（ 2） 在吸收、消化国外非充分灌溉理论与
技术的同时，结合国情开展了作物 — 水模型
的考核和筛选、参数的推求、并探索新的模
型建模。对缺水条件下的作物反应及对产量
的影响，从土壤物理、植物生理、农田微气
候、节水高产和灌溉原理等多学科的结合方
面，开展了综合学科的有益探索，有助于非
充分灌溉原理的深化研究。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
（ 3） 在 SPAC的物质和能量利用、动态模拟
的非充分灌溉学科前沿，取得了一些初步进
展。如根系吸水量的宏观模型、叶水势的电
模拟、缺水条件下作物腾发的数值模拟、土
壤水分有效性的系统评价及水分生态环境等
，均有所进展。为非充分灌溉理论的深入、
机制揭示和探讨各个环节的节水作用与节水
潜力提供科学依据。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
（ 4） 在大系统、非充分灌溉目标规划的管
理中，提供了经济灌溉定额、优化灌溉制度
、最优灌溉面积和动态用水计划，以及各种
水源联合利用的多类灌区的优化管理模型和
模拟技术。指导了我国在非充分灌溉的各个
环节和系统管理策略优化，从而促进了节水
灌溉的科学管理的进程。
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
水分亏缺一般包括 土壤水分亏缺 和 作物水分亏缺 两
种 。
(1) 土壤水分亏缺
从土壤水平衡的观点出发, 在某一阶段或作物
全生育期内, 供给土壤的水量小于土壤水分消耗量
时, 产生土壤水分亏缺 （ Soil Water Deficit,简
为 SWD）, 在一般情况下有：
? ? ? ?NepcWD IGPwETS ??????
? ? ? ?Nesr IGPES ?????
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
土壤水分亏缺量 （ SWD） 仅从土壤水分供
需平衡状况反映了土壤水分状况 。 只有当 SWD
大于某一数值时, 才会对作物生长发育产生
不利影响 。 因此, 从作物生长的角度出发,
引入 土壤水分胁迫 （ Soil Water Stress简为
SWS） 的概念更合适, 即：
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
式中,SWS—— 土壤水分胁迫指标 （ mm） ;
wo—— 某时段土壤的初始贮水量 （ mm） ;
wj—— 植物正常生长发育所允许的最小土壤贮
水量界限值 （ mm） ;
△ woj—— 时段初土壤贮水量与植物正常生长发
育所允许的最小贮水量界限值之差 （ mm） 。
? ?joWDWS wwSS ???
ojWD wS ???
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
严格从物理学意义上考虑,土壤水分亏
缺 与 土壤水分胁迫 是两个不同的概念，但它
们之间有密切的联系。 土壤水分亏缺（ SWD）
没有考虑土壤原有贮水量的水平和作物允许
的土壤最小贮水量要求，而 土壤水分胁迫
(SWS ） 反映了土壤水分与作物的关系。
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
(2) 作物水分亏缺
从 SPAC水分传输动力学观点出发,
当蒸腾失水超过根系吸水时, 即发生作
物水分亏缺, 使植物体内贮水量 （ 或含
水量 ） 减少或叶片水势降低 。 因此, 作
物水分亏缺 （ CroP Water deficit简为
CWD） 常表示为
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
式中 T—— 保证作物正常生长发育条件下的蒸腾量 （ mm） ；
Sr—— 根系实际吸水量 （ mm） 。
只有当植物水的吸收, 运输, 丧失三者调节适当
时才能维持良好的水分平衡 。 当水分供应不再能满足
蒸腾的需求时, 水分平衡会失调, 作物出现水分亏缺 。
作物水分亏缺可通过定量测定吸水和蒸腾而直接
估算出来 。 在大田条件下, 由于测定水分吸收在方法
上困难太大, 所以, 通常是用植物的含水量或水势的
变化对水分亏缺作出间接的估计 。
rWD STC ??
四、非充分灌溉理论
形
成
水
分
亏
缺
的
原
因
(1),土壤水分亏缺的原因
? 某阶段缺少灌溉；
? 原有的贮水量不足；
? 降雨稀少；
? 腾发量大 。
四、非充分灌溉理论
形
成
水
分
亏
缺
的
原
因
(2)作物水分亏缺的原因
作物水分亏缺与作物水分胁迫一般是因为 土
壤水分胁迫（土壤干旱） 或 大气干旱 所引起的。
土壤水分胁迫会减少水分的吸收。大气干旱则是
由于太阳辐射强烈造成的干燥、高温、低湿和干
热风的气候条件，使作物蒸腾加剧，即使田间土
壤所含水分绝对数量并不低，不致影响根系吸水，
但仍造成作物体内水分的入不敷出，破坏其水量
平衡，对作物产生不利影响。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
分
亏
缺
状
况
的
评
价
指
标
要研究和了解缺水对作物产量的影响, 分析产量
对缺水的敏感性, 建立作物产量与作物受旱或缺水状
况的定量关系, 制定合理的灌溉用水方案, 必须要有
一些表征作物受旱程度的简单而可靠的指标和测定方
法 。
作物水分亏缺评价方法可分为 间接估算, 直接测
定和综合法 三法 。 间接估算是根据对引起作物水分亏
缺的环境因素 （ 如土壤湿度或水势和空气湿度等 ） 测
定, 估算水分亏缺状况 。 直接测定是指对作物自身水
分亏缺的直接测定 。 综合法则是根据环境因素和作物
本身的水分生理指标的测定来综合计算作物的水分亏
缺状况 。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
作物 — 水模型是描述作物产量与水分间的数学关
系 。 从投入与产出的经济观点, 称, 水分生产函数, ；
从水分供给时间和数量水平与对作物产量的反应 （ 敏
感 ） 关系, 称, 作物 — 水模型, 或, 时间水分生产函
数, 。 常见的作物 — 水模型如下 。
（ 1） 经验模型,以观测变量间的定量关系为基础,
而不涉及系统的成因关系 。 多由田间灌溉试验的回归
分析获得, 虽得到广泛利用, 但往往由于抽象的因素
不够全面或地区性应用条件局限而缺乏普遍意义 。
作物 — 水模型 （ Model of Crop Response
to Water．即 MCRW）是作物生长过程的水分
变化对产量产生影响的数学描述。表征水分变
化的自变量是相对腾发量 （ ETa／ ETm） 或土壤
含水量 （ θ a／ θ m）,表征因变量的产量变化
是相对产量 （ Ya／ Ym） 所描述的作物生长过程
可以是全生育期或由分阶段组成的全生育期，
是非充分灌溉限水条件下，预测缺水对作物产
量影响的数学模型。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
作物 — 水模型, 从投入与产出的经济观点, 称
,水分生产函数, ；从水分供给时间和数量水平与对
作物产量的反应 （ 敏感 ） 关系, 称, 作物 — 水模型,
或, 时间水分生产函数, 。 常见的作物 — 水模型如下 。
（ 1） 经验模型,以观测变量间的定量关系为基础,
而不涉及系统的成因关系 。 多由田间灌溉试验的回归
分析获得, 虽得到广泛利用, 但往往由于抽象的因素
不够全面或地区性应用条件局限而缺乏普遍意义 。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
（ 2） 数学模型,包括确定性模型, 即假定具有严格
的相关性并能以肯定的形式由输入而预测输出 。 随机性
模型, 即取决于偶然性参数的一个或多个函数关系并与
它的概率分布有关, 在一般条件下, 须假定作物 — 水的
季节性 （ 阶段性 ） 预测或控制灌水时间, 与降雨的概率
函数相关 。
（ 3） 模拟模型, 数值模拟模型的简称 。 对于复杂的
数学模型不易获得其解析解, 可用计算机进行模拟
（ Modelling）, 即用数值计算方法求得控制方程的近似
解 。
这些模型不是相互排斥的, 在一个复杂的模型中可
以由若干个不同模型组成综合模型 。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
1 线性模型
线性模型又称 Doorenbos和 Kasam模型（以下简称 D
－ K模型）。分为全生育期和生育阶段的 D－ K模型。
(1 － )
m
a
Y
Y
=K y (1 － )
m
a
ET
ET
式中 Ky称 产量反应 （ 影响 ） 系数或敏感系数 。 其物理
意义为相对亏水量为单位数值时的相对减产比值 。
四、非充分灌溉理论
关于 Ky,
线性模型的 Ky可用于全生育期和任一生育阶段 （ i） 。
Ky值越大, 表示水分亏缺对该作物或该作物的 （ i） 生育
阶段产量的影响越大, 或敏感性越大, 即在相同的相对
亏水量条件下造成的减产损失越大 。 为了提高每立方米
灌溉水的生产效率, 应对 Ky大的作物或 Ky(i)大的时段优先
供水；反之则可以延迟或减少供水 。 为此, Ky值成为指
导非充分灌溉, 进行水最优管理的一个关键性参数 。 Ky
值的确定应根据作物种类, 品种 （ 抗逆性 ）, 缺水发生
的时间 （ 生育阶段 ） 及发生的连续性由专门的试验 （ 称
劣态性灌溉试验 ） 确定 。
作
物
水
模
型
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
2 阶段缺水的乘法模型
由各生育阶段 (i)的相对腾发量或相对缺水量作自变
量, 用各阶段连乘的数字式构成阶段效应对产量 （ 即相
对产量 ） 总影响的 MCRW,简称乘法模型 。 代表性的模型
结构有四种 。
用阶段相对腾发量作自变量与相应阶段 (i)敏感性幂
指数 λ i表征的 M, E, Jensen(1968)模型,
m
a
Y
Y ?
?
n
i 1
i)( ?
i
m
a
ET
ET=
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
3 阶段缺水的加法模型
由各阶段（ i）的相对腾发量或相对缺水量作自变量、
用各阶段分别影响相加数学式构成对产量（即相对产量）
的总影响的 MCRW简称加法模型。代表性的模型结构有四
种。
用阶段相对腾发量为自变量及相应阶段（ i）的敏感
系数乘积表征的 H,Blank 模型,
m
a
Y
Y
im
a
i
n
i ET
ETK
???
?
???
? ???
?
1
1
=
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
试
验
研
究
在非充分灌溉条件下, 作物有不同程度的缺
水或受旱 。 作物非充分灌溉试验的目的, 是探求
作物在不同时期缺水以及不同程度的缺水对生长
发育及产量的影响, 为确定优化灌溉制度和进行
作物灌溉经济效益分析提供基本依据 。 作物非充
分灌溉试验的主要内容是探讨水分亏缺与作物生
长发育及产量的关系, 其中最主要的是作物水分
生产函数或作物 — 水模型的试验研究 。
四、非充分灌溉理论
试
验
处
理
与
设
计
方
法
(1),试验场地选择
选定的试验场地应在气候、土壤和水分状况等方面具
有代表性，其试验地必须安排在由灌溉作物围绕的农业区
域内，其附近的地形条件不应有大的变化。如陡坡等，排
水要通畅，不易受灌水或渍涝影响。水源条件要方便，试
验场地的土壤肥力水平要均匀，要避免试验地四周有高大
建筑物。在试验场地内排列不同处理的小区时，要把同一
处理的不同重复小区分散开，进行插花排列，以削减土壤
肥力等条件的空间差异对各种处理的影响。
四、非充分灌溉理论
试
验
处
理
与
设
计
方
法
(2),试验处理
非充分灌溉试验, 在灌溉试验中属于对比试验的范畴,
故试验前要正确地设计试验处理 。 宜参照作物的生育阶段,
将全生育期等分为若干个时段, 然后按各阶段不同的缺水
程度组合成试验处理 。 试验时, 应针对当地作物对水分比
较敏感的时段和当地易于受旱的时段, 用不同的 灌水次数,
灌水定额控制成不同的土壤含水率上, 下限或直接依据不
同的灌水次数或灌水定额, 以形成不同的缺水水平 。 将各
个阶段的各种缺水水平组合成试验处理又称, 干处理, 。
同时, 应安排任何阶段均不缺水和关键用水期 （ 需水临界
期 ） 充分供水的处理又称, 湿处理, 作为对照 。 各处理安
排 3次以上重复 。
四、非充分灌溉理论
试
验
处
理
与
设
计
方
法
(3).试验与观测方法
采用田间对比试验法进行此试验 。 一般情况下, 应针对不
同的情况, 采用小区, 测坑或大型测筒 进行试验 。 对干旱作物,
若地下水理深小于 3m时, 必须在有底测坑中试验 。 当地下水埋
深大于 3m时, 可直接在小区中试验 。 对于水稻, 宜在测坑中试
验 。 无论是旱作物还是水稻, 若试验处理较多 （ 10个处理以
上 ）, 宜用大型测筒试验, 但其观测成果必须要有 3个以上测坑
（ 或小区 ） 观测成果作检验, 校核与修正 。 无论采取什么方法,
在干旱地区, 若试验作物全生育期内历年降水均很少, 一般少
于一次灌水定额, 则不必设防雨棚 。 其余条件, 应在试验小区
设活动防雨棚, 降雨时采用 。
四、非充分灌溉理论
试
验
处
理
与
设
计
方
法
观测项目：
1）各时段的灌水次数、日期、定额、灌水前后的土壤含
水量。
2）定期（ 5～ 10天一次）观测土壤含水量。
3） 作物生育期的日期, 考种, 测产 。
4）主要的气象要素
5）作物各阶段的生长发育性状和重要的作物水分生理指
标。
6）土壤理化性状及水分特性，
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
1） 分析水分亏缺对作物生长状况的影响
水分亏缺对作物生长总的影响直观反映在
生态特征的差异上, 表示这种差异比较易测的
作物性状指标是株高和叶面积指数 。 因此, 首
先可以由不同缺水 （ 受旱 ） 处理的株高与叶 面
积指数实测资料分析不同阶段和不同程度的缺
水对作物叶面积与株高的影响 。
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
2）分析水分亏缺对作物水分生理指标的影响
应根据实验观测资料分析和研究不同阶
段及不同程度的受旱 （ 缺水 ） 对作物水分生
理指标的影响 。 如不同处理时作物水分生理
指标的日变化, 叶水势, 叶组织细胞液浓度
或叶片气孔阻力 （ 开度 ） 同土壤含水量的关
系等 。
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
3） 分析水分亏缺对作物蒸发蒸腾量的影响
根据不同处理实测得到的作物蒸发蒸腾量资料分
析研究不同阶段和不同程度的缺水（受旱）对全生育
期总蒸发蒸腾量和各阶段蒸发蒸腾量分配状况的影响，
分析不同生育阶段蒸发蒸腾量与土壤含水量的关系。
由于蒸发蒸腾量受气象因素和土壤含水量等多方面因
素的影响，在分析不同生育阶段蒸发蒸腾量与土壤含
水量的关系时，宜采用实际蒸发蒸腾量与相应时段的
潜在蒸发蒸腾量比值 ETa／ ETm和土壤含水量一起建立
关系。
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
4）分析水分亏缺对作物干物质积累和产量构成的影响
根据不同处理的实测资料分析水分亏缺对光
合产物积累以及在各器官间分配的影响，分析
不同阶段和不同程度的水分亏缺对穗长、穗粗、
穗粒数、稳粒重及总产量的影响，建立产量与
土壤含水量或水分亏缺量的关系。分析时应以
充分供水时的高产水平作对照。
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
5） 相对产量与相对蒸发蒸腾量的关系
根据不同灌水或不同土壤含水量下限处理所观测
的成果, 则全生育期充分灌溉处理 （ 对照处理 ） 的产
量为最高产量 （ Ym）, 其蒸发蒸腾量为最大蒸发蒸腾
量 （ ETm） 。 各种缺水处理得到的产量为实际产量
（ Ya）, 其蒸发蒸腾量为实际蒸发蒸腾量 （ ETa） 。 据
此, 可求得各处理的相对产量 （ Ya / Ym）, 并可算出
各处理在不同阶段的日平均相对蒸发蒸腾量 （ ETa /
ETm） 。 由此, 可以分阶段确定相对产量与各阶段相对
蒸发蒸腾量的关系 。
谢谢大家！
提 纲
一、作物与水分的关系
二、我国灌溉农业发展的历程
三、节水农业的基本概念与节水途径
四、灌溉管理的节水潜力
五、作物非充分灌溉理论
六、调亏灌溉理论
七、控制性交替灌溉理论
一、作物与水分的关系
生产实践证明，农作物从播种到收获，
每时每刻都离不开水。因此，水对农作物
生长发育至关重要。
无论是旱作农业还是灌溉农业，都必
须解决好, 水, 这个举足轻重的大问题。
一、作物与水分的关系
? 水是农作物的命脉
? 作物生命活动的维持及其生长发育都离不开水
? 作物干物质形成与积累的过程就是水分大量消耗的过
程，如玉米每形成一单位重量的干物质要利用或消耗
1000单位重量的水
? 从构成植物干物质的化学成分上看，植物只利用通过
植物体的水分的 0.2%左右，其余 99.8%的水分则是通过
叶片被植物蒸腾而散失到大气中
? 作物缺水时，轻则减产，严重时可能造成绝产
（一）水分与作物生长发育的关系
1,水是构成作物有机体的主要成分
作
物
的
含
水
量
? 叶片含水量可达叶重的 80％～ 95％
? 根部的含水量可占根部重量的 70％～ 90％
? 干燥种子的含水量占种子重量的 10％～ 15％
? 蔬菜作物其产品均是柔嫩多汁的器官，含水
量都在 90％以上，其中白菜、甘蓝、芹菜等
的含水量达到 93％～ 96％
（一）水分与作物生长发育的关系
作
物
体
内
水
分
存
在
的
状
态
水分在作物细胞内通常呈 束缚水 和 自由水 两种状态
束
缚
水
自
由
水
靠近原生质胶体微粒而被胶体吸附不易自由
流动的水分。不参与代谢作用，其数量多少
与作物的抗性大小有密切的关系。
距离胶体较远且可以自由流动的水分。自
由水参与各种代谢作用，它的数量制约着
作物的代谢强度，如光合速率、呼吸速率、
生长速率等。
（一）水分与作物生长发育的关系
水
分
在
作
物
生
命
活
动
中
的
作
用
? 水分能保持作物的固有状态
? 水分是原生质的主要成分
? 水分是作物代谢过程的反应物质
? 水分是作物对物质吸收和运输的溶剂
（一）水分与作物生长发育的关系
2,水是制造养分的原料
叶绿素
6CO2＋ 6H2O C6H12O6 ＋ 2 707千焦 ＋ 6O2↑?? ?? 光能
（一）水分与作物生长发育的关系
3,水是作物体内运输养料的载体
? 作物体内所需的各种矿质营养元素是通过根系从土壤
中吸取的
? 经过根系吸收进来的矿物质营养元素，除少量就地参
与新陈代谢活动外，大部分元素离子由导管向地上各
部分的组织运送，在向顶部运输的同时，还进行横向
运转，养分输送的动力来自于蒸腾作用
? 作物叶片进行光合作用所制造的有机物也要在水溶液
状态下，借助于体内的输导组织，将养分运送到茎、
花、根、种子等器官中积累供作物生长需要。
（一）水分与作物生长发育的关系
4,水是调节作物生长环境的媒介
农作物的生长发育及产品器官的形成, 都需要在一定的环
境条件下才能进行 。 其主要的环境条件包括：
温度：空气温度和土壤温度；
水分：土壤含水量和空气相对湿度；
光照：光的组成, 光的强度及光周期；
土壤：土壤中的理化性状及土壤肥力等；
空气：大气, 土壤中的空气；
生物条件：土壤微生物, 杂草, 病虫害等 。
（二）水分亏缺对作物的三种重要影响
从使用管理水分的角度出发，作物体内的水分亏缺到什
么程度，产量才会急剧降低，这是人们较为关心的问题。通
过考察水分亏缺对作物的三种主要影响，即可得到较为深刻
的认识。
1,水分亏缺对细胞扩张（延伸）生长的影响；
2,水分亏缺对植株叶片光合作用的影响；
3,水分亏缺对受粉、受精和结实的影响。
（三）作物对水分亏缺的适应性
1,逃旱：以严重牺牲产量为代价；
2,避旱：适水生长；
3,御旱：充分发挥自身的渗透调节功能，维持作物
水分状况收支平衡。
（四）作物所需水分的来源
1,天然降水；
2,人工浇灌的水；
3,地下水。
土
壤
水
（五）作物需水临界期
几种主要作物的需水临界期
二、我国灌溉农业的发展历程
灌溉农业 是指种植业在土壤水分不足的情况下, 通
过人工对土壤进行有节制的灌水, 以补充水分的不足,
保持作物容根层水分有一个最优状态, 从而满足作物
生长发育对水分的需要, 以获得农作物高产高效栽培
目的的农业 。 反之, 只靠自然界降水补给, 不进行人
工灌溉的农业, 称为 旱作农业, 也称, 雨养农业, 。
二、我国灌溉农业的发展历程
灌
溉
农
业
水源
输水工程
灌溉管理
灌水方式
二、我国灌溉农业的发展历程
早在夏商时期，我国劳动人民在作农田规划的
时候，就已注意到了灌溉的水源问题。
到了商代，沟、洫工程开始有了文字记载（洫
指的是田间的水道，沟和洫都是灌溉农田的逐级渠
系）。
春秋战国时期，为了适应农田灌溉的需要，兴
建了较大规模的农田灌溉工程，如漳水十二渠、四
川都江堰以及陕西的郑国渠等工程。
西汉农学家汜胜之在, 瓠区种法, 中就提出
了, 遥润, 这一十分科学的灌溉技术 。
后魏贾思勰著, 齐民要术, 一书, 在, 种瓜,,
,种芋, 等提出了, 旱则浇之, 的灌溉原则 。
到了元代, 王祯进一步明确了, 旱则浇灌, 涝
则泄去, 的灌溉与排水的关系 。 以后的历代对灌溉
又有了新的发展 。
二、我国灌溉农业的发展历程
新中国成立以后, 随着农业生产的发展, 我国
农田水利事业得到了迅速的发展, 兴建了大量的农
田水利工程 。 这些水利工程在抗御水旱灾害中发挥
出了重要的作用, 为发展我国农业生产和多种经营
奠定了物质基础, 使全国的农田灌溉面积从解放初
期的 2.4亿亩, 发展到 2000年初的 8.9亿亩, 粮食产
量达 52005× 108千克, 其中相当大的部分是在我国
北方地区 。 农田灌溉事业的发展, 对保证我国农作
物的高产高效起着重要的作用 。
二、我国灌溉农业的发展历程
我国北方地区农田灌溉事业的发展大体上可划
分为三个阶段：
1,兴修水利工程
2,开展机井建设
3,发展节水灌溉
二、我国灌溉农业的发展历程
三、节水农业的基本概念与节水途径
基
本
概
念
节水灌溉,Water-saving Irrigation
在充分利用降水和土壤水的前提下
高效利用灌溉水，最大限度地满足作物
需水，以获取农业生产的最佳经济效益、
社会效益、生态环境效益。
三、节水农业的基本概念与节水途径
基
本
概
念
节水农业, water-saving Agriculture
充分合理利用各种可用水源，采取
水利、农业、管理等技术措施，使区域
内有限的水资源总体利用率最高及其效
益最佳的农业，即节水高效的农业。
三、节水农业的基本概念与节水途径
,农业节水, 与节水灌溉的涵义类
似，但其节水的范围更广、更深，包括
生物节水、农艺节水和旱作农业节水等。
它是以水为核心，研究如何高效利用农
业水资源，保障农业可持续发展。农业
节水的最终目标是建设节水高效农业。
,节水农业, 类似, 节水型农业,,
是指农业的一种类型，重点研究如何按
照节水的要求规划、建设和管理农业。
两种提法的研究内容和重点不同，适用
的场合不同，不能混淆或相互代替。
易
混
淆
的
两
个
概
念
农业节水
节水农业
三、节水农业的基本概念与节水途径
节
水
途
径
要将自然界的水转化为农作物产量，一般要经
过以下四个环节：
（ 1） 对水资源进行合理开发, 使其成为农业可用水源
（ 2） 将水从水源输送至田间
（ 3） 把引入田间的水, 均匀地分配到指定的面积上贮
存到土壤中
（ 4） 作物经根系吸收土壤水, 通过作物体内生理, 生
化过程转化形成经济产量
三、节水农业的基本概念与节水途径
节
水
途
径
源头节水 —— 开源与节流 —— 水资源合理开发利用
输水节水 —— 减少渗漏、蒸发和径流损失
田间节水 —— 减少棵间无效蒸发，降低奢侈蒸腾
管理节水 —— 适时适量灌水
三、节水农业的基本概念与节水途径
主
要
技
术
措
施
农业水资源合理开发利用技术措施
水
资
源
优
化
分
配
技
术
多
水
源
联
合
运
用
技
术
雨
水
汇
集
利
用
技
术
地
下
水
利
用
技
术
劣
质
水
安
全
利
用
技
术
三、节水农业的基本概念与节水途径
主
要
技
术
措
施
节 水 灌 溉 工 程 措 施
管
道
输
水
灌
溉
技
术
渠
道
防
渗
技
术
喷
灌
技
术
微
灌
技
术
膜
上
灌
技
术
地
下
灌
溉
技
术
坐
水
种
枝
术
沟
畦
改
造
技
术
三、节水农业的基本概念与节水途径
主
要
技
术
措
施
农 艺 节 水 技 术 措 施
耕
作
保
墒
技
术
覆
盖
保
墒
技
术
水
肥
耦
合
技
术
节
水
品
种
筛
选
技
术
化
控
保
水
节
水
技
术
三、节水农业的基本概念与节水途径
主
要
技
术
措
施
节 水 管 理 技 术 措 施
节
水
灌
溉
制
度
土灌
壤溉
墒预
情报
监技
测术
与
灌
区
配
水
技
术
灌
区
量
水
技
术
现
代
化
灌
溉
管
理
技
术
四、灌溉管理的节水潜力
图 6 - 2 - 1 1 夏玉米产量和水分生产效率与耗水量之间的关系
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
耗水量（m
3
/hm
2
）
产量（k
g
/
h
m
2
）
0
1
2
3
4
5
6
7
8
水分生产效率（k
g
/
m
3
）
BA
Y-ET
WUE-ET
专家指出，仅在浇水方式和方法
两方面，即可望节省水量 1/3～ 1/2，
显见，灌溉管理的节水大有潜力可挖。
四、灌溉管理的节水潜力
四、非充分灌溉理论
当作物在各个生育阶段所需的水分都
得到充分满足，即作物生长发育处于最佳
水分环境，配合相应的农业管理技术，使
作物产量达到最高 （ Ymax）,此时大田作物
的实际蒸发蒸腾量称 ET max,这种灌溉则称
为 充分灌溉。 由此即可定义如下：
非
充
分
灌
溉
的
基
本
概
念
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
的
基
本
概
念
（ 1） 当灌溉时的腾发量符合以下等式约束条件, 则
成为 充分灌溉 。
ETa = ETm
式中,ETa—— 实际腾发量 （ 即蒸发蒸腾量简称 ） ；
ETm —— 使作物产量达到 Ymax 的相应腾发量,
即最佳水分环境的作物腾发量 ET max 的简称 （ 或简
写为 ET c） 。
（ 2） 当灌溉时的腾发量符合以下不等式约束条件,
则称 非充分灌溉 。
ETa< ETm
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
非充分灌溉 （ Unsufficient Irrigation）国
外也称限水灌溉（ Limeted Irrigation）或
腾发量亏缺灌溉 （ EDI）。
60年代中期,Jensen和 Sletten研究发现
，水分亏缺对高粱的影响仅当每次灌前土壤
的相对有效含水率（ Aw）下降至 25%以下时，
产量才会较大减少。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
70年代,美国加里福尼亚州和俄勒冈州
的干旱地区开始非充分灌溉试验。
80年代,在美国俄勒冈州东部的一些农
场，由俄州大学（ 1980~1982）在 Hermeston
地区对冬小麦进行非充分灌溉，使总控制水
量（包括降水和灌水量）保持在 ETm的 80%水
平，获得良好效果。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
我国非充分灌溉研究开始较晚、但发展
较快。主要体现在以下几个方面：
（ l） 在国家行业标准灌溉试验规范（ SL13－
90）中增加了作物受旱试验及灌溉效益试验
内容。近 10年来，一批试验站在高等院校和
科研单位帮助下，开展了非充分灌溉的专门
试验研究。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
（ 2） 在吸收、消化国外非充分灌溉理论与
技术的同时，结合国情开展了作物 — 水模型
的考核和筛选、参数的推求、并探索新的模
型建模。对缺水条件下的作物反应及对产量
的影响，从土壤物理、植物生理、农田微气
候、节水高产和灌溉原理等多学科的结合方
面，开展了综合学科的有益探索，有助于非
充分灌溉原理的深化研究。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
（ 3） 在 SPAC的物质和能量利用、动态模拟
的非充分灌溉学科前沿，取得了一些初步进
展。如根系吸水量的宏观模型、叶水势的电
模拟、缺水条件下作物腾发的数值模拟、土
壤水分有效性的系统评价及水分生态环境等
，均有所进展。为非充分灌溉理论的深入、
机制揭示和探讨各个环节的节水作用与节水
潜力提供科学依据。
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
研
究
进
展
（ 4） 在大系统、非充分灌溉目标规划的管
理中，提供了经济灌溉定额、优化灌溉制度
、最优灌溉面积和动态用水计划，以及各种
水源联合利用的多类灌区的优化管理模型和
模拟技术。指导了我国在非充分灌溉的各个
环节和系统管理策略优化，从而促进了节水
灌溉的科学管理的进程。
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
水分亏缺一般包括 土壤水分亏缺 和 作物水分亏缺 两
种 。
(1) 土壤水分亏缺
从土壤水平衡的观点出发, 在某一阶段或作物
全生育期内, 供给土壤的水量小于土壤水分消耗量
时, 产生土壤水分亏缺 （ Soil Water Deficit,简
为 SWD）, 在一般情况下有：
? ? ? ?NepcWD IGPwETS ??????
? ? ? ?Nesr IGPES ?????
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
土壤水分亏缺量 （ SWD） 仅从土壤水分供
需平衡状况反映了土壤水分状况 。 只有当 SWD
大于某一数值时, 才会对作物生长发育产生
不利影响 。 因此, 从作物生长的角度出发,
引入 土壤水分胁迫 （ Soil Water Stress简为
SWS） 的概念更合适, 即：
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
式中,SWS—— 土壤水分胁迫指标 （ mm） ;
wo—— 某时段土壤的初始贮水量 （ mm） ;
wj—— 植物正常生长发育所允许的最小土壤贮
水量界限值 （ mm） ;
△ woj—— 时段初土壤贮水量与植物正常生长发
育所允许的最小贮水量界限值之差 （ mm） 。
? ?joWDWS wwSS ???
ojWD wS ???
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
严格从物理学意义上考虑,土壤水分亏
缺 与 土壤水分胁迫 是两个不同的概念，但它
们之间有密切的联系。 土壤水分亏缺（ SWD）
没有考虑土壤原有贮水量的水平和作物允许
的土壤最小贮水量要求，而 土壤水分胁迫
(SWS ） 反映了土壤水分与作物的关系。
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
(2) 作物水分亏缺
从 SPAC水分传输动力学观点出发,
当蒸腾失水超过根系吸水时, 即发生作
物水分亏缺, 使植物体内贮水量 （ 或含
水量 ） 减少或叶片水势降低 。 因此, 作
物水分亏缺 （ CroP Water deficit简为
CWD） 常表示为
四、非充分灌溉理论
水
分
亏
缺
的
基
本
概
念
式中 T—— 保证作物正常生长发育条件下的蒸腾量 （ mm） ；
Sr—— 根系实际吸水量 （ mm） 。
只有当植物水的吸收, 运输, 丧失三者调节适当
时才能维持良好的水分平衡 。 当水分供应不再能满足
蒸腾的需求时, 水分平衡会失调, 作物出现水分亏缺 。
作物水分亏缺可通过定量测定吸水和蒸腾而直接
估算出来 。 在大田条件下, 由于测定水分吸收在方法
上困难太大, 所以, 通常是用植物的含水量或水势的
变化对水分亏缺作出间接的估计 。
rWD STC ??
四、非充分灌溉理论
形
成
水
分
亏
缺
的
原
因
(1),土壤水分亏缺的原因
? 某阶段缺少灌溉；
? 原有的贮水量不足；
? 降雨稀少；
? 腾发量大 。
四、非充分灌溉理论
形
成
水
分
亏
缺
的
原
因
(2)作物水分亏缺的原因
作物水分亏缺与作物水分胁迫一般是因为 土
壤水分胁迫（土壤干旱） 或 大气干旱 所引起的。
土壤水分胁迫会减少水分的吸收。大气干旱则是
由于太阳辐射强烈造成的干燥、高温、低湿和干
热风的气候条件，使作物蒸腾加剧，即使田间土
壤所含水分绝对数量并不低，不致影响根系吸水，
但仍造成作物体内水分的入不敷出，破坏其水量
平衡，对作物产生不利影响。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
分
亏
缺
状
况
的
评
价
指
标
要研究和了解缺水对作物产量的影响, 分析产量
对缺水的敏感性, 建立作物产量与作物受旱或缺水状
况的定量关系, 制定合理的灌溉用水方案, 必须要有
一些表征作物受旱程度的简单而可靠的指标和测定方
法 。
作物水分亏缺评价方法可分为 间接估算, 直接测
定和综合法 三法 。 间接估算是根据对引起作物水分亏
缺的环境因素 （ 如土壤湿度或水势和空气湿度等 ） 测
定, 估算水分亏缺状况 。 直接测定是指对作物自身水
分亏缺的直接测定 。 综合法则是根据环境因素和作物
本身的水分生理指标的测定来综合计算作物的水分亏
缺状况 。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
作物 — 水模型是描述作物产量与水分间的数学关
系 。 从投入与产出的经济观点, 称, 水分生产函数, ；
从水分供给时间和数量水平与对作物产量的反应 （ 敏
感 ） 关系, 称, 作物 — 水模型, 或, 时间水分生产函
数, 。 常见的作物 — 水模型如下 。
（ 1） 经验模型,以观测变量间的定量关系为基础,
而不涉及系统的成因关系 。 多由田间灌溉试验的回归
分析获得, 虽得到广泛利用, 但往往由于抽象的因素
不够全面或地区性应用条件局限而缺乏普遍意义 。
作物 — 水模型 （ Model of Crop Response
to Water．即 MCRW）是作物生长过程的水分
变化对产量产生影响的数学描述。表征水分变
化的自变量是相对腾发量 （ ETa／ ETm） 或土壤
含水量 （ θ a／ θ m）,表征因变量的产量变化
是相对产量 （ Ya／ Ym） 所描述的作物生长过程
可以是全生育期或由分阶段组成的全生育期，
是非充分灌溉限水条件下，预测缺水对作物产
量影响的数学模型。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
作物 — 水模型, 从投入与产出的经济观点, 称
,水分生产函数, ；从水分供给时间和数量水平与对
作物产量的反应 （ 敏感 ） 关系, 称, 作物 — 水模型,
或, 时间水分生产函数, 。 常见的作物 — 水模型如下 。
（ 1） 经验模型,以观测变量间的定量关系为基础,
而不涉及系统的成因关系 。 多由田间灌溉试验的回归
分析获得, 虽得到广泛利用, 但往往由于抽象的因素
不够全面或地区性应用条件局限而缺乏普遍意义 。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
（ 2） 数学模型,包括确定性模型, 即假定具有严格
的相关性并能以肯定的形式由输入而预测输出 。 随机性
模型, 即取决于偶然性参数的一个或多个函数关系并与
它的概率分布有关, 在一般条件下, 须假定作物 — 水的
季节性 （ 阶段性 ） 预测或控制灌水时间, 与降雨的概率
函数相关 。
（ 3） 模拟模型, 数值模拟模型的简称 。 对于复杂的
数学模型不易获得其解析解, 可用计算机进行模拟
（ Modelling）, 即用数值计算方法求得控制方程的近似
解 。
这些模型不是相互排斥的, 在一个复杂的模型中可
以由若干个不同模型组成综合模型 。
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
1 线性模型
线性模型又称 Doorenbos和 Kasam模型（以下简称 D
－ K模型）。分为全生育期和生育阶段的 D－ K模型。
(1 － )
m
a
Y
Y
=K y (1 － )
m
a
ET
ET
式中 Ky称 产量反应 （ 影响 ） 系数或敏感系数 。 其物理
意义为相对亏水量为单位数值时的相对减产比值 。
四、非充分灌溉理论
关于 Ky,
线性模型的 Ky可用于全生育期和任一生育阶段 （ i） 。
Ky值越大, 表示水分亏缺对该作物或该作物的 （ i） 生育
阶段产量的影响越大, 或敏感性越大, 即在相同的相对
亏水量条件下造成的减产损失越大 。 为了提高每立方米
灌溉水的生产效率, 应对 Ky大的作物或 Ky(i)大的时段优先
供水；反之则可以延迟或减少供水 。 为此, Ky值成为指
导非充分灌溉, 进行水最优管理的一个关键性参数 。 Ky
值的确定应根据作物种类, 品种 （ 抗逆性 ）, 缺水发生
的时间 （ 生育阶段 ） 及发生的连续性由专门的试验 （ 称
劣态性灌溉试验 ） 确定 。
作
物
水
模
型
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
2 阶段缺水的乘法模型
由各生育阶段 (i)的相对腾发量或相对缺水量作自变
量, 用各阶段连乘的数字式构成阶段效应对产量 （ 即相
对产量 ） 总影响的 MCRW,简称乘法模型 。 代表性的模型
结构有四种 。
用阶段相对腾发量作自变量与相应阶段 (i)敏感性幂
指数 λ i表征的 M, E, Jensen(1968)模型,
m
a
Y
Y ?
?
n
i 1
i)( ?
i
m
a
ET
ET=
四、非充分灌溉理论
作
物
水
模
型
3 阶段缺水的加法模型
由各阶段（ i）的相对腾发量或相对缺水量作自变量、
用各阶段分别影响相加数学式构成对产量（即相对产量）
的总影响的 MCRW简称加法模型。代表性的模型结构有四
种。
用阶段相对腾发量为自变量及相应阶段（ i）的敏感
系数乘积表征的 H,Blank 模型,
m
a
Y
Y
im
a
i
n
i ET
ETK
???
?
???
? ???
?
1
1
=
四、非充分灌溉理论
非
充
分
灌
溉
试
验
研
究
在非充分灌溉条件下, 作物有不同程度的缺
水或受旱 。 作物非充分灌溉试验的目的, 是探求
作物在不同时期缺水以及不同程度的缺水对生长
发育及产量的影响, 为确定优化灌溉制度和进行
作物灌溉经济效益分析提供基本依据 。 作物非充
分灌溉试验的主要内容是探讨水分亏缺与作物生
长发育及产量的关系, 其中最主要的是作物水分
生产函数或作物 — 水模型的试验研究 。
四、非充分灌溉理论
试
验
处
理
与
设
计
方
法
(1),试验场地选择
选定的试验场地应在气候、土壤和水分状况等方面具
有代表性，其试验地必须安排在由灌溉作物围绕的农业区
域内，其附近的地形条件不应有大的变化。如陡坡等，排
水要通畅，不易受灌水或渍涝影响。水源条件要方便，试
验场地的土壤肥力水平要均匀，要避免试验地四周有高大
建筑物。在试验场地内排列不同处理的小区时，要把同一
处理的不同重复小区分散开，进行插花排列，以削减土壤
肥力等条件的空间差异对各种处理的影响。
四、非充分灌溉理论
试
验
处
理
与
设
计
方
法
(2),试验处理
非充分灌溉试验, 在灌溉试验中属于对比试验的范畴,
故试验前要正确地设计试验处理 。 宜参照作物的生育阶段,
将全生育期等分为若干个时段, 然后按各阶段不同的缺水
程度组合成试验处理 。 试验时, 应针对当地作物对水分比
较敏感的时段和当地易于受旱的时段, 用不同的 灌水次数,
灌水定额控制成不同的土壤含水率上, 下限或直接依据不
同的灌水次数或灌水定额, 以形成不同的缺水水平 。 将各
个阶段的各种缺水水平组合成试验处理又称, 干处理, 。
同时, 应安排任何阶段均不缺水和关键用水期 （ 需水临界
期 ） 充分供水的处理又称, 湿处理, 作为对照 。 各处理安
排 3次以上重复 。
四、非充分灌溉理论
试
验
处
理
与
设
计
方
法
(3).试验与观测方法
采用田间对比试验法进行此试验 。 一般情况下, 应针对不
同的情况, 采用小区, 测坑或大型测筒 进行试验 。 对干旱作物,
若地下水理深小于 3m时, 必须在有底测坑中试验 。 当地下水埋
深大于 3m时, 可直接在小区中试验 。 对于水稻, 宜在测坑中试
验 。 无论是旱作物还是水稻, 若试验处理较多 （ 10个处理以
上 ）, 宜用大型测筒试验, 但其观测成果必须要有 3个以上测坑
（ 或小区 ） 观测成果作检验, 校核与修正 。 无论采取什么方法,
在干旱地区, 若试验作物全生育期内历年降水均很少, 一般少
于一次灌水定额, 则不必设防雨棚 。 其余条件, 应在试验小区
设活动防雨棚, 降雨时采用 。
四、非充分灌溉理论
试
验
处
理
与
设
计
方
法
观测项目：
1）各时段的灌水次数、日期、定额、灌水前后的土壤含
水量。
2）定期（ 5～ 10天一次）观测土壤含水量。
3） 作物生育期的日期, 考种, 测产 。
4）主要的气象要素
5）作物各阶段的生长发育性状和重要的作物水分生理指
标。
6）土壤理化性状及水分特性，
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
1） 分析水分亏缺对作物生长状况的影响
水分亏缺对作物生长总的影响直观反映在
生态特征的差异上, 表示这种差异比较易测的
作物性状指标是株高和叶面积指数 。 因此, 首
先可以由不同缺水 （ 受旱 ） 处理的株高与叶 面
积指数实测资料分析不同阶段和不同程度的缺
水对作物叶面积与株高的影响 。
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
2）分析水分亏缺对作物水分生理指标的影响
应根据实验观测资料分析和研究不同阶
段及不同程度的受旱 （ 缺水 ） 对作物水分生
理指标的影响 。 如不同处理时作物水分生理
指标的日变化, 叶水势, 叶组织细胞液浓度
或叶片气孔阻力 （ 开度 ） 同土壤含水量的关
系等 。
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
3） 分析水分亏缺对作物蒸发蒸腾量的影响
根据不同处理实测得到的作物蒸发蒸腾量资料分
析研究不同阶段和不同程度的缺水（受旱）对全生育
期总蒸发蒸腾量和各阶段蒸发蒸腾量分配状况的影响，
分析不同生育阶段蒸发蒸腾量与土壤含水量的关系。
由于蒸发蒸腾量受气象因素和土壤含水量等多方面因
素的影响，在分析不同生育阶段蒸发蒸腾量与土壤含
水量的关系时，宜采用实际蒸发蒸腾量与相应时段的
潜在蒸发蒸腾量比值 ETa／ ETm和土壤含水量一起建立
关系。
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
4）分析水分亏缺对作物干物质积累和产量构成的影响
根据不同处理的实测资料分析水分亏缺对光
合产物积累以及在各器官间分配的影响，分析
不同阶段和不同程度的水分亏缺对穗长、穗粗、
穗粒数、稳粒重及总产量的影响，建立产量与
土壤含水量或水分亏缺量的关系。分析时应以
充分供水时的高产水平作对照。
四、非充分灌溉理论
试
验
成
果
分
析
的
主
要
内
容
5） 相对产量与相对蒸发蒸腾量的关系
根据不同灌水或不同土壤含水量下限处理所观测
的成果, 则全生育期充分灌溉处理 （ 对照处理 ） 的产
量为最高产量 （ Ym）, 其蒸发蒸腾量为最大蒸发蒸腾
量 （ ETm） 。 各种缺水处理得到的产量为实际产量
（ Ya）, 其蒸发蒸腾量为实际蒸发蒸腾量 （ ETa） 。 据
此, 可求得各处理的相对产量 （ Ya / Ym）, 并可算出
各处理在不同阶段的日平均相对蒸发蒸腾量 （ ETa /
ETm） 。 由此, 可以分阶段确定相对产量与各阶段相对
蒸发蒸腾量的关系 。
谢谢大家！
