单双作物系数法计算玉米需水量的对比研究_卢晓鹏

文章编号：１００７－４９２９（２０１２）櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊殸殸殸殸１１－００１８－０４单双作物系数法计算玉米需水量的对比研究卢晓鹏１，段顺琼２，马显莹１，白树明１（１．云南省水利水电科学研究院，云南昆明６５０２２８；２．昆明市松华坝水库管理处，云南昆明６５０２０１） 摘　要：基于云南持续干旱对水资源高效利用的要求以及研究作物需水量规律的重要性，利用低纬度高原区的云南省曲靖市的陆良站１９９０－１９９２年的逐日气象资料及历史试验资料，采用ＦＡＯ－５６推荐的计算作物需水量的单作物系数法和双作物系数法，计算了陆良站玉米各阶段的需水量，并和实测值进行了对比。

结果表明：用单作物系数法和双作物系数法计算的玉米需水量与实测值是十分接近的；在地面覆盖度比较大的情况下，两者差别不大；总体上，两种方法计算的作物需水量具有很好的相关性。

关键词：玉米需水量；单作物系数法；双作物系数法 中图分类号：Ｓ２７４．１ 文献标识码：ＡＡ　Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｃｒｏｐ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄＤｏｕｂｌｅ　Ｃｒｏｐ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ＭａｉｚｅＬＵ　Ｘｉａｏ－ｐｅｎｇ１，ＤＵＡＮ　Ｓｈｕｎ－ｑｉｏｎｇ２，ＭＡ　Ｘｉａｎ－ｙｉｎｇ１，ＢＡＩ　Ｓｈｕ－ｍｉｎｇ１（１．Ｙｕｎｎａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２２８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｓｏｎｇｈｕａｂａ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｏｆｆｉｃｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ　ｏｆ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｄｒｏｕｇｈｔ　ｉｎ　Ｙｕｎｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ａｎｄｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｒｕｌｅ　ｏｆ　ｃｒｏｐ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄａｉｌｙ　ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｄａｔａ　ｆｒｏｍ　１９９０ｔｏ　１９９２ａｎｄ　ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　ｏｆ　Ｌｕｌｉａｎｇ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｑｕｊｉｎｇ　Ｃｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｌｏｃａｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｌａｔｉｔｕｄｅ　ｐｌａｔｅａｕ　ｏｆ　ＹｕｎｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｇｒｏｗｔｈ　ｓｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｍａｉｚｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｏｐ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｏｕｂｌｅ　ｃｒｏｐ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ｂｙ　ＦＡＯ－５６，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｌｓｏ，ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｖｅｒｙ　ｃｌｏｓｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔｅ；ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅｍ　ｉｓ　ｌｉｔｔｌｅ　ｕｎｄｅｒ　ｌａｒｇｅｒ　ｇｒｏｕｎｄ　ｃｏｖｅｒａｇｅ；ｏｖｅｒａｌｌ，ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍａｉｚｅｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｈａｖｅ　ｇｏｏｄ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍａｉｚｅ；ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｏｐ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ；ｄｏｕｂｌｅ　ｃｒｏｐ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ收稿日期：２０１２－０６－２８基金项目：水利部公益性行业专项经费（２０１００１０４４）；云南省科技计划项目社会事业发展专项（２０１０ＣＡ０１３）。

作者简介：卢晓鹏（１９６６－），男，高级工程师，研究方向为水工地质及农田水利。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｙｇｓｌｘｐ＠１６３．ｃｏｍ。

０　引　言玉米是云南省种植面积最大的主要作物，对云南省的粮食产量起到很大的作用，然而云南省是个干旱频发的省份，根据历史统计资料，１９９０－２０１０年２０年间，就发生了１０年的干旱，其中２００９－２０１０年为百年不遇的干旱年，由于持续干旱，２０１１年旱情甚至超过百年大旱年。

受干旱灾害影响最大的是农业，作物当中玉米受旱的面积最大，损失最严重。

故开展玉米作物需水规律的研究，对玉米作物的灌溉制度的制定及灌溉定额修８１节水灌溉·２０１２年第１１期订等具有重要的意义，符合云南持续干旱对水资源高效利用的要求。

１　研究区基本情况研究区位于云南省滇中地区的曲靖市的陆良县，地处滇东高原向黔西高原过渡地带，地理坐标为东经１０３°３８′、北纬２５°０１′，海拔１　８４０ｍ。

土壤类型主要为砂壤，玉米生长季节为５－９月份。

陆良县多年平均降水１　０９５ｍｍ，主要集中在５－８月份，多年平均蒸发量２　１３２ｍｍ，平均气温１４．８℃。

２　研究方法本研究采用单、双作物系数法［１－７］计算陆良县玉米的需水量并与实测值［８］做对比分析，验证这两种方法计算低纬高原地区玉米需水量的适用性。

２．１　作物需水量的计算方法ＦＡＯ作物需水量专家咨询组（Ａｌｌｅｎ等，１９９４年）推荐充分供水条件下采用的作物需水量计算公式如下：单作物系数法：ＥＴ＝ＫｃＥＴ０（１）双作物系数法：ＥＴ＝（Ｋｃｂ＋Ｋｅ）ＥＴ０（２）式中：ＥＴ０为参考作物需水量；Ｋｃ为综合作物系数；Ｋｃｂ为基础作物系数；Ｋｅ为土壤蒸发系数。

２．２　参考作物需水量的计算参考作物需水量（ＥＴ０）的计算方法很多，本文采用标准化、统一化后的ＦＡＯＰｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｌｅｉｔｈ公式：ＥＴ０＝０．４０８×Δ（Ｒｎ－Ｇ）＋γ×９００Ｔ＋２７３×μ２（ｅａ－ｅｄ）Δ＋γ×（１＋０．３４×ｕ２）（３）式中：ＥＴ０为参照作物需水量，ｍｍ／ｄ；Δ为温度－饱和水汽压关系曲线上在平均气温Ｔ处的切线斜率，ｋＰａ／℃；Ｒｎ为太阳净辐射，ＭＪ／（ｍ２·ｄ）；Ｇ为土壤热通量，ＭＪ／（ｍ２·ｄ）；γ为温度表常数，ｋＰａ·℃；ｕ２为２ｍ处风速，ｍ／ｓ；ｅａ为饱和水汽压，ｋＰａ；ｅｄ为实际水气压，ｋＰａ；Ｔ为日平均温度，℃。

２．３　单作物系数用分段单值平均法计算作物系数步骤如下。

第一步：从“作物需水量计算指南”（ＦＡＯ－５６）的表中查出某种作物在特定标准条件下（空气湿度≈４５％、风速≈２ｍ／ｓ、供水充足、管理良好、生长正常、大面积高产的作物条件）的作物系数。

第二步：根据当地的气候条件和作物高度来修正作物中期作物系数（Ｋｃｍｉｄ）和后期的作物系数（Ｋｃｅｎｄ），修正公式如下。

Ｋｃｍｉｄ＝Ｋｃｍｉｄ（Ｔａｂ）＋［０．０４（ｕ２－２）－０．００４（ＲＨｍｉｎ－４５）］（ｈ／３）０．３（４） 当Ｋｃｅｎｄ≥０．４５时，用下式调整：Ｋｃｅｎｄ＝Ｋｃｅｎｄ（Ｔａｂ）＋［０．０４（ｕ２－２）－０．００４（ＲＨｍｉｎ－４５）］（ｈ／３）０．３（５）当Ｋｃｅｎｄ≤０．４５时，Ｋｃｅｎｄ＝Ｋｃｅｎｄ（Ｔａｂ）。

上式中：Ｋｃ（Ｔａｂ）为“ＦＡＯ－５６”给出的Ｋｃｂｍｉｄ或Ｋｃｂｅｎｄ；ｕ２为指中期或后期阶段２ｍ高日平均风速，ｍ／ｓ；ＲＨｍｉｎ指在中期或后期阶段，日最低相对湿度平均值，％。

若资料缺乏ＲＨｍｉｎ，可通过下式计算：ＲＨｍｉｎ＝１００ｅｘｐ［１７．２７Ｔｍｉｎ／（Ｔｍｉｎ＋２３７．３）］ｅｘｐ［１７．２７Ｔｍａｘ／（Ｔｍａｘ＋２３７．３｛｝）］（６） 第三步：计算初始时期的Ｋｃｎｉｎ值，在作物初始生长期土面蒸发占总腾发量的比重较大，因此计算Ｋｃｎｉｎ时需要考虑土面蒸发的影响，计算公式如下。

ｔｗ≤ｔ１时：Ｋｃｎｉｎ＝Ｅｓｏ／ＥＴ０＝１．１５（７） ｔｗ＞ｔ１时：Ｋｃｎｉｎ＝ＴＥＷ－（ＴＥＷ－ＲＥＷ）ｅｘｐ－（ｔｗ－ｔ１）Ｅｓｏ（１＋ＲＥＷＴＥＷ－ＲＥＷ）ＴＥＷｔｗＥＴ０（８）式中：Ｅｓｏ为潜在蒸发率，ｍｍ／ｄ；ｔｗ为灌溉或降雨的平均间隔天数；ｔ１为大气蒸发力控制阶段的天数，ｔ＝ＲＥＷ／Ｅｓｏ；ＲＥＷ为在大气蒸发力控制阶段蒸发的水量，ｍｍ。

２．４　双作物系数双作物系数即将作物系数两个独立的组成系数，一个是基本作物系数（Ｋｃｂ），另一个是土壤蒸发系数（Ｋｅ）：Ｋｃ＝Ｋｃｂ＋Ｋｅ（９）２．４．１　基本作物系数的确定在“作物需水量计算指南”（ＦＡＯ－５６）中给出了８４种作物在标准条件下的Ｋｃｂ值。

根据不同的气候条件对Ｋｃｂ值进行调整，在相对湿度不等于４５％、风速不等于２ｍ／ｓ且Ｋｃｂ值大于０．４５时，Ｋｃｂ　ｍｉｄ和Ｋｃｂ　ｅｎｄ使用以下公式修正：Ｋｃｂ＝Ｋｃｂ（Ｔａｂ）＋［０．０４（ｕ２－２）－０．００４（ＲＨｍｉｎ－４５）］（ｈ／３）０．３（１０）式中：Ｋｃｂ（Ｔａｂ）为“ＦＡＯ－５６”给出的标准条件下的Ｋｃｂｍｉｄ或Ｋｃｂｅｎｄ；ｕ２为中期或后期阶段２ｍ高日平均风速，ｍ／ｓ；ＲＨｍｉｎ为在生长中期或后期阶段，日最低相对湿度平均值，％；Ｈ为植物生长中期或后期阶段平均植株高度，ｍ。

２．４．２　土壤蒸发系数的确定当土壤是湿润的，来自土壤的水分蒸发速率达到最大值。

尽管如此，作物系数（Ｋｃ＝Ｋｃｂ＋Ｋｅ）也不可能超过最大值Ｋｃｍａｘ。

这个值是由土壤表层的蒸散发能量所决定的，（Ｋｃｂ＋Ｋｅ）≤Ｋｃｍａｘ或者Ｋｅ≤（Ｋｃｍａｘ－Ｋｃｂ）。

如果土壤表层是干燥的，只有很少的水（土壤层中剩余水的一部分）可用于蒸发，这就使蒸发作用开始下降，这时有：Ｋｅ＝Ｋｒ（Ｋｃｍａｘ－Ｋｃｂ）≤ｆｅｗＫｃｍａｘ（１１）式中：Ｋｅ为土壤蒸发系数；Ｋｃｂ为基本作物系数；Ｋｃｍａｘ为降雨或灌溉条件下的最大Ｋｃ值；Ｋｒ为基于表土水分消耗或蒸发的累积深度的无量纲土壤蒸发衰减系数；ｆｅｗ为发生株间蒸发的土壤占全部土壤的比例，大部分的蒸发作用来源于这部分土壤。