如何利用田间持水量和土壤容重确定滴灌作物一亩地的最大灌溉量？

如何利用田间持水量和土壤容重确定滴灌作物一亩地的最大灌溉量？

 

前面直播讲完课，私信中收到这样一个问题"梁老师，如果我们要湿润20cm土壤深度的话，需要灌多少水？有没有换算公式？谢谢"

 

实际上这个问题也是水肥一体化应用中大家普遍关心的问题。

 

应用水肥一体化技术最常见的问题是过量灌溉，农户总担心水量不够，人为延长灌溉时间，当不结合施肥时，过量灌溉至多是水的浪费，但当利用水肥一体化技术时，就会产生非常严重的后果，过量灌溉后，溶解于灌溉水的养分会随水淋洗到根层以下，使随水施入的肥料难以被根系吸收，对壤土和黏土而言，流失的主要是尿素、硝态氮，造成作物缺氮，对沙土而言，过量灌溉后，各种养分都会被淋洗掉。

第一、应该如何避免过量灌溉呢？

 

水体一体化技术下作物灌水量的确定是十分重要的，合理的灌水量是以作物根层土壤湿润为原则，在实际灌溉中，挖开土壤查看湿润的深度，根系层湿润了，即立刻停止灌溉，记录每次灌水量。

 

本人总结出避免过量灌溉的挖、看、算三步法，具体如下：（1）根系定位是避免过量灌溉的第一步，根系定位主要方法有两种，挖（挖一个剖面看土壤中根系情况）和看（直接观察：下根管利用专业设备定时扫描根系分布情况；间接观察：利用水分仪根据根系吸水特征间接反应根系深度）。（2）确定了根系分布深度后，灌溉深度控制是避免过量灌溉的第二步，相对含水量可直观的反应灌溉的起始含水量，常常被作为判断是否需要灌溉和计算灌水量的依据。（3）根据相对含水量确定灌溉量的主要方法也有两类，经验（根据田间持水量、土壤相对含水量等土壤水分特性，结合灌溉深度确定单次最佳灌溉量）和设备（结合根系分布特征，在土壤中预埋水分监测设备，利用设定限，控制灌溉设备启动与停止）。综上滴灌施肥只灌溉根系和给根系施肥，因此一定要了解作物根系分布的深度，根据根系分布特征，然后按照土壤湿润锋分布特征控制单次灌溉量。

 

简单一句话挖根、看根、看水、算灌量。

 

第二、如何合理计算滴灌水肥一体化的灌溉量呢？

 

灌溉定额是实际中最直接应用在作物灌溉中的灌水参数，利用作物产量与灌溉定额的关系可以建立灌溉模型，有效指导灌溉实践。

 

（一）全生育期的灌溉定额确定？

 

作物产量与灌溉定额基本是二次抛物线关系，即Y=aW2+bW+c，Y为作物产量，W为灌溉定额，该灌溉模型的建立需要通过不同灌溉定额处理的田间小区试验来进行确定，利用田间灌溉试验数据和产量数据拟合作物产量和灌溉定额的二次函数关系，进一步确定作物产量最高的最优灌溉定额。

 

灌溉制度的制定主要是每次灌水时间和灌水定额的确定，具体方法为总结群众丰产经验、 进行灌溉试验、按水量平衡原理进行计算和根据作物的生理指标制定灌溉制度。下面以棉花为例分别阐述三种灌溉制度建立方法。（1）基于经验的丰产灌溉制度。（2）基于灌溉试验制定棉花灌溉制度。（3）基于水量平衡原理的灌溉制度。

 

（二）土壤含水量是对灌溉的影响。

 

土壤水分含量也是农业灌溉决策、管理中的最基础数据。测定土壤含水量可掌握作物对水的需要情况，对农业生产有很重要的指导意义，对实现农业精准灌溉的作用是相当明显的。

 

 

土壤含水量一般是指土壤，即100 g烘干土中含有若干克水分，也称土壤含水率。土壤含水量常用重量含水率与体积含水率表示，重量含水率是指土壤中水分的重量与相应固相物质重量的比值，体积含水率是指土壤中水分占有的体积和土壤总体积的比值。体积含水率与重量含水率两者之间可以通过土壤容重换算。土壤含水量表示方法有以下几种，为了描述的方便，以汉字的形式表示它的计算公式。（1）以重量百分数表示土壤含水量。（2）以容积百分数表示土壤含水量。（3）以水层厚度表示土壤含水量。（4）相对含水量。

 

（三）田间持水量计算农田最大灌溉量的上限。

 

当毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量称为田间持水量。指的是在地下水较深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允许水分充分下渗，并防止其水分蒸发，经过一定时间，土壤剖面所能维持的较稳定的土壤水含量（土水势或土壤水吸力达到一定数值），是大多数植物可利用的土壤水上限。

 

因此，田间持水量长期以来被认为是土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持悬着水的最大量，是对作物有效的最高的土壤水含量，且被认为是一个常数。

 

因此，我们的灌溉上限就是土壤空隙全部充满水，而且土壤水不下渗的量，既灌溉量达到田间持水量，停止灌溉。

 

（四）如何利用田间持水量计算农田最大灌溉量。

 

田间持水量的计算公式为：田间持水量＝（灌满水土壤重量 – 烘干土壤重量）烘干土壤重量×100％。

 

土壤相对含水量（％）＝土壤含水量/田间持水量×100％。

 

田间持水量是土壤的一项物理性质，它的大小与土壤的结构、质地、有机质含量以及土地利用状况有关，不同的土壤其田间持水量不同，即使是同一种土壤，由于其所处的气候带不同、利用方式不同，导致其质地结构以及有机质含量不同，其田间持水量亦不同。

 

根据《全国土壤田间持水量分布探讨》的研究结果，全国各地的田间持水量如下表：

 

 

来源于：全国土壤田间持水量分布探讨

 

通过上面两个公式可以推导出农田单次灌溉的最大灌水量：

 

田间持水量＝（灌满水土壤重量 – 烘干土壤重量）/烘干土壤重量×100％。现在只要确定一亩地烘干土壤就可以知道灌满水土壤质量，也可以知道灌溉水的量了。

 

灌溉水的量=灌满水土壤重量 – 烘干土壤重量

 

灌满水土壤重量 =烘干土壤的重量（1+田间持水量）

 

烘干土壤的重量= 面积 × 土层深度× 土壤容重。

 

每个土壤的容重有差异，根据资料，土壤容重的大概值如下：

 

现在以华北平原的壤土地为例计算，查上面两个表可以发现：田间持水量为20-24%，现在取值，24%；土壤容重为1.03-1.39克/立方厘米，方便计算取值1.30。

 

以问题中的20厘米土层计算：

 

（1）烘干土壤的重量= 667平方米 × 0.2米× 1300千克/立方米=173420千克。

（2）灌满水土壤重量 =173420千克×（1+0.24）=215040.8千克

 

（3）灌溉水的最大量= 215040.8千克- 173420千克= 41620.8千克，约等于41.6立方米。

 

为了方便计算最大灌溉水的量可以化简为

 

灌溉水的最大量 = 667平方米 × 灌溉深度× 土壤容重×田间持水量。

 

（五）如何利用田间持水量计算农田最大灌溉量的校正。

 

上面计算过程是单次灌溉的最大灌溉水量，实际上我们不能等到土壤完全干燥在进行灌溉。因为当土壤含水量降低到某一程度时，植物根系吸水非常困难，致使植物体内水分消耗得不到补充而出现永久性凋萎现象，此时的土壤含水量称为凋萎系数。因此凋萎系数是开始灌溉的下限，也就是开始灌溉前土壤中还有一定量的水。

 

故公式校正为：

 

灌溉水的最大量 = 667平方米 × 灌溉深度× 土壤容重×（田间持水量-凋萎系数）。

 

不同作物在不同土壤中的凋萎系数不同，根据资料不同土壤的凋萎系数大概值如下表，沙土地最小3%，黏土15%，壤土9%左右。

 

因此，上例华北平原的壤土地，20 cm土层最大灌水量应该是

 

灌溉水的最大量 = 667平方米 × 灌溉深度× 土壤容重×（田间持水量-凋萎系数）=667平方米 × 0.2米× 1300千克/立方米×(0.24-0.09)=26013千克≈26立方米。

 

通过上述推导和计算，因此一亩地最大灌溉多少水应该是：土壤面积× 灌溉深度× 土壤容重×（田间持水量-凋萎系数），以根系40厘米计算，最大灌溉量不应该超过52立方米；实际生产中，灌溉面积一般不应该是667平方米，如果全部灌溉这个不是滴灌，而且常规灌溉，建议乘以系数0.7；另外除了蹲苗期为土壤相对干旱外，其他时候一般灌溉前土壤含水量较大，而且水肥一体化不应该将土壤灌溉至过饱和，建议乘以系数0.4-0.8，因此，一亩地最大的灌水量应该控制在15-30立方米比较合适。

 

最后，总结为一句话，土壤的凋萎系数是灌溉下限，田间持水量是灌溉上限，最大灌溉量应该按照公式：土壤面积× 灌溉深度× 土壤容重×（田间持水量-凋萎系数），来计算；然后乘以灌溉面积系数0.7和灌水量校正系数0.4-0.8；土壤容重和田间持水量可以通过实验室分析获取，初略计算时可以参考上表。

 

生产中还可以依靠现代的土壤水分监测设备，监测土壤水分状况，进行控制灌溉。