如何利用田間持水量和土壤容重確定滴灌作物一畝地的最大灌溉量？

如何利用田間持水量和土壤容重確定滴灌作物一畝地的最大灌溉量？

前面直播講完課，私信中收到這樣一個問題“梁老師，如果我們要濕潤20cm土壤深度的話，需要灌多少水？有沒有換算公式？謝謝”

實際上這個問題也是水肥一體化應(yīng)用中大家普遍關(guān)心的問題。

應(yīng)用水肥一體化技術(shù)最常見的問題是過量灌溉，農(nóng)戶總擔(dān)心水量不夠，人為延長灌溉時間，當(dāng)不結(jié)合施肥時，過量灌溉至多是水的浪費，但當(dāng)利用水肥一體化技術(shù)時，就會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，過量灌溉后，溶解于灌溉水的養(yǎng)分會隨水淋洗到根層以下，使隨水施入的肥料難以被根系吸收，對壤土和黏土而言，流失的主要是尿素、硝態(tài)氮，造成作物缺氮，對沙土而言，過量灌溉后，各種養(yǎng)分都會被淋洗掉。

第一、應(yīng)該如何避免過量灌溉呢？

水體一體化技術(shù)下作物灌水量的確定是十分重要的，合理的灌水量是以作物根層土壤濕潤為原則，在實際灌溉中，挖開土壤查看濕潤的深度，根系層濕潤了，即立刻停止灌溉，記錄每次灌水量。

本人總結(jié)出避免過量灌溉的挖、看、算三步法，具體如下：（1）根系定位是避免過量灌溉的第一步，根系定位主要方法有兩種，挖（挖一個剖面看土壤中根系情況）和看（直接觀察：下根管利用專業(yè)設(shè)備定時掃描根系分布情況；間接觀察：利用水分儀根據(jù)根系吸水特征間接反應(yīng)根系深度）。（2）確定了根系分布深度后，灌溉深度控制是避免過量灌溉的第二步，相對含水量可直觀的反應(yīng)灌溉的起始含水量，常常被作為判斷是否需要灌溉和計算灌水量的依據(jù)。（3）根據(jù)相對含水量確定灌溉量的主要方法也有兩類，經(jīng)驗（根據(jù)田間持水量、土壤相對含水量等土壤水分特性，結(jié)合灌溉深度確定單次最佳灌溉量）和設(shè)備（結(jié)合根系分布特征，在土壤中預(yù)埋水分監(jiān)測設(shè)備，利用設(shè)定限，控制灌溉設(shè)備啟動與停止）。綜上滴灌施肥只灌溉根系和給根系施肥，因此一定要了解作物根系分布的深度，根據(jù)根系分布特征，然后按照土壤濕潤鋒分布特征控制單次灌溉量。

簡單一句話挖根、看根、看水、算灌量。

第二、如何合理計算滴灌水肥一體化的灌溉量呢？

灌溉定額是實際中最直接應(yīng)用在作物灌溉中的灌水參數(shù)，利用作物產(chǎn)量與灌溉定額的關(guān)系可以建立灌溉模型，有效指導(dǎo)灌溉實踐。

（一）全生育期的灌溉定額確定？

作物產(chǎn)量與灌溉定額基本是二次拋物線關(guān)系，即Y=aW2+bW+c，Y為作物產(chǎn)量，W為灌溉定額，該灌溉模型的建立需要通過不同灌溉定額處理的田間小區(qū)試驗來進行確定，利用田間灌溉試驗數(shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)擬合作物產(chǎn)量和灌溉定額的二次函數(shù)關(guān)系，進一步確定作物產(chǎn)量最高的最優(yōu)灌溉定額。

灌溉制度的制定主要是每次灌水時間和灌水定額的確定，具體方法為總結(jié)群眾豐產(chǎn)經(jīng)驗、 進行灌溉試驗、按水量平衡原理進行計算和根據(jù)作物的生理指標(biāo)制定灌溉制度。下面以棉花為例分別闡述三種灌溉制度建立方法。（1）基于經(jīng)驗的豐產(chǎn)灌溉制度。（2）基于灌溉試驗制定棉花灌溉制度。（3）基于水量平衡原理的灌溉制度。

（二）土壤含水量是對灌溉的影響。

土壤水分含量也是農(nóng)業(yè)灌溉決策、管理中的最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。測定土壤含水量可掌握作物對水的需要情況，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很重要的指導(dǎo)意義，對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)灌溉的作用是相當(dāng)明顯的。

土壤含水量一般是指土壤絕對含水量，即100 g烘干土中含有若干克水分，也稱土壤含水率。土壤含水量常用重量含水率與體積含水率表示，重量含水率是指土壤中水分的重量與相應(yīng)固相物質(zhì)重量的比值，體積含水率是指土壤中水分占有的體積和土壤總體積的比值。體積含水率與重量含水率兩者之間可以通過土壤容重?fù)Q算。土壤含水量表示方法有以下幾種，為了描述的方便，以漢字的形式表示它的計算公式。（1）以重量百分?jǐn)?shù)表示土壤含水量。（2）以容積百分?jǐn)?shù)表示土壤含水量。（3）以水層厚度表示土壤含水量。（4）相對含水量。

（三）田間持水量計算農(nóng)田最大灌溉量的上限。

當(dāng)毛管懸著水達(dá)到最大數(shù)量時的土壤含水量稱為田間持水量。指的是在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止其水分蒸發(fā)，經(jīng)過一定時間，土壤剖面所能維持的較穩(wěn)定的土壤水含量（土水勢或土壤水吸力達(dá)到一定數(shù)值），是大多數(shù)植物可利用的土壤水上限。

因此，田間持水量長期以來被認(rèn)為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對作物有效的最高的土壤水含量，且被認(rèn)為是一個常數(shù)。

因此，我們的灌溉上限就是土壤空隙全部充滿水，而且土壤水不下滲的量，既灌溉量達(dá)到田間持水量，停止灌溉。

（四）如何利用田間持水量計算農(nóng)田最大灌溉量。

田間持水量的計算公式為：田間持水量＝（灌滿水土壤重量 – 烘干土壤重量）烘干土壤重量×100％。

土壤相對含水量（％）＝土壤含水量/田間持水量×100％。

田間持水量是土壤的一項物理性質(zhì)，它的大小與土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機質(zhì)含量以及土地利用狀況有關(guān)，不同的土壤其田間持水量不同，即使是同一種土壤，由于其所處的氣候帶不同、利用方式不同，導(dǎo)致其質(zhì)地結(jié)構(gòu)以及有機質(zhì)含量不同，其田間持水量亦不同。

根據(jù)《全國土壤田間持水量分布探討》的研究結(jié)果，全國各地的田間持水量如下表：

來源于：全國土壤田間持水量分布探討

通過上面兩個公式可以推導(dǎo)出農(nóng)田單次灌溉的最大灌水量：

田間持水量＝（灌滿水土壤重量 – 烘干土壤重量）/烘干土壤重量×100％?，F(xiàn)在只要確定一畝地烘干土壤就可以知道灌滿水土壤質(zhì)量，也可以知道灌溉水的量了。

灌溉水的量=灌滿水土壤重量 – 烘干土壤重量

灌滿水土壤重量 =烘干土壤的重量（1+田間持水量）

烘干土壤的重量= 面積 × 土層深度× 土壤容重。

每個土壤的容重有差異，根據(jù)資料，土壤容重的大概值如下：

現(xiàn)在以華北平原的壤土地為例計算，查上面兩個表可以發(fā)現(xiàn)：田間持水量為20-24%，現(xiàn)在取值，24%；土壤容重為1.03-1.39克/立方厘米，方便計算取值1.30。

以問題中的20厘米土層計算：

（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）灌滿水土壤重量 =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，約等于41.6立方米。

為了方便計算最大灌溉水的量可以化簡為

灌溉水的最大量 = 667平方米 × 灌溉深度× 土壤容重×田間持水量。

（五）如何利用田間持水量計算農(nóng)田最大灌溉量的校正。

上面計算過程是單次灌溉的最大灌溉水量，實際上我們不能等到土壤完全干燥在進行灌溉。因為當(dāng)土壤含水量降低到某一程度時，植物根系吸水非常困難，致使植物體內(nèi)水分消耗得不到補充而出現(xiàn)永久性凋萎現(xiàn)象，此時的土壤含水量稱為凋萎系數(shù)。因此凋萎系數(shù)是開始灌溉的下限，也就是開始灌溉前土壤中還有一定量的水。

故公式校正為：

灌溉水的最大量 = 667平方米 × 灌溉深度× 土壤容重×（田間持水量-凋萎系數(shù)）。

不同作物在不同土壤中的凋萎系數(shù)不同，根據(jù)資料不同土壤的凋萎系數(shù)大概值如下表，沙土地最小3%，黏土15%，壤土9%左右。

因此，上例華北平原的壤土地，20 cm土層最大灌水量應(yīng)該是

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

通過上述推導(dǎo)和計算，因此一畝地最大灌溉多少水應(yīng)該是：土壤面積× 灌溉深度× 土壤容重×（田間持水量-凋萎系數(shù)），以根系40厘米計算，最大灌溉量不應(yīng)該超過52立方米；實際生產(chǎn)中，灌溉面積一般不應(yīng)該是667平方米，如果全部灌溉這個不是滴灌，而且常規(guī)灌溉，建議乘以系數(shù)0.7；另外除了蹲苗期為土壤相對干旱外，其他時候一般灌溉前土壤含水量較大，而且水肥一體化不應(yīng)該將土壤灌溉至過飽和，建議乘以系數(shù)0.4-0.8，因此，一畝地最大的灌水量應(yīng)該控制在15-30立方米比較合適。

最后，總結(jié)為一句話，土壤的凋萎系數(shù)是灌溉下限，田間持水量是灌溉上限，最大灌溉量應(yīng)該按照公式：土壤面積× 灌溉深度× 土壤容重×（田間持水量-凋萎系數(shù)），來計算；然后乘以灌溉面積系數(shù)0.7和灌水量校正系數(shù)0.4-0.8；土壤容重和田間持水量可以通過實驗室分析獲取，初略計算時可以參考上表。

作者：新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所梁飛副研究員。