世行贷款节水灌溉二期项目河北项目区基于et节水灌溉测报技术研究与推广.pptx

准备的材料共有准备的材料共有7 7各部分：各部分：前前 言言1 1建站建站3 3年来的技术探索和切身体会年来的技术探索和切身体会2 2灌溉试验设计灌溉试验设计3 3关键数据测算关键数据测算4 4试验数据处理与分析试验数据处理与分析5 5试验报告的编制试验报告的编制6 6试验成果的应用试验成果的应用本材料涉及到的、所谓的“案例”，主要取自于河北省张家口市灌溉试验站，个别“案例”取自于河北省的其它试验站、或省外试验站。张家口市位于河北省的西北部、与北京市的西北边境毗邻，而张家口市灌溉试验站又位于张家口市的西北部，所在地是该市的张北县庙滩村。张北县属于坝上寒温带半干旱大陆性季风气候区，海拔在1300-1500m之间（张家口市位于坝下，平均海拔约700m），多年平均降水量401.4mm（56-80系列）。张家口市灌溉试验站（简称“张北站”），2013年成立，为正科级全额事业单位，人员编制11名。2014年试运行、2015年正式开展试验研究，2016年有所改进。现有人员9名，均为大学本科及以上的技术人员（硕士2名）。试验作物全部为蔬菜，都采用地面带状滴灌。2015年开展了9项试验、涉及6种作物，2016年开展了12项试验、涉及7种作物，主要是“作物需水量”和“灌溉制度试验”。这些试验，基本上按作物种类划分，由8个年轻人分头负责。前 言我们和这些年轻人进行了一天的座谈和讨论，并查看了他们的试验报告、试验设备和试验场地。其中，技术总管介绍了3年来的技术探索和切身体会。1.1 技术探索技术探索1.1.1 第一年遇到的技术问题第一年遇到的技术问题对于刚毕业的学生，不知道蔬菜如何种植。如不知道怎样播种、育苗、灌溉、施肥，作物长势不如群众的好、产量也不如群众的高。数据采集采用物联网技术，效果不佳。这种物联网技术，采用速测仪、每半小时采集1次土壤含水率，到下限即自动灌水。一方面是操作问题、更重要的是精度问题和软件不人性化（软件设计人员不是搞灌溉试验的），使用很不顺利，没有达到理想的效果。大量的数据获取之后，不知道如何处理，希望好的老师指导一下。1 建站3年来的技术探索和切身体会1.1.2 第二年的初步改进第二年的初步改进逐步解决了种植问题。如施肥罐的使用，向经销商学习、向老农学习。坚持采用取土烘干法测定土壤含水率。40cm以下土层为胶泥加砾石，很难打钻，费时费力。大量的数据不能充分利用，不知道如发挥它们的作用。1.1.3 第三年的进一步改进第三年的进一步改进施肥得到了进一步改进。肥料溶解的更好了，利用率更高了。采用Trime管式TDR（时域反射仪）监测土壤湿度。刚埋好测管，可测到1m深处。由于没有发现TDR法和取土烘干法之间有很好的相关性，不敢使用。自我感觉很闭塞。不知道灌溉试验应该搞什么，前沿在哪里，有什么空白需要填补。他们希望能像新闻联播一样，每天传播新技术、新方法；也希望搞全国性的观测和研究。1.2 切身体会切身体会1.2.1 总觉得做得不够严谨，心里不踏实总觉得做得不够严谨，心里不踏实总觉得灌溉试验是很神圣的工作，总觉得做得不够严谨，心里不踏实。因此，不敢轻易下结论、也不敢叫成果。1.2.2 田间种植很繁琐，必须向老农学习田间种植很繁琐，必须向老农学习田间管理很琐碎，如施肥问题、种子问题、育苗问题等等。应及时和当地老农沟通、向他们学习，总结经验。1.2.3 试验结果得出之后，不知如何推广应用试验结果得出之后，不知如何推广应用试验任务比较繁重，不知道如何发挥试验站的示范推广功能。1.3 点评分析点评分析1.3.1 总体评价总体评价我认为：这位技术总管的探索之路，应该是所有新建试验站所走的必经之路，没有坦途可走、只是坎坷大小而已；这位技术总管的切身体会，也许道出了所有励志从事灌溉试验研究工作人员的共同心声。1.3.2 具体点评与分析具体点评与分析这位技术总管“谨小慎微、如履薄冰”的科学态度值得赞扬。但3年来的试验当中，确有不够严谨的地方存在，后续将会逐一点评分析。灌溉试验站的田间管理工作繁重，专业技术人员除了要向老农学习之外，还应聘请有经验的老农加入试验研究的团队，专门负责田间管理。事实上，张北站就是这样做的。考虑到试验任务的繁重，新修订的灌溉试验规范已经删除了推广应用的职能。取土烘干法是监测土壤湿度的传统方法、也是率定其它仪器监测土壤湿度的有效方法，不能丢掉。从德国进口的Trime管式TDR是国际公认符合精度要求的监测土壤湿度的好仪器。没有发现两种方法之间有良好的相关性，可能有两种原因所致：一是取土烘干法不可能将石块装进铝盒、较大石块也装不进去，而TDR却无法排除石块的影响（事实上也不应该排除），造成监测结果相差较大；二是埋设Trime测管时，难免撞击石块而在其周围形成孔洞、有时会充满水分，结果二者相差很大。张北站的技术总管建议，两种方法不应在同一个小区内交替使用。我认为，这个建议很好，但埋设测管时还应尽量避免大力度撞击石块。要想把握住灌溉试验研究的前沿，需要查阅大量的国内外参考文献，还需要走出去、请进来，但不会像新闻联播那样每天给你播报。至于填补空白，我认为：对于河北省而言，张北站正在进行的“地面滴灌条件下蔬菜需水量和灌溉制度试验研究”就是在填补空白。至于数据处理、成果应用，后续将会逐一点评分析。2.1 胸怀大局胸怀大局通过座谈，了解到张北站的试验研究主要定位于蔬菜上，因为蔬菜给当地发展和人民群众带来了实实在在的利益，而且在坝上1.96亿方农业用水量中，蔬菜占1.82亿方，2009年就超采地下水5331万方，7年后的今天超采量会更大。坝上地区是封闭的内陆区域，没有外来可供引用。水资源只有当地降水量，超采几乎完全是由作物的蒸发蒸腾造成，这里的蒸发蒸腾不仅有蔬菜、还有其它植被，包括粮食作物。为了更为准确地进行水资源的供耗平衡分析和优化配置，建议进行其它植被、至少是粮食作物的蒸发蒸腾监测。事实上，河北平原正在搞着一个由国家投资、地方配套、具有战略意义的项目：“地下水压采”。每年国家投资约70亿、地方配套约30亿，共计约100亿元人民币。3年来约300亿投资，就是想把每年约60亿方的超采量降下来。效果如何，需要水资源的供耗平衡分析来说明，这里各种作物蒸发蒸腾监测是必不可少的。坝上地区要走河北平原的老路已不可避免，建议张北站提前布局。2 灌溉试验设计2.2 试验小区布置试验小区布置2.2.1 张北站张北站2015年地面滴灌条件下马铃薯灌溉制度试验年地面滴灌条件下马铃薯灌溉制度试验本试验以当地的灌溉习惯为基础基础对照对照进行灌溉试验设计，试验设4个处理，每个处理设每个处理设3次重复次重复，共设12个小区。试验小区根据种植模式设置面积为面积为9.969 m2。本试验设置不同的灌溉水量和灌溉次数，试验处理如表1所示。马铃薯生育期内灌水次数分为0-8次，当马铃薯的生育期进入上表所列的生育阶段时灌水，灌水时保护区、保护带的处灌水时保护区、保护带的处理与所在的小区相同理与所在的小区相同。为了减少试验误差，小区布置采用随机小区小区排列排列布设。灌水方式为滴灌，灌水采用水表计量，精度达0.01m3。马铃薯滴灌试验田间随机排排列列布置图见图1。表1地面滴灌条件下马铃薯灌溉制度试验方案处理灌水次数灌水时期与次数灌水间隔天数灌水定额（m3/亩）灌溉定额（m3/亩）苗期发棵期结薯期苗期发棵期结薯期苗期发棵期结薯期10水000024水11219715165436水12391371516854(ck)8水134610715161164-32-24-13-12-31-31-21-14-23-23-32-1图1 试验小区随机排列排列分布置图2.2.2 点评分析点评分析从上述图文表述来看，“试验小区布置”没有太大的问题，若将“保护区、保护带的宽度、正“北”指向、四周的观测道路”也表示清楚就更好了。我们查看了试验现场，发现上述小区面积包括保护区、保护带，这是规范所不允许的。规范中明文规定“保护区、保护带不计入试区面积”。图图2-1 2-1 灌溉试验规范灌溉试验规范中对中对“保护区、保护带保护区、保护带”的有关规定的有关规定由于上述不合规的小区面积接近90m2，按规范要求扣除“保护区、保护带”面积之后，若不小于60m2、并将其作为小区面积，也就是上图中的白色区域（收获时的取样区域），是完全可以的。若不合规的小区面积小于60m2，应该重新设计。另外，规范中还明文规定“应在每两小区之间沿着小区田埂中心线垂直埋设大于60cm深的隔水板或防渗膜”。我认为，这是针对两小区之间没有保护带的情况而规定的，尤其是水稻。对于张北站的、两小区之间设有保护带的滴灌试验，我认为没必要再埋设隔水板或防渗膜。特别需要指出的是，试验小区和“保护区、保护带”之间没必要再打田埂，否则会给灌溉带来麻烦的。2.3 试验小区面积的确定试验小区面积的确定1980年代，我国曾经搞过“主要作物的需水量协作研究”项目，要求旱作物测坑的长乘宽为3.33m2m，其面积为6.67m2，正好为1厘地=1/100亩。主要目的是为了操作方便，如灌水、施肥量：1亩的量确定之后，除以100就是测坑内需要灌入或施入的量，非常方便。张北站的测坑就是这样的。若条件允许，田间试验小区也应采用这种方法设计其面积。如河北省的临西灌溉试验站就是这样做的，其长乘宽可为10m6.67m，面积为66.7m2，正好为1分地=1/10亩。1亩的灌水、施肥量确定之后，除以10就是试验小区内需要灌入或施入的量。2.4 不同类别试验的巧妙结合不同类别试验的巧妙结合张北站负责坑测试验的员工提问：张北站共有18个测坑，分为了两组，每组9个，分别用于白菜和土豆的需水量试验，若想再做灌溉制度试验，如何安排？将相近的几个试验结合在一起做，是解决困难的有效途径，同时还可以大大减少田间观测的工作量。如：2.4.1 需水量试验与灌溉制度试验相结合需水量试验与灌溉制度试验相结合作物需水量是不缺水肥、正常生长、实现高产情况下的ET；灌溉制度试验是从不灌水到过量灌水的试验。灌溉制度试验中包括了不缺水肥、正常生长处理，因此从其试验结果中选择产量最高的ET就是作物需水量。2.4.2 灌溉制度试验与水分生产函数试验相结合灌溉制度试验与水分生产函数试验相结合水分生产函数试验需要安排不同生育阶段受旱、连旱、不旱各种处理，灌溉制度试验中的从不灌水到过量灌水的各个处理已经包括了水分生产函数试验的各个处理。二者结合也不成问题。甚至可以将作物的需水量、灌溉制度水分生产函数三项试验相结合。2.5 科学控制灌水的土壤湿度上下限科学控制灌水的土壤湿度上下限2.5.1 土壤水分下限应按计划湿润层的平均值控制土壤水分下限应按计划湿润层的平均值控制张北站负责温室架豆需水量试验的员工提问：土壤水分下限，可否按表层的数值来控制？回答是否定的。因为，到目前为止，各种文献上给出的“土壤水分下限”都是计划湿润层内的平均值；表层的土壤水分极易蒸发，很快就会达到下限值，而下层仍有较多的水分可供利用。所以，土壤水分下限应按计划湿润层的平均值控制。2.5.2 蔬菜的适宜土壤水分下限应高于粮食作物蔬菜的适宜土壤水分下限应高于粮食作物张北站负责田测、坑侧需水量试验的2名员工都问道：土壤水分下限是否可以调整？回答是肯定的。田测需水量试验，由于受到降雨量的影响，产量和蒸发蒸腾量（ET）差别不大。如不改变下限值，想要得到理想的结果，只能到带有防雨棚的测坑内进行。若仍在大田进行试验，只能把不同处理间的土壤水分下限差值拉大。在测坑内，由于隔绝了天然降雨，很容易达到下限。过低的下限会使产量降低很多，正如2015年张北站下限为55%田间持水量的坑测白菜，整个生长期都没有包心。事实上，5560%田间持水量的下限，是“六五”期间“全国作物需水量协作研究”中，针对粮食作物规定的适宜土壤水分下限值。而蔬菜是喜水作物，其适宜土壤水分下限应该高于粮食作物。鉴于此，张北站的同仁，将3个处理的下限值由55%、65%、75%田持，改为了65%、75%、85%田持，期望他们能够得到更好的试验结果。2.5.3 控制适宜的土壤水分上限控制适宜的土壤水分上限张北站所有参与需水量试验的员工都提到了土壤水分上限问题。这个问题在粮食作物的需水量试验中也有遇到。粮食作物的计划湿润层深度为406080cm，重度受旱时的下限值很低，生长后期计划湿润层较深，灌到田间持水率需要100多方的灌水定额，需要连续灌2次水才能完成任务。生产实践中没有连续灌2次水的先例，因此降低下限就成了必要的选项。对于张北站，滴灌条件下的局部湿润，灌水定额仅需要每亩十几方，而他们由下限灌至整个小区达到田间持水率的计算结果太大是在情理之中的。首先，由下限灌至整个小区都达到田间持水率是不应该的，可根据湿润比确定湿润面积，粗略的讲：使小区面积的一半湿润至田间持水率即可。其次，若计算的灌水定额仍偏大，可降低土壤水分上限，如80%的田间持水量，究竟应该降低多少，由他们自己试验确定。2.6 蔬菜生育阶段的划分有待明确蔬菜生育阶段的划分有待明确灌溉试验设计，往往是针对作物的不同生育阶段进行的。因此，生育阶段的划分显得非常重要。张北站所有员工都感觉，蔬菜生育阶段难以划分。事实上，新修订的灌溉试验规范中，只给出了水稻、冬小麦、玉米、棉花4种作物生育阶段的划分标准。2.6.1 规范中现有作物生育阶段的划分特点规范中现有作物生育阶段的划分特点把“出苗、分蘖、拔节、”表示为某一时刻。规定有50%的植株出现某种特征，即为某种时刻，如有50%幼苗的第一叶片真叶露出地面1.52cm的日期为冬小麦出苗。把“苗期、分蘖期、拔节期、”表示为某一时段。规定有10%的植株出现某种特征即为某时段开始，如有10%的植株基部茎节之间伸长1.52cm的日期为拔节开始，而把拔节开始到有10%植株的剑叶（旗叶）全部露出叶鞘的时段成为拔节期。全生育期：从播种到成熟收割的时期（棉花：到收花完毕，而非拔棉柴）。2.6.2 对张北站蔬菜生育阶段划分的建议对张北站蔬菜生育阶段划分的建议建议，张北站的蔬菜生育阶段，参照上述特点进行划分，通过多年积累经验、待基本成型后，考虑是否写入规范之中。2.6.3 生育阶段划分与国际接轨的初步思考生育阶段划分与国际接轨的初步思考各种作物生育阶段的划分不统一，给灌溉试验资料的统计分析及其成果的推广应用带来了麻烦。荷兰Wageningen大学研制的“土壤-水-大气-植物”模型中，将作物分成了“营养生长”和“生殖生长”两大阶段，分界点是：开花始。这种划分对于灌溉试验来说显得太粗造了。联合国粮农组织（FAO）灌排论文第56号，针对各种作物给出了4个阶段的划分，详见下图。图图2-2 2-2 作物生育阶段的划分及作物系数的变化趋势作物生育阶段的划分及作物系数的变化趋势可把这4各阶段称为“苗期、快速生长期、稳定生长期、衰老期”，或称为“初期、快速发展期、中期、后期”。阶段蒸发蒸腾量（ET）、作物系数（Kc）、和考虑生育阶段的水分生产函数（i），都可以按照这4个阶段进行统计、计算和分析。2.7 可以做一些自己感兴趣的试验研究可以做一些自己感兴趣的试验研究张北站的同仁们提问：可否搞一些引入肥料的多因素试验？可否做一些前沿性的研究？答案是肯定的。多因素对比试验需要的处理和小区很多，试验规模较大。若想简化，可采用“正交试验”等方法设计，操作比较复杂。对于刚起步的新建试验站，建议将单因素试验的套路摸清楚后，在进行多因素试验。什么是前沿性研究，见仁见智，很难说清楚。但可以结合所谓的常规试验（作物需水量、灌溉制度试验），做一些自己感兴趣的探索。如充分供水条件下作物系数（Kc）与叶面积指数（LAI）的关系探索，因为Kc的变化趋势（见图2-2）与LAI变化趋势几乎同步；又如土壤水分修正系数（Ks）与土壤含水率（）的关系探索，因为Ks直接受土壤湿度的影响。2.8 明确明确“试验资料的统计分析方法与要求试验资料的统计分析方法与要求”在设计试验方案的时候，必须确定试验结果是否需要进行统计检验、是否需要探索两个或多个量之间的统计关系，这涉及到处理的安排和水平的设计。规范中与之有关的条文如下：图图2-3 2-3 处理设计应满足定量关系探索、统计学分析和检验的要求处理设计应满足定量关系探索、统计学分析和检验的要求可喜的是，张北站的同仁们，在试验设计时很好地遵循了上述原则。如在2015年的试验报告中，进行了各种关系的探索和必要的统计检验，据此调整了2016年的试验方案：在白菜和西兰花耗水规律试验中，增加了各生育阶段使作物出现“萎焉”的处理；拉大了不同处理间的土壤水分下限差值。3.1 土壤含水率的测定土壤含水率的测定3.1.1 对于滴灌应同时监测湿润区和非湿润区的土壤湿度对于滴灌应同时监测湿润区和非湿润区的土壤湿度目前，张北站所有的土壤水分监测点，都布置在了滴灌带所在的垄上。如前所述，用其测定结果控制灌水时间和灌溉水量还可以。但用它计算整个小区的蒸发蒸腾量（ET）就会出问题，因为你把非湿润区也当做湿润区处理了。所以，张北站应在现有土壤水分监测点旁边垄间的非湿润带上布置监测点，同步监测非湿润区的土壤湿度。3 关键数据测算3.1.2 若土层厚度允许，土壤湿度至少要监测到若土层厚度允许，土壤湿度至少要监测到1米深处米深处目前，张北站的土壤水分监测深度为60cm，个别试区监测到40cm。对于蔬菜的充分灌溉，60cm也许就是它的耗水深度。对于非充分灌溉，尤其是不灌水的小区，其耗水深度肯定大于60cm，甚至大于1m。因此，在条件允许的情况下，土壤湿度至少要监测到1米深处。可喜的是，张北站已在所有的试验小区内埋设了TDR测管，全部都达到了1米深处。需要说明的是，1米深的测定深度，是“六五”期间“全国作物需水量协作研究”中，针对粮食作物规定的耗水深度。事实上，根据“原地质矿产部水文地质研究所”采用“零通量面”法对于冬小麦监测的耗水深度，在耗水高峰期最深达1.2m深。因此，河北省藁城灌溉试验站，1980年代的土壤水分监测达到2米深处。结果表明，不灌水的处理播种、收获时的土壤水分剖面分布交叉点在1.6m以下。这至少说明，在1.2m以下消耗了土壤水分。正是因为如此，从2000年至今，河北省参与的、中国灌排中心主持的、连续3个世行节水灌溉项目的井灌区ET监测深度要求为2m。3.2 蒸发蒸腾量蒸发蒸腾量（ET）的测算的测算3.2.1 基本概念有待明确基本概念有待明确张北站的多名同仁都问道：是否在测坑、雨棚内进行的试验试验就是需水量试验，而在大田进行的试验就是耗水量试验？回答是否定的。作物的参考作物的参考ET、潜在、潜在ET、实际、实际ET联合国粮农组织（FAO）第56号灌排论文中，以及我国新修订的灌溉试验规范中，都给出了估算作物蒸发蒸腾量的方法，详见式（3-1）。（3-1）式中，ET0就是参考作物腾发量（参考ET），只与气象因素有关，代表着大气的蒸发蒸腾能力，它是现实中不存在的一种假象作物（或叫作物模型）的蒸发蒸腾量，采用彭曼-蒙蒂斯方法计算。kc是作物系数，ks是土壤水分亏缺系数、或叫做土壤水分胁迫系数，而ETp=kcET0就是某种作物的潜在腾发量（潜在ET）、或叫这种作物的蒸发势，它除了与气象因素有关外，还与作物种类有关、但与土壤水分无关，代表着土壤水分充足条件下某种作物的最大可能的蒸发蒸腾量，有时也用ETm表示。这里的ETc就是某种作物的实际腾发量（实际ET），它代表着土壤水分亏缺条件下某种作物的蒸发蒸腾量，有时也用ETa表示，多数情况下直接用ET表示。作物需水量、作物耗水量与田间耗水量作物需水量、作物耗水量与田间耗水量对于旱作物，灌溉试验规范给出：作物需水量就是正常生长的作物蒸发蒸腾量。所谓的正常生长，就是“不缺水肥、实现高产”。因此，作物需水量就是上述潜在腾发量（潜在ET）ETm=kcET0；而把ET=kcksET0叫做作物耗水量，在灌溉试验与生产实际当中，它除了代表着亏水状态下的蒸发蒸腾量，也代表着肥料亏缺、咸水灌溉、发生病虫害等状态下的蒸发蒸腾量。对于水稻而言，多数情况下ks=1、且正常的渗漏量是必须的。因此，把水稻的需水量与其正常的渗漏量之和叫做水稻的田间耗水量。作物需水量试验与作物耗水量试验作物需水量试验与作物耗水量试验作物需水量试验，就是针对某种作物，在不同的供水水平条件下，测算这种作物的潜在腾发量的试验。在测坑、雨棚内，由于隔绝了天然降雨，更容易获得准确的结果；对于生长干旱季节的作物，通过田测法（不在测坑、雨棚内试验），也能获得准确的试验结果。作物耗水量试验，就是不专门针对某种作物的潜在腾发量进行的作物蒸发蒸腾量试验。事实上，“作物需水量试验”和“作物耗水量试验”没有本质上的区别，都是“作物蒸发蒸腾量试验”。为了避免“作物需水量”、“作物耗水量”和“田间耗水量”的混淆，新修订的灌溉试验规范中，将“作物需水量试验”改为了“作物蒸发蒸腾量试验”。3.2.2 ET监测中存在的问题监测中存在的问题称重式蒸渗仪和有底测坑周围保护区处置不当称重式蒸渗仪和有底测坑周围保护区处置不当称重式蒸渗仪和有底测坑周围保护区，没有种植作物、且混凝土硬化面积较大。新修订的灌溉试验规范规定：“测坑壁顶部的总面积不应超过测坑内土壤表面积的5。测坑壁露出田面以上的部分应缩窄形成薄壁板。”，目的就是为了防止“田面硬化面积较大”造成过多的“显热通量（地面反射用于提高空气温度的热量）”对田间小气候的影响。建议，称重式蒸渗仪和有底测坑周围保护区，除必要的观测小路可以硬化之外，都应种植与仪器内或测坑内相同的作物、且灌溉制度也应与仪器或测坑内相同。测坑内壁有漏水现象测坑内壁有漏水现象张北站坑测小区在灌水时，发现有深层渗漏，但没有排出。若渗漏来自于坑内灌水、且没扣除，说明有少量水分沿测坑内壁下渗，结果会导致计算的ET偏大；若渗漏来自于坑外灌水、且量很大，说明从坑外向坑内漏水，结果会在坑内形成地下水位、导致计算的ET偏小。由于采用滴灌、且张北降雨偏少，从坑外向坑内漏水的可能性不大。测坑内壁漏水很难避免，建议排出漏水、并监测其水量，再从灌水量中减去该量。以便将偏大的ET降至应有的水平。3.2.3 ET计算中存在的问题计算中存在的问题2014年度试验报告中年度试验报告中ET的计算方法的计算方法（1）I-灌溉水量，单位：立方米，单位：立方米/亩；亩；Ws-土壤水利用量，单位：立方米，单位：立方米/亩；亩；R-有效降雨量，单位：立方米，单位：立方米/亩；亩；L-深层渗漏量，单位：立方米，单位：立方米/亩；亩；ET-蒸腾蒸发量，耗水量，单位：立方米，单位：立方米/亩。亩。既然R是有效降雨量，L中就不应该包括降雨产生的深层渗漏量。因此，把“L叫做灌溉水的深层渗漏量”更为合适。2015年度试验报告中年度试验报告中ET的计算方法的计算方法（2）式中ET-蒸发蒸腾量(mm)；-时段内灌水量(mm)；-时段内有效降雨量(mm)；-时段内排水量(mm)；-时段内土壤水的消耗量(mm)。式（2）与式（1）没有本质性的区别，只是单位不同而已。既然P是时段内有效降雨量，C中就不应该包括降雨产生的时段内排水量(地面径流和深层渗漏之和)。因此，把“C叫做时段内灌溉水的排水量”更为贴切。3.2.4 关于关于未来未来年年份份ET测算的建议测算的建议由于张北站2014、2015年坑测小区在灌水时有深层渗漏、且没有排出，结果会导致计算ET偏大。因此，在未来年份的ET测算过程中，每次灌水时必须排出、并监测灌水产生的深层渗漏，如式（1）中的L或式（2）中的C，再分别参与两式ET测算，只有这样才能得到正确的ET监测结果。3.2.5 作物需水量的确定作物需水量的确定由于概念的不清，张北站2014、2015年度试验报告中，不可能推荐出正确的作物需水量监测结果。对于所谓的“作物需水量、灌溉制度”等常规试验，会有多组(Y,ET)数据，这里Y是作物产量，ET是作物蒸发蒸腾量。此时，可选择最高产量下的ET作为ETm即作物需水量。若同一产量水平下，有多个大小不一的ET与之相对应，建议采用下述方法确定ETm。现以河北省藁城灌溉试验站19841985年冬小麦灌溉制度试验数据为例予以说明。1980年代，河北省藁城灌溉试验站，通过“水次试验（即灌水次数从0开始，逐次增加，直到过量灌溉，灌水定额3040m3/亩）”，在田测条件下，得出作物产量Y与蒸发蒸腾量ET的关系，即作物的总量水分生产函数，详见表3-1、图3-1。表表3-1冬小麦总量水分生产函数冬小麦总量水分生产函数灌水次数灌水量ET产量*平均产量ET增量产量增量边际产量生产弹性备注(m3/mu)(m3/mu)(kg/mu)(kg/m3)(m3/mu)(kg/mu)(kg/m3)xyB=y/xxyM=y/xEp=M/B00138.35 166.15 1.20 藁城灌溉试验站19841985年冬小麦灌溉水次试验：6个处理，3次重复。151.22171.90 195.48 1.14 33.55 29.33 0.87 0.77 291.83202.77 272.40 1.34 30.87 76.93 2.49 1.85 3135.21237.82 335.90 1.41 35.05 63.50 1.81 1.28 4161.75273.71 340.13 1.24 35.89 4.23 0.12 0.09 5215.33307.35 314.15 1.02 33.64-25.98-0.77-0.76*对产量进行方差分析，结果表明：处理间在0.01的置信水平下差异显著，重复间在0.05的置信水平下差异不显著。特别地，对于张北站，称重式蒸渗仪中的ET试验、坑侧中的ET试验、田测灌溉制度中的ET试验，同一种作物可得到3组(Y,ET)数据。建议，采用这3组数据，分别得出各自的作物需水量ETm，再相互对照验证，若3个ETm基本一致，则说明这种作物在该年份的气象条件下的监测结果是比较准确的。图图3-1 3-1 冬小麦总量水分生产函数（藁城冬小麦总量水分生产函数（藁城1984198419851985）从图中可知，y=f(x)曲线最高点对应的ET即为ETm。对于上述曲线，可采用二次函数y=ax2+bx+c来拟合，根据可得（3-2）3.3 有效雨量及有效灌水量的测算有效雨量及有效灌水量的测算3.2.1 采用径流场、渗漏池测定有效雨量采用径流场、渗漏池测定有效雨量张北站设有径流场和渗漏池，可用于某一种前期土壤水分条件下、某次降雨产生的地表径流和深层渗漏量的测定，进而采用这次降雨的总量减去测定的地表径流和深层渗漏量，得到这次降雨的有效雨量。但试验场内各处理、各小区的前期土壤水分各不相同，此有效雨量很难满足年度试验中各种情况的需要。唯一补救的方法是，采用降雨灌水前后的土壤湿度计算有效雨量和有效灌水量。3.2.2 降雨灌水前后的土壤湿度计算有效雨量和有效灌水量降雨灌水前后的土壤湿度计算有效雨量和有效灌水量有效雨量、有效灌水量，指的是降雨或灌水量中有多少水分转换为了ET。灌溉试验中的灌水定额，一般情况下是根据控制的土壤湿度上下限计算得到的，不应该产生无效灌水量。而无效的降雨量，是常常存在的、且千变万化，尤其处在雨季的作物，应具体情况具体处理。如华北平原：冬小麦处在旱季，一般情况下降雨即为有效；夏玉米处在雨季，灌后即降大雨，该次降雨应全部无效。对与张北站，因年降水量不足400mm，一般情况下不会产生无效雨量。一般地，在没有实测“地表径流和深层渗漏量”的情况下，宜采用“土壤水分消耗量法”计算旱作物某生育阶段的ET。所谓的“土壤水分消耗量法”，就是采用阶段始末、雨前雨后、灌前灌后土壤湿度计算ET。（3-3）式中ET为某一时段的蒸发蒸腾量(mm)；和分别为该时段开始和结束时的土壤含水量(mm)；和分别为第k次降雨或灌水前后的土壤含水量(mm)；为第k次降雨或灌水后蓄存在土壤中的水量，也即该次降雨或灌水的有效雨量或有效灌水量。土壤含水量T采用下式计算（3-4）其中为ET耗水深度(cm)，为深度土壤的平均含水率(重量比)，为深度土壤的平均干容重(g/cm3)。3.2.3 计算有效雨量和有效灌水量的土壤湿度变化过程线计算有效雨量和有效灌水量的土壤湿度变化过程线事实上，在采用“土壤水分消耗量法”计算ET过程中，雨前雨后、灌前灌后的土壤含水率很难及时测得，只能采用内、外插的方法获得。如，图3-2中，假设只有B、C、F三点是实测含水率，可以通过外插法得到A、D两点的含水率，其中D点是灌前的含水率；假设灌水量为IR毫米，可根据推求灌后即E点的含水率，如果E点的含水率超过了田间持水率，超过的部分就会渗入下层。有了E点的含水率，再与F点实测含水率一起外插G点即雨前的含水率。以此类推，可得出整个生育期内的土壤含水率变换过程线。如此以来，采用“土壤水分消耗量法”计算ET就是轻而易举的事了。图图3-2 3-2 冬小麦生育期内土壤湿度变化过程线冬小麦生育期内土壤湿度变化过程线4.1 数据数据处理处理张北站的多位同仁说道：大量的试验数据得出之后，不知道如何处理。下面根据我的经验，提出如下方法。4.1.1 试验数据的审查试验数据的审查大量的试验数据获取之后，必须进行认真细致的审查，主要目的是去伪存真。我们要特别关注出现的异常值：太大的数值、太小的数值。以土壤含水率（计算ET的重要参数）为例说明之。我们可以根据土壤含水率的变化过程和剖面分布来判断。就变化过程而言，在没有灌水或降雨的情况下，土壤含水率发生了突变（突然变大或变小），它就肯定有问题。如烘干过程中半夜停电，土壤含水率会突然变小。4 试验数据处理与分析1990年代初，有一次我在河北的望都灌溉试验站出差，下班前将十几个小区、几百个铝盒的土样放进了烘箱，开始烘干。第二天一上班，技术工人就开始称干重、计算含水率，结果发现计算的含水率普遍偏小。经查问得知，前一天夜里停电了。就剖面分布而言，在没有加沙或加粘土层存在的情况下，土壤含水率发生了突变，它也就肯定有问题。如称重错误或计算错误等等。1980年代，河北省藁城灌溉试验站有一个老站长非常认真，每次监测出几百个土壤含水率之后，总是要仔细第审查一遍，若有称重或计算错误的，一查一个准，结果年轻人没少挨批评。鉴于上述问题，河北省各试验站有一个不成文的规定：“测定土壤含水率的土样，不到下一次取土时，不能倒掉，以便发现问题是补救”。现在监测土壤含水率都用仪器直接测定，上述情况可能不会发生，但关注异常值的出现，可及时发现仪器是否发生故障。4.1.2 试验数据的处理试验数据的处理对于未查明原因且无法改正的异常值，必须予以处理，通常采用的方法是将其舍去不用。仍以土壤含水率为例来说明。就变化过程而言，舍去后的土壤含水率，通常采用相邻两次实测含水率按时段内、外插予以补充。究竟采用内插法还是外插法，以使三个含水率之间没有降雨或灌水为原则来选定，若实在避不开降雨或灌水，要将含水率突变的因素考虑到里面。此外，这种插值方法还可用在含水率缺测或生育期始末当天没有及时采样的情况。就剖面分布而言，舍去后的土壤含水率，可直接采用上下两层实测含水率按距离内插补充。特别指出，对于作物产量，其异常值通常只应取舍、不宜插补。4.1.3 张北站的土壤水分变化过程线张北站的土壤水分变化过程线张北站2015年度的各灌溉试验报告中，都给出了20、40、60cm深度的土壤水分变化过程线。这非常好，对于60cm内的土壤水分状况一目了然。但是，土壤水分变化过程线，绝不是仅靠有限几次取土测定的含水率、就可以连接成光滑曲线或折线那么简单。必须通过内、外插法找出灌前灌后、雨前雨后的土壤含水率之后，才能画出正确的土壤水分变化过程线，而且表层由降雨或灌水造成的含水率突变非常明显，随着深度的加深将越来越不明显，详见图4-1。它是河北省灌溉试验中心站，在张北县搞得灌溉预报项目，14组计算的与实测的土壤湿度对照图中的一组。图图4-1 4-1 张北县小二台村计算的和张北县小二台村计算的和FDRFDR传感器实测的传感器实测的2020、4040、60cm60cm深处土壤水分变化过程线深处土壤水分变化过程线事实上，仅靠取土烘干法，获得理想的“土壤水分变化过程线”并不容易。对于张北站而言，与其把20、40、60cm深度的土壤水分变化过程线都画出来，不如下一番功夫、只把耗水深度（如1米深）内的平均土壤水分变化过程线画出，以便计算阶段ET时直接从上面查找需要的含水率数值。4.1.4 测坑内土壤的田间持水率测坑内土壤的田间持水率在张北站2015年度“测坑白菜膜下滴灌需水量试验报告”中，给出了3幅描述“0-20cm、20-40cm、40-60cm土壤水分变化过程线”的图形，现拷贝如下。白菜定植后0-20cm、20-40cm、40-60cm土壤含水率随时间变化曲线如图4、图5、图6所示。图40-20cm土壤含水率随时间变化从图中看出，测坑内土壤的田间持水率约为12%，但没有标明“重量%”还是“体积%”。从数值上看，可能是“重量%”。而5月14日测定的初始含水率约为16%，高出田间持水率约4个百分点。这充分说明了田间持水率的测定是有问题的。张北站2015年全部采用取土烘干法测定含水率，能进入田间操作的土壤湿度约为田间持水率的80%，由此推算“测坑内土壤的田间持水率约为160.8=20%”。图520-40cm土壤含水率随时间变化图640-60cm土壤含水率随时间变化据张北站的同仁介绍，田间持水率是采用“环刀法”测定的。测定过程应该是：“环刀取原状土；放在容器中从底部缓慢加水使其充分饱和；塑料膜盖住环刀顶部后从水中取出立即称重可得饱和含水率；然后连续称重直至重量基本不变；画出含水率的变化过程线并取其拐点处的数值作为测定结果。”其中，拐点的选定最关键，如图4-2所示，应选择A点、而不是B点。4.1.5 不同处理的耗水规律表不同处理的耗水规律表 在张北站2015年度“测坑白菜膜下滴灌需水量试验报告”中，给出了测坑白菜“不同处理的耗水规律”表（见表4），现拷贝如下。处理生育期苗期莲座期包心期收获期起止日期5.18-6.66.7-6.307.1-7.177.18-7.21历时天数18231631-1阶段耗水量0.3410.5040.5370.003日均耗水量0.0190.0220.0340.001累积耗水量0.3410.8451.3821.3851-2阶段耗水量0.4450.5930.4320.105日均耗水量0.0250.0260.0270.035累积耗水量0.4451.0381.4701.5751-3阶段耗水量0.3890.6320.290.136日均耗水量0.0220.0270.0180.045累积耗水量0.3891.0211.3111.4472-1阶段耗水量0.050.4760.5670.09日均耗水量0.0030.0210.0350.030累积耗水量0.0500.5261.0931.1832-2阶段耗水量0.1680.4740.6170.003日均耗水量0.0090.0210.0390.001累积耗水量0.1680.6421.2591.2622-3阶段耗水量0.1870.390.4970.102日均耗水量0.0100.0170.0310.034累积耗水量0.1870.5771.0741.1763-1阶段耗水量0.1170.5290.3340.051日均耗水量0.0070.0230.0210.017累积耗水量0.1170.6460.981.0313-2阶段耗水量0.1620.4230.4650.043日均耗水量0.0090.0180.0290.014累积耗水量0.1620.5851.051.0933-3阶段耗水量0.1810.530.3320.064日均耗水量0.0100.0230.0210.021累积耗水量0.1810.7111.0431.107表4不同处理的耗水规律单位：mm“表4”中的单位为“mm”，但从“测坑白菜膜下滴灌需水量试验报告”中的“表6”可知，单位应为“m3”。因为，测坑的面积为6.67m2=1/100亩，将“表4”中的“耗水量”数据扩大100倍，单位就变成了“m3/亩”；然后，再乘以1.5，单位才能变成“mm”。在下述的“表4”中，建议将“累积耗水量”一行改为“模比系数%”、再增加一列“全生育期”，详见表4-1和表4-2。在表4-1和表4-2中：模比系数%=阶段耗水量全生育期耗水量100%（4-1）全生育期耗水量=阶段耗