全国主要作物节水高效灌溉制度协作研究实施方案.doc

全国主要作物节水高效灌溉制度协作研究实施方案xx农村水利司xx部灌溉试验总站xx年xx月目 录一、试验作物的选择1二、主要研究内容11、主要农作物的需水量与需水规律12、灌水次数、灌溉时间与作物产量形成的关系23、节水灌溉条件下主要农作物的耗水量与产量关系24、节水灌溉条件下主要农作物灌溉的适宜控制指标25、主要作物的节水高效灌溉制度2三、试验布设与数据采集21、试验场地要求22、试验处理设置3（1）旱作物灌溉试验处理设计3（2）水田作物灌溉试验处理设计43、试验观测项目及观测方法6（1）试验场地基础数据6（2）气象数据观测6（3）土壤含水量及作物耗水量测定7（4）棵间蒸发量测定7（5）作物生长发育进程调查7（6）作物水分生理指标观测8（7）作物产量及产量构成因子的调查8四、需要重点研究的几项内容81、主要作物需水量与需水规律82、灌水次数、灌水时间及灌溉总量与作物产量之间的关系93、主要作物耗水量与产量之间的关系94、主要作物适宜的灌溉控制指标95、主要作物的节水高效灌溉制度9五、试验过程中所需的数据记录表格9表3-4 灌溉试验站基本情况记录表10表3-5 试验处理设计表（以冬小麦为例）11表3-6 作物生育进程调查表12表3-7 取土烘干法测定土壤含水率记录表13表3-8 TRIME或中子水分仪测定土壤含水率记录表14表3-9 试验小区株高与单株叶面积调查表15表3-10 各小区叶面积指数调查表16表3-11 作物耗水过程及耗水量试验结果汇总表17表3-12 作物全生育期用水状况汇总表18表3-13 作物收获后考种用表（以冬小麦为例）19表3-14 作物产量及产量构成因子调查记录表（以冬小麦为例）20表3-15 作物产量-用水量关系试验结果汇总表21表3-16 主要作物田间水分利用效率记录表22全国主要作物节水高效灌溉制度协作研究实施方案一、试验作物的选择各省（市、区）中心试验站和重点试验站应根据本省（市、区）主要农作物布局与种植情况，选择灌溉面积大、灌溉用水量比较多的几种农作物作为主要灌溉试验作物，同时还应选择一些推广前景广阔、经济价值较高的经济作物开展灌溉试验，以作为技术储备供将来大面积推广后指导田间灌溉实践。对于兼顾生态重建与维护任务的地区，还需要对天然与人工生态植被的需水规律及作物-水关系进行必要的研究。就今后35年的试验工作而言，一般远离城郊的试验站点，主要试验作物至少应包括当地种植面积较大的几种作物，如水稻、小麦、玉米和棉花，条件许可时还应进行油料（如花生、油菜、芝麻、向日葵等）、薯类及果树等作物的灌溉试验研究工作。对于位于城郊的试验站，试验的主要作物应是当地种植面积较大的蔬菜（花卉）、水稻、小麦、玉米、棉花和果树，对于内蒙、宁夏、甘肃和新疆等地的部分灌溉试验站，还要开展人工牧草及人工生态林的灌溉试验研究。由于受到试验场地和人员的限制，每个试验站至少应从事34种主要作物的灌溉试验研究工作。每个重点试验站选择试验哪些作物，由省级中心站统一安排。主要作物的灌溉试验应安排在灌溉试验站内有控制条件下的测坑中，或是在大田条件下进行，其它作物的试验可直接在农户的地块上进行，最好能够结合具有一定种植规模的种田大户的实际生产过程进行有关的试验与资料收集。二、主要研究内容针对我国各地当前节水灌溉发展的需求，在近35年内全国灌溉试验协作工作应当包括以下一些试验研究内容：1、主要农作物的需水量与需水规律主要研究不同水分处理条件下作物耗水规律的日变化和季节变化过程，通过研究确定在新的生产条件下作物各生育阶段的日需水强度、阶段需水量和全生育需水量。同时调查不同水分条件下主要作物株高、叶面积及群体大小等指标的变化规律。为了便于分析农田水分利用情况，试验过程中应当埋设微型蒸发皿观测棵间土壤蒸发（或水面蒸发），分析确定棵间蒸发（或水面蒸发）在作物总耗水量中所占的比例，探索减少棵间蒸发（或水面蒸发）的技术途径和技术措施。2、灌水次数、灌溉时间与作物产量形成的关系主要研究不同的灌水次数和灌水时间组合下作物的生长发育状况及作物产量变化情况，为制定节水高效灌溉制度提供依据。按照灌溉试验规范的要求，可采用以下三种方式进行试验研究：（1）固定灌水次数和每次灌水时期，采用不同的灌水定额；（2）固定每次灌水时期及定额，采用不同的灌水次数；（3）固定灌水次数和每次的灌水定额，采用不同的灌水时期。3、节水灌溉条件下主要农作物的耗水量与产量关系根据试验研究结果，分析作物各生育阶段耗水量与产量的关系，建立作物水分生产函数模型，分析确定主要农作物的需水主、次关键时期和灌水关键期。4、节水灌溉条件下主要农作物灌溉的适宜控制指标结合不同供水条件下各生育阶段的水分状况、作物耗水量和最终产量的观测结果，分析确定作物各生育阶段的适宜土壤水分上、下限控制指标和适宜计划湿润层深度，提出适合当地情况的节水灌水定额指标。5、主要作物的节水高效灌溉制度综合以上4个方面的研究成果，提出适合当地作物、气象、水资源、灌溉模式及管理水平的主要作物节水高效灌溉制度。除了以主要作物为研究对象开展上述几项研究内容外，在试验安排上还应当考虑不同灌溉方式之间的差异。在喷灌或微灌应用面积较大的区域，需要有针对性地布设相应的试验，开展喷灌和微灌条件下作物需水及水分利用规律的试验研究和基础数据采集工作。三、试验布设与数据采集1、试验场地要求研究工作可选择在两种条件下进行：一是有防雨设施，能够很好地控制降雨的影响，从而完全体现不同程度的供水对作物需水过程及产量的影响；二是在自然条件的大田中进行，充分反映在当地的自然条件下作物的需水过程及不同供水条件对产量的影响。控制性试验应当在具有防雨设施、控制地下水影响（地下水埋深超过5米后可以不考虑地下水的影响）、控制土壤水侧渗的条件下进行，最好是在有防雨棚保护的测坑内进行。试验场地周围应是较为开阔的农田。试验场内的土壤条件应当在当地具有较好的代表性，包括土壤质地、土壤结构及肥力条件。在测坑内进行的灌溉试验，测坑的上口面积应不小于5平方米，测坑区域内的非种植面积应小于总面积的5%。测坑区周围应种植与测坑内相同的作物，并有一定的面积，以确保在测坑内取得的试验结果与自然条件下的大田试验没有明显的差别。自然条件下的灌溉试验应选择在当地具有较好代表性的环境和田块上进行。试验田块周围应是较为开阔的农田，其土壤条件应当在当地具有较好的代表性，包括土壤质地、土壤结构及肥力条件。所选择的灌溉试验田应当平坦整齐，肥力均匀，灌溉排水设施齐全，并有较好的灌溉用水控制和量测条件。在地下水埋深较大的区域，试验田块的地下水位应至少保持在5米以下。如果灌溉试验点代表的是大面积的、有地下水补给作物生长的区域，则地下水位可以不加限制。无论是控制性的试验还是自然条件下的大田试验，试验田块周围种植的作物种类均应与试验田块种植的作物一致，四周保护地宽度至少应在5m以上，20m以内不应种植与试验作物高度差异较大的作物。试验场地的环境条件与当地的气象站较为一致，且相距较近时可以采用当地气象站的气象资料。试验场地环境与当地气象站的条件差异较大，或相距较远时，需要在试验场地内设立专用的气象数据观测站。试验设计及执行过程中的其他有关事项应严格按照灌溉试验规范的要求安排与处理。2、试验处理设置（1）旱作物灌溉试验处理设计对于旱作物，应根据其生长发育规律，参照作物耕作栽培和植物生理学方面的知识，把作物整个生育期细分为若干个生育阶段，明确各生育阶段的起、止日期和持续时间。有了作物生育阶段划分的结果后，根据历史研究资料，控制性试验将全生育期划分为需水关键期和非关键两个部分，每个部分设计3个水分控制下限处理，另设全生育期各阶段供水不足、供水中等和供水充足的处理各1个，总处理数为33+3=12。在灌溉试验方案设计时，试验因素和水平设置均较少的试验，可采用完全随机区组法设计与布置试验处理。试验因素和设置水平较多时，有可能造成试验处理过多而在田间无法安排，这时可采用正交试验法设计试验以减少试验处理数。试验设计时要设置一定的重复数，以便进行必要的统计分析，排除环境条件对试验结果的干扰。重复数一般不得少于3次，条件许可时可增加至4-5次。如果可能，田间试验小区最好按照随机区组法进行安排。旱作物灌溉试验建议采用表3-1所示的试验设计方案：表3-1 旱作物灌溉试验设计方案处理编号处理内容备 注非需水关键期灌水下限控制标准（占田间持水量）需水关键期灌水下限控制标准（占田间持水量）150%55%表中数字为灌水控制下限。即当某一深度土层的平均含水量达到这一数值后，则灌溉至田间持水量，或按某一定值灌溉，视具体情况而定。250%65%350%75%460%55%560%65%660%75%77055%870%65%970%75%1050%50%1160%60%1275%75%灌水次数、灌水时间与作物产量形成关系的试验研究，可选择在自然条件下的大田中进行。根据对当地不同水文年降水资料的分析，对灌水次数、灌水定额和灌水时间进行多种组合设计，每一种组合为1个处理，要求至少设置3次重复。试验处理可按完全随机区组法或正交试验法设计与布置。（2）水田作物灌溉试验处理设计由于水稻栽培过程中水分需求与管理的特殊性，所以试验处理的设置与旱作物具有明显的差异。水稻灌溉试验采用定期受旱处理法，即在特定和生育期设置不同程度的干旱，以研究不同生育时期缺水对最终产量的影响。与此同时，设置传统的水稻灌溉模式为对照，并将已在当地生产中得到推广应用的“浅、薄、湿、晒”、“薄露灌溉”或“控制灌溉”等节水灌溉模式作为另一组对照。水稻灌溉试验的水分处理建议采用表3-2所示的试验方案。表3-2 水稻灌溉试验处理设置表处理编号处理内容备 注受旱时期受旱程度1分蘖期轻旱在轻旱、中旱和重旱处理中，土壤含水量控制下限分别设置为田间持水量的70%、60%和50%。当土壤含水量达到下限值时，灌水至正常处理的状况。2重旱3拨节期轻旱4重旱5抽穗期轻旱6重旱7灌浆期 轻旱8重旱9分蘖期+拨节期中旱10拨节期+抽穗期中旱11抽穗期+灌浆期中旱12对照1传统的灌溉模式按当地传统的灌溉方式管理13对照2“浅、薄、湿、晒”、“薄露灌溉或“控制灌溉”模式按模式推荐的灌溉方式管理试验过程中应当设置一定的重复数，以便进行必要的统计分析，排除环境条件对试验结果的干扰。重复数一般不得少于3次，条件许可时可适当增加。按照上述试验方案，不同处理下水稻各生育阶段的田间水分管理可用表3-3表示。表3-3 水稻试验不同生育期水分状况表处理编号处理内容各生育阶段稻田水分状况返青期分蘖期拔节期抽穗期灌浆前期黄熟期1分蘖期轻旱正常70正常正常正常正常2分蘖期重旱正常50正常正常正常正常3拔节期轻旱正常正常70正常正常正常4拔节期重旱正常正常50正常正常正常5抽穗期轻旱正常正常正常70正常正常6抽穗期重旱正常正常正常50正常正常7灌浆前期轻旱正常正常正常正常70正常8灌浆前期重旱正常正常正常正常50正常9分蘖期+拨节期中旱正常6060正常正常正常10拨节期+抽穗期中旱正常正常6060正常正常11抽穗期+灌浆期中旱正常正常正常6060正常12对照1按当地传统的灌溉方式管理13对照2按模式推荐的灌溉方式管理备注：“正常”为按传统模式进行水分管理；“70”、“60”、“50”为生育期灌水控制下限其它水田作物的灌溉试验可参照表3-2和3-3设置水分处理。3、试验观测项目及观测方法（1）试验场地基础数据试验地基础数据包括试验地的经度、纬度和海拨高度；土壤类型；土壤养分状况，包括有机质含量，全N，全P，全K和有效N，有效P含量，在播种前测定。试验之前还应测定土壤的容重，饱和含水量，田间持水量，凋萎含水量，土壤盐分含量，灌溉水质等基本数据。试验过程中要详细记录种植的作物及使用的品种；施肥时间、种类、数量；灌溉日期及灌水定额；降雨时间及降水量。（2）气象数据观测 对于自行观测气象数据的灌溉试验站，气象观测站的设置，观测方法与标准要与县级气象站的标准相同。无论是采用当地气象站的观测数据，还是自行观测，都要求以旬为单元，对以下几个方面的数据进行系统的整理： 平均温度； 平均最高温度； 平均最低温度； 相对湿度； 风速； 日照时数； 降雨量；蒸发量。年度气象观测资料收集完成后，还要对以下一些项目进行统计分析： 年平均温度； 全年降水量； 全年蒸发量； 0积温； 10积温； 初霜日期； 终霜日期； 无霜期。（3）土壤含水量及作物耗水量测定防雨棚下的测坑或自然条件下大田中的土壤含水量最好采用定点测定（TRIME或中子水分仪）。每个测坑或小区中的测定样点数应不少于两点，采用平均值确定土壤含水量。土壤含水量的测定深度测坑中不小于150cm，大田中不少于200cm。测定时0-20cm土层的含水量最好用取土法测定，20cm以下部分用TRIME或中子水分仪测定。测定时可以每20cm为一个测定段，即20-40cm，40-60cm，60-80cm，80-100cm，100-120cm，120-140cm，140-160cm，最后用加权平均法计算整个土体的含水量。作物实际耗水量通过前后两次测定的土体含水量的差值，并考虑灌水、降水、渗漏等过程造成的水量变化，用水量平衡法计算确定。土壤含水量的测定最好每旬测定一次，分别在各旬的第一天，即1号，11号和21号测定。这样可以计算确定各旬的实际耗水量，便于与气象部门以旬为单位统计的气象资料结合使用。（4）棵间蒸发量测定棵间蒸发量用埋设在作物行间的特制小型蒸发器，采用换土称重法测定。灌水或降雨后的15天内，每天8时称重，然后换取原状土称重后再将蒸发器置于作物行间的固定部位；其它时间可每隔23天观测一次。棵间土壤蒸发量可由蒸发器内土壤重量的变化确定。（5）作物生长发育进程调查作物生长调查内容包括如下几个方面1）生育期调查对作物生长过程中一些重要特征的出现时间进行调查记录，以反映作物的生长发育进程。不同作物记录的特征内容有较大的差别，需要分别确定相应的记录内容，并按有关的标准进行观测记录（有关材料见附件5）。以冬小麦为例，一般记录的生长发育特征时刻为：播种、出苗、三叶、分蘖、越冬开始、返青、起身、拔节、孕穗、抽穗、开花、乳熟、成熟（收获）。2）作物群体密度、株高、叶面积指数调查作物群体密度、株高和叶面积指数是反映作物群体发育程度的三个重要的形态指标。作物群体密度、株高和叶面积指数的调查最好每旬进行一次，固定在各旬的第一天或中间一天进行。（6）作物水分生理指标观测作物水分生理指标主要包括作物叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶水势等。叶片光合速率和蒸腾速率可用便携式光合作用测定系统测定，气孔导度可用稳态气孔计测定，叶水势用压力势或露点水势仪测定。在作物生长发育的每一生育阶段，选择23天晴朗无云的天气，从日出前后至日落时观测各生理指标的日变化，每小时测定1次。测定前应选择好要观测的处理，土壤水分能形成一个比较理想的梯度，以便于进行分析。这项观测内容需要相应的仪器设备，因此建议省级中心站开展相应的工作。重点试验站暂不开展此方面的调查，待条件成熟后再逐步开展。（7）作物产量及产量构成因子的调查作物产量的调查记录包括两个方面，一个是生物产量，一个是经济产量。生物产量一般指地上部分的总收获量，包括秸秆和籽粒。经济学产量是指目标收获物的产量，大多数作物为籽粒产量，少部分作物为块根块茎，也有以纤维，花，叶，甚至整个生特体为目标收获物的，因此需要区别对待。一般情况下，生物产量或籽粒产量都是天然条件下完全晒干后的重量为计量值。经济产量占生物产量的比率称为经济系数。产量构成因子系指构成作物最终产量的几个要素的情况，不同作物构成最终产量的要素是有差别的，因而需要区别对待。以冬小麦为例，产量构成要素包括三个方面，即亩成穗数，每穗粒数和千粒重；对棉花而言，三个产量构成因素为亩株数，单株成铃数和单铃重量。四、需要重点研究的几项内容在对取得的灌溉试验资料进行系统整理归档的同时，还应及时对试验资料进行深入的分析研究，揭示其中的有关规律。需要重点加以研究的内容包括如下几个方面： 1、主要作物需水量与需水规律要分析研究不同水分处理条件下作物耗水规律的日变化和季节变化过程，确定作物不同生育阶段的日需水强度、阶段需水量和全生育需水量。同时分析研究不同水分条件下主要作物的株高、叶面积及群体大小等指标的变化规律。结合棵间土壤（或水面）蒸发量的测定资料，分析研究不同灌溉方式、不同作物、不同水分条件和不同生育时期棵间蒸发（或水面蒸发）量在作物总蒸腾蒸发量中所占的比例，探讨减少棵间蒸发（或水面蒸发）的潜力和技术途径。将作物需水规律、气象条件、土壤水分条件及作物生长发育等方面的资料结合在一起进行分析，探讨影响作物需水量的主要因子，确定作物需水过程的数学表达式。2、灌水次数、灌水时间及灌溉总量与作物产量之间的关系依据特殊设计的，研究灌水次数、灌水时间及灌溉总量对作物产量影响的试验结果，研究不同的灌水次数和灌水时间组合下作物的生长发育状况、产量构成因子及最终产量的变化规律，确定灌水次数、灌水时间及灌溉总量与作物产量之间的数学关系，为制定节水高效灌溉制度提供依据。3、主要作物耗水量与产量之间的关系对获得的不同水分处理条件下作物实际耗水量与经济产量资料进行系统的分析，确定作物耗水量与产量之间的定量关系。这种关系即是常用的作物水分生产函数，包括两大类。一是全生育期耗水量与产量之间的关系，二是分生育期耗水量与产量之间的关系。这些定量描述作物产量与耗水量之间关系的数学模式是进行水资源优化调配与管理的重要基础数据。4、主要作物适宜的灌溉控制指标通过对不同供水条件下的土壤水分含量、作物生理生态指标、作物生长发育状况及最终经济产量等方面观测结果的系统整理与分析，分析确定主要农作物的适宜灌溉指标。这些指标可以从多个方面表示：不同时期的灌溉定额；不同生育阶段的适宜土壤水分上、下限控制指标；不同时期适宜的生理生态控制指标等。5、主要作物的节水高效灌溉制度综合以上4个方面的研究成果，结合当地的作物布局、气象条件、水资源状况、灌溉工程状况及灌溉管理水平等方面的资料，研究确定当地主要农作物适宜的节水高效灌溉制度。五、试验过程中所需的数据记录表格根据试验需求，编制了部分数据记录表格，供各级灌溉试验站参考使用。特别提示：下列表格水利部灌溉试验总站将制备Microsoft Word和Excel格式的电子版本，可供各试验站直接使用。表3-4 灌溉试验站基本情况记录表试验站名称： 所在行政区： 省 县 乡 数据采集人： 调查项目数值调查项目数值调查项目数值纬度经度海拔（m）多年平均气温()多年平均降雨量(mm)多年平均蒸发量(mm)土壤质地土壤容重(g/cm3)饱和含水量(重量%)田间持水量（重量%）凋萎含水量（重量%）有机质含量（%）全氮量（ppm）全磷量（ppm）全钾量（ppm）有效氮含量（ppm）有效磷含量（ppm）有效钾含量（ppm）地下水埋深(m)灌溉水矿化度(g/l)地下水矿化度(g/l)表3-5 试验处理设计表（以冬小麦为例）试验站名称： 所在行政区： 省 县 乡 制表人： 生育阶段处理水平处理号苗期分蘖期越冬期拔节期抽穗开花期灌浆成熟期123456789101112说明表3-6 作物生育进程调查表试验站名称： 所在行政区： 省 县 乡 灌溉方式： 作物种类： 试验编号： 试验年份： 记录人： 调查地点特征时期与出现日期（月月日日）处理重复播种日期特 征时期1特 征时期2特 征时期3特 征时期4特 征时期5收获日期处理1123处理2123处理3123处理4123处理5123处理6123123表3-7 取土烘干法测定土壤含水率记录表试验编号： 作物种类： 测定日期： 年 月 日 记录人： 测定地点土层深度(cm)土盒编号盒重(克)盒+温土 重（克）盒+干土 重（克）干土重（克）失水量（克）土壤含水率 （%）平均值（%）处理号重复号表3-8 TRIME或中子水分仪测定土壤含水率记录表试验编号： 作物种类： 测定日期： 年 月 日 记录人： 测定地点土壤层次（cm）处理号重复号20-4040-6060-8080-100100-120120-140140-160160-180180-200表3-9 试验小区株高与单株叶面积调查表试验编号： 作物种类： 灌溉方式： 调查日期： 调 查 人： 处理号重复号株序株高叶序叶长（cm）叶宽（cm）叶面积（cm2）1123平均2123平均3123平均4123平均123平均平均单株叶面积平均株高表3-10 各小区叶面积指数调查表试验编号： 作物种类： 灌溉方式： 调查日期： 调 查 人： 处理号重复号群体密度（株/m2）平均单株叶面积（cm2）叶面积指数备注123平均123平均123平均123平均123平均表3-11 作物耗水过程及耗水量试验结果汇总表试验站名称： 试验年份： 试验编号： 作物种类： 灌溉方式： 调查日期： 资料整理负责人： 处理编号旬平均日耗水量（mm/d）处理1处理2月旬重复1重复2重复3平均值重复1重复2重复3平均值上中下上中下上中下上中下上中下上中下上中下上中下全生育期合 计表3-12 作物全生育期用水状况汇总表试验站名称： 试验年份： 作物种类： 灌溉方式： 资料整理负责人： 月旬处理号重复号灌水量有效降水量土壤水变化量排水量/渗漏量地下水补给量实际耗水量备 注上中下上中下上中下上中下上中下上中下上中下上中下上中下全生育期合计表3-13 作物收获后考种用表（以冬小麦为例）试验站名称： 试验年份： 试验编号： 作物种类： 考种人： 处理编号小区编号穗序号穗长有效小穗数无效小穗数穗粒数千粒重备 注12345678910平均12345678910平均12345678910平均表3-14 作物产量及产量构成因子调查记录表（以冬小麦为例）试验站名称：