CN104620945A - 土地灌水定额的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及节水灌溉领域，尤其是一种土地灌水定额的确定方法。一种土地灌水定额的确定方法，主要包括以下操作步骤：对试验田的土壤进行充分灌溉后覆膜；在试验田内部随机选取三个试验点，用来获取土样；分别对每种土样称取20g～30g，取土壤的田间持水率和土壤的容重；将获得的三个试验点的同一深度土层的持水率、容重数据进行整理计算获得的平均值；将获得的数据散点绘制到坐标系上，利用计算机软件绘制H-γ、H-α拟合函数曲线图，根据该拟合函数曲线图，利用公式获得该土壤灌溉一次的最大水量M。本发明是一种可以大大减少农业用水浪费、经济实用的土地灌水定额的确定方法。

Description

土地灌水定额的确定方法

技术领域

本发明涉及节水灌溉领域，尤其是一种土地灌水定额的确定方法。

背景技术

农业作为我国的基础产业，其用水量占据了全国总用水量的70％左右，但是我国农业用水利用效率低，浪费严重，成为制约我国农业发展和经济社会可持续发展的重要因素。

目前在新疆虽然节水灌溉的应用很广泛，但是很多时候，在进行灌溉时，灌溉制度的使用和灌水定额的确定，只是根据多年来的耕作经验来确定，而缺乏一种具有广泛适用意义的具体的计算方法。倘若能够通过试验得出一种准确确定灌水定额的方法，那么就能进一步提高灌溉用水的利用系数，有效减少地表径流或深层下渗。

目前已有的一个推算灌水定额的公式：

M＝666.7×γ×H×(θ_max-θ_min)；

式中：

M：灌溉一次的最大水量(m³/亩)

γ：土壤的容重(kN/m³)

H：计划湿润层深度(m)

θ：土壤持水量

目前已有公式的不足：

1.对于一块耕地来说，土壤的容重并不是一个定值，而容重又会影响田间持水量，导致土壤的最大持水量和最小持水量的计算有偏差。

2.不同的土质，沙土、壤土、黏土，土壤灌溉后的湿润体差异很大，而且水分的运动也不尽相同，作物根系生长范围可以用来确定计划湿润层深度，但是仅仅依靠湿润层深度来作为灌水的依据存在很大缺陷可能会导致作物受到水分胁迫或水分流失。

对于常年耕作的农田来说，土壤一般分为三层，表土层、心土层、底土层，由于底土层一般都低于表层1米以上，所以，影响耕作的土壤只有表土层和心土层两部分。

表土层顾名思义，位于土壤的最上层，生物积累作用较强，肥力较高。农田耕作的表土层又可划分为耕作层和犁底层，耕作层一般厚度约为18-20cm左右，由于常年人类耕作，以及集中的60％的作物根系，因此土壤疏松，通透性良好，容重较小，田间持水量较大。犁底层位于耕作层之下，厚度约为6-8cm，由于降水、灌溉使得粘粒沉积，以及承受较多荷载，导致该土层孔隙度小，通透性差，土壤容重较大，田间持水量和土壤的有效水量均较小。

心土层位于表土层之下，土壤结构较耕作层差，但是优于犁底层，可以储存一定量的水和肥，土层厚度约为30cm，集中了作物20％-30％的根系，对作物生长有一定的影响。针对不同的土层，在计算灌水定额时，采用分层累加运算。一般来说，土壤表层之下的80cm集中了大部分作物90％左右的根系，因此在计算灌水定额时考虑0-80cm的土层。针对上述情况，可以构建一种具有广泛适用意义的灌水定额的确定方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单，有可效确定土地灌水用水量，实现节水目标、减少农业用水浪费、经济实用的土地灌水定额的确定方法。

本发明公开了一种土地灌水定额的确定方法，其特征在于主要包括以下操作步骤：

(1)、对试验田的土壤进行充分灌溉后覆膜，静置45～50h，排干土壤中的重力水；

(2)、在试验田内部随机选取三个试验点，用来获取土样，从地表开始取土，利用土钻，每隔10cm取一个土样，一直取到H深度为止，H为计划湿润层深度，取值为50～80cm；将取到的土样收集入铝盒中，并做好标记；

(3)、将土样带回实验室，分别对每种土样称取20g～30g，用烘干法将土样烘干，测得其含水率近似认为是土壤的田间持水率，并取烘干后的土样测其土壤的容重，将测得数据整理入数据表格中；

(4)、将获得的三个试验点的同一深度土层的持水率、容重数据进行整理，计算其平均值，计算获得的平均值即为该土层的田间持水率和土壤容重；

(5)、将获得的数据散点绘制到坐标系上，利用计算机软件绘制H-γ、H-α拟合函数曲线图，根据该拟合函数曲线图，利用以下公式Ⅰ获得该土壤灌溉一次的最大水量(m³/亩)M：

$M=666.7{\∫}_0^H\mathrm{\γ}\×\mathrm{\α}({\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\β}}_{\min })\mathrm{dh};$

其中：

M：灌溉一次的最大水量(m³/亩)；

γ：土壤的容重(kN/m³)；

h：分层的土层深度，取值为0.1m；

H：计划湿润层深度，取值为50～80cm；

α：田间持水率；

βmax和βmin：土壤含水率，分别取1和0.65。

所述的获得灌溉一次的最大水量(m³/亩)M，为了简化计算，在误差允许的情况下，第(5)步骤中可以用以下的公式Ⅱ来替换来计算M：

$M=666.7\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\γ}}_i+{\mathrm{\γ}}_{i+1})({\mathrm{\α}}_i+{\mathrm{\α}}_{i+1})({\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\β}}_{\min })*\frac{h}{4};$

其中：

M：灌溉一次的最大水量(m³/亩)；

γ_i、γ_i+1：第i层、第i+1层土壤的容重(kN/m³)；

h：分层的土层深度，取值为0.1m；

H：计划湿润层深度，取值为50～80cm；

α_i、α_i+1：第i层、第i+1层田间持水率；

βmax和βmin：土壤含水率，分别取1和0.65；

n：土层层数，取值为5～8。

在生产实践中，为了简化计算，在误差允许的情况下，可以用以上的公式来确定灌水定额，免去积分的运算，利用求和公式也可以得出较为准确的结果。

所述的对试验田的土壤进行充分灌溉时，为了使得土壤的湿润体和作物的根系形状能良好的契合，使得水分尽量被有效利用，在沙壤土进行滴灌灌溉时，计划湿润层深度H要比实际的作物根系深度浅，灌溉时要使用大的滴头流量；而在重壤土进行灌溉时，计划湿润层深度H要比实际的作物根系深度深，滴灌灌溉时要使用小的滴头流量。

本发明田间持水量β的上限的取值要满足的条件是：既不产生深层渗漏和地表径流，又不影响作物对土壤空气含量的要求，故一般取田间持水量，而β的下限应大于凋萎系数，以作物生长不受抑制为主，根据经验，取65％的田间持水量比较合适。所以β_max和β_min分别取1和0.65。

本发明在确定计划湿润层深度H时要考虑土壤的湿润体形状。由于各地耕作使用的土质不同，而不同的土质对湿润体的影响很大，重壤土湿润体宽而浅容易形成地表径流,砂壤土湿润体窄而深容易形成深层渗漏，如若不考虑这点因素，选取的计划湿润层深度可能由于适用性不同而导致水分浪费的同时作物受到水分胁迫，影响作物的产量。而且根据资料查阅显示，在同种土壤中实施滴管，倘若使用大的滴头流量会形成宽而浅的土壤湿润体，而使用小的滴头流量形成的土壤湿润体较之则窄而深。因此在确定针对不同的耕作土质下的计划湿润层深度时，为了使得土壤的湿润体和作物的根系形状能良好的契合，使得水分尽量被有效利用，在沙壤土进行灌溉时，计划湿润层深度要比实际的作物根系深度浅，灌溉时要使用大的滴头流量。而在重壤土进行灌溉时，计划湿润层深度要比实际的作物根系深度深，灌溉时要使用小的滴头流量。

与现有技术相比，本发明利用土壤表层之下的80cm集中了大部分作物90％左右的根系的实际，在计算灌水定额时考虑了0-80cm的土层，在此前提下，构建了一种具有广泛适用意义的灌水定额的确定方法，该方法在确定土地灌水定额时，可操作性强，方法操作简单易行，一方面减少了劳动力的损耗，另一方面使得灌水量的确定更为准确，从而达到节水的目的，本发明是一种可以大大减少农业用水浪费、经济实用的土地灌水定额的确定方法。

附图说明

图1为本发明实施例1-4中的砂土土层深度和土壤容重的H-γ拟合函数曲线图。图中所示横坐标为砂土土层深度，纵坐标为土壤容重；图中带点的曲线为根据实验数据点绘制的关系曲线，而另一条不带点的曲线为通过计算机软件绘制的拟合函数曲线。

图2为本发明实施例1-4中的砂土土层深度和田间持水率H-α拟合函数曲线图。图中所示横坐标为砂土土层深度，纵坐标为田间持水率。图中带点的曲线为根据实验数据点绘制的关系曲线，而另一条不带点的曲线为通过计算机软件绘制的拟合函数曲线。

图3为本发明实施例5-8中的壤土土层深度和土壤容重的H-γ拟合函数曲线图。图中所示横坐标为壤土土层深度，纵坐标为土壤容重。图中带点的曲线为根据实验数据点绘制的关系曲线，而另一条不带点的曲线为通过计算机软件绘制的拟合函数曲线。

图4为本发明实施例5-8中的壤土土层深度和田间持水率H-α拟合函数曲线图。图中所示横坐标为壤土土层深度，纵坐标为田间持水率。图中带点的曲线为根据实验数据点绘制的关系曲线，而另一条不带点的曲线为通过计算机软件绘制的拟合函数曲线。

图5为本发明实施例9-12中的粘土土层深度和土壤容重的H-γ拟合函数曲线图。图中所示横坐标为粘土土层深度，纵坐标为土壤容重。图中带点的曲线为根据实验数据点绘制的关系曲线，而另一条不带点的曲线为通过计算机软件绘制的拟合函数曲线。

图6为本发明实施例9-12中的粘土土层深度和田间持水率H-α拟合函数曲线图。图中所示横坐标为粘土土层深度，纵坐标为田间持水率。图中带点的曲线为根据实验数据点绘制的关系曲线，而另一条不带点的曲线为通过计算机软件绘制的拟合函数曲线。

具体实施方式

实施例1～4：

参照图1、图2，一种土地灌水定额的确定方法，主要包括以下操作步骤：

(1)、对试验田的土壤进行充分灌溉后覆膜，静置45h、47h、49h或50h，排干土壤中的重力水；

(2)、在试验田内部随机选取三个试验点，用来获取土样，从地表开始取土，利用土钻，每隔10cm取一个土样，一直取到H深度为止，H为计划湿润层深度，取值分别为50cm、60cm、70cm、80cm；将取到的土样收集入铝盒中，并做好标记；

(3)、将土样带回实验室，分别对每种土样称取20g、22g、26g或30g，用烘干法将土样烘干，测得其含水率近似认为是土壤的田间持水率，并取烘干后的土样测其土壤的容重，将测得数据整理入数据表格中；

(4)、将获得的三个试验点的同一深度土层的持水率、干重数据进行整理，计算其平均值，计算获得的平均值即为该土层的田间持水率和土壤干重；

(5)、将获得的数据散点绘制到坐标系上，利用计算机软件绘制H-γ、H-α拟合函数曲线图，根据该拟合函数曲线图，利用以下公式Ⅰ获得该土壤灌溉一次的最大水量(m³/亩)M：

$M=666.7{\∫}_0^H\mathrm{\γ}\×\mathrm{\α}({\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\β}}_{\min })\mathrm{dh};$

其中：

M：灌溉一次的最大水量(m³/亩)；

γ：土壤的容重(kN/m³)；

h：分层的土层深度，取值为0.1m；

H：计划湿润层深度，分别取值为50cm、60cm、70cm、80cm；

α：田间持水率；

βmax和βmin：土壤含水率，分别取1和0.65。

所述的获得灌溉一次的最大水量(m³/亩)M，为了简化计算，在误差允许的情况下，第(5)步骤中可以用以下的公式Ⅱ来替换来计算M：

$M=666.7\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\γ}}_i+{\mathrm{\γ}}_{i+1})({\mathrm{\α}}_i+{\mathrm{\α}}_{i+1})({\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\β}}_{\min })*\frac{h}{4};$

其中：

M：灌溉一次的最大水量(m³/亩)；

γ_i、γ_i+1：第i层、第i+1层土壤的容重(kN/m³)；

h：分层的土层深度，取值为0.1m；

H：计划湿润层深度，取值为50～80cm；

α_i、α_i+1：第i层、第i+1层田间持水率；

βmax和βmin：土壤含水率，分别取1和0.65；

n：土层层数，分别取值为5、6、7或8。

利用上述方法，选取的砂土试验田，砂土的容重为1.3～1.8g/cm³，田间持水率为12％～20％之间，灌溉期土壤的水分占田间持水量的65％～100％之间。H值分别选取50cm，60cm，70cm，80cm，分别利用上述方法计算M值，并通过两种公式计算方法进行结果对比，其操作得到的数据及对比结果如下：

其中得到的砂土土层深度和土壤容重H-γ拟合函数曲线图如图1所示，砂土土层深度和田间持水率H-α拟合函数曲线图如图2所示。

实施例5～8：

参照图3、图4，与实施例1-4不同地方在于：选取的壤土试验田，壤土的容重为1.3～1.6g/cm³，田间持水率为15％～27％之间，灌溉期土壤的水分占田间持水量的65％～100％之间。

其中壤土土层深度和土壤容重H-γ拟合函数曲线图如图3所示，壤土土层深度和田间持水率H-α拟合函数曲线图如图4所示。

实施例9～12：

参照图5、图6，与实施例1-4不同地方在于：选取的粘土试验田，土壤的容重为1.1～1.5g/cm³，田间持水率为24％～35％之间，灌溉期土壤的水分占田间持水量的65％～100％之间。

其中粘土土层深度和土壤容重H-γ拟合函数曲线图如图5所示，粘土土层深度和田间持水率H-α拟合函数曲线图如图6所示。

实施例13：

与实施例1～4不同地方在于：所述一种土地灌水定额的确定方法，在操作步骤(1)中，所述的对试验田的土壤在进行充分灌溉时，为了使得土壤的湿润体和作物的根系形状能良好的契合，使得水分尽量被有效利用，在沙壤土进行滴灌灌溉时，计划湿润层深度H要比实际的作物根系深度浅，灌溉时要使用大的滴头流量；而在重壤土进行灌溉时，计划湿润层深度H要比实际的作物根系深度深，滴灌灌溉时要使用小的滴头流量。

Claims (3)

1.一种土地灌水定额的确定方法，其特征在于主要包括以下操作步骤：

(1)、对试验田的土壤进行充分灌溉后覆膜，静置45～50h，排干土壤中的重力水；

(2)、在试验田内部随机选取三个试验点，用来获取土样，从地表开始取土，利用土钻，每隔10cm取一个土样，一直取到H深度为止，H为计划湿润层深度，取值为50～80cm；将取到的土样收集入铝盒中，并做好标记；

(3)、将土样带回实验室，分别对每种土样称取20g～30g，用烘干法将土样烘干，测得其含水率近似认为是土壤的田间持水率，并取烘干后的土样测其土壤的容重，将测得数据整理入数据表格中；

(4)、将获得的三个试验点的同一深度土层的持水率、容重数据进行整理，计算其平均值，计算获得的平均值即为该土层的田间持水率和土壤容重；

(5)、将获得的数据散点绘制到坐标系上，利用计算机软件绘制H-γ、H-α拟合函数曲线图，根据该拟合函数曲线图，利用以下公式Ⅰ获得该土壤灌溉一次的最大水量(m³/亩)M：

$M=666.7{\∫}_0^H\mathrm{\γ}\×\mathrm{\α}({\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\β}}_{\min })\mathrm{dh};$

其中：

M：灌溉一次的最大水量(m³/亩)；

γ：土壤的容重(kN/m³)；

h：分层的土层深度，取值为0.1m；

H：计划湿润层深度，取值为50～80cm；

α：田间持水率；

βmax和βmin：土壤含水率，分别取1和0.65。

2.如权利要求1所述的土地灌水定额的确定方法，其特征在于所述的获得灌溉一次的最大水量(m³/亩)M，为了简化计算，在误差允许的情况下，第(5)步骤中可以用以下的公式Ⅱ来替换来计算M：

$\begin{array}{cc}M=666.7\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\γ}}_i+{\mathrm{\γ}}_{i+1})({\mathrm{\α}}_i+{\mathrm{\α}}_{i+1})& ({\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\β}}_{\min })*\frac{h}{4}\end{array};$

其中：

M：灌溉一次的最大水量(m³/亩)；

γ_i、γ_i+1：第i层、第i+1层土壤的容重(kN/m³)；

h：分层的土层深度，取值为0.1m；

H：计划湿润层深度，取值为50～80cm；

α_i、α_i+1：第i层、第i+1层田间持水率；

βmax和βmin：土壤含水率，分别取1和0.65；

n：土层层数，取值为5～8。

3.如权利要求1或2所述的土地灌水定额的确定方法，其特征在于所述的对试验田的土壤进行充分灌溉时，为了使得土壤的湿润体和作物的根系形状能良好的契合，使得水分尽量被有效利用，在沙壤土进行滴灌灌溉时，计划湿润层深度H要比实际的作物根系深度浅，灌溉时要使用大的滴头流量；而在重壤土进行灌溉时，计划湿润层深度H要比实际的作物根系深度深，滴灌灌溉时要使用小的滴头流量。