CN105260940A - 基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法 - Google Patents

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张雪松
申双和
杨炳玉
张富存
刘帆
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Abstract

本发明公开了一种基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法，属于农业技术领域，包括以下步骤：步骤一：选定作物对象；步骤二：采用面积为4m2的称重式蒸渗计；步骤三：水分梯度监测系统；步骤四：自动供水系统；步骤五：蒸散量测定值ETp；步骤六：实时获取农田区域内气象参数；步骤七：计算选定作物的参考蒸散量ET0；步骤八：确定作物系数Kc；步骤九：绘制连续动态变化曲线及其特征；步骤十：与FAO-56推荐的作物系数进行对比分析。本发明提供的基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法，为进一步开展区域作物蒸散量模式的改进研究，研制适合于我国农业气象业务应用的农田蒸散模式、作物水分评价业务模式提供了基本参数。

Description

基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法
技术领域
本发明属于农业技术领域，特别涉及一种基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法。
背景技术
农田蒸散量为农田水分平衡的主要支出项，是计划蓄水、供水，设计防旱、抗旱措施等的重要依据，鉴定作物水分供应条件的重要指标。作物系数是计算农田蒸散的关键参数之一，是不同发育期中需水量与可能蒸散量（由大气状况决定的控制植物蒸散过程的能力或提供蒸发消耗的潜在能量的能力）之比（Kc）。它综合反映了环境因素和作物本身特性对蒸散的影响，其中包括表面阻力、空气动力学阻力、作物品种、作物长势等。
联合国粮农组织（FAO）出版的《作物腾发量—作物需水量计算指南》（FAO灌溉与排水手册-56，1998）一书规定了计算作物系数的标准方法。FAO-56推荐对标准状态（指在半湿润气候区，空气相对湿度≈45%，风速≈2m/s，供水充足，管理良好，生长正常，大面积高产的作物条件）下的作物可以采用分段单值平均法表示，即把作物系数的变化过程概化为4个阶段3个值。FAO-56推荐的冬小麦及水稻各生育阶段单值作物系数分别为：
冬小麦：Kcini(Tab)=0.7、Kcfro(Tab)=0.4（越冬）、Kcmid(Tab)=1.15、Kcend(Tab)=0.4
水稻：Kcini（Tab）=1.05、Kcmid（Tab）=1.20、Kcend（Tab）=0.90
截至目前，单值作物系数法已经被广泛应用于世界不同气候区的蒸散估算当中。使用世界公认的测量蒸散量最有代表性、最可靠的称重式蒸渗计，可以准确测定农田实际蒸散量，进而获得单值作物系数。在所有使用称重式蒸渗计测量农田实际蒸散量以确定作物系数的研究中，对于半干旱地区小麦，推荐值和估算值接近或存在差异；与旱作作物相比，水稻作物系数的研究相对较少，利用称重式蒸渗计开展水稻作物系数的应用研究还未见报道。可见，FAO-56推荐值的适用性需要进行广泛深入的验证，不同气候区、不同作物的作物系数值需要按当地的湿润频率和气候条件对推荐值进行修正。鉴于此，通过技术手段，提出一种作物系数的修正方法，获得具有我国自主知识产权的冬小麦、水稻作物系数，对于正确评估区域农田蒸散量，提高农田水分利用效率是非常必要的。
发明内容
本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法。
本发明的技术方案：一种基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法，包括以下步骤：
步骤一：选定作物对象，冬小麦或水稻，确定作物的生长周期及试验观测的起始时间；
步骤二：选择试验基地及农田区域，采用面积为4m2的称重式蒸渗计，针对选定作物进行蒸散量自动观测；
步骤三：分别在蒸渗计内部及外部安装土壤水分梯度监测系统，同步获取蒸渗计内部和农田区域的土壤水分观测数据；
步骤四：通过自动供水使蒸渗计内土壤水分维持在田间持水量水平；
步骤五：获取充分湿润条件下蒸渗计的蒸散量测定值ETp；
步骤六：实时获取农田区域内气象参数；
步骤七：根据所获取的气象参数，计算选定作物的参考蒸散量ET0；
步骤八：利用作物系数法确定作物系数Kc；
步骤九：结合作物发育期，得到不同发育阶段作物系数的连续动态变化曲线及其特征；
步骤十：与FAO-56推荐的作物系数进行对比分析，提出选定作物对象作物系数的修正值。
作为优选，步骤三所述的水分梯度监测系统中水分梯度分布为分别在蒸渗计内部及外部0-200cm深度土层内，分8个层次。
作为优选，步骤六获取的气象参数包括气温、相对湿度、辐射、0cm地温、2m高平均风速、风向、气压和降雨量，测定时间间隔为10min。
有益效果：本发明提供的基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法，利用自动供水方式设计了完全湿润的作物生长环境，使得作物潜在蒸散的测量可以获取，结合FAO推荐的作物系数法，获得了我国两大主要作物类型冬小麦、水稻的作物系数的动态值，利用研究结果对FAO-56推荐的单值作物系数进行了必要的修正。本发明为进一步开展区域作物蒸散量模式的改进研究，研制适合于我国农业气象业务应用的农田蒸散模式、作物水分评价业务模式提供了基本参数。
附图说明
图1为本发明基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法流程图。
图2为由本发明提供的方法测定的水稻作物系数曲线图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
下面对于本发明所提出的一种基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法，结合图1和图2详细说明。
实施例1：
本发明的提供的一种基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法，如图1所示，具体实施方式包括如下步骤：
步骤一：选定作物对象水稻和冬小麦，确定作物的生长周期及试验观测的起始时间；其中，所选作物为我国两大主要作物冬小麦和水稻，采取冬小麦-水稻轮作方式种植，冬小麦从播种至收获的生长周期约210天左右，水稻从移栽至收获的生长周期约130天左右，水稻作物在生长周期伊始即时开展相关农田观测；
步骤二：选择试验基地及农田区域，利用面积为4m2的称重式蒸渗计，针对选定作物进行蒸散量自动观测；试验基地设置在配有大型称重式蒸渗计，面积4m2的站点，基地区域纬度为北纬32度，海拔高度约为20-30米，农田区域内下垫面均匀一致，土壤类型为壤质粘土，在不同生长季针对水稻作物进行蒸散量的逐日连续自动观测；观测时要确保蒸渗计内部及外部农田环境完全一致，包括水稻移栽密度和肥水管理等；
步骤三：分别在蒸渗计内部及外部安装土壤水分梯度监测系统，同步获取蒸渗计内部和农田区域的土壤水分观测数据；分别在蒸渗计内部及外部0-200cm深度土层内分8个层次安装土壤水分梯度监测系统，具体深度分别为距离地面2cm、5cm、10cm、20cm、50cm、100cm、150cm、200cm，同步获取蒸渗计内部和农田区域的土壤水分观测数据，用以比较蒸渗计内外土壤水分的差异；
步骤四：通过自动供水使水稻作物蒸渗计内土壤水分维持在田间持水量饱和状态，为了获得潜在蒸散ETp；
步骤五：获取充分湿润条件下蒸渗计蒸散量测定值ETp，研究选定作物生育期内作物潜在蒸散ETp的变化特征；利用自动供水所创造的充分湿润条件，获取称重式蒸渗计蒸散量测定值即潜在蒸散ETp，研究水稻生育期内作物潜在蒸散ETp的变化特征；
步骤六：实时获取农田区域内气象参数；本实施例中农田区域内实时获取的气象参数，观测要素包括气温、相对湿度、辐射（地面短波、太阳短波、地面长波和大气长波）、0cm地温、2m高平均风速、风向、气压、降雨量，测定时间间隔为10min；
步骤七：根据所获取的气象参数，计算选定作物的参考蒸散量ET0；根据所获取的气象参数，按FAOPenman-Monteith公式计算水稻的参考蒸散量ET0，计算公式为：
式中，ET0为日参考作物蒸散（mm/d），△为饱和水汽压-温度曲线斜率（kPa/℃），Rn为太阳净辐射（MJ·m-2·d-1），G为土壤热通量（MJ·m-2·d-1），γ为干湿表常数（kPa/℃），T为日平均气温（℃），u2为2m高处的风速，es为饱和水汽压（kPa），ea为实际水汽压（kPa）；
步骤八：利用作物系数法确定作物系数Kc；作物系数Kc确定；
步骤九：结合作物发育期，得到不同生长发育阶段作物系数的连续动态变化曲线及其特征，水稻发育期按照发育期的观测依据《农业气象观测规范（下）》进行，水稻发育期有：移栽期、分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期、乳熟期、成熟期；
步骤十：与FAO-56推荐的作物系数进行对比分析，提出水稻作物系数的修正值，如图2所示。
图中实线为利用4m2蒸渗计实测的作物系数曲线，虚线为采用FAO分段单值平均法的构建全生育期逐日作物系数曲线，阴影柱形为自然降水和灌溉量之和。由图可知，在水稻的整个生育期内，作物系数实测值与FAO分段平均值差异较大，因此本发明提供的基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法对FAO-56推荐的单值作物系数可进行必要的修正。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选定作物对象，冬小麦或水稻，确定作物的生长周期及试验观测的起始时间；
步骤二：选择试验基地及农田区域，采用面积为4m2的称重式蒸渗计，针对选定作物进行蒸散量自动观测；
步骤三：分别在蒸渗计内部及外部安装土壤水分梯度监测系统，同步获取蒸渗计内部和农田区域的土壤水分观测数据；
步骤四：通过自动供水使蒸渗计内土壤水分维持在田间持水量水平；
步骤五：获取充分湿润条件下蒸渗计的蒸散量测定值ETp；
步骤六：实时获取农田区域内气象参数；
步骤七：根据所获取的气象参数，计算选定作物的参考蒸散量ET0；
步骤八：利用作物系数法确定作物系数Kc；
步骤九：结合作物发育期，得到不同发育阶段作物系数的连续动态变化曲线及其特征；
步骤十：与FAO-56推荐的作物系数进行对比分析，提出选定作物对象作物系数的修正值。
2.根据权利要求1所述的基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法，其特征在于：步骤三所述的水分梯度监测系统中水分梯度分布为分别在蒸渗计内部及外部0-200cm深度土层内，分8个层次。
3.根据权利要求1所述的基于农田蒸散量观测修正作物系数的方法，其特征在于：步骤六获取的气象参数包括气温、相对湿度、辐射、0cm地温、2m高平均风速、风向、气压和降雨量，测定时间间隔为10min。
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