CN107133881A - 一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，该方法包括：确定计算对象，然后获取作物生长过程中涉及的参数，如作物生育期、降水量、作物单产、灌溉用水量等；测算田间作物蒸发蒸腾量，计算蓝水消耗量和绿水消耗量；测算总氮和总磷的流失量；考虑水质标准和排放水资源中的总氮、总磷浓度计算使排放水达到可接受程度所需要的稀释水量；利用蓝水消耗量、绿水量消耗量、稀释水量及作物单产计算测算对象的作物生产蓝水足迹、绿水足迹及灰水足迹；即得农作物生产水足迹并确定其构成。本发明从农业水肥利用过程中反映作物生长中蓝水、绿水利用、转化及消耗过程，计算农作物的生产水足迹，为农业用水问题的研究提供帮助。

Description

一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法

技术领域

本发明涉及作物生产水资源使用、消耗及对环境影响测算领域，具体涉及一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法。

背景技术

提高农业水资源利用效率是缓解水资源压力和保障粮食安全生产的重要途径，而这以科学评估作物生产过程对水资源的真实占用为前提。作物生产水足迹是农业生产对广义水资源真实占用的综合评价指标，能全面且定量地揭示作物生产中水资源消耗及对水资源污染程度。

现有技术中往往通过模型模拟作物田间蒸发蒸腾量和产量，同时假设化肥施某一淋溶比例，并假设该淋溶部分直接进入环境或自然水体。这样不仅只能计算模拟状态下作物的耗水状况，同时，作物生产灰水足迹更是假设值，不仅没有表现农田水肥协同运移的实事，也不能真实揭示出作物生产对水环境的影响。作物生产水足迹及其各组成的计算过程没有明确的实事基础，故难以为区域农业水资源相关管理政策的制定提供可靠的决策依据。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，该方法计算准确，实用性强。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，包括如下步骤：

步骤1，根据用户的设定确定计算对象，收集计算对象作物生育期、生育期降水量PR、作物单位面积产量Y、作物生育始末土壤水变化量ΔSW、作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量IW、生育期排水量D、灌溉水利用系数U_i、田间水利用效率U_f、田间最大渗漏量PERC_max、灌溉渠道水面蒸发系数α、作物种植区域二类水质的总氮含量标准C_min,N、作物种植区域二类水质的总磷含量标准C_min,P；

步骤2，测算计算对象生育期化肥施用量中总氮含量F_N、生育期化肥施用量中总磷含量F_P、作物生育期始末土壤总氮含量的变化量ΔS_N、作物生育期始末土壤总磷含量的变化量ΔS_P、作物植株体内吸收的总氮量CR_N、作物植株体内吸收的总磷量CR_P、作物生育期内排水量中总氮含量D_N、作物生育期内排水量中总磷含量D_P；

步骤3，计算作物生育期内田间蒸散量ET；

步骤4，计算田间蓝水资源蒸散量ET_blue和蓝水资源消耗量CWU_blue，其中蓝水资源消耗量CWU_blue的计算公式为：

CWU_blue＝10×(ET_blue+E_canal) (6)

式(6)中的CWU_blue为蓝水资源消耗量，mm；E_canal为渠道蓝水资源蒸发量，mm；“10”为单位换算系数；

步骤5，利用步骤3中田间蒸散量ET、田间蓝水资源蒸散量ET_blue，以及绿水资源蒸散量ET_green与绿水资源消耗量CWU_green之间的关系，获得计算对象的绿水资源消耗量CWU_green：

ET_green＝ET-ET_blue (4)

CWU_green＝10×ET_green (5)

式(4)与式(5)中的ET_green为田间绿水资源蒸散量，mm；CWU_green为计算对象的绿水资源消耗量，m³/ha；“10”为ET_green与CWU_green之间的单位换算系数；

步骤6，根据作物生育期降水量PR、作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量IW、生育期排水量D，结合水量平衡，计算蓝水渗漏量PERC_blue与绿水(降水)渗漏量PERC_green，并得到水资源总渗漏量PERC，

其中，计算蓝水渗漏量PERC_blue：

PERC_blue＝IW-ET_blue (9)

式(9)中的PERC_blue为蓝水渗漏量，即田间渗漏量来自灌溉水的部分，mm；绿水资源渗漏量PERC_green应该满足：

PERC_green<PR-D-ET_green (10)

式(10)中的PERC_green为绿水资源渗漏量，即田间渗漏量来自降水的部分，mm；PR为作物生育期降水量，mm；D为作物生育期排水量，mm，且绿水资源PERC_green的计算公式为：

PERC_green＝min(PERC_max-PERC_blue,PR-D-ET_green) (11)

式(11)中的PERC_max为田间最大渗漏量，mm，水资源总渗漏量PERC的计算公式为

PERC＝PERC_blue+PERC_green (12)

式(12)中的PERC为作物生育期田间蓝绿水资源总渗漏量，mm；

步骤7，根据排水量中总氮含量D_N和总磷含量D_P，结合田间水量平衡和氮磷元素平衡，获取作物生产过程中总氮的排放量T_N和总磷的排放量T_P：

T_N＝PERC_N+D_N (13)

T_P＝PERC_P+D_P (14)

式(13)与式(14)中T_N、T_P分别是作物生产过程中总氮的排放量和总磷的排放量，kg/ha；PERC_N、PERC_P分别是田间蓝绿水资源总渗漏量中总氮量和总磷量，kg/ha；D_N、D_P分别是排水量中总氮含量和总磷含量，kg/ha；

步骤8，根据作物生产过程中总氮排放量T_N、总磷排放量T_P、以及水资源总排出量L，获得作物生育期内水资源总排出量L中总氮浓度C_N和总磷浓度C_P，

C_N＝(PERC_N+D_N)/L (17)

C_P＝(PERC_P+D_P)/L (18)

式(17)与式(18)中，C_N与C_P分别为作物生育期内水资源总排出中总氮和总磷的浓度，kg/m³；L为作物生育期内水资源总排出量，m³/ha，L的计算公式为

L＝10×(PERC+D) (19)

式(19)中的“10”为单位换算系数；

步骤9，结合总氮浓度C_N、总磷浓度C_P、自然水体要求的最小总氮浓度标准C_min,N和最小总磷浓度标准C_min,P，获得稀释作物生育期内水资源总排出量L所需要的水资源量WR_dilution：

WR_dilution＝max(WR_dilution,N,WR_dilution,P) (20)

式(19)中的WR_dilution稀释作物生育期内水资源总排出量L所需要的水资源量，m³/ha；WR_dilution,N为因稀释作物生育期内水资源总排出量L中的总氮使其达到可接受范围所需最小水量，m³/ha；WR_dilution,P为因稀释作物生育期内水资源总排出量L中的总磷使其达到可接受范围所需最小水量，m³/ha，不考虑二者对环境影响的叠加效应；

步骤10，根据蓝水资源消耗量CWU_blue、绿水资源消耗量CWU_green、稀释作物生育期内水资源总排出量L所需的水资源量WR_dilution以及作物单位面积产量Y，分别获得作物生产蓝水足迹WFP_blue、作物生产绿水足迹WFP_green以及作物生产灰水足迹WFP_grey，其中公式如下

WFP_blue＝CWU_blue/Y (23)

WFP_green＝CWU_green/Y (24)

WFP_grey＝WR_dilution/Y (25)；

步骤11，根据作物生产蓝水足迹WFP_blue、作物生产绿水足迹WFP_green以及作物生产灰水足迹WFP_grey，求得计算对象作物水足迹WFP及组成，

WFP＝WFP_blue ⁺WFP_green+WFP_grey (26)

R_blue＝WFP_blue/WFP (27)

R_green＝WFP_green/WFP (28)

R_grey＝WFP_grey/WFP (29)

式(26)～(29)中，WFP为作物生产水足迹，m³/kg；R_blue为作物生产水足迹中蓝水足迹比例，％；R_green作物生产水足迹中绿水足迹比例，％；R_grey为作物生产水足迹中灰水足迹比例，％。

作为改进的是，所述作物生育期内田间蒸散量ET由小型蒸渗仪测出或根据彭曼公式计算得到：

ET＝K_c×ET₀ (1)

式(1)中的K_c为作物系数，无量纲；ET₀为参考作物蒸发蒸腾量，mm。

进一步改进的是，所述参考作物蒸发蒸腾量ET₀的计算公式为：

式(2)中的Δ为饱和水汽压与温度相关曲线的斜率，kPa℃^–1；R_n为作物表面净辐射，MJ m^–2d^–1；G为土壤热通量,MJ m^–2d^–1；γ为湿度计常数，kPa℃^–1；T为平均气温，℃；u₂为2米高风速，m/s^–1；e_s为饱和水汽压，kPa；e_a为实际水汽压，kPa。

作为改进的是，所述田间蓝水资源蒸散量ET_blue的计算公式为：

ET_blue＝U_f×IW (3)

式(3)中的ET_blue为田间蓝水资源蒸散量，mm；U_f为田间水利用效率，无量纲；IW为作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量，mm。

作为改进的是，步骤4中E_canal可以利用以下方法获得：

E_canal＝α×IW_gross (7)

式(7)中的α为作物种植区域灌溉渠道水面蒸发系数，为渠道蒸发损失的水量占总输水量的比例，无实测数据时可取3％～5％；IW_gross为单位面积毛灌溉引水量，即为从灌区渠首引取、用于灌溉的总水量，mm，IW_gross可以通过以下方法得到：

IW_gross＝ET_blue/U_i (8)

式(8)中的U_i为灌溉水利用系数，无量纲。

作为改进的是，步骤10中WR_dilution,N与WR_dilution,P的计算方法为：

WR_dilution,N＝[(C_N-C_min,N)×L]/C_min,N (21)

WR_dilution,P＝[(C_P-C_min,P)×L]/C_min,P (22)

式(19)中的C_min,N为达到自然水体(受纳)水质标准能接纳的最小总氮浓度，mg/L或kg/m³；式(20)中的C_min,P为达到自然水体(受纳)水质标准能接纳的最小总氮浓度，mg/L或kg/m³。

作为改进的是，步骤7中PERC_N、PERC_P根据水量平衡和N、P平衡推算：

PERC_N＝F_N-ΔS_N+CR_N+D_N (15)

PERC_P＝F_P-ΔS_P+CR_P+D_P (16)

式(15)与式(16)中的F_N、F_P分别是对象作物生育期化肥施用量中总氮含量、总磷含量，kg/ha；ΔS_N、ΔS_P分别是作物生育期始末土壤总氮含量、总磷含量的变化量，kg/ha；CR_N、CR_P分别是作物植株体内吸收的总氮量、总磷量，kg/ha；D_N、D_P分别是排水中总氮含量和总磷含量，kg/ha。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，从作物产出和广义水资源实际占用的角度全面衡量作物生产过程对水资源的真实影响，并明晰作物生产水足迹的构成。本发明经过对实测数据的处理得到蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹，因此可以大大提高数据处理效率和提高多因素影响条件下农作物生产水足迹的测算精度。

附图说明

图1为田间作物生产时水肥利用过程示意图。

图2为本发明农作物生产水足迹计算方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，包括以下步骤：

计算对象为江苏省涟水水利科学试验站2014年的作物，收集计算对象水肥利用过程相关参数，计算对象的水肥利用过程参数包括：作物生育期为6月22日至10月25日(共126天)、作物生育期降水量PR为547.2mm、作物单位面积产量Y为6910kg/ha、作物生育始末土壤水变化量ΔSW为10.9mm、作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量IW为320.8mm、作物生育期排水量D为25.1mm、作物种植区域的灌溉水利用系数U_i为0.565、作物种植区域的田间水利用效率U_f为0.930、作物种植区域的田间最大渗漏量PERC_max为2.0mm/天、作物种植区域灌溉渠道水面蒸发系数α为5％、作物种植区域二类水质的总氮含量标准C_min,N为0.5×10^-3kg/m³、作物种植区域二类水质的总磷含量标准C_min,P为0.1×10^-3kg/m³。

埋设小型蒸渗仪测出作物生育期内田间蒸散量ET为671.7mm。

根据作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量IW和田间水利用系数，获得计算对象的田间蓝水资源蒸散量ET_blue，再根据田间蓝水资源蒸散量ET_blue、作物种植区域的灌溉水利用系数U_i、作物种植区域灌溉渠道水面蒸发系数α，获取计算测算对象的蓝水资源消耗量CWU_blue：

CWU_blue＝10×(ET_blue+E_canal)＝10×(298.3+26.4)＝3247(m³/ha) (6)

式(6)中的CWU_blue为蓝水资源消耗量，mm；E_canal为渠道蓝水资源蒸发量，mm；“10”为单位换算系数。E_canal可以利用以下方法获得：

E_canal＝α×(ET_blue/U_i)＝5％×(298.3/0.565)＝26.4(mm) (7)

式(7)中的α为作物种植区域灌溉渠道水面蒸发系数，为渠道蒸发损失的水量占总输水量的比例，该地区5％：

ET_blue＝U_f×IW＝0.930×320.8＝298.3(mm) (3)

式(3)中的ET_blue为田间蓝水资源蒸散量，mm；U_f为作物种植区域的田间水利用效率，无量纲；IW为作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量，mm。

利用实测的田间蒸散量ET、田间蓝水资源蒸散量ET_blue，以及绿水资源蒸散量ET_green与绿水资源消耗量CWU_green之间的关系，获得计算对象的绿水资源消耗量CWU_green：

ET_green＝ET-ET_blue＝671.7-318.9＝373.4(mm) (4)

CWU_green＝10×ET_green＝10×373.4＝3734(m³/ha) (5)

式(4)与式(5)中的ET_green为田间绿水资源蒸散量，mm；CWU_green为计算对象的绿水资源消耗量，m³/ha；“10”为ET_green与CWU_green之间的单位换算系数。

根据计算对象作物生育期降水量PR、作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量IW、排水量D，结合水量平衡，计算蓝水渗漏量PERC_blue与绿水渗漏量PERC_green，并得到水资源总渗漏量PERC：

根据灌溉水量平衡，计算蓝水渗漏量PERC_blue：

PERC_blue＝IW-ET_blue＝320.8-298.3＝22.5(mm) (8)

式(8)中的PERC_blue为蓝水渗漏量，即田间渗漏量来自灌溉水的部分，mm；根据降水的水量平衡，绿水资源渗漏量PERC_green应该满足：

PERC_green<PR-D-ET_green-ΔSW＝547.2-25.1-373.4-10.9＝137.8(mm) (9)式(9)中的PERC_green为绿水资源渗漏量，即田间渗漏量来自降水的部分，mm；PR为作物生育期降水量，mm；D为作物生育期排水量，mm。以此为基础，绿水资源PERC_green的计算方法为：

PERC_green＝min(PERC_max-PERC_blue,PR-D-ET_green)

＝min(2.0×126-22.5,137.8)

＝min(229.5,137.8)＝137.8(mm) (10)

式(10)中的PERC_max为作物种植区域的田间最大渗漏量，mm。水资源总渗漏量PERC的计算方法为：

PERC＝PERC_blue+PERC_green＝22.5+137.8＝160.3(mm) (11)

试验测得排水中总氮浓度C_N,D与磷浓度C_P,D分别为1.514×10^-3kg/m³与0.004×10^{- 3}kg/m³，并分别计算排水中的总氮量D_N与总磷量D_P:

D_N＝C_N,D×D＝1.514×10^-3×(10×25.1)＝0.38(kg/ha) (12)

D_P＝C_P,D×D＝0.004×10^-3×(10×25.1)＝0.01(kg/ha) (13)

通过在田块中间平行农沟方向等距离布置地下水观测井，取井内样品测得渗漏水中总氮浓度C_N,PERC与总磷浓度C_P,PERC分别为1.953×10^-3kg/m³与0.112×10^-3kg/m³。在此基础上计算渗漏水体中总氮量PERC_N与总磷量PERC_P：

PERC_N＝C_N,PERC×PERC＝1.953×10^-3×(10×160.3)＝3.13(kg/ha) (14)

PERC_P＝C_P,PERC×PERC＝0.112×10^-3×(10×160.3)＝0.18(kg/ha) (15)

分别计算作物生育期内水资源总排出中总氮浓度C_N与总磷浓度C_P：

C_N＝(PERC_N+D_N)/L＝(0.38+3.13)/1854＝1.893×10^-3(kg/m³) (16)

C_P＝(PERC_P+D_P)/L＝(0.01+0.18)/1854＝0.102×10^-3(kg/m³) (17)

式(16)与式(17)中，C_N与C_P分别为作物生育期内水资源总排出量L中总氮和总磷的浓度，kg/m³；L为作物生育期内水资源总排出(排放物)，m³/ha。L的计算方法为：

L＝10×(PERC+D)＝10×(160.3+25.1)＝1854(m³/ha) (18)

式(18)中的“10”为单位换算系数。

结合作物生育期内水资源总排出中总氮浓度C_N、总磷浓度C_P、自然水体要求的最小总氮浓度标准C_min,N以及自然水体要求的最小总磷浓度标准C_min,P，分别计算因稀释作物生育期内水资源总排出量L中的总氮使其达到可接受范围所需最小水量WR_dilution,N与因稀释作物生育期内水资源总排出量L中的总磷使其达到可接受范围所需最小水量WR_dilution,P：

WR_dilution,N＝[(C_N-C_min,N)×L]/C_min,N

＝[(1.893×10^-3-0.5×10^-3)×1854]/(0.5×10^-3)＝5166(m³/ha) (19)

WR_dilution,P＝[(C_P-C_min,P)×L]/C_min,P

＝[(0.102×10^-3-0.1×10^-3)×1854]/(0.1×10^-3)＝37.08(m³/ha) (20)

计算稀释作物生育期内水资源总排出量L所需要的水资源量WR_dilution：

WR_dilution＝max(WR_dilution,N,WR_dilution,P)＝max(5166,37)＝5166(m³/ha) (21)

根据蓝水消耗量CWU_blue、绿水消耗量CWU_green、稀释水需求量WR_dilution以及作物单位面积产量Y，分别获得作物生产蓝水足迹WFP_blue、作物生产绿水足迹WFP_green以及作物生产灰水足迹WFP_grey：

WFP_blue＝CWU_blue/Y＝3274/6910＝0.474(m³/kg) (22)

WFP_green＝CWU_green/Y＝3734/6910＝0.540(m³/kg) (23)

WFP_grey＝WR_dilution/Y＝5166/6910＝0.748(m³/kg) (24)

根据作物生产蓝水足迹WFP_blue、作物生产绿水足迹WFP_green以及作物生产灰水足迹WFP_grey求得计算对象作物水足迹WFP及构成：

WFP＝WFP_blue ⁺WFP_green+WFP_grey＝0.474+0.540+0.748＝1.762(m³/kg)

(25)

R_blue＝WFP_blue/WFP＝0.474/1.762＝26.9％ (26)

R_green＝WFP_green/WFP＝0.540/1.762＝30.6％ (27)

R_grey＝WFP_grey/WFP＝0.748/1.762＝42.5％ (28)

式(26)～(29)中，WFP为作物生产水足迹，m³/kg；R_blue为作物生产水足迹中蓝水足迹比例；R_green作物生产水足迹中绿水足迹比例；R_grey为作物生产水足迹中灰水足迹比例。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，根据用户的设定确定计算对象，收集计算对象作物生育期、生育期降水量PR、作物单位面积产量Y、作物生育始末土壤水变化量ΔSW、作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量IW、生育期排水量D、灌溉水利用系数U_i、田间水利用效率U_f、田间最大渗漏量PERC_max、灌溉渠道水面蒸发系数α、作物种植区域二类水质的总氮含量标准C_{min, N}、作物种植区域二类水质的总磷含量标准C_{min, P}；

步骤2，测算计算对象生育期化肥施用量中总氮含量F_N、生育期化肥施用量中总磷含量F_P、作物生育期始末土壤总氮含量的变化量ΔS_N、作物生育期始末土壤总磷含量的变化量ΔS_P、作物植株体内吸收的总氮量CR_N、作物植株体内吸收的总磷量CR_P、作物生育期内排水量中总氮含量D_N、作物生育期内排水量中总磷含量D_P；

步骤3，获取作物生育期内田间蒸散量ET；

步骤4，计算田间蓝水资源蒸散量ET_blue和蓝水资源消耗量CWU_blue，其中蓝水资源消耗量CWU_blue的计算公式为

CWU_blue=10×(ET_blue+E_canal) (6)

式（6）中的CWU_blue为蓝水资源消耗量，mm；E_canal为渠道蓝水资源蒸发量，mm；“10”为单位换算系数；

步骤5，利用步骤3中田间蒸散量ET、田间蓝水资源蒸散量ET_blue，以及绿水资源蒸散量ET_green与绿水资源消耗量CWU_green之间的关系，获得计算对象的绿水资源消耗量CWU_green：

ET_green=ET-ET_blue （4）

CWU_green=10×ET_green (5)

式（4）与式（5）中的ET_green为田间绿水资源蒸散量，mm；CWU_green为计算对象的绿水资源消耗量，m³/ha；“10”为ET_green与CWU_green之间的单位换算系数；

步骤6，根据作物生育期降水量PR、作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量IW、生育期排水量D，结合水量平衡，计算蓝水渗漏量PERC_blue与绿水渗漏量PERC_green，并得到水资源总渗漏量PERC，其中，计算蓝水渗漏量PERC_blue：

PERC_blue=IW-ET_blue (9)

式（9）中的PERC_blue为蓝水渗漏量，即田间渗漏量来自灌溉水的部分，mm；绿水资源渗漏量PERC_green应该满足

PERC_green<PR-D-ET_green (10)

式（10）中的PERC_green为绿水资源渗漏量，即田间渗漏量来自降水的部分，mm；PR为作物生育期降水量，mm；D为作物生育期排水量，mm，

且绿水资源PERC_green的计算公式为

PERC_green=min(PERC_max-PERC_blue, PR-D-ET_green) (11)

式（11）中的PERC_max为田间最大渗漏量，mm，水资源总渗漏量PERC的计算公式为

PERC=PERC_blue+PERC_green (12)

式（12）中的PERC为作物生育期田间蓝绿水资源总渗漏量，mm；

步骤7，根据排水中总氮含量D_N和总磷含量D_P，结合田间水量平衡和氮磷元素平衡，获取作物生产过程中总氮的排放量T_N和总磷的排放量T_P：

T_N=PERC_N+D_N (13)

T_P=PERC_P+D_P (14)

式（13）与式（14）中T_N、T_P分别是作物生产过程中总氮的排放量和总磷的排放量，kg/ha；PERC_N、PERC_P分别是田间蓝绿水资源总渗漏量中总氮量和总磷量，kg/ha；D_N、D_P分别是排水量中总氮含量和总磷含量，kg/ha；

步骤8，根据作物生产过程中总氮排放量T_N、总磷排放量T_P、以及水资源总排出量L，获得作物生育期内水资源总排出量L中总氮浓度C_N和总磷浓度C_P，

C_N=(PERC_N+D_N)/L (17)

C_P=(PERC_P+D_P)/L (18)

式（17）与式（18）中，C_N与C_P分别为作物生育期内水资源总排出中总氮和总磷的浓度，kg/m³；L为作物生育期内水资源总排出量，m³/ha，L的计算公式为

L=10×(PERC+D) (19)

式（19）中的“10”为单位换算系数；

步骤9，结合总氮浓度C_N、总磷浓度C_P、自然水体要求的最小总氮浓度标准C_{min, N}和最小总磷浓度标准C_{min, P}，获得稀释作物生育期内水资源总排出量L所需要的水资源量WR_dilution：

WR_dilution=max (WR_{dilution, N,} WR_{dilution, P}) (20)

式（19）中的WR_dilution稀释作物生育期内水资源总排出量L所需要的水资源量，m³/ha；WR_{dilution, N}为因稀释作物生育期内水资源总排出量L中的总氮使其达到可接受范围所需最小水量，m³/ha；WR_{dilution, P}为因稀释作物生育期内水资源总排出量L中的总磷使其达到可接受范围所需最小水量，m³/ha，不考虑二者对环境影响的叠加效应；

步骤10，根据蓝水资源消耗量CWU_blue、绿水资源消耗量CWU_green、稀释作物生育期内水资源总排出量L所需的水资源量WR_dilution以及作物单位面积产量Y，分别获得作物生产蓝水足迹WFP_blue、作物生产绿水足迹WFP_green以及作物生产灰水足迹WFP_grey，其中公式如下

WFP_blue=CWU_blue/Y (23)

WFP_green=CWU_green/Y (24)

WFP_grey=WR_dilution/Y (25)；

步骤11，根据作物生产蓝水足迹WFP_blue、作物生产绿水足迹WFP_green以及作物生产灰水足迹WFP_grey，求得计算对象作物水足迹WFP及组成，

WFP=WFP_blue ⁺WFP_green+WFP_grey (26)

R_blue=WFP_blue/WFP (27)

R_green=WFP_green/WFP (28)

R_grey=WFP_grey/WFP (29)

式（26）~（29）中，WFP为作物生产水足迹，m³/kg；R_blue为作物生产水足迹中蓝水足迹比例，%；R_green作物生产水足迹中绿水足迹比例，%；R_grey为作物生产水足迹中灰水足迹比例，%。

2.根据权利要求1所述的一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，其特征在于，所述作物生育期内田间蒸散量ET由小型蒸渗仪测出或根据彭曼公式计算得到：

ET=K_c×ET₀ （1）

式（1）中的K_c为作物系数，无量纲；ET₀为参考作物蒸发蒸腾量，mm。

3.根据权利要求2所述的一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，其特征在于，所述参考作物蒸发蒸腾量ET₀的计算公式为：

说明: 说明: D:\CPC\cases\inventions\e38fdf92-303d-4792-b056-bfc5464b9e07\new\100001\dest_path_image002.jpg (2)

式（2）中的Δ为饱和水汽压与温度相关曲线的斜率，kPa °C^–1；R_n为作物表面净辐射，MJm^–2d^–1；G为土壤热通量, MJ m^–2 d^–1；γ为湿度计常数，kPa °C^–1；T为平均气温，°C；u₂为2米高风速，m/s^–1；e_s为饱和水汽压，kPa；e_a为实际水汽压，kPa。

4.根据权利要求1所述的一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，其特征在于，所述田间蓝水资源蒸散量ET_blue的计算公式为：

ET_blue=U_f×IW （3）

式（3）中的ET_blue为田间蓝水资源蒸散量，mm；U_f为田间水利用效率，无量纲；IW为作物生育期由渠道进入田间的灌溉用水量，mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，其特征在于，步骤4中E_canal可以利用以下方法获得：

E_canal=α×IW_gross (7)

式（7）中的α为作物种植区域灌溉渠道水面蒸发系数，为渠道蒸发损失的水量占总输水量的比例，无实测数据时可取3%~5%；IW_gross为单位面积毛灌溉引水量，即为从灌区渠首引取、用于灌溉的总水量，mm，IW_gross可以通过以下方法得到：

IW_gross=ET_blue/U_i (8)

式（8）中的U_i为灌溉水利用系数，无量纲。

6.根据权利要求1所述的一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，其特征在于，步骤10中WR_{dilution, N}与WR_{dilution, P}的计算方法为：

WR_{dilution, N}=[(C_N-C_{min, N})×L]/C_{min, N} (21)

WR_{dilution, P}=[(C_P-C_{min, P})×L]/C_{min, P} (22)

式（19）中的C_{min, N}为达到自然水体（受纳）水质标准能接纳的最小总氮浓度，mg/L或kg/m³；式（20）中的C_{min, P}为达到自然水体（受纳）水质标准能接纳的最小总氮浓度，mg/L或kg/m³。

7.根据权利要求1所述的一种基于田间水肥利用过程计算农作物生产水足迹的方法，其特征在于，步骤7中PERC_N、PERC_P根据水量平衡和N、P平衡推算：

PERC_N=F_N-ΔS_N+CR_N+D_N (15)

PERC_P=F_P-ΔS_P+CR_P+D_P (16)

式（15）与式（16）中的F_N、F_P分别是对象作物生育期化肥施用量中总氮含量、总磷含量，kg/ha；ΔS_N、ΔS_P分别是作物生育期始末土壤总氮含量、总磷含量的变化量，kg/ha；CR_N、CR_P分别是作物植株体内吸收的总氮量、总磷量，kg/ha；D_N、D_P分别是排水中总氮含量和总磷含量，kg/ha。