農業灌溉用水定額對推行節約用水、優化配置和合理利用水資源、提高灌溉水利用率和利用效益具有十分重要的意義。

它是一個計量統計數據，主要目的是優化農業灌溉過程中的水資源利用。從水利管理的角度看，它是水行政主管部門科學核定取水許可數量、建立水權分配製度的重要依據。它以水為主視角，在既定水資源總量的基礎上對水資源進行合理分配。在貧水區也常用「以水定產」來平衡農業發展與水資源供應之間的關係。但從農業種植的角度看，農業灌溉用水定額應該以作物的產量和品質為目標，在保證生產目標的前提下提高水生產率。

隨著農業生產環境不斷變化，以水為主視角的水利管理角度已經不能滿足未來農業生產應用。

我們將從農業種植的角度，提出在節水灌溉方式下對農業灌溉用水定額的一些新認識，歡迎大家多加討論。

01. 農業灌溉用水定額目前的現狀

農業灌溉用水定額，是指作物全生育期歷次灌水定額之和。作物的灌溉分若干次進行，播前及生育期內的每次灌水量稱為灌水定額。灌水定額是指某一次灌水時每畝田的灌水量（m3/畝）。

大部分省市都率先制定並公布了農業灌溉用水定額，但鑒於各地水資源分布、土質、氣候、認識程度等原因，定額編製與實際應用還有一定偏差。

目前對農業灌溉用水定額的認識並沒有統一的標準，各地對灌溉用水定額的計算也不盡相同。

定額制定並未與生產目標相結合，沒有細化到作物的每一個生育期，且未與該生育期的種植目標結合起來；

其次，農業灌溉用水定額制定均是以水為主視角進行編製，重點在於節水，未全面考慮水文氣象變化、田間水分狀況、作物長勢等因素，因此無法根據外部環境的變化及時調整農業灌溉用水定額。

02. 對農業灌溉用水定額的新認識

在我們看來，農業種植角度下的農業灌溉用水定額是一個始終圍繞著生產目標服務的指導值。

既定資源下，優質高產是制定農業灌溉用水定額應該遵循的核心原則。只有在保證產量、品質的前提下，該農業灌溉用水定額才能稱為是有效的；只有在充分考慮可用的資源下，該農業灌溉用水定額才是科學合理的。

一個合理有效的農業灌溉用水定額是在保證目標作物、目標品種生產品質、產量的情況下，根據作物、土壤、當地氣候、農藝要求動態變化的。

作物不同發育期的需水量差別很大。一般在整個生育期中，前期小，中期達最高峰，後期又減少。根據作物的需求匹配作物需要的灌溉定額，在作物需要的時候進行灌溉，不多灌不少灌，這才是真正提高灌溉水利用率的根本所在。

灌溉是向土壤或其它作物吸收水分和營養的可儲水基質中，預存水分供植物未來取用的過程。不同類型的土壤儲水能力的高低對農業灌溉用水定額也有很大影響，因此了解目標地塊的土壤類型、土壤儲水能力是必不可少的階段。

氣象變化是影響作物生長最明顯的因素，氣溫升高或者降雨都會對作物不同生育期的需求產生直接的影響。我們應該了解當地歷史氣象變化情況、未來氣象預測，及時調整動態需求下的每一次的灌水定額。

農業灌溉用水定額的制定過程是一個結合了土壤儲水滲水特性、作物需水規律、氣候變化等條件下的綜合動態決策，想要達到生產的既定目標，必須要人的參與，根據農藝要求利用試驗方法確定每一次合適的灌溉時間點、灌溉量，確保每一階段的種植目標都可以被科學的定義及實現。

比如當我們可以通過設計灌溉試驗，得知土壤中的儲水量可以覆蓋作物未來幾天的耗水；根據作物不同生育期的吸水根系深度得知作物根系（非葉面乾旱）的水分脅迫時間點，持續時間；灌溉時間點、灌溉量的確定需要根據作物目前所處的生育階段結合該階段的種植目標（ 開花、長穗等），不斷地進行試驗積累。

在明確種植環境承載力，既定產量品質目標下，根據種植目標、氣象變化、作物需求、土壤的儲水能力、農藝要求及時調整目標作物、目標品種、目標灌溉方式下每一次的灌水定額。

03. 計算農業灌溉用水定額的新方法

基於對農業灌溉用水定額的新認識，我們嘗試了一種新的方法計算農業灌溉用水定額。該方法利用智能感測設備對土壤、氣象進行實時監測及感知，輸出匹配作物、土壤、氣象變化最的真實需求狀況。

• 作物需水

將智能管式多深度土壤墒情儀——智墒安裝在水分利用效率較高的作物根系附近，可以直觀地觀測到多深度土壤水分變化，通過分析土壤水分變化情況，可以掌握作物的需水量。

作物需水量是在正常生育狀況和最佳水、肥條件下，作物整個生育期中，農田消耗於蒸散的水量。一般以可能蒸散量表示，即植株蒸騰量與株間土壤蒸發量之和，以毫米或立方米/畝計。在沒有降雨、灌溉的條件下，土壤水分的減少主要由植物蒸發蒸導致，根系以上的土壤水分變化量則等於植物的日耗水量。

智墒通過對目標地土壤水分的動態監測，可獲知作物根系每天從土壤中吸收了多少毫米的水分，即該作物日耗水量。選定根系以上的所有土層，指定早、晚兩個時間點分別記錄，進行差值計算，即為該日的作物日耗水量（降雨、灌溉除外）。

如上圖典型作物水分曲線可以看出，8月9日0點開始至8月9日24點，10cm土壤水分曲線呈下降趨勢，水分含量從25mm降至23.5mm，那麼該日該作物的耗水量為1.5mm；這樣便可以得出作物的耗水量，即作物的需水量ETc。

• 土壤儲水

第一步、通過現場土壤水分感測器獲得與目標時間、地點和目標作物有關的動態有效儲水能力eC和有效儲水量eW數據，獲取土壤中可以儲存多少水。

有效儲水能力eC反映土壤「胃」容量的大小，是在土壤田間持水率與作物脅迫點含水率之間的儲水空間。是一個和土壤質地結構、植物根系生長動態深度及根系/土壤水勢平衡均相關的值。

有效儲水量eW是當前土壤含水量高於作物脅迫點含水率之間的儲水空間。有效儲水量eW決定了當前土壤中可被植物利用的水分是多少。

通過在現場安裝智墒可以自動獲得有效儲水能力eC數據以及有效儲水量數據eW。

基於YH圖的土壤有效儲水能力eC動態計算（如圖3）：

在YH圖中，橫坐標為體積含水率，縱坐標為地表到地下的深度。左側紅顏色的土壤含水量線為實測到的各深度土層在農作物種植後的歷史最低含水量，右側藍色土壤含水量線為實測到的各深度土層在農作物種植後的歷史最高含水量。

根據智能識別到的作物主要耗水根系深度數據後，有效儲水能力eC為在監測時間段內，作物主要耗水根系深度以上的土壤中，土壤田間持水量高於歷史最低含水量的那部分土壤儲水空間。

圖中示例為主要耗水根系深度為40cm深，當前的有效儲水量為57mm，土壤蓄水潛力為39mm，土壤的有效儲水能力eC為57+39=96mm，即在當前從地表到農作物最大根系深度範圍的土壤中，土壤最多能夠存儲96mm的水分。

第二步，獲得目標地點的作物在未來一定時間內的逐日耗水量預測值fdET。

作物耗水量逐日預測值用fdET表示，f是future的首字母，d是day的首字母。f1ET=6mm表示該作物明天的耗水量預測值為6mm, f2ET=4mm表示該作物後天的耗水量預測值為4mm。

作物耗水量的預測值數據是未來數天內、同一地點每天的模擬蒸發蒸騰量sET的預測值與真實作物係數rK的預測值乘積的和。

模擬蒸發蒸騰量sET是經過插值（位置插值、時間插值）後的覆蓋整個區域的時間歷史連續的參考蒸發蒸騰量。E生態數據平台提供從1981年至今36 年具體到天的模擬蒸發蒸騰量sET數據。

真實作物係數rK是面向特定作物、特定區域、特定灌溉方式，基於實測數據提取的，代表特定作物耗水量與當地氣象之間關係的作物係數。

通過第一步中監測到的每一天的作物實際耗水量數據，剔除土壤含水量太高或過低（通常為灌溉結束日及次日、下次灌溉日的前一日）以及陰天、降雨導致的未能夠充分進行土壤蒸發、農作物蒸騰消耗土壤水分的數據，獲得作物的日真實耗水量ETc，則真實作物係數rK=ETc/sET。

利用模擬蒸發蒸騰量sET和真實作物係數rK，我們就可以得到同一地點、未來數天內的作物耗水量預測值。

第三步，動態比較作物耗水量的預測值、當前有效儲水量eW，就可以得出當前儲水可覆蓋作物未來幾天的耗水需求。

根據第一步得出土壤有效儲水能力eC及有效儲水量eW；第二步根據模擬蒸發蒸騰量sET和真實作物係數rK得出作物耗水量的預測值，就可以比較得出土壤當前儲水能夠滿足作物未來幾天的需水量。

比如：

某目標地塊最小灌溉控制單元（如一個滴灌電磁閥區域）未來1-7天的作物逐日耗水量的預測值為

f1ET=6mm,f2ET=5mm,f3ET=8mm,f4ET=4mm,f5ET=9mm,f6ET=3mm,f7ET=9mm。

該控制單元當前的有效儲水能力eC=39mm，有效儲水量eW=20mm，則：當前有效儲水量可滿足作物未來3天的耗水（19mm），但不能滿足未來4天的耗水（23mm）。

因此常規情況下，下一次灌溉時間要早於第4天；而此時若灌溉的話，建議灌溉量不超過eC-eW=39mm-20mm=19mm。

將作物全生育期每一次的灌溉量加起來就是該目標作物、目標品種的農業灌溉用水定額。

• 氣象變化

當我們得到農業灌溉用水定額之後，它並不是一個固定不變的靜態值。根據外部氣象情況的變化，需要及時調整。

利用智慧型氣象站——天圻監測當地氣象變化，及時預警未來氣象變化。天圻可以獲取目標區域實時氣象情況（田間建議5km範圍內有一台氣象監測），可以實測獲取實時降雨量，預測1小時內分鐘級別的精準降雨量數據及未來5日降雨量。

根據降雨量的多少與墒情設備計算出入滲到土壤中的有效降雨量，及時調整每一次灌水定額，使用灌水定額減去實際入滲的有效降雨量即為本次實際灌溉量。

• 農藝要求

在作物不同生長階段有很多特殊的農藝要求，比如禾穀類作物的孕穗期，對缺水最為敏感，此期缺水，對生長發育極為不利，常造成大幅度減產，因此在此階段必須在根部脅迫前及時灌溉。

根據不同的農藝要求，灌溉時間節點、灌溉量的確定需要大量的灌溉試驗做支撐，利用不同的灌溉小區在不同時間節點進行灌溉，觀察其對該階段種植目標的影響，直到找出最合適的灌溉時間節點、灌溉量。

• 作物生產目標

土壤特性、氣候特性、水源分布、作物品種等充分了解後，根據掌握的信息，制定合理的生產目標（產量及品質）。

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