1、农业水利灌溉中作物的合理用水
随着全球人口的增长和经济的发展，农业生产的重要性越来越突显。特别是在干旱缺水的地区，农业水利工程灌溉的作用更加重要。作为农业生产的重要物质基础，水的合理利用已成为全球范围内关注的热点话题。在灌溉中，如何实现作物的合理用水已成为农业生产中需要解决的难点之一。因此，本论文将围绕作物的合理用水进行探讨。
作物的合理用水是指在灌溉中，为了提高作物的生长和产量，采用一定的技术手段、科学管理和水资源的保护和效益最大化，对作物进行合理的用水。在实践中，作物的合理用水需要根据不同的作物品种、地区气候环境和灌溉条件等进行调整和改进，从而达到最优效益。在灌溉中，作物的合理用水不仅要做到量的合理，还要做到时机的适宜、水质的优良以及调配的合理等，从而为作物提供充足、适宜的水分，促进作物的生长和发育[1]。
2、水利灌溉中作物的需水量及影响因素
作物的水分需求是指作物生长发育所需要的水分量，也是灌溉农业中的一个重要指标。良好的土壤墒情和作物的水分需求匹配是保障农业增产的重要环节[2]。
不同的作物生理特征、生长周期和对外部环境的响应都有着区别，不同种类作物的需水量特征主要有以下几个方面：1.作物类型：不同类型的作物对水分的需求不同。比如，一些旱作物（如小麦、玉米等）对水分的需求较少，而一些水稻、甘蔗等作物则需要更多的水分。2.生长期：不同生长期的作物对水分的需求也不同。在生长期初期，作物对水分的需求较小，而在生长期后期，作物对水分的需求将逐渐增加。3.土壤类型：土壤类型也会影响作物对水分的需求。比如，砂质土壤水分透过性好，但保水能力差，需要更多的水量满足作物需求。4.气候条件：气候条件也是影响作物对水分需求的因素之一。高温、干燥的气候条件下，作物对水分的需求更加紧迫。5.栽培方式：不同的栽培方式也会影响作物对水分的需求。比如，滴灌等节水技术可以减少水分的浪费，提高水分的利用效率。因此，针对不同的作物种类，需要结合其生长特点和栽培条件，确定合适的灌溉方案，以满足其对水分的需求[3]。
3、灌溉水分对作物需水量的影响
灌溉水分对作物需水量的影响主要包括以下几个方面：
1.补充作物水分：灌溉水分可以补充作物生长过程中所需要的水分，从而维持作物的正常生长发育。
2.提高土壤含水量：灌溉水分可以增加土壤含水量，从而提高土壤的水分利用效率和作物的生长效率。
3.调节土壤温度：灌溉水分可以降低土壤温度，从而减缓作物的蒸腾作用，降低作物对水分的需求量。
4.促进养分吸收：灌溉水分可以促进土壤中养分的溶解和转移，从而提高作物对养分的吸收效率，减少水分的浪费。综上所述，灌溉水分对作物需水量的影响是非常重要的。合理的灌溉方式可以提高水分利用效率，减少水分的浪费，从而达到节水减排的目的，同时也可以提高农业生产效益。
除了灌溉水分和环境因素之外，实际情况还有其他因素会影响作物的需水量，例如灌溉方式（如滴灌、喷灌、漫灌、地下滴灌）、耕种方式（如沟播耕作法、沙田耕作法、少耕和免耕法）、土壤类型（如沙质土、黏质土、壤土等）和温室大棚材质（如玻璃材质、PC板材质、塑料膜材质等）。因此，在研究作物需水量时，需要综合考虑各方面因素的影响[4]。
4、农作物合理用水的计算方法
目前计算作物需水量的方法包括使用各类气象数据或环境因素，结合相应作物的作物系数来计算蒸散发的Hargreaves公式、Priestley-Taylor公式、Penman-Monteith公式等。另一些研究则基于测量作物蒸腾量来计算作物的需水量，测量方法包括使用TDP茎流计、同位素示踪法、称重法等。近年来，许多学者采用神经网络模型，以各种环境参数为输入，作物需水量为输出进行非线性拟合，取得了较好的结果。在此主要以彭曼-蒙蒂斯公式的公式法为例进行介绍。
（1）彭曼-蒙蒂斯公式
蒙特斯公式是一种用于估算参考作物需水量的方法，它是由美国农业研究服务局（ARS）的研究员罗伯特·蒙特（Robert Monteith）提出的。蒙特斯公式是一种简单的热量平衡模型，它可以用来估算参考作物的需水量。
蒙特斯公式基于热量平衡原理，它认为，作物的需水量取决于作物的蒸腾量，而蒸腾量取决于作物的叶面积指数（LAI)、空气温度、湿度和风速[5]。
在蒙特斯公式中：作物的需水量记为ET，单位为mm/d；土壤热通量记为G，单位为MJ/(m2·d)；饱和水汽压与温度关系曲线在某处的斜率记为Δ，单位为kPa/℃；输入冠层净辐射量记为Rn，单位为MJ/(m2·d)；2 m高度的日平均温度记为T，单位为℃；2 m高度风速记为u2，单位为m/s；饱和水汽压记为es，单位为kPa；实际水汽压记为ea，单位为kPa；干湿温度计常数记为γ，单位为kPa/℃。这些参数都有相应的计算标准和方法。本文对Penman-Monteith公式进行了调整；在使用Hargreaves公式时，根据主成分分析法，认为相对湿度对作物的蒸散发影响较大，因而需要对Penman-Monteith公式的修正公式，修正公式提高了计算结果的准确度。
在以下公式中：作物的需水量记为ET，单位为mm；转换系数记为α，通常取0.002 3；水汽化潜热记为λ，一般为2.45 MJ/kg；最高温度记为Tmax；最低温度记为Tmin，单位为℃；指数系数记为η，一般取值0.5；平均温度记为Tmean，单位为℃；温度偏移量记为Toff，一般取值17.8；大气顶层辐射量记为Ra，单位为MJ/(m2·d)。
表1：蒙特斯公式计算公式修改后的计算公式相对比
5、对作物需水量和环境因子的预测计算
基于能量（或质量）平衡建立的温室环境模型可以方便地对给定条件下的温室进行随时间变化的预测，但其假设和简化程度较高，且难以应用于大面积的温室。CFD方法随着近年来的发展应用已经能够满足流体流动、传热、通风等多种计算需求。结果表明，CFD方法能够通过数值模拟得到整个温室空间上空气压力、流速、温度等的完整分布情况，并且适用于多种不同气候条件下的模拟要求。
6、结 论
（1）目前存在作物水需求规律研究不足的问题。虽然对于设施农业作物的水需求已经取得了实用的成果，但对于各种作物品种的研究还不充分，尤其是地方特色作物、花卉、果树等。随着农业技术的不断发展，反季节种植的蔬菜水果增多，大棚环境的改善和作物品种的改良也需要进一步研究作物的水需求。
（2）农业作物需水量计算模型的研究仍需完善。虽然对于设施农业作物水需求的计算方法和模型已经有很多应用，但由于多样化的气候类型和地形，不同地区对应的适用模型不同。因此，需要进一步研究和修正计算模型，以保证计算的准确性。
（3）需要加强对影响农作物水需求规律的因素的研究。除了气象环境和作物品种之外，耕种方式、地下水埋深、灌溉方式等也会对作物需水量产生影响。因此，有必要进行设施农业小气候的研究，以了解各种环境因素对作物的影响，以便更好地研究作物水需求因素。这不仅可以减少不利因素对作物的影响，还有助于指导农业生产，节水增收，保证农业可持续发展。
参考文献
[1] 冯超，徐海龙，苑名昭.作物节水灌溉需水规律分析[J].黑龙江科技信息，2020(31):230.
[2] 彭世彰，朱成立.节水灌溉的作物需水量试验研究[J].灌溉排水学报，2019(02):21-25.
[3] 张金平.作物需水规律与灌溉节水[J].新农业，2021(15):11-13.
[4] 郑厚贵，关意昭，张耀华.节水灌溉和作物需水量研究综述[J].中国园艺文摘，2018，26(8):170-173.
[5] 单鱼洋，张新民，陈丽娟.彭曼公式在参考作物需水量中的应用[J].安徽农业科学，2008,36(10):4196-4197.
作者简介：乔嘉琪，本科，华北水利水电大学水利学院农业水利工程专业2020级，研究方向:农业水利工程灌溉。
