水分条件与农作物

水分条件与农作物_气象与生活（上）

第三节　水分条件与农作物

水是一切农作物正常生长发育过程不可代替的生活因素。一个地方的水分条件好坏，对农业生产影响极大。“风调雨顺，五谷丰登”，“有收无收在于水，收多收少在于肥”这两句农谚，就是水份条件与农业收成关系的简明总结。

水是生物有机体主要组成部分，一般植物体内含有60%～80%的水份，有的甚至高达99%以上；它也是植物进行光合作用的必须原料；水份还影响营养物质的吸收和运输；同时植物还只有在充足水份条件下，细胞才能维持一定膨压和进行正常的蒸腾作用，使整个生理过程保持平衡。离开了水，农作物就不能生活，当然也就不可能有农业。

植物对于水份的要求，主要通过土壤水份、空气湿度和大气降水三方面来实现的，而这三者又是互相联系的。下面分别介绍它们对农作物的影响。

一、空气湿度

空气湿度，是表示空气潮湿程度的物理量。表示空气湿度的方法主要有水汽压、绝对湿度、相对湿度、饱和差和露点。

1.水汽压

空气中所含水汽的分压力称为水汽压。常用毫米或毫巴（1毫巴等于每平方厘米的面积上受到1 000达因的力）来表示，国际制单位为百帕。1百帕；1毫巴。在一定温度之下，水汽压有一个最大值，水汽压达到最大限度时的压力，称为饱和水汽压。很明显，饱和水汽压是随着温度的升高而迅速增大（表2—5）。

表2—5　温度与饱和水汽压的关系

2.绝对湿度

单位体积湿空气中所含水汽的质量称为绝对湿度。单位为克/立方米。它实质上就是空气中水汽的密度。当我们用毫米为水汽压的单位时，绝对湿度（a）与水汽压（e）之间有如下关系。

3.相对湿度

空气申爽际奉布压—（e）与同一温度下的饱和水汽压（E）的百分比称为相对湿度。所以它的单位以百分比符号（%）表示之。若以r表示相对湿度，则

相对湿度是在农业科学和农业生产中应用最普遍的一种表示空气湿度的方法。它的特点是：随着气温的增高而迅速减少；随着气温的降低而迅速加大，直到相对湿度达到100%，此时空气中的水汽达到饱和。

4.饱和差

也称湿度差，是指在一定温度下，饱和水汽压与实际水汽压之差。它也是以毫米或百帕为单位。饱和差是以水汽压绝对值表明距离饱和的程度。所以也能很好地表示空气的干湿。显然，它和相对湿度相反，饱和差越大，则空气越干燥，饱和差越小，则空气越潮湿。

5.露点

含有水汽的湿空气，在不改变其压力，不增减其水份含量的情况下降低空气的温度，使其达到饱和状态时的温度称为露点温度，简称露点。它以摄氏温标的度（℃）为单位。实际温度与露点温度之差，表示空气距离饱和的程度。露点越高说明空气湿度越大。

为什么空气湿度有那么多种表示方法呢？这是为了适应各部门的需要而提出来的。从实质上讲，它们反映了湿度的两方面情况：绝对湿度、水汽压、露点，基本上表示空气中水汽含量的多寡；而相对湿度、露点温度差、饱和差则表示空气距离饱和的程度。前者在气象工作中应用最多，而后者在农业上应用最广。

通常空气湿度的大小，影响植物叶面的蒸腾和土壤表面的蒸发，从而也影响植物体内的水份平衡。当空气湿度过水时，土壤水份蒸发快，植物蒸腾强，若根系吸收的水份供不应求时，便使植物体的水分失去平衡，就会引起凋萎，甚至枯死。开花时若空气湿度过低，会使授粉不良，过高引起病虫害的发生发展。禾谷类作物成熟时，湿度过大延迟成熟，甚至使籽粒发芽变质。一般说来，空气相对湿度维持在70%～80%左右时，对大多数作物的生长发育是适宜的，水稻要求偏高些，小麦要求偏低些。

二、大气降水

所谓降水，是指以雨、雪、冰雹等形式从云中落到地面的液态或固态水。广义的降水则包括露、霜、雾等。

降水按性中分为连续性的、阵性的、毛毛状的三种。连续性降水通常有中常而持久的性质，即以中常尺度的雨滴或雪花的形式降落；阵性降水的特点，是强度常常很大，总是突然开始，而持续不久，但又时降时止的降水。其雨滴大小较连继性降水为大。毛毛状的降水，是由极小的雨滴、雪花或冰晶所组成的强度极小的降水。

降水的特征，通常用降水量、降水强度、降水变率等来说明。

1.降水量

降水落到地面，如果没有流失、渗漏和蒸发所积水层厚度，我们称为降水量，单位以毫米表示之。

降水量的大小，它关系到自然植被的分布和农业经营方式以及农作物的区域配置。当然降水量在对上述的影响中，温度也起了重要的作用。地球表面柏被的分布随降水量中由多而少，乃由森林而草原而沙漠。但象西伯利亚雨量少，温度低，蒸发少，气候保持湿润，仍有大面积的森林。我国秦岭淮河以南。以水田作物为主，秦岭淮河以北，以旱地作物为主，长城以外农牧并重，西藏西北部以牧为主，都是与降水量的多相吻合的。

当我们要想知道一定的降水量落到地面上约等于多少方水时，可以采用表2—6的关系求出。

表2—6　降水量（毫米）换算为每亩多少方水

2.降水强度

降水强度是指单位时间内（分、时、日）的降水量而言。单位时间降水量多，就是降水强度大，反之，则为降水强度小。

根据降水强度的大小，可把降水量分为小雨、中雨、大雨、暴雨等；小雪、中雪、大雪、。其划分等级详见表2—7。若降水量在100～200毫米/日为大暴雨，200毫米/日以上为特大暴雨。

表2—7　降水等级的划分（24小时内的降小量）

降水强度决定着降水量的利用价值，其大小是农业上的重要参考资料。降水强度过大，会对农业生产造成巨大损失。例如1981年7月9日到14日，四川盆地暴雨成灾，为近70余年所未见。过程总降水量：有68个县、市约18万平方公里面积的降水量在100毫米以上；29个县、市约10万平方公里的面积的降水量在200毫米以上，其中温江、彭县、什邡、广汉、新都、郫县、重庆、资阳、梓潼、射洪等10个县约3万平方公里面积的降水量为300～400毫米。特大暴雨中心在温江附近，降水量为447毫米。这次暴雨的时间之集中、强度之大、范围之广，在四川的历史上是罕见的。由于特大暴雨，山洪爆发，江河陡涨，长江以北三大支流岷江、沱江、嘉陵江于7月14日至16日，先后发生特大洪水，并在长江干流遭遇，使长江上游出现建国以来的特大洪峰，人员伤亡严重，51个县以上的城市被淹，1000多万农村人口受灾，1000多万亩农作物严重受灾。城乡损失约值人民币20亿元。

3.降水变率

平均降水量所表示的是多年平均状况。实际上每年的降水量都是不同的，有的年份多，有的年份少，年际变化较大，而且这种年际变化的情况，各地又是不相同的。降水量变动的大小用降水变率来表示。降水变率又可分为绝对变率、相对变率和极端变率。

绝对变率又叫距平、偏差。是指某年（月）的降水量与多年同一时期平均降水量之差。其值为正时，表示该年（月）比多年平均情况偏高；其值为负时，情况相反。把各年绝对变率的绝对值相加起来，然后再除以统计年数即得平均绝对变率，其值无正负之分，但从气候分析上仍可以说明在该正负之间的平均变动情况。

相对变率某年（月）的绝对变率与多年同一时期平均降水量的百分比，则为该年的降水相对变率；而平均相对变率是指降水平均绝对变率与降水量多年平均值的百分比。

极端变率是在长期记录中，最大的正距平及最大负距平和多年平均值的百分比。

例如，重庆北碚1951～1980年共30年中，年平均降水量为1105.5毫米。降水距平绝对值平均为138.5毫米，这就是降水的绝对变率。以此数值（138.5毫米）与1105.5毫米的百分比为12.5%，这就是北碚的平均相对变率。另外，在30年中，1968年降水量为1544.8毫米，最大正距平为439.8毫米；1961年的降水量为740.1毫米，最大负距平为364.9毫米，其极端变率分别为：＋39.8%；—33.0%，说明北碚的降雨量最多年份和最少年份比多年平均值大39.8%和小33.0%。

在分析各地降水量的历年变动情况时，一般采用平均相对变率，这样可以比较哪些地方降水稳定，哪些地区降水变动大。如果某地降水变率达到25%以上时，通常对农业就会产生一定的影响，容易出现旱涝问题。

三、土壤水分

土壤水分是农作物直接吸收水分的主要来源。因此，农田土壤水分含量与变化，对农作物的生长发育和产量有直接的影响。在农业生产中，只有及时地了解土壤水分状况，并采取相应措施，才能为作物的正常生长发育创造良好条件，夺取高产稳产。

土壤水分，是土壤里各种形态水分的总称。它包括吸附在土壤颗粒表面上的束缚水和由表面张力而保持在土壤中的毛管水，以及在降雨或灌溉后，土壤水分饱和时充满在非毛细管孔隙内的重力水。

由于不同形态的土壤水分，其移动性不同对作物的“可给性”（水分的可利用程度）也不同，所以，它们的有效性大不一样。

束缚水是被土壤颗粒吸附住的水分，其吸附力甚大，使其不能移动。束缚水的吸附力一般相当于50个大气压力以千：而大部分作物根毛细胞的渗透压（吸收力）只有5～12个大气压，仅甜菜和某地野生植物的渗透压可达20～40个大气压，作物的根不能将束缚水从土壤颗粒上吸过来，因此，这是一种无效的土壤水分。当耕作层土壤含水量低于凋萎湿度^[1]，土壤里所含的水分便是一种束缚水。

毛管水当土壤湿度不大的时候，水分与土壤颗粒接触处形成水楔，称为单楔毛管水，它是不移动的。若耕作层土壤只有单楔毛管水，这种水和束缚水一样不能移动，较难被作物吸收利用。

当土壤水分量增加时，单个的水楔就连接起来，土壤颗粒也被水膜所包围，但毛细管的空隙仍然空着，这就是敞开毛管水。这种水移动仍然很小，一个星期只移动几厘米，但它能被作物吸收利用。

当土壤水分含量再增加时，整个毛细管的孔隙完全被水充满，称为闭合毛管水。在这种情况下，土壤中的空气和水汽只存在于未充满水的非毛细管（大孔隙）里。由于闭合毛细管水容易流动，其保持力不超过0.3～0.5个大气压，因而易为作物吸收利用，有效性最大。但是，在地下水位较高的地区，若耕作层土壤的含水量经常保持或接近闭合毛管水的状态，由于土壤过湿，就会使作物发生湿害，这时需开深沟，排除过多的水份，才有利于作物的生长。

重力水当土壤含水量达到饱和时，由于重力的作用，水沿着非毛细管孔隙向下移动，最后成为地下水。如果土壤含水量长期处于饱和状态，土壤里的空气全部被排除，对作物（水稻和其他水生作物除外）的生长极为不利，应及时排除积水，防止水涝灾害发生。

四、农作物的需水规律

1.农作物的需水量

农作物所吸收的大量水分，除一小部分用于光合作用以低制造有机物质外，99%的水分都是用于蒸腾作用消耗掉的。由于蒸腾作用，使作物的体温得到保持，不致于因温度急变而过热或过冷，影响作物的正常生长发育。而各种作物的蒸腾量是不同的，因此，可以用蒸腾系数^[2]来表示作物的。水程度。蒸腾系数大，表明作物需水多，但利用率低，即蒸腾效率^[3]低；反之，表明作物需水少，利用率高。例如，水稻的蒸腾系数达800，而谷子、高粱、玉米的蒸腾系数仅280～450（见表2—8）。这里需要指出的是，蒸腾系数不是固定不变的。因为，随着天气、土壤条件和栽培措施的变化，蒸腾系数也会发生变化，而且测定方法也有差异，所以，表2—8的数字是一个平均数。

表2—8　各种农作物的蒸腾系数

2.农作物的需水关键期

在农作物的生长发育过程中，各个时期均需有充足的水分供应，才能获得高产。其中，有的时期不但需水量多，而且在遇到干旱时减产特别明显，这个时期便是需水的关键期。

生产实践表明，各种作物的需水关键期是不相同的。例如，小麦在孕穗至抽穗开花期是需水关键期，需水最多，若遇干旱，产量锐减。农谚说：“麦怕胎里旱”，这是有道理的。又如，水稻在花粉母细胞减数分裂期（从抽穗前11天左右开始）到抽穗开花期；玉米在雌雄蕊分化至抽雄吐丝期；棉花在花铃期；油莱在开花期需水都较多，遇旱即明显减产，均为需水关键期。从上述例子可以看出，农作物的需水关键期基本上是孕穗到抽穗开花这段时间。因为，在这个时期，作物有机体的生长发育都是最旺盛的，需水很多，加上新的生殖器官处于幼嫩阶段，对外界不良环境的抵抗能力很差。所以，若遇干旱，必然造成明显减产。

当作物需水关键期发生干旱的时候，应及时供水，战胜干旱，增产效果十分显著。但是，怎样确定干旱的开始期？这只有进行农业上的试验和观测，才能逐步确定。大致地说，可根据土壤水分状况和作物的形态特征来考虑。在形态特征方面，可根据植株的生长速度、叶片颜色、卷曲程度、萎焉的早晚和恢复的快慢等方面来判断缺水的程度，以决定灌溉期和灌溉量。

3.农作物的需水规律

在作物的一生中，从种子发芽、出苗、茎叶旺盛生长到开花结实，经过一系列的生理需水^[4]和生态需水^[5]过程，消耗掉大量的水份。从生育前期、中期和后期的需水量来看，是一个由少→多→少的变化过程。粮食作物从播种到拔节期，真营养生长阶段，植株体积小，生长速度较慢，耗水较少；拔节到开花期，是营养生长和生殖生长同时进行的阶段，植株体积和重量都迅速增加，生长速度快，耗水量急剧增多；开花以后，植株体积不再增大，作物有机体逐渐衰老，耗水量也逐渐减少。以水稻为例，移植返青期，因叶面积小，蒸腾量也小；随着植株的旺盛生长和叶面积的增加，到分蘸、拔节期蒸腾量就急剧增大；到孕穗后期和开花期，生长更旺盛，蒸腾量达到高峰：以后生长逐渐减弱，蒸腾量也逐渐减小。蒸发量也是随着植株的生长而变化。移植返青期，叶面积最小，株间空隙大，蒸发量最大；到了分蘖后期，植株封行后，蒸发量便急剧下降，直到成熟期，蒸发量都较小。据广东试验，水稻各生育期的需水情况是：早稻全生育期需水为560毫米，其中，返青以前占11%，分蘖期占21%，拔节至开花期占39%，成熟期占29%；晚稻全生育期需水量为620毫米，其中，返青以前占12%，分蘖期占29%，拔节至开花期占41%，成熟期占18%。在农业生产中，应根据作物的需水规律，特别是需水关键期，科学用水，做到及时、适量，才能夺取丰收。