农田节水模式效益观测与评价

1. 农田节水模式效益观测与评价 全国农业技术推广服务中心 崔 勇

2. 主要内容 • 目的 • 基本术语 • 效益观测设计原则 • 观测记载项目与方法 • 节水效益指标及计算方法 • 实例

3. 一、 目 的 • 用相对统一的方法，对同一种节水技术模式观测记载相同的内容，评价相同的技术指标，建立一套规范的农田节水技术模式与评价方法，获得各省农业部门相互之间公认的节水技术效果。 • 探索不同农田节水技术模式要观测的相关内容，评价其节水技术效果。 • 提升节水农业示范项目技术科技水平，为全国节水农业技术推广提供科技支撑。

4. 二、基本术语 • 水分生产率(效率) • 水分生产效益 • 作物蒸腾蒸发量 • 田间持水量

5. 1、水分生产率(效率)--生产 • 概念：在一定的作物品种和耕作条件下，在一个全生育期内，作物消耗单位水量所获得的产量，表示为，kg/m3，或kg／mm.亩，kg/mm.hm2，是作物产量生产率。 • 说明：实质；评价尺度；体现原则；提高水分生产率途径。

6. 水分生产率实质 • 在给定的农业可供水量的限制下，采用一切可以采用的方法，最大限度地满足社会对粮食、蔬菜和经济作物等农产产品的需求。 • 实际上是用较少的水生产较多的农产品，是水资源高效利用最重要的指标。

7. 水分生产率评价尺度 • 作物、农田、系统、灌区、流域五个不同尺度。 • 重点放在农田尺度，主要指末级渠道（管道）控制的各块土地。

8. 水分生产率体现产品原则 • 水作为农业生产所必须的一种要素投入。衡量要素水投入的效率只能以该要素投入的产出来衡量。 • 如万吨产品的用水量或万元产值的用水量。

9. 提高水分生产率途径 • 与植物生理过程相关联，使蒸腾的产出效率提高； • 与农艺技术相关联，其作用在于减少与蒸腾相伴随的蒸发水量； • 三是与设施相关联，使得向农作物的施水更加精细和有效率。

10. 2、水分生产效益—经济 • 在一定的作物品种和耕作条件下，在一个全生育期内，单位水消耗所获得的产值，表示为元/m3，或元／mm.亩，元/mm.hm2，这是作物的经济生产率 。

11. 一般认为水分产量生产率的高值是追求的目标。但从经济的角度上考虑有时是不划算的。一般认为水分产量生产率的高值是追求的目标。但从经济的角度上考虑有时是不划算的。 • 如果这样算出的经济生产率的值很小，甚至为负值时，无论这些措施得到的产量生产率有多高，节水效果有多好，农户是不会主动采用这些节水措施的。

12. 水分产量生产率只能反映产出的数量，不能反映产出质量。农户如果采用了新的品种或农艺技术，提高了产品的质量或降低了成本。产量生产率可能没有明显改变，但因品质提高或成本降低而提高了经济生产率，这对推广节水措施是很有意义的。水分产量生产率只能反映产出的数量，不能反映产出质量。农户如果采用了新的品种或农艺技术，提高了产品的质量或降低了成本。产量生产率可能没有明显改变，但因品质提高或成本降低而提高了经济生产率，这对推广节水措施是很有意义的。 • 在缺水地方，如果能够改种高值作物，即使在用水量不变的情况下，也提高了农户收益，达到高经济效益用水。

13. 3、作物蒸腾蒸发量 • 指生长在大面积农田上的无病害作物群体，当土壤水分和肥力适宜时，在给定的环境中正常生长发育，达到高产潜力所需满足的植株蒸腾和棵间蒸发之和，又称作物腾发量，表示为ET，不包括田间输配水过程中径流损失和田间渗漏的水量。

14. 4、田间持水量 • 指土壤毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量，包括全部吸湿水、膜状水和毛管悬着水，简称为田持。它是计算土壤有效水的上限和确定灌溉定额的依据。

15. 三、 效益观测设计原则 • 观测小区设置 • 技术参数设计 • 观测与评价内容

16. 1、观测小区设置 • 观测小区不做面积大小规定，采取“大处理，小样本”的原则。 • 观测小区可不作重复，但观测小区数据采集时要有3个以上的重复。 • 要保持取样样本的相对一致性，如果园观测小区内的地形、坡度、果树、蔬菜生长状况等要相对一致。

17. 2、技术参数设计 • 根据项目主推的经济植物篱、抗旱保苗、集雨节水种植、全地膜覆盖双垄集雨沟播技术模式，选择常规措施作为对照、推广技术作为处理。 • 技术参数根据不同节水模式技术规程具体设定。

18. 经济植物篱技术参数 • 选择植物篱的品种、每米土埂种植密度、粮食作物种植密度、播种量、播期等。

19. 抗旱保苗技术参数 • 灌水量、地膜用量、地膜规格、玉米种植密度、播种量、播期等。

20. 集雨节水种植技术参数 • 水窖（蓄水池）容积、每亩作物的补灌水量、补水时期、作物种植密度、播种量、播期等。

21. 全地膜覆盖双垄集雨沟播技术参数 • 地膜用量、地膜规格、垄高、垄宽、沟宽、种植密度、播种量、播期等。

22. 3、观测评价内容 • 根据不同的技术模式，在本方案的基础上确定观测评价项目。

23. 经济植物篱与缓坡地等高种植技术观测评价内容经济植物篱与缓坡地等高种植技术观测评价内容 • 观测内容：表1-7。 • 评价内容： 1.作物蒸腾蒸发量； 2.水分生产率； 3.水分生产效益； 4.单位面积旱作农田节（增）水量； 5.某项技术模式节水效益估算 6.年雨水(泥沙)径流量

24. 抗旱保苗技术观测评价内容 • 观测内容：表1-6。 • 评价内容： 1.作物蒸腾蒸发量； 2.水分生产率； 3.水分生产效益； 4.单位面积旱作农田节（增）水量； 5.某项技术模式节水效益估算

25. 集雨节水种植技术观测评价内容 • 观测内容：表1-6。 • 评价内容： 1.作物蒸腾蒸发量； 2.水分生产率； 3.水分生产效益； 4.单位面积灌溉农田节水量； 5.单位面积旱作农田节（增）水量； 6.某项技术模式节水效益估算； 7.区域尺度上的节水效益估算

26. 全地膜覆盖双垄集雨沟播技术观测评价内容 • 观测内容：表1-6。 • 评价内容： 1.作物蒸腾蒸发量； 2.水分生产率； 3.水分生产效益； 4.单位面积旱作农田节（增）水量； 5.某项技术模式节水效益估算；

27. 四、观测记载项目与方法 • 表1－观测点基本情况表 • 表2－土壤墒情监测记载表 • 表3－灌溉情况记载表 • 表4－降水情况记载表 • 表5－作物生育期记载表 • 表6－农户农事活动记载表 • 表7－径流及泥沙量记录表

29. 表1 填表说明 主要内容：观测点代码、观测起始年度、观测项目、自然条件、农业生产情况、土壤情况。 1.观测点编号：由各省自己确定编号规则。 2.观测起始年度：以作物播种前的第一次观测为起始年。 3.灌溉设施水平：指观测区域内输水方式及渠道质量。分为渠灌（土明渠、衬砌）、低压管道（固定式、半固定式、移动式）、喷灌（固定式、半固定式、移动式、机组式）、微灌等。 4.前三年施肥水平：化肥用氮磷钾的折纯量表示，例如N 10-P2O5 4- K2O 5。有机肥注明品种，如人粪尿。 5.土层厚度：有效土层厚度不足1米的需注明具体的数据，大于1米则用“>1m”表示。厚度直接填写20，50 6.质地：砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土。 7.“养分含量”全部以单质计，不要填写氧化物含量。

30. 表2 土壤墒情监测记载表

31. 表2 填表说明 1.各层土壤容重和土壤含水量必须测定； 2.播种前和收获后土壤含水量为全剖面层次的测试。其余仅测试耕作层0-20cm土壤含水量。土壤含水量测试采用烘干法。 3.每月测试两次,分别为10日和25日。灌溉区每次灌溉前要进行土壤水分测试。北方冬季土壤封冻之后不进行水分测试。 4.每层土壤容重、田间持水量要测定1次 。

32. 表3 灌溉情况记载表 观测点编号： 观测年度：

33. 表3 填表说明 ⒈“灌溉方式”分为：渠灌（土明渠、衬砌）、低压管道（固定式、半固定、移动式）、喷灌（固定、半固定、移动式管道、机组式）、微滴灌等。 2.湿润深度：没有重力水之后，打土钻观测或根据灌溉量、田间持水量计算湿润深度。

34. 表4 降水情况记载表 观测点编号： 观测年度：

35. 表4 填表说明 1.降水强度:分别为小雨、中雨、大雨、暴雨、特大暴雨。在备注说明降水持续时间，以分钟表示。 2.降水量：可以从雨量筒获得,也可以从当地气象站获得。

36. 表5 作物生育期记载表 观测点编号： 观测年度：

37. 表5 填表说明 主要作物主要生育期参考如下： ⑴冬小麦：苗期、越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期； ⑵春小麦：苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期； ⑶玉米(春、夏)：苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期； ⑷棉花(春、夏)：苗期、蕾期、花铃期、吐絮期； ⑸花生：苗期、花针期、结荚期、成熟期； ⑹大豆：苗期、分枝期、结荚期、成熟期； ⑺油菜：苗期、花蕾期、结荚期、成熟期； ⑻谷子：苗期、分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期； ⑼高粱：苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期 。

39. 表6 填表说明 1.主要农事活动记录：由农户协助填写(10户)。 2.耕地面积：用于观测分析的农户耕地面积。 3.“农事活动内容”分为：整地、播种、施肥、灌溉、病虫害防治、除草、覆盖地膜、收割、脱粒、施用保水剂等。 4.投入内容：种子品种、肥料品种、灌水量、农药品种、除草药剂品种、地膜品种、保水剂品种等。 5.数量：根据生产资料投入内容使用不同的数量和单位，例如，犁地表述为深度cm，种子表述为公斤，肥料表述为公斤。

40. 6.“指标描述”：记载该项农事活动的方式和有关的其他数据。6.“指标描述”：记载该项农事活动的方式和有关的其他数据。 7.产投情况、生产资料投入和用工投入折算等由技术人员根据农户记录折算填写。 8.农作物产量：记载每次采摘或收获的时间及产量，然后将其折算为每亩耕地的产量（kg/亩）。 9. 农产品价格：调查记载在一年内不同时期（月）该农产品的市场单价（元/kg）。 10.经济植物篱产量记载：记载全年内该植物篱每次采摘或收获的时间及产量，汇总后为每亩耕地内土埂所种经济植物篱的实际产量（kg/亩）。 11.经济植物篱产品价格：调查记载在一年内不同时期的产量和价格，进行加权平均后确定产品价格(元/kg)。

41. 表7 径流及泥沙量记录表 观测点编号： 观测年度： 每次降雨之后要进行径流量和泥沙量测定，累加每次的径流量和泥沙量为全年总量。

42. 五、节水效益指标及计算方法 • 作物蒸腾蒸发量（ET，mm） • 水分生产率（WUE，kg／m3、kg/mm.亩） • 水分生产效益（WUE，元／m3、元/mm.亩） • 单位面积灌溉农田节水量（m3/亩） • 单位面积旱作农田节（增）水量（m3/亩） • 某项节水技术模式效益估算 • 区域尺度上的综合节水效益估算

43. 1、作物蒸腾蒸发量（ET，mm） 根据农田水分平衡原理： ET（mm）=P + M + W +ΔS –D -ΔT 式中： P—作物生长期内降水量（mm），雨季连续降雨或1次降雨量超过2米土体田间持水量时，这段时间或这次降雨量通过田间持水量进行折算，其值相当于2米土体土壤水蓄变量。计算方法同土壤水蓄变量（ΔT），W1是降雨后的土壤含水量，其值等于田间持水量，W0是最近一次测定的土壤含水量。 M—作物生长期内灌水量（mm） W—作物生长期内地下水补给量（mm），地下水埋深大于2m时忽略不计，认为是零。 ΔS—作物生长期内地表水流入量与流出量的差值（mm），在平原区认为是零。 D--水分深层土壤渗漏量（mm），在节水灌溉模式下认为是零。 ΔT—作物收获后土壤蓄水量与播种前土壤蓄水量之差（mm）

44. 土壤水蓄变量（ΔT mm） ΔT（mm）=10 ∑dVi ×hi ×ΔWi 式中： ΔT—土壤水蓄变量（mm） dVi—某一层土壤容重（g/cm3） hi —某一层土层厚度（cm） ΔWi—某一层作物收获后与播种前土壤含水量(%)之差 (W1-W0)

45. 2、水分生产率（WUE） WUE=Y/ET 式中： WUE- 水分生产率[kg／m3、kg/mm.亩] Y –农作物产量 [kg/亩] ET –田间滕发量（m3、mm.亩） mm.亩与m3与的转换系数为2/3 当灌溉量等于零时，所计算的水分生产率为降水水分生产率。 当灌溉水不等于零时，计算的水分生产率为降水和灌溉水的综合生产率。

46. 3、水分生产效益（WUE） WUE=R/ET R--经济效益(元/亩) =总收入-总成本 总收入=收获产量×当地平均价格。 当种植多次收获的作物时，其产值为每次收获综合乘以当时价格的累计值。 总成本包括：种子、肥料、农药、地膜 、机耕、机收、灌溉、劳动用工等各项资金投入。

47. 4、单位面积灌溉农田节水量 ΔM = M1-M2 式中： ΔM –常规灌溉技术灌水量与节水技术模式灌溉水量之差（m3/亩） M1 –作物生育期内，常规技术总灌水量（m3/亩） M2 -节水技术模式总灌溉水量（m3/亩）

48. 5、单位面积旱作农田节（增）水量 ΔM= Y .（1/WUE1 - 1/WUE2） 式中： ΔM —节水技术模式农田节（增）水量（ m3 /亩） Y —节水技术模式作物产量（kg/亩） WUE1—常规技术模式水分生产率（kg／m3） WUE2—节水技术模式水分生产率（kg／m3）

49. 6、某项节水技术模式效益估算 • 灌溉农田直接节水量： M=ΔMw × Sw • 旱作农田增水量： M=ΔMd × Sd • ΔMw、ΔMd —单位面积灌溉、旱作农田节（增）水量 • Sw、Sd—示范区面积

50. 6、区域尺度上的节水效益估算 M=M1+M2+......+Mn 区域尺度上的节水效益估算是指在一定区域内，不同种植制度、不同作物、不同技术模式的节水效益累加总和。