灌溉管理
灌溉调度工具
重点:
- 许多州都有免费的调度工具.
- 这些工具通常与实时天气数据相关联.
有许多免费的灌溉调度工具，可以根据天气和作物状况预测何时灌溉.
天气数据被用来计算参考作物(如草)蒸发的水量, 然后用作物系数将参考值缩放到特定的作物. 西部条件下的作物系数已从亚利桑那州和德克萨斯州的蒸渗计中获得. 目前的研究正在路易斯安那州使用渗湿计进行研究, 密西西比和南卡罗来纳确定更潮湿条件下的9728太阳集团-9728太阳集团（澳门）有限公司-欢迎光临作物系数. 这些程序大多是基于下一节将要介绍的水量平衡法.
水量平衡法
利用水量平衡来安排灌溉, 或者支票簿法, 是基于土壤中的有效水分吗. 就像支票簿, 投入计入土壤总水量, 从土壤中提取水分. 届时，每日净水量余额为:
土壤水的输入是降雨和灌溉. 提取的水分包括植物的蒸腾作用, 土壤表面的蒸发, 深层渗透到下层土壤. 在生长季节, 蒸发与蒸腾, 通常称为“蒸散发”，缩写为“ET”,是从土壤中除去水分的最重要的过程(图7.1). 在生长季节，深层渗透只占非常小的抽水量, 所以可以忽略不计.
图7.在生长季节，农田水分的损失主要来自土壤表面的蒸发, 以及植物叶片的蒸腾作用. 这些过程被称为“蒸散作用”，通常缩写为“ET”。.
土壤含水量
图7.2 -土壤中对植物有效的水分随土壤质地而变化. 沙土和粘土比壤土有更少的植物可利用水.
水平衡方程需要土壤中有效水分的知识. 后续土壤水位的确定取决于初始土壤含水量. 土壤水分取决于土壤的质地. 沙质土壤有较大的颗粒和孔隙，不能很好地保持水分, 减少植物可利用的土壤. 相反，粘土有许多非常小的孔隙. 粘土颗粒使土壤中的水分结合得更紧密. 而粘土比沙质土壤含有更多的水分, 由于紧密的结合，植物可获得的水分较少. 壤土具有良好的孔隙空间来保持水分，并且不会将土壤水分束缚得足够紧密，从而阻止植物提取水分. 这些土壤为植物提供了更多的水分(图7).2).
土壤干燥程度也取决于土壤质地. 在一场湿透的雨之后, 土壤饱和, 这意味着土壤颗粒之间的所有孔隙都充满了水. 饱和的土壤干燥是因为水渗透到较低的深度并从土壤表面蒸发. 饱和后的两到三天，土壤被称为“场地容量”.“在这样的含水量下，土壤孔隙中含有空气和水的混合物. 土壤将继续干燥，直到达到一个被称为“永久枯萎能力”的点.在这个层面上, 残留在土壤中的水对植物不再有效, 植物也会枯萎.
保持土壤水分
灌溉调度是一种保持土壤水分在田间容量和永久萎蔫点之间的范围内对植物有效的方法. 在水分平衡方法中，初始土壤水分是根据土壤质地来估算的. 然后利用每日用水和水输入的变化来跟踪土壤中的水分.
对作物系统的投入可以精确测量. 雨量是用在野外的个别雨量计测量的, 或者气象站的倾倒桶式雨量计. 灌溉可以直接测量，也可以根据给定地区的总用水量进行估算. 系统的输出比较难以精确测量，通常是估计的.
估算作物用水
作物用水可以用几种方法估算. 已开发的一种标准方法从天气参数估计参考蒸散量(Allen, 等., 1998). 然后使用作物特定系数将参考ET转换为作物ET. 另外, 已经开发出了根据多年实地测量得出的曲线来估计ET的方法. 这些实证方法可以相当准确, 但是对于收集数据的位置是特定的.
密西西比河灌溉调度工具- MIST
图7.3 -屏幕捕获的密西西比河灌溉调度工具，MIST. MIST使用水量平衡来估计何时需要灌溉. 当土壤湿度低于用户根据其土壤和灌溉系统设定的水平时，就表明需要灌溉. 利用修正Penman-Monteith方程和为中南部生长条件开发的作物系数计算作物用水量.
密西西比灌溉调度工具依赖于最新的作物用水科学知识，以帮助生产者做出灌溉决策. 该系统被设计为易于使用和访问. 而不是要求用户在现场读取数据并输入数据, MIST自动从国家和区域数据库收集信息，并持续计算作物用水量. 有关土壤水文及质地的资料可从自然资源及保育系统下载, 基于字段的空间位置. 字段信息可以由用户输入, 或从FSA收集的资料中自动下载. 天气信息由位于全州的气象站自动更新，并由三角洲研究和推广天气中心维护. 从国家气象中心网格降雨数据中自动下载空间准确的降雨信息, 如果用户愿意，也可以由用户输入. 为了处理现场径流的差异，MIST使用了NRCS径流方程. 这可以更准确地显示降雨事件后的田间土壤湿度. 运行调度程序不需要测量土壤或植物. 种植者可以从这些数据库中自动下载信息，使用MIST, 不需要大量的数据收集或模型输入.
使用MIST，不需要安装或维护任何程序. 该程序可通过互联网访问, 并且可以在多个平台上使用, 包括智能手机, 平板电脑, 笔记本电脑, 台式电脑. 这使得用户可以在任何地点确定作物需水量, 并能立即判断作物何时需要浇水. 使用每日时间步进行计算和天气更新可以更准确地确定土壤有效水分. 使用每日时间步长还可以计算确定未来几天的作物用水需求, 让种植者更好地管理他们的水资源.
用户根据灌溉系统的容量选择最小的水亏缺. 根据土壤类型，MIST指示何时需要灌溉, 天气状况, 灌溉系统的容量. 用水的最终输出在季节结束时可用, 并可用于向NRCS和水管理区报告，以记录节水情况.
潮湿项目(田纳西大学)
大多数水平衡, 灌溉调度程序的功能与此类似, 但是数据输入的方式和输出的表示方式可能非常不同. 田纳西大学的田纳西灌溉系统管理(damp)项目要求每周输入降雨和灌溉数据，而不是每天输入数据. 这对生产者来说更容易维护，从而跟踪所需的降雨量和灌溉量. The approach works fine for the more drought-tolerant row crops that are grown in the good water-holding soils of West 田纳西州; however, 对于生长在低持水土壤(如砂土)中的水敏感作物，每周的投入可能不够.
图7.4 -从潮湿程序输出.
除了图7底部所示的表格格式外，MOIST还提供图形输出.4. 红色菱形代表每周作物用水量，单位为英寸，随着作物冠层扩张和温度/太阳辐射增加，用水量增加的模式很容易识别. 在7月中旬的干旱期，9728太阳集团-9728太阳集团（澳门）有限公司-欢迎光临用水量计算为1.每周7英寸. 实心蓝点代表每周降雨量和, 一直到七月初, 降雨量超过或几乎等于作物用水量, 黑线所示的土壤水分耗竭很少. 在此期间，降雨使土壤水分维持在1.这片土壤的水量减少了5英寸.
这里所代表的土壤是一种深粉壤土，可储存4.3英寸的现成可用的水，由标记为允许耗竭的棕色实线所示. 直到7月中下旬，由于雨水不足和9728太阳集团-9728太阳集团（澳门）有限公司-欢迎光临用水率高，才需要灌溉. 此时灌水2英寸，使土壤水分耗竭维持在1.5英寸. 灌溉和降雨由开放的蓝色方块表示. 在水土保持良好的土壤中，采用中心枢纽灌溉.5英寸的土壤水分耗竭是一个很好的目标，因为中心轴心的设计是为了跟上作物的水分消耗，而不是赶上或补充土壤剖面. 滴灌和犁沟灌溉系统可以允许耗竭接近最大允许耗竭，因为它们可能被设计成在一次灌溉活动中应用更多的水. 在目前消耗1.5英寸, 如果中心枢纽长时间不能浇水，仍有足够的土壤储存能力来捕捉大规模降雨事件，并有足够的缓冲来维持作物. 粉红色的星形表示在未来一周和两周内如果没有灌溉或降雨，预测的土壤水分耗竭, 分别.
MOIST还提供了一种预测类型的输出(图7的上半部分).4)使中心枢纽灌溉器在更新数据到程序后可以有一个行动计划. 在本例中，生产者计划应用0.每转5英寸. 如果他想保持土壤水分耗竭在1.5英寸, 如果不下雨，他将在接下来的一周转3圈，如果0，他将转2圈.根据这一页左边的栏，降雨量为5英寸. 如果他想让剖面上的土壤水分增加0.5英寸, 如果不下雨，他就得连续工作整整一周，如果0转，他就得转3圈.根据这一页右边的栏，发生了5英寸的雨. 土壤水分的得失量可根据生产者的管理目标进行调整, 但这一预测也表明，在生长季中期，用中心枢纽系统增加土壤水分是困难的. 这种预测类型的产量使生产者能够安排灌溉，而不必在每次降雨或灌溉事件发生时都返回MOIST程序.
水平衡计划是很好的灌溉调度工具，因为它可以预测整个农田的用水量，当作物得到充分浇水时，它并不局限于田地里的一个小地方. 在使用水平衡方法时，生产者应该始终确信他们知道需要多少水来替代作物所使用的水. 然而，有一些限制是应该知道的. 例如, 大多数水平衡程序假定土壤中过量的水分会很快排到田间容量，但并非所有土壤都是如此. 此外，如果将整个降雨量输入程序，则可能会出现强降雨事件的径流, 水平衡方法不会自动识别整个降雨量没有进入土壤剖面.
土壤水分监测与水分平衡相结合
将土壤湿度监测与水分平衡方法相结合可以避免这些陷阱. 例如, 在生长季节的早期，在排水不良的土壤上安排灌溉, 水平衡方法可能表明需要灌溉，而土壤水传感器可能显示大量可用水. 相反, 在一场强降雨之后, 水量平衡可能表明不需要灌溉，因为它不会自动识别有多少降雨流失, 而土壤水分传感器可能表明比预期条件更干燥，导致降雨事件后提前灌溉. 似乎土壤水分传感器本身就是解决这些限制的答案, 但是必须记住，传感器只能测量场中的一个非常小的位置，可能并不总是代表整个场. 因此，9728太阳集团-9728太阳集团（澳门）有限公司-欢迎光临推荐水平衡和土壤传感器的组合方法.
