2.2 人工草地需水规律与需水量的研究进展

2.2.1 国内外作物需水规律与需水量研究现状

国外关于需水量的研究已有300多年的历史，目前世界各地需水量研究已形成较为完整的技术体系，其中以农作物的需水量研究最多。一些经济发达国家，在农业产业结构中草地畜牧业占较大比例，故对人工、天然草地需水量也有较多研究。如W.Larcher早在1978年就通过收集不同气候区植物群落地段水分消耗的研究成果，分析确定了各类人工和天然林地、草原、荒漠植被的蒸腾耗水量。

为了建立一种能广泛应用于作物需水量的计算方法，Daltonl（1802）综合了气温、湿度、风速的影响，提出了著名的道尔顿蒸发定律。Bowen（1926）通过地表能量平衡方程提出了计算蒸发量的波文比-能量平衡法。Thornthwatie和Holzman（1939）根据近地边界层相似理论提出了计算蒸发的空气动力学方法。Penman（1948）提出以人工牧草为对象的估算作物需水量的参考作物法。

参考作物的蒸发腾发量（ET₀）是国际通用的评价水文水资源和计算作物需水量的理论基础。ET₀计算的3个代表性公式（MP、PM及标准ASCE），可代表国际社会20世纪60年代以来3个时期的主要研究进展。Monteith（1965、1985）在Penman等人工作的基础上，以能量平衡与水汽扩散原理，经过修改提出ET₀计算模型（PM）。由于PM模型不需要风函数的修正，在时间尺度较短的情况下，多数实验率定认为PM模型计算精度优于其他模型，成为ET₀计算的一个更加严谨和更为标准化的新方法。FAO-56分册将PM公式推荐为计算ET₀的标准模型。此后，农作物耗水量计算虽有改进，但Penman-Monteith（PM）模型以及联合国粮农组织提议的Penman修正式（MP）被国际社会所接受。

20世纪后期，美国工程师协会灌溉蒸腾与水文学委员会成立的参考作物蒸腾量标准化小组，在大量研究的基础上，提出ASCE-PM模型，并选择美国16个州20世纪90年代以来各种气候条件下，49个以日为时间尺度、45个以小时为时间尺度的实验成果作为研究基础，以天、小时计算了两种参考作物的蒸发腾发量。对比分析显示，标准ASCE-PM多数误差最小。据此美国工程师协会——环境与水资源机构（2005）将标准ASCE-PM模型推荐为计算ET₀的标准模型。

我国早期各种农作物的需水量研究较多，20世纪80年代以后，先后引入MP、PM及标准ASCE-PM，并进行了大量的参数、系数的率定及误差比较，使之较好地应用于我国各种气候类型区农作物需水量计算，如刘钰、龚元石、史海滨等。苏春宏（2006）在对半干旱气候区各种ET₀计算公式的适应性进行系统评价研究后，确认以天为计算尺度时，标准ASCE-PM模型优于PM，而PM优于其他模型。

2.2.2 我国草地需水规律与需水量的研究进展

20世纪80年代以来，水利部牧区水利科学研究所先后完成了披碱草、紫花苜蓿、苏丹草、御谷、燕麦、青贮玉米、饲用玉米等人工饲草饲料作物以及天然牧草群落需水规律与需水量研究，并绘制了内蒙古草原常见饲草料作物的需水量等值线图、鄂尔多斯草原典型饲草料作物的水分亏缺量等值线图以及锡林郭勒草原天然草地生态需水量等值线图，1995年出版的《草原灌溉》对一系列人工牧草、天然草地的需水规律与需水量进行了全面的研究总结，极大地推进了牧区人工、天然草地需水量研究应用。荣生邦、李国珍等（1982—1986）对荒漠草原灌溉条件下的披碱草、紫花苜蓿、苏丹草等人工牧草的需水量与需水规律进行了较为详细的研究。赵淑银等（1982—1986）对呼和浩特市人工牧草需水规律与需水量进行了研究，2003—2005年应用地质统计学方法研究绘制了鄂尔多斯草原潜在蒸散量、人工牧草需水量等值线图。郭克贞、李和平、佟长福等（2003—2005）对毛乌素沙地饲草料作物土壤水动态及需水量进行了研究。孙洪仁、刘国荣等（2005）对紫花苜蓿的需水量、耗水量、需水强度、耗水强度和水分利用率进行了较为详细的研究；曾冬梅、时志宇等以新疆阿勒泰、伊犁、哈密为试验典型区对紫花苜蓿不同灌水方式下的需水量进行了研究。郭克贞、赵淑银、苏佩凤等（2008、2013）在《草地SPAC水分运移消耗与高效利用技术》和《毛乌素沙地紫花苜蓿灌溉节水增产机理与调控技术》中对内蒙古鄂尔多斯草原、呼和浩特以及甘肃河西地区等地的紫花苜蓿等多种人工牧草非充分灌溉下的需水规律需水量进行了深入研究。张山清和普宗朝（2009、2011）依据新疆48年气象资料，对新疆参考作物蒸散耗水以及时空变异特征和成因进行了分析研究。佟长福、史海滨等（2010）在呼伦贝尔草甸草原在燕麦、青贮玉米土壤水分动态的基础上开展了需水量和需水规律研究。徐冰、汤鹏程（2012—2013）对青藏高原燕麦、青稞的需水规律、需水量进行了试验研究，苏佩凤、刘虎等（2011）对新疆阿勒泰草原的紫花苜蓿、苏丹草、青贮玉米的需水规律与需水量进行了研究确定。此外，朝伦巴根、朱仲元、于婵等采用作物系数法和能量平衡法相耦合的模型研究了作物蒸散发、双涌源能量分配与交换关系和人工牧草需水量计算的作物系数。

在需水量计算方法研究方面，长期以来多以水量平衡原理加以确定。郭克贞、何京丽（1999）从牧草水分生理生态的角度，在分析人工牧草耗水特性的基础上，提出“起始耗水量、经济耗水量和极限耗水量”的耗水阈值理论，研究确定了披碱草、紫花苜蓿等人工牧草的经济耗水量阈值指标，之后对人工牧草的水分经济耗水量和多刈条件下的紫花苜蓿需水规律与需水量进行了详细研究。陈亚新、苏春宏（2004、2006）在对国内外需水量计算方法比较评价的基础上，以紫花苜蓿为对象，详细研究了需水量计算中的ET₀计算技术；畅利毛、郭克贞、魏占民等（2006—2007）对于旱荒漠草原应用PM 和MP计算ET₀的误差进行了比较，认为产生偏差主要是由辐射项所引起，两种方法计算误差相近。郭克贞、赵淑银等（2008）在《草地SPAC水分运移消耗与高效利用技术》中，对草地需水量计算的通用方法进行了较为详细的研究。陈亚新、史海滨、朝伦巴根、王志强等也从不同角度对人工牧草需水量及其计算方法进行了研究，对推动牧区人工草地灌溉科学发展做出了一定贡献。