参考作物蒸散量的计算及不同作物灌溉需水量的特征分析

摘 要：【目的】研究分析参考作物蒸散量结合作物系数估算作物各生育阶段灌溉需水量特征，为农业用水调配提供依据。

【方法】基于新疆阿克苏市气象站点1980～2010年逐日气象数据，采用Hargreaves-Samani（H-S）、Irmark-Allen（I-A）和Priestley-Taylor（P-T）3种方法模拟计算参考作物蒸散量（Reference Crop Evapotranspiration，ET0），依据R2、nRMSE和MAPE评价3种模拟方法的精度，并分析ET0在年际间和月尺度下的变化规律。分析不同典型年冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的需水规律。

【结果】（1） H-S法、I-A法和P-T法计算的研究区ET0模拟值与标准值的R2分别为0.965、0.949、0.946，MAPE分别为20.85%、26.46%、66.71%。（2） 研究区全年ET0累计值30年均值为960 mm，5～8月较大，12月和1月较小。（3） 冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米分别在返青-拔节期、开花-吐絮期、抽穗-乳熟期、抽穗-乳熟期的灌溉需水量最大，其对应值为108、308、131和136 mm。（4） 全生育期内，冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的灌溉需水量分别为448、533、394和385 mm。

【结论】H-S法和I-A法在新疆阿克苏市ET0计算有良好的普适性；研究区ET0累计值年际间变化不大，年内呈先增大再减小的趋势；冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的关键需水期分别为返青-拔节期、开花-吐絮期、抽穗-乳熟期、抽穗-乳熟期；全生育期内，棉花灌溉需水量最大，其次为冬小麦、春玉米、夏玉米。

关键词：参考作物蒸散量；Hargreaves-Samani法；Irmark-Allen法；Priestley-Taylor法；灌溉需水量

中图分类号：S275.3"" 文献标志码：A"" 文章编号：1001-4330（2024）07-1640-08

0 引 言

【研究意义】水资源是影响农业生产经济发展的关键因素之一［1］。农作物需水量是有效控制灌溉用水量的主要指标［2］。日照时数长且雨水较少，属暖温带大陆性干旱气候。

研究分析参考作物蒸散量结合作物系数估算作物各生育阶段灌溉需水量特征，为当地农业用水调配提供依据。为了科学合理利用有限水资源，研究分析区域内参考作物蒸散量的变化趋势，结合作物系数估算作物需水量，对于农作物灌溉和农田水资源管理具有重要指导意义［3］。

【前人研究进展】李泽鸣等［6］对新疆福海县37年ET0变化规律进行了时间和空间两个维度的研究，发现福海县ET0在年际间呈“多-少-多”和在空间呈“南高北低”的趋势。李思思等 ［7］以新疆北疆地区为研究对象，发现47年间该地区生长季ET0呈显著下降趋势，空间分布具有“平原和盆地高，山区少”的特点，且平均风速为对其ET0变化贡献率最大的气象因子。祁嘉郁等［8］利用P-M法及作物系数估算新疆北疆春小麦各生育阶段的作物需水量与灌溉需水量，认为北疆地区春小麦作物需水量与灌溉需水量均呈减少趋势，抽穗-乳熟期作物需水量与灌溉需水量最大。吴燕锋等［9］利用石河子市50年气象资料研究该地冬小麦生育期需水量，发现其需水量呈逐年增加趋势，但在降雨量增加的趋势下，灌溉需水量呈逐年减小趋势，且两者最大值均出现在拔节-抽穗期。【本研究切入点】以往的研究大多围绕新疆北疆地区ET0规律分析展开，对作物需水量的研究也仅涉及单一的作物，缺乏多种常见农作物综合对比分析及不同生育阶段的灌溉需水量的研究。【拟解决的关键问题】分析P-M公式所依赖的基本气象数据［10，11］衍生出的ET0多种算法在新疆阿克苏市的适用性，并分析该地区过去30年 ET0变化规律，计算阿克苏市主要作物不同典型年份下作物全生育期及关键生育阶段内的作物需水量及灌溉需水量，为该市农业水资源的调配、种植结构及灌溉制度的制定提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 研究区概况

阿克苏市（79°39′ ～ 82°01′ E，39°30′ ～ 41°27′ N）总面积1.442×104 km2［4］，平均海拔1 083 m。研究区内昼夜温差大，年平均气温10.8℃，历年最高气温40.7℃，最低气温-27.6℃，全年日照时数累计值为2 505 ～ 3 136 h，全年蒸发量累计值1 643 ～ 2 202 mm，全年降水量累计值为60 ～ 90 mm［5］，日照时数长且雨水较少，属暖温带大陆性干旱气候。

1.1.2 基于降雨量的典型年选取

对1980～2010逐年降雨量进行计算，利用皮尔逊III型曲线进行配线得到各个频率下所对应的降雨量值。取P=25%、50%、75%所对应的降雨量值作为湿润年、平水年、干旱年的设计值，在已有的实测系列中选择与设计值相等或接近的真实年份即可作为相应的湿、平、干代表年。

1.1.3 基于灌溉需水量的典型年选取

以计算得到的不同作物长系列全生育期内的灌溉需水量为依据，计算灌溉需水量全部满足的年份占计算总年数的百分比，确定5%丰水年、25%湿润年、50%平水年、75%干旱年、95%枯水年5个水平的典型水文年。

k=mpn.（1）

式中，k为典型水文年频率，mp为计算年数中灌溉需水量全部满足的年数，n为长系列总年数，研究取n=30。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

以Penman-Monteith （P-M）法为标准，结合阿克苏市日照时数长，降雨量少、温度变化大等气候数据，选取基于辐射、温度等不同气象因素的Hargreaves-Samani法、Irmark-Allen法和Priestley-Taylor 法（以下简称H-S法、I-A法和P-T法）计算ET0模拟值。

ET0-pm=0.408·Δ·（Rn-G）+γ900T+273·u2（es-ea）Δ+γ·（1+0.34·u2）.（2）

ET0-hs=Co·Ra·（T+17.8）·（Tmax-Tmin）0.5.（3）

ET0-ia=0.489+0.289·Rn+0.023·T.（4）

ET0-pt=αΔΔ+γ Rn-Gλ.（5）

式中，ET0-pm、ET0-hs、ET0-ia、ET0-pt分别为P-M法、H-S法、I-A法和P-T法计算的参照作物蒸发蒸腾量（mm）；Δ为饱和水汽压曲线斜率，kPa/℃；Rn为作物表面的净辐射量（MJ/（m2·d2））；G为土壤热通量密度（MJ/（m2·d2））；γ为温度计常数（kPa/℃）；T为平均温度（℃）；u2为地面以上2 m处的风速（m/s）；es为饱和水汽压（kPa）；ea为实际水汽压（kPa）；CO为转换系数，研究取0.000 39［12］；α为经验系数，此处取1.26；λ为蒸发潜热系数，取2.501～0.002 361T［13］。

1.2.2 误差评价指标

选取3个评价指标，分别为相关系数（R2）、相对均方根误差（nRMSE）、平均绝对百分比误差（MAPE）。R2越接近于1，nRMSE和MAPE越接近于0，则表示该计算方法的ET0模拟值精度越高［14］。

nRMSE=ni=1（Si-Oi）2n/Oi×100%.（6）

R2=［ni=1（Oi-Oi）（Si-Si）］2ni=1（Oi-Oi）2 ni=1（Si-Si）2.（7）

MAPE=1n∑ni=1Oi-SiSi.（8）

式中，Oi为标准值，Oi为标准值的平均值；Si为模拟值，Si为模拟值的平均值；n为样本数， ET0比较选取了1980～2010年的数据，n值为1 096。

1.2.3 不同作物生育期及作物系数参考

作物需水量也称为作物蒸散量，由作物植株自身的蒸腾量和作物植株间的蒸发量组成［15］，可依据蒸散量确定作物灌溉水量和灌溉时间。选取作物为冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米，以参照作物蒸散量为基础的作物系数法进行作物需水量计算。表1

ET=Kc×ET0.（9）

式中，ET为作物需水量（mm）；Kc为作物系数，ET0为参照作物蒸散量（mm）。

2 结果与分析

2.1 P-M法与其他方法的比较

研究表明，H-S法与P-M法计算的ET0相关性较高，R2为0.965，I-A法和P-T法与P-M法计算的ET0相关性R2分别为0.949和0.947。其他2种方法计算的模拟值均比P-M法计算的标准值偏小。此外，H-S和I-A法计算结果与P-M法计算结果的平均绝对百分比误差在20%左右，相对均方根误差在30%以内，P-T法平均绝对百分比误差高达66%，相对均方根误差达35%。H-S和I-A法计算的ET0模拟值精度较高，且均与P-M法计算的标准值具有良好的相关性，可应用于阿克苏市ET0的计算，其中H-S法的计算结果更优。P-T法计算的模拟值与P-M法计算的标准值存在较大误差，在阿克苏市参照作物蒸散量的计算上适用性不强。图1，表1

2.2 年际间与月尺度下ET0变化

研究表明，阿克苏市1980～2010年逐年ET0累计值整体呈平缓上升的趋势，对比1980年，2010年ET0累计值有小幅动的增长，增长率为19.1%。逐年ET0累计值呈“上升-下降-上升”的变化，2000年以后ET0整体呈增加的趋势，2003年最小，其值为908 mm，2009年最大，其值为1 102 mm。图2

ET0累计值均呈1～7月先增大，7～12月再减小的变化趋势，且数值较高时段集中在5～8月。其中，5月、6月、7月、8月在不同典型年份下的均值分别为139、147、156和137 mm，其累计值为579 mm，占全年ET0累计值的60%，12月ET0均值最小，1月次之，分别为11、13 mm，仅占全年ET0累计值的1.15%、1.35%。图3

2.3 不同作物生育期内降雨量、ET0及需水量规律

研究表明，不同典型年份下，棉花和春玉米全生育期内的总降雨量较大，其均值分别为71、64 mm，冬小麦和夏玉米的总降雨量较小，其均值分别为44、48 mm。不同典型年份下，冬小麦在全生育期内的总降雨量差异较为明显，95%枯水年的降雨量仅10 mm，而5%丰水年的降雨量高达74 mm，为前者的 7.4倍。ET0的变化规律与降雨量存在较大差异，在不同典型年份下，几种作物ET0均呈梯度增加的趋势。棉花和春玉米全生育期内的ET0均值分别为709、663 mm，基本持平，且高于冬小麦和夏玉米2种作物。冬小麦和夏玉米全生育期内的ET0均值分别为580、471 mm。在不同典型年份下，几种作物全生育期内需水量由大到小依次为棉花、冬小麦、春玉米、夏玉米，其实际需水量均值分别为604、492、458、433 mm，灌溉需水量均值分别为533、448、394和385 mm。棉花在整个生育期内对水需求量最大。图4

2.4 不同作物不同典型年份下各生育阶段灌溉需水量

研究表明，不同典型年份下，冬小麦灌溉需水量最大时期为返青-拔节期，其均值为108 mm，其次是拔节-抽穗期，均值为93 mm，灌溉需水量最小的是越冬-返青期，其均值仅为22 mm。棉花灌溉需水量最大时期为开花-吐絮期，其均值为308 mm，现蕾-开花期次之，其均值为141 mm，棉花播种-出苗期内的灌溉需水量最小，在5%丰水年其理论计算值为负值。同时，受降雨量年内分布的影响，春玉米和夏玉米灌溉需水量最大时期均为抽穗-乳熟期，其均值分别为131、136 mm，灌溉需水量最小的时期均为播种-出苗期，其均值分别为15、24 mm。表2

3 讨 论

3.1 ET0计算方法适用性及特征

H-S法与P-M法的计算结果最为接近，拟合趋势线的斜率接近于1［14］，逐年ET0累计值以30年均值960 mm为基准呈增减交替式上升，波动范围为837～1 102 mm，2009年的ET0累计值达到1 102 mm，为最大值，1989年的ET0累计值达到837 mm，为最小值，两者相差265 mm［22］。目前尚未有研究表明除P-M公式外，任何一种ET0的简便算法对所有地区具有普遍适用性［23］，王君勤等［24］研究发现，在我国温带大陆区，基于温度的ET0简便方法更为适用，且研究区ET0越大，温度模型的精确度越高。高传昌等［25］针对阿克苏地区进行了H-S法的适用性评价，研究结果表明该方法特别适用于阿克苏市气候类似的西部地区。研究选取的H-S法、I-A法、P-T法中，前两种计算结果与P-M法误差较小，可替代作为P-M法进行阿克苏市的ET0计算，与已有研究结果一致。阿克苏市ET0年际间变化不大，较其他地区其值普遍偏高，年内呈先增大后减小的变化趋势，最高值集中在5～8月，最低值出现在12月、1月，与段峥嵘等［26］、张守红等［27］研究结果较为一致。研究表明，气温和风速对研究区ET0的变化影响较大，且与ET0呈显著正相关［28］，研究中，阿克苏市5～8月气温较高，风速较大，导致该时段的ET0较其他月份普遍偏高。

3.2 不同作物生育期内ET0及需水规律特征

研究所涉及的几种作物，ET0由大到小依次为分别为棉花、春玉米、冬小麦、夏玉米。棉花和春玉米的生长天数和生育期相差不大，但两者生长天数远大于夏玉米，约35～50 d，因此夏玉米生育期内ET0累计值较棉花及春玉米偏小。冬小麦生长天数虽远大于棉花和春玉米，但其全生育期为10月至次年6月，该生育期内绝大多数时期日照时数偏小、气温较低、降雨量较少，进而导致

作物气孔开度较小，作物含水量较少，使得作物蒸腾作用减弱而导致ET0较棉花及春玉米偏小。研究结果全生育期需水量与最大需水量生育阶段：冬小麦（492 mm、返青-拔节期）、棉花 （604 mm、开花-吐絮期）、春玉米 （458 mm、抽穗-乳熟期）、夏玉米 （433 mm、抽穗-乳熟期），基本符合刘钰等［28］、王志成等［29］、郑佳媛等［30］给出的需水量区间范围及需水关键生育期。

4 结 论

4.1 在阿克苏市H-S法与I-A法均可替代P-M法进行参考作物蒸散量的计算，其中H-S法更为适用，而P-T法的适用性不强。

4.2 "阿克苏市的年参考作物蒸散量累计值以960 mm为基准整体呈小幅度上升。不同典型年份下，阿克苏市参考作物蒸散量最大值集中在5～8月，最小值为12月，1月次之。

4.3

整个生育期内，棉花灌溉需水量最大，其次为冬小麦、春玉米，夏玉米最小。冬小麦和棉花灌溉需水量分别在返青-拔节期、开花-吐絮期最大，在越冬-返青期、播种-出苗期最小；春玉米和夏玉米灌溉需水量均在抽穗-乳熟期最大，在播种-出苗期最小。

参考文献（References）

［1］

张卫东， 纵华， 秦勇. 阿克苏地区粮食产业可持续发展战略研究［J］. 新疆农业科学， 2007， 44（S2）： 272-275.

ZHANG Weidong， ZONG Hua， QIN Yong. Study on sustainable development strategy of grain industry in Aksu Region［J］. Xinjiang Agricultural Sciences， 2007， 44（S2）： 272-275.

［2］刘栩辰，马守田，黄超，等．黄淮海平原夏玉米需水量和缺水量时空分布特征 ［J］. 水土保持学报，2023，37（2）：179 - 186．

LlU Xuchen，MA Shoutian，HUANG Chao，et al．Temporal Distribution of Water Requirement and Water Deficiency of summer Maize in Huang-Huai-Hai Plain ［J］. Journal of Soil and Water Conservation，2023，37（2）：179 - 186.

［3］代丽娟．阿克苏地区水环境质量改善居民支付意愿及影响因素研究 ［D］．阿拉尔：塔里木大学，2022．

DAI Lijuan．Study on the payment willingness and influencing factors of water environment quality improvement in Aksu area［D］．Aral：Tarim University，2022．

［4］ 李怿炜. 新疆阿克苏市耕地主要养分时空富集特征及其影响因素研究［D］. 乌鲁木齐： 新疆农业大学， 2022.

LI Yiwei. Study on Temporal and Spatial Enrichment Characteristics and Influencing Factors of Main Nutrients in Cultivated Land in Aksu City， Xinjiang［D］. Urumqi： Xinjiang Agricultural University， 2022.

［5］ 张梦丽， 岳春芳， 李艺珍. 阿克苏地区成龄枣树气孔导度对气象因子的响应［J］. 节水灌溉， 2020， （7）： 19-23.

ZHANG Mengli， YUE Chunfang， LI Yizhen. Response of stomatal conductance of mature jujube to meteorological factors in Aksu Area［J］. Water Saving Irrigation， 2020， （7）： 19-23.

［6］ 李泽鸣， 魏占民， 刘虎， 等. 近37a新疆福海县ET0变化趋势及影响分析［J］. 干旱区研究， 2015， 32（3）： 573-578.

LI Zeming， WEI Zhanmin， LIU Hu， et al. Trend of ET0 change and its influence in Fuhai County of Xinjiang during recent 37 years［J］. Arid Zone Research， 2015， 32（3）： 573-578.

［7］ 李思思， 张飞云， 白磊， 等. 北疆地区生长季参考作物蒸散量的时空变化特征及其敏感性分析［J］. 中国农业气象， 2015， 36（6）： 683-691.

LI Sisi， ZHANG Feiyun， BAI Lei， et al. Spatiotemporal variation and sensitivity of reference crop evapotranspiration during growth season in northern Xinjiang［J］. Chinese Journal of Agrometeorology， 2015， 36（6）： 683-691.

［8］祁嘉郁，巴特尔·巴克，卡力比尔·买买提．北疆春小麦不同生育阶段需水量变化的气候响应 ［J］．麦类作物学报，2021，41（3）：362 - 369．

QI Jiayu，Bateer Bake，Kalibier Maimaiti．Climate Response of Water Demand Variation in Spring Wheat at Different Growth Stages in Northern Xinjiang ［J］．Journal of Triticeae Crops，2021，41（3）：362 -369．

［9］ 吴燕锋， 巴特尔·巴克， 罗那那， 等. 石河子地区冬小麦生育期需水量变化特征及其气候成因［J］. 水土保持通报， 2016， 36（1）： 69-74.

WU Yanfeng， Bateer Bake， LUO Nana， et al. Variations in water requirement of winter wheat at different growth stages and its climatic cause in Shihezi Region［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation， 2016， 36（1）： 69-74.

［10］ 韦琦， 卫琦， 徐解刚， 等. 基于机器学习算法的ET0预测研究［J］. 节水灌溉， 2022， （11）： 9-17.

WEI Qi， WEI Qi， XU Jiegang， et al. Research on ET0 prediction based on machine learning algorithm［J］. Water Saving Irrigation， 2022， （11）： 9-17.

［11］ 夏兴生， 潘耀忠， 朱秀芳， 等. 农业分区框架下Hargreaves-Samani公式的逐月回归修正［J］. 农业机械学报， 2020， 51（3）： 258-267.

XIA Xingsheng， PAN Yaozhong， ZHU Xiufang， et al. Regression correction of hargreaves-samani equation by monthly under framework of China’s agricultural comprehensive zoning［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2020， 51（3）： 258-267.

［12］ 范文波， 吴普特， 韩志全， 等. 玛纳斯河流域ET0影响因子分析及对Hargreaves法的修正［J］. 农业工程学报， 2012， 28（8）： 19-24.

FAN Wenbo， WU Pute， HAN Zhiquan， et al. Influencing factors analysis of reference crop evapotranspiration and modification of Hargreaves method ET0in Manas River Basin［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2012， 28（8）： 19-24.

［13］ 赵璐， 梁川， 崔宁博， 等. 不同ET0计算方法在川中丘陵地区的比较及改进［J］. 农业工程学报， 2012， 28（24）： 92-98.

ZHAO Lu， LIANG Chuan， CUI Ningbo， et al. Comparison and improvement of different calculation methods for ET0 in hilly area of central Sichuan Basin［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2012， 28（24）： 92-98.

［14］ 郝林如， 郭向红， 雷涛， 等. 气象要素缺失条件下不同机器学习模型计算参考作物蒸散量比较［J］. 节水灌溉， 2022， （7）： 102-108， 118.

HAO Linru， GUO Xianghong， LEI Tao， et al. Comparison of reference crop evapotranspiration calculated by different machine learning models in absence of meteorological elements［J］. Water Saving Irrigation， 2022， （7）： 102-108， 118.

［15］ 王仰仁. 灌溉排水工程学［M］. 北京： 中国水利水电出版社， 2014.

WANG Yangren. Irrigation and drainage engineering［M］. Beijing： China Water amp; Power Press， 2014.

［16］""" Allen R G，Smith M，Perrier A，et al．An update for the definition of reference evapotranspiration ［J］．ICID Bulletin，1994，43（2）：1 - 34．

［17］ 黄敬峰， 王秀珍， 蔡承侠. 新疆冬小麦物候与气候条件研究［J］. 中国农业气象， 2000， 21（1）： 14-19.

HUANG Jingfeng， WANG Xiuzhen， CAI Chengxia. Research on winter wheat phenology and climate in Xinjiang［J］. Chinese Journal of Agrometeorology， 2000， 21（1）： 14-19.

［18］ 王雪姣. 气候变化对新疆棉花物候、产量和品质的影响与适应措施［D］. 北京： 中国农业大学， 2015.

WANG Xuejiao. Impact and Adaptation of Climate Change on Cotton Phenology， Yield and Fiber Quality in Xinjiang［D］. Beijing： China Agricultural University， 2015.

［19］邱琳麟．水资源约束下的塔里木河流域耕地适宜规模研究 ［D］．上海：华东师范大学，2022．

QIU Linlin．Appropriate scale study of cultivated land in the Tarim River Basin with water resource constraints［D］．Shanghai：East China Normal University，2022．

［20］ 赵永. 作物需水量计算方法比较与非充分灌溉预报研究［D］. 杨凌： 西北农林科技大学， 2004.

ZHAO Yong. Comparing Different Methods of Calculating Crop Water Requirement amp; Study on Limited Irrigation Forecasting［D］. Yangling： Northwest A amp; F University， 2004.

［21］ 王秀珍， 黄敬峰. 新疆大田玉米物候与气候研究［J］. 玉米科学， 1994， 2（2）： 20-26.

WANG Xiuzhen， HUANG Jingfeng. Study on phenology and climate of maize in Xinjiang field［J］. Maize Sciences， 1994， 2（2）： 20-26.

［22］ 马亚丽， 牛最荣， 张芮， 等. 疏勒河流域潜在蒸散发时空演变及驱动因素量化分析［J］. 水土保持研究， 2022， 29（5）： 350-357.

MA Yali， NIU Zuirong， ZHANG Rui， et al. Temporal and spatial evolution and driving factors of potential evapotranspiration in Shule River Basin［J］. Research of Soil and Water Conservation， 2022， 29（5）： 350-357.

［23］ 何军， 冯雅婷， 李亚龙， 等. 四种ET0计算方法在荆州地区的适用性分析［J］. 节水灌溉， 2020， （11）： 16-19.

HE Jun， FENG Yating， LI Yalong， et al. Analysis of applicability of four ET0 calculation methods in Jingzhou Area［J］. Water Saving Irrigation， 2020， （11）： 16-19.

［24］ 王君勤， 叶生进， 樊毅. 中国不同气候区参考作物蒸散量计算模型适用性评价［J］. 节水灌溉， 2022， （3）： 82-91.

WANG Junqin， YE Shengjin， FAN Yi. Applicability evaluation of reference crop evapotranspiration calculation models in different climatic regions of China［J］. Water Saving Irrigation， 2022， （3）： 82-91.

［25］高传昌，朱明锋，秦海霞．Hargraeves公式计算参考作物腾发量在新疆地区的适用性研究 ［J］．灌溉排水学报，2008，（3）：60 - 62．

GAO Chuanchang，ZHU Mingfeng，QING Haixia．Adaptability of Hargraeves Formulain Estimating Reference Evapotranspiration in Xinjiang Region ［J］．Journal of Irrigation and Drainage，2008， （3）：60 - 62．

［26］ 段峥嵘， 祖拜代·木依布拉， 夏建新. 新疆阿克苏地区潜在蒸散量时空演变及驱动因素［J］. 新疆大学学报（自然科学版）， 2018， 35（4）： 493-501， 512.

DUAN Zhengrong， Zubaidai Muyibula，XIA Jianxin. Variation characteristics and influence factors of potential evapotranspiration in Aksu Region［J］. Journal of Xinjiang University （Natural Science Edition）， 2018， 35（4）： 493-501， 512.

［27］ 张守红， 刘苏峡， 莫兴国， 等. 阿克苏河流域气候变化对潜在蒸散量影响分析［J］. 地理学报， 2010， 65（11）： 1363-1370.

ZHANG Shouhong， LIU Suxia， MO Xingguo， et al. Assessing the impact of climate change on reference evapotranspiration in Aksu River Basin［J］. Acta Geographica Sinica， 2010， 65（11）： 1363-1370.

［28］ 刘钰， 汪林， 倪广恒， 等. 中国主要作物灌溉需水量空间分布特征［J］. 农业工程学报， 2009， 25（12）： 6-12.

LIU Yu， WANG Lin， NI Guangheng， et al. Spatial distribution characteristics of irrigation water requirement for main crops in China［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2009， 25（12）： 6-12.

［29］ 王志成， 方功焕， 张辉， 等. 阿克苏河灌区作物需水量对气候变化的敏感性分析［J］. 沙漠与绿洲气象， 2018， 12（3）： 33-39.

WANG Zhicheng， FANG Gonghuan， ZHANG Hui， et al. Sensitivity analysis of crop water requirement to meteorological factors in Aksu irrigation area［J］. Desert and Oasis Meteorology， 2018， 12（3）： 33-39.

［30］ 郑佳媛. 中国主要作物灌溉需水量的时空格局分析［D］. 鞍山： 辽宁科技大学， 2022.

ZHENG Jiayuan. Analysis on Temporal and Spatial Pattern of Irrigation Water Demand of Main Crops in China［D］. Anshan： University of Science and Technology Liaoning， 2022.

Analysis of reference crop evapotranspiration and

characteristics of irrigation water requirement of different crops

ZHANG Ni1，ZHENG Zhiwei1，DOU Jingjing1，WANG Yikun1，

ZHANG Yanfen2，LIU Chunlai2

（1. College ofnbsp; Water Conservancy Engineering， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300392， China；2. Tianjin Water Conservancy Research Institute， Tianjin 300061， China）

Abstract：【Objective】 The reference crop evapotranspiration combined with crop coefficient can be used to estimate the irrigation water requirement at each growth stage of crops， which might provide a basis for agricultural water allocation.

【Methods】" In this paper， the reference crop evapotranspiration （ET0） was simulated by Hargreaves-Samani （H-S）， Irmark-Allen （I-A） and Priestley-Taylor （P-T） methods in Aksu city of Xinjiang. The precision of the three simulation methods was evaluated according to R2， nRMSE and MAPE， and the variation of ET0 at interannual and monthly scales was analyzed. Different typical years were selected to analyze the water demand rules of winter wheat， cotton， spring maize and summer maize.

【Results】" （1） The R2 of ET0 calculated by Hargreaves-Samani method， Irmark-Allen method and Priestley-Taylor method were 0. 965， 0. 949 and 0. 946， respectively， and MAPE were 20. 85 %， 26. 46 % and 66. 71 %， respectively. （2） The 30-year average cumulative value of ET0 in the study region was 960 mm， which was larger from May to August and smaller in December and January. （3） The irrigation water requirements of winter wheat， cotton， spring corn and summer corn were 108 mm， 308 mm， 131 mm and 136 mm respectively in the regreening-jointing stage， flowering-budding stage， heading-milk stage and heading-milk stage. （4） During the whole growth period， the water requirements of winter wheat， cotton， spring corn and summer corn were 448， 533， 394 and 385 mm， respectively.

【Conclusion】" H-S method and I-A method has good universality in Aksu city; the cumulative value of ET0 in the study region did not change much between years， and it increased first and then decreased during the year; the key water requirement periods of winter wheat cotton， spring corn and summer corn were reviving-jointing stage， flowering-flocculation stage， heading-milk ripening stage and heading-milk ripening stage， respectively; during the whole growth period， the water requirement of cotton is the largest， followed by winter wheat， spring corn and summer corn.

Key words：reference crop evapotranspiration; Hargreaves-Samani method; Irmark-Allen method; Priestley-Taylor method; irrigation water requirement

Fund projects：Project of National Natural Science Foundation of China （51779174） ; Major Science and Technology Project of the Ministry of Water Resources（SKS2022050） ; Key Project of Science and Technology Support Program of Tianjin （18YFZCSF00650） ; Human Resources and Social Security Bureau Project of Tianjin + Team Key Training Project （XB202016）

Correspondence author：ZHENG Zhiwei（1981-）， male， from Tangshan， Hebei， associate professor， research direction： research on water-saving irrigation theory and application technology， （E-mail） zhiwei35883@163.com

收稿日期（Received）：

2023-12-12

基金项目：

国家自然科学基金项目（51779174）；水利部重大科技项目（SKS"" 2022050）；天津市科技支撑重点项目（18YFZCSF00650）；天津市人社局项目+团队重点培养专项（XB202016）

作者简介：

张妮（1997-），女，陕西西安人，硕士研究生，研究方向为节水灌溉，（E-mail） 861909349@qq.com

通讯作者：

郑志伟（1981-），男，河北唐山人，副教授，研究方向为节水灌溉，（E-mail） zhiwei35883@163.com