巴西稀树草原甘蔗单双作物系数及其对灌溉管理的影响：基于蒸渗仪与FAO-56模型的实证研究

《Irrigation Science》：Single and dual crop coefficients and their impact on the irrigation management of sugarcane cycles in the Brazilian savanna

为解决巴西稀树草原（Cerrado）旱季严重缺水制约甘蔗产量的问题，研究人员开展了基于蒸渗仪（ETcL）与FAO-56模型的单（Kc）、双（Kcdual）作物系数研究。结果表明，首茬蔗（1756.5 mm）耗水显著高于宿根蔗（1201.4 mm），且应用实测与估算系数可分别实现增产与节水，为精准灌溉提供了关键参数支撑。

　　

在巴西稀树草原（Cerrado）这片广袤的土地上，甘蔗不仅是经济的支柱，更是能源未来的希望。然而，每年5月至9月的漫长旱季，如同悬在农民头顶的达摩克利斯之剑，严重制约着产量的提升。尽管灌溉是破局的关键，但传统的“凭经验浇水”往往导致水资源浪费或补水不足。问题的核心在于缺乏精准的“作物系数”（Kc）——这个连接气候蒸发力与作物实际耗水的关键参数。现有的标准值往往与当地独特的“稀树草原气候+特定品种”现实脱节，导致灌溉决策偏差。为此，一项发表在《Irrigation Science》上的研究，决心为巴西甘蔗产业打造一把更精准的“用水量尺”。

研究方法概览

研究团队采用了“硬数据+精模型”的双重验证策略。首先，他们利用高精度的称重式蒸渗仪（Lysimeter）直接测定了甘蔗的实际耗水量（ETc_L），这是获取真实数据的“金标准”。在此基础上，结合FAO-56模型，系统对比了单作物系数（Kc）与更先进的双作物系数（Kc_dual，区分土壤蒸发和植物蒸腾）的差异，并评估了查表值、实验值与估算值在灌溉模拟中的实际表现。研究对象覆盖了首茬蔗（Plant cane）和第一季宿根蔗（Ratoon）的完整生长周期。

研究结果深度解析

1. 耗水真相：首茬蔗竟是“大水牛”

蒸渗仪的直接测量揭示了惊人的水量差距。首茬蔗（Plant cane）在整个生长周期共消耗了1756.5 mm的水，而第一季宿根蔗（Ratoon）仅为1201.4 mm。这意味着，首茬蔗的耗水量比宿根蔗高出近50%。这一数据警示农民，对于新植蔗苗，必须准备更充足的水源保障。

2. 系数之争：单系数（Kc）的局限性

在对比不同来源的作物系数时，单系数（Kc）表现出了明显的不稳定性。对于首茬蔗，蒸渗仪实测的Kc值与文献值较为接近；但对于宿根蔗，实测值却与文献值差异显著。这表明，传统的单系数法在应对不同生长周期（尤其是再生作物）时，可靠性会大打折扣。

3. 双系数（Kc_dual）的胜利：稳定性与通用性

相比之下，双作物系数（Kc_dual）展现出了优异的鲁棒性。无论是首茬蔗还是宿根蔗，其双系数值都非常相似。这种稳定性意味着，双系数模型能够更好地捕捉作物本身的生理耗水规律，受外部环境波动的影响更小，更适合作为跨周期的通用标准。

4. 灌溉模拟：用对系数才能“省水又增产”

研究通过模拟灌溉深度，量化了使用不同系数的经济与生态价值：

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  首茬蔗场景：使用蒸渗仪实测Kc（Kc_L）或实验双系数（Kc_{dual E}）会导致灌溉量增加（+10.3%至+6.6%），这有助于避免因缺水导致的减产风险，适合高产目标。而使用估算系数（Kc_SE和Kc_{dual e}）则能实现节水（-11.2%至-0.8%），适合水资源紧张区域。
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  宿根蔗场景：所有系数均指向了更低的灌溉深度（降幅-3.6%至-27.1%）。这颠覆了传统认知，明确提示对于宿根蔗，盲目按照首茬蔗的标准大水漫灌，将造成严重的水资源浪费。

结论与产业意义

这项研究证实，将蒸渗仪实测数据与FAO-56双系数模型相结合，能够为巴西稀树草原的甘蔗灌溉提供高度本地化、高精度的决策工具。它不仅解决了“不同生长周期耗水差异大”的难题，还通过双系数模型提升了在多变气候下的适应性。对于产业而言，这意味着在旱季，农民可以像“拧水龙头”一样精确控制灌溉量：既能在关键生长期保障产量，又能在宿根期避免无效蒸发，实现每一滴水的价值最大化。尽管研究也指出了蒸渗仪实验存在的边界效应等局限，但这无疑为全球旱作农业的精准用水树立了新的标杆。