修订版FAO56指南中计算作物需水量的创新：数据、计算方法、灌溉与气候变化挑战

《Water》：Innovations in the Revised FAO56 Guidelines for Computing Crop Water Requirements: Data, Calculation Methods, Irrigation, and Climate Change Challenges Luis S. Pereira, Maher Salman, Paula Paredes, Ramón López-Urrea and Richard G. Allen

　　

FAO灌溉与排水第56号文件（FAO56）自1998年首次出版以来，已被广泛视为估算作物蒸散发（crop evapotranspiration, ET）和计算各种条件下作物需水量的综合指南，支持农业水资源的高效管理。在过去的28年中，科学技术在农业生产力和水资源调动、利用和管理方面，以及在研究进展、数据可用性和管理以及建模能力和使用方面都显著发展。然而，这些改进是在日益紧迫的挑战背景下取得的，特别是气候变化和水资源短缺所带来的挑战。因此，考虑到所有近期知识进展，该指南的更新版本（FAO56 Rev.1）最近已发布。本文总结并强调了修订版所纳入的主要特点和创新。

**论文解读：修订版FAO56指南的创新与进展**

**研究背景与问题**
气候变化与水短缺加剧了全球农业用水的不确定性，导致作物需水量上升、土壤水分加速消耗。FAO灌溉与排水第56号文件（FAO56）自1998年发布以来，作为估算作物蒸散发（crop evapotranspiration, ET）和计算作物需水量的权威指南，被广泛应用于水资源管理。然而，近28年来，科技在数据获取、遥感监测、物联网（IoT）、机器学习（machine learning, ML）等领域取得重大进展，农业生产力与水资源管理需求同步提升。同时，原有指南在数据质量控制、作物系数（crop coefficient, K_c）更新、气候变化适应等方面存在不足，难以应对日益严峻的水资源竞争与气候挑战。因此，研究人员发布了修订版（FAO56 Rev.1），旨在整合最新研究成果，提升计算精度，支持可持续灌溉管理。该论文发表在《Water》期刊。

**研究内容与结论**
研究人员系统总结了FAO56 Rev.1的主要创新，包括：完善参考蒸散发（reference evapotranspiration, ET_o）的唯一标准（FAO Penman-Monteith方程），强化数据质量评估方法；更新大量作物的K_c与基础作物系数（basal crop coefficient, K_cb）表格，引入热时间（growing degree days, GDD）描述生长阶段长度；扩展双作物系数法（dual crop coefficient）的应用，改进土壤蒸发系数（Ke）计算（如皮肤层方法）；细化水分胁迫系数（water stress coefficient, K_s）与盐分胁迫下的实际作物蒸散发（ET_{c act}）估算；覆盖多种农作管理情景（覆盖、间作、常绿作物等）；提出节水策略及遥感技术在作物系数估计中的应用。结论表明，修订版通过提升数据可靠性、保持标准一致性、扩展作物系数数据库、引入动态生长阶段描述和优化胁迫响应，显著增强了作物需水量计算的精度与适用性，为应对气候变化和水短缺提供了关键工具。

**关键技术方法（不超过250字）**
研究采用的核心方法包括：①基于FAO Penman-Monteith方程的参考蒸散发（ET_o）计算方法，作为唯一全球标准，通过估计缺失气象数据保留方程，并引入小时尺度计算；②单、双作物系数法，其中双系数法结合基础作物系数（K_cb）和土壤蒸发系数（Ke），通过皮肤层方法精确估算小或频繁湿润事件下的蒸发；③基于累积热时间（GDD）自动调整生长阶段长度，替代固定天数，适应气候变化；④土壤水平衡法计算水分胁迫系数（K_s），并整合盐分胁迫效应；⑤利用遥感技术从能量平衡、水分平衡等途径获取田块尺度作物系数（K_c或K_{c act}），支持实时灌溉调度；⑥数据质量评估方法（如检测偏差与缺失数据估计）被移至正文以强化应用。无具体样本队列来源。

**研究结果**

**2. 基础概念（Base Concepts）**
修订版更清晰地区分了参考蒸散发（ET_o）、标准作物蒸散发（ET_c）与实际蒸散发（ET_{c act}），并明确定义标准作物系数（K_c）与实际作物系数（K_{c act}）。双作物系数法被扩展，K_c分解为基础系数（K_cb，即蒸腾系数）与土壤蒸发系数（Ke），并详细讨论了影响因素、标准单位及田间测定方法。

**3. 参考蒸散发与数据（Reference ETo and Data）**
维持FAO Penman-Monteith ET_o方程作为唯一标准，建议在数据缺失时估计气象变量而非替换方程，并强调Hargreaves–Samani方程仅在适当参数化后可接受。修订版将数据质量评估方法从附录移至正文，重点关注太阳辐射、湿度、风速等易偏差变量，并指导利用再分析、网格化、卫星数据（如Meteosat Second Generation）但需校正。观测站点需具备充分灌溉的草面特征（高度≈12 cm），否则需谨慎处理。

**4. 标准与实际作物蒸散发：作物系数（Standard and Actual Crop ET: Crop Coefficients）**
基于25年来大量田间测量和遥感观测，更新了蔬菜、大田作物、果树、牧草、湿地植物等六大类作物的K_c和K_cb表格。引入GDD描述生长阶段长度，使阶段时长随温度自动调整。双系数法中土壤蒸发系数采用皮肤层方法，水分胁迫系数基于可用水总量（TAW）与易利用水（RAW）计算，盐分胁迫整合土壤盐度与作物耐受性。此外，提出基于地面覆盖率和作物高度的扩展方法估算实际作物系数，尤其适用于果园（因树间距、冠层大小差异大）。

**5. 不同农作管理实践下的实际作物蒸散发（ETc act Under Various Crop Management Practices）**
扩展了覆盖（塑料/有机覆盖、免耕）、间作（包括套作双系数应用）、重叠植被、越冬作物结冰期、常绿树全年蒸散发等情景的ET_{c act}计算方法。节水策略聚焦于区分消耗性用水（通过改进灌溉调度、整合农艺管理提升水分生产效率）与非消耗性用水（优化灌溉系统效率、减少输水损失）。遥感技术被用于近实时监测和K_c/K_cb开发。

**总结讨论与结论翻译**
讨论部分强调：面对农业用水挑战，需持续创新方法以提升水资源管理效果。修订版通过增强气象数据质量与代表性、提高土壤和作物数据精度、优化计算分析流程，以及整合先进信息技术，能够更有效地应对气候变化与水短缺。结论部分指出：FAO56 Rev.1扩大了评估和校正气象数据质量的程序，确保计算可靠性，尤其适用于干旱缺水地区；继续采用FAO Penman-Monteith ET_o作为唯一标准，保证了全球气候区的一致性；整合网格化、卫星再分析等新数据源，使其在数据稀缺的半干旱和干旱区域也能应用。作物蒸散发确定得到全面更新，强调田间观测与单、双系数法的改进；基于GDD的热时间法能动态适应气候变暖对生长阶段的影响。节水策略（如改进灌溉调度、遥感监测、先进系数估计）涵盖了消耗性与非消耗性用水。更新指南为决策支持系统提供了稳健、可定制的方法，支持农民和利益相关者优化灌溉用水分配，减少环境影响，从而促进农业水资源的可持续管理。