TCCSTCCSGuidelinesformaize,winterwheat,andcottoIT/CI881—2025前言 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14指標(biāo)體系構(gòu)建原則 35大氣水分與干旱診斷 46土壤水分關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)測與干旱診斷 47作物水分關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)測與干旱診斷 58數(shù)據(jù)處理和分析 69作物水分診斷流程 6附錄A（資料性）不同地區(qū)玉米、冬小麥、棉花各生育階段水分診斷指標(biāo)閾值 8參考文獻(xiàn) T/CI881—2025本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國國際科技促進(jìn)會提出并歸口。本文件起草單位：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、西安天茂數(shù)碼科技有限公司、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)石羊河實(shí)驗(yàn)站、武威市水利科技推廣中心、武威市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心。本文件主要起草人：李思恩、李娜、吳超群、孫世坤、李莉、于海超、張宇翔、黃航行、邊江、陳俊英、張愈、王亞娟、張霽、張亮、王超、殷民興、胡鐵民、畢文濤、韓萬海、劉興成。T/CI881—20251玉米、冬小麥和棉花水分診斷指南本文件確立了玉米、冬小麥和棉花水分診斷指標(biāo)體系構(gòu)建原則，給出了關(guān)鍵水分診斷指標(biāo)、指標(biāo)監(jiān)測方法、指標(biāo)閾值等信息。本文件適用于北方地區(qū)玉米、冬小麥和棉花等作物的水分診斷。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T20481—2017氣象干旱等級GB/T33705土壤水分觀測頻域反射法GB/T34810作物節(jié)水灌溉氣象等級玉米GB/T34811作物節(jié)水灌溉氣象等級小麥GB/T34812作物節(jié)水灌溉氣象等級棉花GB/T40039土壤水分遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)NY/T1121.22土壤檢測第22部分：土壤田間持水量的測定環(huán)刀法3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1水分moisturecontent物質(zhì)中所含水的量。注：通常以質(zhì)量百分比或體積百分比來表示。3.2水分診斷moisturediagnosis對大氣、土壤與作物中的水分含量及干濕狀態(tài)進(jìn)行評估與診斷。3.3氣象干旱meteorologicaldrought某時(shí)段內(nèi)由于蒸發(fā)量與降雨量的收支不平衡，水分支出大于水分收入而造成的水分短缺現(xiàn)象。3.4氣象干旱指數(shù)meteorologicaldroughtindex利用氣象要素，根據(jù)一定的計(jì)算方法所獲得的指標(biāo)，來監(jiān)測或評價(jià)某區(qū)域某時(shí)間段內(nèi)由于天氣氣候異常引起的水分虧欠程度。3.5降水量距平百分率percentageofprecipitationanomalies某時(shí)段的降水量與常年同期氣候平均降水量之差與常年同期氣候平均降水量相比的百分率。3.6相對濕潤度指數(shù)relativehumidityindex表征某時(shí)段降水量與蒸發(fā)量之間平衡的指標(biāo)之一，為大氣降水量與潛在蒸散量差值與潛在蒸散量的T/CI881—202523.7標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)standardizedprecipitationindex表征某時(shí)段降水量出現(xiàn)的概率多少的指標(biāo)。注：適合月以上尺度相對當(dāng)?shù)貧夂驙顩r的干旱監(jiān)測與評估。3.8帕默爾干旱指數(shù)Palmerdroughtindex依據(jù)土壤水分平衡原理建立，用于表征某時(shí)間段某地區(qū)土壤實(shí)際水分供應(yīng)相對于當(dāng)?shù)貧夂蜻m宜水分供應(yīng)的虧缺程度。3.9綜合氣象干旱指數(shù)comprehensivemeteorologicaldroughtindex由近30d和近90d降水量標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)以及近30d相對濕潤度指數(shù)進(jìn)行綜合而得，能反映短時(shí)間尺度（月）和長時(shí)間尺度（季）降水量氣候異常情況，和短時(shí)間尺度（影響農(nóng)作物）水分虧欠情況。3.10田間持水量fieldcapacity土壤在排水后，水分含量在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到一個(gè)近乎恒定的值。3.11土壤含水量soilmoisturecontent土壤中水分的含量，表示土壤中水分的質(zhì)量與土壤干重的比值。注：通常以百分?jǐn)?shù)形式表示。3.12土壤相對濕度relativemoistureofsoil重量含水量占田間持水量的比值。注：通常以百分?jǐn)?shù)形式表示。3.13土水勢soilwaterpotential單位質(zhì)量的水在土壤中所具有的能量狀態(tài)。注：通常用來描述水分在土壤中的運(yùn)動(dòng)能力。3.14葉片含水量leafmoisturecontent葉片中水分的含量，反映了葉片的水分狀態(tài)和植物的水分狀況。注：通常以百分比表示。3.15葉水勢leafwaterpotential衡量植物葉片水分狀態(tài)的指標(biāo)，反映了葉片水分的吸力或壓力狀態(tài)。注1：通常以負(fù)值的帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）表示。3.16蒸騰速率transpirationrate植物通過葉片、莖和花等地上部分向空氣中釋放水分的速率，主要通過葉片上的氣孔以水蒸氣的形式散失。3.17作物水分脅迫指數(shù)cropwaterstressindex；CWSI基于作物溫度測量、用于量化植物水分狀況的指標(biāo)。T/CI881—20253注1：主要用于農(nóng)場或者區(qū)域尺度作物水分診斷。注2：CWSI的計(jì)算旨在通過參考溫度對測量的葉片溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以消除對周圍環(huán)境條件（如空氣溫度、濕度、3.18作物水分虧缺指數(shù)cropwaterdeficitindex；CWDI用來衡量作物在特定時(shí)間段內(nèi)水分供應(yīng)與需求之間差異的指標(biāo)。注1：通常以百分比表示。注2：CWDI的計(jì)算考慮了作物的需水量和實(shí)際的水分供應(yīng)量，包括降水和灌溉等。該指數(shù)能夠反映作物水分虧缺的3.19冠層溫度canopytemperature地表植物冠層的平均溫度。注：通常用來表示地表植被的熱力狀態(tài)和水分3.20莖稈直徑變化stemdiametervariations植物莖稈由于水分含量的變化而發(fā)生的日周期性膨脹和收縮現(xiàn)象。4指標(biāo)體系構(gòu)建原則4.1目標(biāo)明確性作物水分診斷指標(biāo)體系的構(gòu)建是為了準(zhǔn)確評估作物的水分狀況，指導(dǎo)灌溉管理，提高水分利用效率，并確保作物健康生長。指標(biāo)體系宜針對特定的作物和生長階段，明確診斷的目的和應(yīng)用場景。4.2科學(xué)性所選指標(biāo)宜基于作物水分關(guān)系和植物生理學(xué)的科學(xué)原理，確保診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。4.3綜合性指標(biāo)體系宜綜合考慮作物的生理需求、土壤水分狀況、氣候條件、灌溉系統(tǒng)特性等多方面因素。4.4實(shí)用性指標(biāo)宜易于獲取和測量，數(shù)據(jù)來源宜方便可得，適合在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。4.5動(dòng)態(tài)性指標(biāo)體系宜反映作物在不同生長階段和不同環(huán)境條件下的水分變化，具有時(shí)效性。4.6層次性指標(biāo)體系宜有層次分明的結(jié)構(gòu)，區(qū)分主要指標(biāo)和輔助指標(biāo)，以及宏觀和微觀層面的評估。4.7可度量性所選指標(biāo)宜能夠量化，便于通過數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析和處理。4.8代表性指標(biāo)宜具有代表性，能夠反映作物水分狀況的主要特征和關(guān)鍵問題。4.9系統(tǒng)性指標(biāo)體系宜體現(xiàn)作物水分狀況的系統(tǒng)特性，包括水分的吸收、運(yùn)輸、消耗和損失等過程。4.10適應(yīng)性T/CI881—20254指標(biāo)體系宜適應(yīng)不同的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)和種植模式，具有一定的靈活性和調(diào)整空間。4.11環(huán)境友好性在指標(biāo)體系構(gòu)建時(shí)，宜考慮環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求，避免對生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。4.12法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)遵循遵循國家和地方關(guān)于農(nóng)田灌溉、水資源管理和環(huán)境保護(hù)的相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。5大氣水分與干旱診斷5.1基于降水量距平百分率的診斷該指標(biāo)適用于觀測資料較少區(qū)域，按數(shù)值范圍劃分為五個(gè)等級，分別對應(yīng)無旱、輕旱、中旱、重旱和特旱，每個(gè)等級在不同時(shí)間尺度（月、季、年）下對應(yīng)不同的范圍，按GB/T20481—2017執(zhí)行。5.2基于相對濕潤度指數(shù)的診斷對于有大氣降水量與潛在蒸散量數(shù)據(jù)的區(qū)域可用該指數(shù)診斷，按數(shù)值范圍劃分為五個(gè)等級，同5.1，按GB/T20481—2017執(zhí)行。5.3基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的診斷該指數(shù)是表征某時(shí)段降水量出現(xiàn)概率的指標(biāo)，其干旱等級劃分與計(jì)算按GB/T20481—2017執(zhí)行。5.4基于帕默爾干旱指數(shù)的診斷該指數(shù)用于月尺度的水分盈虧監(jiān)測和評估，其干旱等級劃分與計(jì)算按GB/T20481—2017執(zhí)行。5.5基于綜合氣象干旱指數(shù)的診斷指數(shù)既反映月尺度和季尺度降水量氣候異常情況，又反映其水分虧缺情況，適用于氣象觀測資料較完善的區(qū)域。其干旱等級劃分與計(jì)算按GB/T20481—2017執(zhí)行。6土壤水分關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)測與干旱診斷6.1土壤含水量6.1.1在田塊尺度宜使用頻域反射法進(jìn)行觀測，按GB/T33705的規(guī)定執(zhí)行。6.1.2在農(nóng)場尺度，宜使用無人機(jī)掛載熱紅外、可見光、多光譜等相機(jī)開展對地觀測，同時(shí)用烘干法獲取不同點(diǎn)位的土壤水分真值，構(gòu)建其與水分敏感波段光譜指數(shù)的反演模型，進(jìn)而估算農(nóng)場不同灌溉單元的平均土壤含水量。6.1.3在灌區(qū)尺度，宜使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)平臺獲取遙感數(shù)據(jù)。通過遙感數(shù)據(jù)來反演區(qū)域的土壤水分含量。對于土壤水分遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)，按照GB/T40039的規(guī)定執(zhí)行。注：衛(wèi)星數(shù)據(jù)平臺如ESA的Sentinel-6.2田間持水量田間持水量的測定宜使用環(huán)刀法，測定方法和流程按照NY/T1121.22執(zhí)行。6.3土壤相對濕度6.3.1土壤相對濕度是土壤中水分的相對量，指土壤水分與其最大持水能力的比值，如公式（1）所示：R——土壤相對濕度，%；T/CI881—20255fc——土壤田間持水量，%。6.3.2土壤相對濕度干旱指數(shù)的計(jì)算按GB/T20481—2017中3.4.2的規(guī)定進(jìn)行。該指數(shù)是診斷土壤干旱最常用的指標(biāo)，玉米、冬小麥和棉花的診斷閾值見表A.1。6.4土水勢土水勢是常用的灌水指標(biāo)之一，可由張力計(jì)測定。一般當(dāng)冬小麥根系活動(dòng)層的土水勢降低到-30kPa、玉米根系活動(dòng)層的土水勢降低到-20kPa～-30kPa、棉花根系活動(dòng)層的土水勢降低到-30kPa時(shí)，宜進(jìn)行灌水。具體診斷閾值根據(jù)當(dāng)?shù)赝临|(zhì)和作物生長狀態(tài)而定。7作物水分關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)測與干旱診斷7.1葉片含水量7.1.1在田塊尺度上，可采用紅外光譜法對葉片含水量進(jìn)行連續(xù)測定，結(jié)合烘干法進(jìn)行校正。7.1.2在農(nóng)場尺度上，可利用無人機(jī)對地觀測，同時(shí)用烘干法獲取不同點(diǎn)位的葉片含水量真值，構(gòu)建水分敏感波段光譜指數(shù)與葉片含水量之間的反演模型，進(jìn)而估算其均值。7.1.3在灌區(qū)尺度上，可使用遙感植被數(shù)據(jù)反演葉片含水量的空間分布。7.2葉水勢可用壓力室法或近紅外光譜法測定葉水勢。該指標(biāo)是反映葉片水分狀況的重要指標(biāo)?；谌~水勢的灌水診斷閾值見表A.2。7.3作物冠層溫度冠層溫度是用于監(jiān)測植物水分狀況、健康狀況和生理狀態(tài)的重要輔助性指標(biāo)。冠層溫度反映了植物蒸騰速率、環(huán)境溫度和水分供應(yīng)之間的關(guān)系，常用于評估作物的水分脅迫水平、優(yōu)化灌溉管理和判斷作物健康狀況。7.4作物莖稈直徑變化莖稈直徑變化是反映作物水分狀態(tài)和生理活動(dòng)的輔助性指標(biāo)。在有觀測的地區(qū)可用該方法進(jìn)行診斷。莖稈直徑會隨作物水分狀況、蒸騰速率和環(huán)境條件的變化而動(dòng)態(tài)變化。7.5作物蒸騰速率蒸騰速率是表征作物水分消耗速率、輔助作物水分診斷的重要指標(biāo)，可由莖流計(jì)測定。7.6作物水分脅迫指數(shù)CWSI7.6.1田塊尺度，可利用紅外測溫儀或紅外熱像儀測量作物冠層溫度，結(jié)合測得的作物冠層溫度與理想的參考溫度，計(jì)算CWSI。7.6.2區(qū)域尺度，利用衛(wèi)星或無人機(jī)搭載的多光譜或熱紅外傳感器，選擇晴天、氣象穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)采集。獲取作物的熱紅外影像，并通過影像處理軟件計(jì)算冠層溫度。結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行CWSI計(jì)算。7.6.3常用計(jì)算公式見公式（2）：Tc——作物冠層實(shí)際溫度；Tmin——理想水分充足條件下的冠層溫度（最小值）；Tmax——極端水分虧缺條件下的冠層溫度（最大值）；Tmin與Tmax可通過假設(shè)冠層阻力為無窮大或處于潛在蒸散條件下獲得。7.6.4不同地區(qū)玉米、冬小麥、棉花各生育階段的CWSI閾值見表A.3。7.7作物水分虧缺指數(shù)CWDIT/CI881—20256作物水分虧缺指數(shù)是判斷作物水分狀況的重要指標(biāo)，可由公式（3）計(jì)算：ETpot——作物在水分不受限制情況下的潛在蒸散量；ETact——實(shí)際的蒸散量。ETpot的計(jì)算按照GB/T20481—2017中附錄C有關(guān)潛在蒸散量的計(jì)算方法執(zhí)行。ETact可用渦度相關(guān)儀或蒸滲儀等方法觀測獲取。8數(shù)據(jù)處理和分析8.1數(shù)據(jù)質(zhì)量控制8.1.1傳感器校準(zhǔn)與維護(hù)定期對所有傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。不同類型的傳感器在使用前和使用過程中都需進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除系統(tǒng)誤差。傳感器在長期使用過程中容易受環(huán)境因素影響，宜定期檢查和更換，以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。8.1.2數(shù)據(jù)采集頻率和時(shí)間選擇根據(jù)作物生長的敏感時(shí)期和監(jiān)測指標(biāo)的變化速率，調(diào)整數(shù)據(jù)采集頻率。例如，土壤水分變化較慢，可以選擇較低頻率采集；而作物蒸騰速率和冠層溫度變化較快，需高頻采集。選擇合適的時(shí)間段進(jìn)行監(jiān)測，如早晨和傍晚進(jìn)行葉片水勢測量，以減少環(huán)境波動(dòng)帶來的誤差。8.2數(shù)據(jù)融合與水分診斷模型8.2.1遙感與地面監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合利用遙感技術(shù)獲取大面積的作物冠層溫度、植被指數(shù)、地表水分等數(shù)據(jù)，與地面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)大范圍、多尺度的水分診斷。遙感數(shù)據(jù)可以補(bǔ)充地面?zhèn)鞲衅鞯牟蛔?，尤其在監(jiān)測范圍和時(shí)效性方面具有優(yōu)勢。8.2.2機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)（如隨機(jī)森林、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，提取復(fù)雜非線性關(guān)系，構(gòu)建作物水分與多源信息的學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)水分狀況的精準(zhǔn)預(yù)測和診斷。通過對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，可以提高模型對未來數(shù)據(jù)的預(yù)測精度。8.2.3多指標(biāo)綜合分析在觀測數(shù)據(jù)較多的地區(qū)，可將多個(gè)水分相關(guān)指標(biāo)（如土壤水分、冠層溫度、葉片水勢、莖稈直徑變化等）進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，建立作物水分診斷模型，從多角度評估作物的水分狀況。多指標(biāo)融合分析可提高整體診斷的準(zhǔn)確性。8.2.4模型校正與驗(yàn)證選擇合適的模型進(jìn)行多方面驗(yàn)證，獲得最優(yōu)的作物水分診斷模型，對于農(nóng)場或者灌區(qū)尺度尤為重要。9作物水分診斷流程9.1觀測資料充足區(qū)9.1.1首先進(jìn)行氣象、土壤與作物水分診斷指標(biāo)的監(jiān)測，數(shù)據(jù)校正與處理后，計(jì)算診斷指標(biāo)值。9.1.2進(jìn)行大氣干旱診斷，如大氣處于干旱狀態(tài)，則提前準(zhǔn)備應(yīng)急水源。9.1.3再進(jìn)行土壤水分狀態(tài)和作物水分狀態(tài)的診斷，如判斷作物處于干旱狀態(tài)，則開啟灌溉。T/CI881—202579.1.4玉米、小麥和棉花的灌溉量可按照GB/T34810、GB/T34811、GB/