第一章1 农田土壤水分状况

1、第一节第一节 农田土壤水分状况农田土壤水分状况 第一章第一章 农田灌溉原理农田灌溉原理 农田水分：指农田中的地表水、土农田水分：指农田中的地表水、土 壤水和地下水（壤水和地下水（图图）。）。 地表水：地表积水。地表水：地表积水。 土壤水：存在于包气带中的水分。土壤水：存在于包气带中的水分。 地下水：饱水带中的重力水。地下水：饱水带中的重力水。 第一节第一节 农田土壤水分状况农田土壤水分状况 3 一、一、土壤水分形态及其有效性土壤水分形态及其有效性 水分形态水分形态 重力水重力水 悬着毛管水悬着毛管水 膜状水膜状水 吸湿水吸湿水 0.0001 0.05 0.625 1.5 3.1 1000 最大

2、分子持水率最大分子持水率 含水率为含水率为0 过剩水过剩水 有效水有效水 难有效水难有效水 无效水无效水 无效水无效水 饱和含水率饱和含水率 田间持水率田间持水率 土土 壤壤 有有 效效 持持 水水 率率 土壤对水分土壤对水分 的吸力的吸力( (MPaMPa) ) 含水率及土含水率及土 壤水分常数壤水分常数 有效性有效性 吸湿系数吸湿系数 凋萎系数凋萎系数 4 二、农田水分状况二、农田水分状况 （一）旱作地区适宜的农田水分状况（一）旱作地区适宜的农田水分状况 不允许地表积水；不允许地表积水； 土壤适宜含水率为凋萎系数到田间持水率土壤适宜含水率为凋萎系数到田间持水率 之间；之间； 地下水位应维持

3、在根系吸水层以下一定距地下水位应维持在根系吸水层以下一定距 离处，以免发生渍害或盐碱化。离处，以免发生渍害或盐碱化。 5 二、农田水分状况二、农田水分状况 （二）水稻地区适宜的农田水分状况（二）水稻地区适宜的农田水分状况 传统采用淹灌法传统采用淹灌法. 缺水地区应推广控制灌溉等节水缺水地区应推广控制灌溉等节水 灌溉技术。灌溉技术。 除晒田期，地面维持适宜的水层深度或湿润度；除晒田期，地面维持适宜的水层深度或湿润度； 地下水位不宜过高地下水位不宜过高, 应保证一定的深层渗漏应保证一定的深层渗漏. 6 二、农田水分状况二、农田水分状况 （三）农田水分状况的调节（三）农田水分状况的调节 1农田水分过

4、多的原因及措施农田水分过多的原因及措施 原因原因: 降水量大降水量大; 洪水泛滥洪水泛滥; 地下水位过高等地下水位过高等. 形成的灾害：洪灾；涝灾；渍害形成的灾害：洪灾；涝灾；渍害 措施：措施： 防洪防洪整治排洪河道，兴修水库，加固堤防整治排洪河道，兴修水库，加固堤防 等。等。 防涝防涝开挖排水河道，修建排涝闸、站等。开挖排水河道，修建排涝闸、站等。 防渍防渍开挖田间排水沟，防止过量灌溉等。开挖田间排水沟，防止过量灌溉等。 7 二、农田水分状况二、农田水分状况 （三）农田水分状况的调节（三）农田水分状况的调节 2农田水分过少的原因及调节措施农田水分过少的原因及调节措施 原因：降雨少，土壤持水能

5、力差等。原因：降雨少，土壤持水能力差等。 措施：措施： 灌溉灌溉主要措施；主要措施； 疏松土层疏松土层减少土壤蒸发；减少土壤蒸发； 地表覆盖地表覆盖阻止土壤蒸发；阻止土壤蒸发； 化学抗旱化学抗旱减少叶面蒸腾。减少叶面蒸腾。 8 （一）土壤含水率的表示方法（一）土壤含水率的表示方法 1.以水重占干土重的百分数表示（即重量含水率）以水重占干土重的百分数表示（即重量含水率） 2.以水体占土壤体积的百分数表示（即体积含水率）以水体占土壤体积的百分数表示（即体积含水率） 三、土壤含水率的测定和表示方法三、土壤含水率的测定和表示方法 %100 烘干土重量 烘干土重量湿土重量 重 %100%100 水的容重

6、 土壤干容重 土壤体积 土壤水分体积 重 体 9 （一）土壤含水率的表示方法（一）土壤含水率的表示方法 3.以水体占土壤孔隙体积的百分数表示以水体占土壤孔隙体积的百分数表示 4.以土壤实际含水量占田间持水量的百分数表示以土壤实际含水量占田间持水量的百分数表示 三、土壤含水率的测定和表示方法三、土壤含水率的测定和表示方法 %100%100 土壤孔隙率水的容重 土壤干容重 孔隙体积 土壤水分体积 重 孔 %100 田间持水率 重 相 10 （二二）土壤含水量的测定方法土壤含水量的测定方法 1感观法感观法 2. 烘干称重法烘干称重法 3张力计（负压计）法张力计（负压计）法 4. 时域反射仪法时域反射

7、仪法 （TDR法）法） 5. 中子水分仪法中子水分仪法 三、土壤含水率的测定和表示方法三、土壤含水率的测定和表示方法 0 0 =100 （盒+湿土重）-（盒+干土重） 土壤含水率 （盒+干土重）-盒重 11 四、土壤水分运动方程四、土壤水分运动方程 K 水力传导度，当土壤饱和时称为渗透系数，水力传导度，当土壤饱和时称为渗透系数， 表征土壤对水分流动的传导能力，在数量上等表征土壤对水分流动的传导能力，在数量上等 于单位水力梯度下，单位时间内通过单位土壤于单位水力梯度下，单位时间内通过单位土壤 断面的水流量。断面的水流量。 称为扩散度，表示单位含水率梯度下通过称为扩散度，表示单位含水率梯度下通过

8、单位面积的土壤水流量。单位面积的土壤水流量。 土水势：由重力势、压力势、基质势、溶质势和温度土水势：由重力势、压力势、基质势、溶质势和温度 势组成。势组成。 达西定律：达西定律： z Kvz D 12 入渗条件下的土壤水分运动入渗条件下的土壤水分运动 1 1、公式的推导、公式的推导 dz dx dz z v v z z z v 13 入渗条件下的土壤水分运动入渗条件下的土壤水分运动 2 2、方程、方程 tz K z D z 3 3、初始条件、边界条件、初始条件、边界条件 4 4、菲利普求得：、菲利普求得： f it S i 2 1 2 入渗速度：入渗速度： （单位：（单位：mm/hmm/h）

9、入渗总量：入渗总量： （单位：（单位：mmmm） tiStI f 2 1 14 入渗条件下的土壤水分运动入渗条件下的土壤水分运动 f i 稳定入渗率，相当于渗透系数稳定入渗率，相当于渗透系数 吸水率，与土壤含水率有关系。吸水率，与土壤含水率有关系。s 5、土壤水分入渗规律（土壤水分入渗规律（图图）：）： 入渗初期：入渗初期： , 2 1 2 t S i 2 1 2 1 ItSStI t 当当 ， f ii 15 入渗条件下的土壤水分运动入渗条件下的土壤水分运动 6、考斯加可夫经验公式考斯加可夫经验公式 tii 1 1 1 0 1 t i idtI t 8 . 03 . 0经验指数 1 i 第一

10、个单位时间末的入渗速度 16 导出思想 时 间T 入 渗 速 度i i1 t i 1 t 1lglg lglg 1 t ii tg t lgtlg1 lgit 1 lgi lgi lgT t iit 1 17 入渗试验例 t(min) i(mm/min) 17.4 25.81 35.04 44.56 54.2 103.3 152.87 202.59 302.25 501.88 1001.48 2001.16 lgtlgi 0.0 0.87 0.3 0.76 0.48 0.70 0.60 0.66 0.70 0.62 1.00 0.52 1.18 0.46 1.30 0.41 1.48 0.35

11、 1.70 0.27 2.00 0.17 2.30 0.06 351. 0k 8668. 0lg 1 bi bkxy设： 18 积水或径流 考斯加可夫经验公式应用例 19 五、五、SPAC系统的概念系统的概念 1.1.定义：在水势梯度作用下，土壤水分被作物吸收、定义：在水势梯度作用下，土壤水分被作物吸收、 传输，并转化成水汽从叶面扩散进入大气的连续传输，并转化成水汽从叶面扩散进入大气的连续 过程，这样一个过程形成了一个统一的过程，这样一个过程形成了一个统一的, ,动态的动态的 系统系统, ,即土壤即土壤- -作物作物- -大气连续体（大气连续体（Soil-Plant- Atmosphere C

12、ontinuum)。 2.2.SPACSPAC是一个物质和能量的连续系统。是一个物质和能量的连续系统。 3.3.影响植物吸水的因素：大气状况、土壤含水率及影响植物吸水的因素：大气状况、土壤含水率及 其导水能力、作物输水能力及根系的吸水能力等其导水能力、作物输水能力及根系的吸水能力等 4.4.凋萎系数并不是一个固定不变的土壤特性常数凋萎系数并不是一个固定不变的土壤特性常数 20 结 束 21 饱水带 气态水、吸着水 气态水、吸着水、薄膜水 毛细带表面 地下水面（潜水面） 潜水重力水 毛细水为主毛细水为主 包气带 农田水分 22 吸湿水：不能移动的分子状态水。吸湿水：不能移动的分子状态水。 吸湿系

13、数：吸湿系数：吸湿水达到最大时的土壤含水率。吸湿水达到最大时的土壤含水率。 膜状水：可作微小移动的液态水膜膜状水：可作微小移动的液态水膜 最大分子持水率：最大分子持水率：膜状水达到最大时的土壤含水膜状水达到最大时的土壤含水 率。率。 凋萎系数：凋萎系数：作物开始发生永久凋萎时的土壤含水作物开始发生永久凋萎时的土壤含水 率。率。 1 1吸着水吸着水 23 悬着毛管水：灌溉或降雨后，在毛管力作用下悬着毛管水：灌溉或降雨后，在毛管力作用下 保持在上部土层中的水分。保持在上部土层中的水分。 田间持水率田间持水率：悬着毛管水达到最大时的土壤悬着毛管水达到最大时的土壤 含水率。含水率。 土壤有效持水量土壤

14、有效持水量：土壤中能被作物吸收利用：土壤中能被作物吸收利用 的水量，即田间持水量与凋萎系数之间的土的水量，即田间持水量与凋萎系数之间的土 壤含水量。壤含水量。 上升毛管水：地下水沿土壤毛细管上升的水分。上升毛管水：地下水沿土壤毛细管上升的水分。 2 2毛管水毛管水 24 3 3重力水重力水 土壤中超过田间持水率的那部分水为重力水，土壤中超过田间持水率的那部分水为重力水， 又称过剩水。又称过剩水。 旱地应避免深层渗漏，以防止水的浪费和肥旱地应避免深层渗漏，以防止水的浪费和肥 料的流失。料的流失。 水田保持适宜的深层渗漏是有益的，会增加水田保持适宜的深层渗漏是有益的，会增加 根部氧分，有利于根系发

15、育。根部氧分，有利于根系发育。 25 时间t 入渗速度i i f 26 各种质地土壤的凋萎系数、田间持水量与有效水量 土壤质地土壤质地 凋萎系数凋萎系数 （重量）（重量） 田间持水量（田间持水量（ 重量）重量） 有效水量有效水量 （重量）（重量） 砂土 砂壤土、 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土 35 57 89 912 1217 816 1222 2028 2228 2330 511 715 1219 1315 1113 27 野外估测土壤含水量的经验 土质土质干干稍润稍润润润潮潮湿湿 砂性土砂性土( 沙 土 、沙 土 、 砂 壤 土砂 壤 土 、 轻 壤、 轻 壤 土土) 无 湿 的 感无 湿

16、 的 感 觉 ， 干 块觉 ， 干 块 可 成 单 粒可 成 单 粒 ， 含 水 量， 含 水 量 约约3% 微 有 湿 的 感微 有 湿 的 感 觉 ， 干 多 湿觉 ， 干 多 湿 少 ， 土 块 一少 ， 土 块 一 触 即 散 ， 土触 即 散 ， 土 壤 含 水 量 约壤 含 水 量 约 10% 有湿的感觉有湿的感觉 ，成块滚动，成块滚动 不散，土壤不散，土壤 含水量含水量15% 手触可留下湿的手触可留下湿的 痕迹，可捏成较痕迹，可捏成较 坚固的团块，土坚固的团块，土 壤含水量壤含水量20% 黏手，手捏时有黏手，手捏时有 渍水现象，可勉渍水现象，可勉 强搓成球及条，强搓成球及条， 土

17、 壤 含 水 量 约土 壤 含 水 量 约 25% 壤土壤土 无 湿 的 感无 湿 的 感 觉 ， 含 水觉 ， 含 水 量约量约4% 微 有 湿 的 感微 有 湿 的 感 觉 ， 含 水 是觉 ， 含 水 是 10%左右左右 有湿的感觉有湿的感觉 ，手指可搓，手指可搓 成薄片状，成薄片状， 土壤含水量土壤含水量 15%左右左右 有可塑性能，易有可塑性能，易 成球条，土壤含成球条，土壤含 水量水量25% 黏手，如同浆糊黏手，如同浆糊 状，可勉强成团状，可勉强成团 块状，土壤含水块状，土壤含水 量约量约30% 黏性土黏性土( 轻 黏 土轻 黏 土 、 中 黏、 中 黏 土 、 重土 、 重 粘土粘土) 无 湿 的 感无 湿 的 感 觉 ， 土 块觉 ， 土 块 坚 埂 ， 土坚 埂 ， 土 壤 含 水 量壤 含 水 量 在在 5%10% 微 有 湿 的 感微 有 湿 的 感 觉 ， 土 块 用觉 ， 土 块 用 力 捏 碎 时 ，力 捏 碎 时 ， 手 指 感 到 痛手 指 感 到 痛 ， 含 水 量， 含 水 量 10%15% 有湿的感觉有湿