农田水分状况和土壤运动讲解

1、蟀2农田水利学第一章农田水分状况和 土壤运动第一节 农田水分状况农田水分状况指 农田地向水、上跳水和地卜冰的多少、 存在的形式及式在时空上的变化。一切农田水利措施， 归根结底都是为了调节和控制农田水分状况，以改善上 壤中的水、肥、热、气状况，并给农田小气候有利的影 响，达到促进农业增产的目的。因此，研究农田水分状况对于农田水利的规划、设计、 及管理工作都有十分重要的意义。第一节农田水分状况1. 土壤水分的存在形式分类地面水图与作物生长最密切物理形态划分固态：土壤冻结时才存在液态：土壤水分存在的主 要形态汽态：未被水分占据的土 壤孔隙中，含量少农田水利学运动特性划分吸着水毛管水吸湿水:薄膜水 上

2、升毛管水.悬着毛管水第一节农田水分状况一、农田水分存在的基本形式2. 土壤水分的存在形式分类。吸湿水：紧束于土粒表面，不能在重力和毛管力作用下移动。薄膜水：吸附于吸湿水外部，沿土粒表面进行速度极小的移 动毛管水：在毛管作用下土壤中所能保持的那部分水分，亦即 在重力作用下不易排除的水分中超出吸着水的部分。，上升毛管水：地下水沿土壤毛细管上升的水分。悬着毛管水：不受地下水补给时，上层土壤由于毛细管作用所能保持的地面渗入的水分。O ,水：土壤中超出毛管含水率的水分在重力作用下很容易排出，这种水称为重力水。兰加农田水利学一、农田水分存在的基本形式1. 土壤水分的存在形式分类吸湿水对植物有效水第一井农田

3、水分状况K农田水利学松束缚水，max薄膜水一最大分子 持水量紧束缚水（无效水），max吸湿水一 吸湿系数薄膜水毛管水一、农田水分存在的基本形式2. 土壤水分常数根据土壤水分形态概念，土壤中所保持的各种类型的水分 都可用数量表示出来，而且在一定条件下，每种土壤中各 种形态水分的最大量又经常相对稳定在一定的数量范围内。我们将其称为土壤的水分常数。吸湿系数：土壤的吸湿水达到最大时的土壤含水量，又称最大吸湿量，不能被作物吸收利用。凋萎系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水量，其数量 包括全部的吸湿水和部分薄膜水。它是作物可利用水量的下限,可用吸湿系数的1.52.0倍代替凋萎系数,也可通过实测求得.第一井农

4、田水分状况卜留，,农田水利学 一、农田水分存在的基本形式2. 土壤水分常数田间持水量：土壤中悬着毛管水达到最大时的: 土壤含水量.此时土壤毛管力在0.10.3atm之间:该指标是农田灌溉中应用最广泛的指标之一 O它是土壤在不受地下水影响下所能保持水分的最大数量指标。它是土壤中对作物有效水的上.以它作为计算灌溉定额的依据。第一井农田水分状况二:匚二二匚侵出农田水利学一、农田水分存在的基本形式2. 土壤水分常数饱和含水量（全持水量）：土壤所有孔隙全部 充满水分时的含水量.此时，土壤通气性差，不利于旱作物生长发乳 它常做为表示土壤水分饱和度的标准，是计i算淹灌稻田各种水量的依据.第一节农田水分状况农

5、田水利学一、农田水分存在的基本形式3. 土壤水分常数，东商美施工S而永芬露薮亮东甬嬴箕至量澳定宇 土壤的质地和结构状况。一般情况下，质地和结构相近的土壤，它们的各种 水分常数大体相近；但质地和结构不同的土壤当达到;某一水分常数时，虽然其含水量各不相同，但其被土 :壤所保持的力是相同的，亦即其对植物有效性是相同 ，的。一般土壤质地粘重，有机质含量高，结构良好的土农田水利学壤保蓄的水分较多，其土壤水分常数值也相应较高。第一节农田水分状况一、农田水分存在的基本形式3. 土壤水分对作物的有效性。土壤水分有效性是指土壤水分是否可被作物吸收利用，及 其被利用的难易程度。O土壤水分对作物有效性的高低，主要取

6、决于它存在的状态、 性质和数量，以及作物吸水力和土壤吸水力之差。作物蒸腾,根系吸水供水f凋姜'暂时调萎:永久凋萎A当土壤水分处于凋萎系数时，土壤的持水力与作物的吸水力基本 相等（作物吸水力大约为15alm）,作物吸收不到水分，因此，凋 篓系数是土壤有效水分的下限.»早地土壤中，田间持水量是土壤有效水分的上限.匚:匚二（二一、农田水分存在的基本形式4. 土壤水分对作物的有效性»土壤有效水量的多少主要受土壤质地、结构及有机质含 量的影响。农田水利学第一节农田水分状况A一般壤质土有效水含量最多，砂质土含量最少.质地粘 重，结构不良的粘质土，其e田持t, 6微类t,贝帕有效

7、并不质地名称地区和土壤田间持水土凋萎系数有效水范围细砂土辽西风砂土4.51.82.7粉壤上蒲城娄士20.77.812.9粉粘土嫩江黑土23817.464高©不同土壤有效水范围（重量%）一、农田水分存在的基本形式+以重量百分数表示（重量/%）:5. 土壤含水量的表示、计算与测定I I舞今止原土壤重一烘干土重水重 U襄含水鼠=寿三X 1 0% = T7T , -r.X 1 0旅烘干土重烘干土重以容积百分数表示（容积/%）:上壤含水量水分容枳一上壤容枳水分卡精 烘I二土审100归为匕生二兆生将咻 烘上里/土壤容重-口襄重量含水量X上堆容里 对水稻而言则要求农田具有适宜的淹灌水层.土壤水分特

8、征曲线今土壤水分特征曲线不是单值函数。土壤在释水和吸水时土壤吸力不同，存在滞后效应。今瓶颈作用是产生滞后效应的原因。二、作物生长对农田水分状况要求由于作物所需的水分是通过根系吸收土壤中的水分而得到 的，对于不同的作物而言，其对农田水分状况的要求是不 一样的。O 旱作物要求农田具有适宜的含水率;今土壤水吸力：可以简单理解为土壤颗粒 对水分的吸附力。是基质势与溶质势之和的负数。“土壤水分特征曲线：表示土壤水分和土 壤吸力（负压）之间的关系曲线。第一节农田水分状况A进行含水量和土壤吸力之间的转换A间接反映土壤孔隙的大小s=4(y / dA分析不同质挑土壤的持水性能A为土壤水分定1=|=: (委分析提

9、供参数。第一节农田水分状况彳,-H经过一定 的时段降雨停山时二、作物生长对农田水分状况要求地下水位埋深较大饱和含奎 < I 田间持娄十降雨或灌水后不同深度土层的湿润过程二、作物生长对农田水分状况要求2）当地下水位埋深较小，作物根系吸水层上面受地面水补给，而下面又 受上升毛管水的影响时，土层中含水率的分布和随时间的变化情况含水率 e（«）身水拿督）悒«含水率,:i* - ; k L(e:忸塞Ittl和含水*上,K农田水利学第一节农田水分状况二、作物生长对农田水分状况要求1.早作物对农田水分状况的要求旱作物根系吸水层中允许的平均最大含水率为田间持水率。通常地面不允许积水；

10、地卜水位必须维持在根系吸 水层以下一定深度处。地下水位对作物根系吸水层内土壤含水量分布的影响第一节农田水分状况农田水利学二、作物生长对农田水分状况要求 由于大气的温度过高和相对湿度过低，阳光过强，或遇到F热风 造成植物蒸腾耗水过大，都会使根系吸水速度不能满足蒸腾需要， 这种情况谓之大气干旱。 当土壤含水率过低，会出现植物根系从土壤中所能吸取的水量难 于满足叶面蒸腾的消耗，而影响作物的生长，这种现象称为土壤干 旱。大气干旱和土壤干旱都会造成作物生理干旱。等加农田水利学 当植物根部从土壤中吸收的水分来不及补给叶面蒸腾时，植物体 内水分就会不断减少，特别是叶片水分迅速降低，从而影响植物体 水分平衡和

11、协调，这种现象称为作物生理干旱。第一节农田水分状况二、作物生长对农田水分状况要求凋萎系数不仅决定于土壤性质，它还与土壤溶液浓度、作物 种类和生育期有关。使土壤溶液浓度不超过作物在各个生育期所容许的最高值是确定 根系吸水层土壤最低含水率的一个重要指标。以盐渍土为例，根系吸水层内土壤含水率应不小于:乂 oo%式中：S为根系吸水土层中易溶于水的盐类数量（占干土重的百分数）；C为允许的盐类溶液浓度（占水重的百分数）；为按盐类溶液浓度要求所规定的最小含水率（占干土重的百分数）。二、作物生长对农田水分状况要求2 .水稻地区的农田水分状况水稻采用淹灌的方法.灌溉水层上下限的确定，对水稻生产具 有重要的实际意

12、义.通常根据作物品种、生育阶段、自然环境及人 为条件由经验来确定。近几年来，安徽、江苏、山东、湖南、四川、湖北、广西等省 （自治区）通过试验逐步形成了 “浅水灌溉”、“间歇灌溉”、“浅、 晒、湿”灌溉、“浅、晒、深、湿”等节水型灌溉方式。,二、作物生长对农田水分状况要求3 .农田水分状况的调节措施在天然的条件下，农田水分状况和作物需水要求通常是不相适 应的.在某些年份或某些时间段内，农田常会出现水分过多或者水 分不足的现缭.A农田水分过多的原因：大气降水补给农田水分过多；洪水泛滥、湖泊漫溢、海潮侵 袭或坡地地面径流汇集等使低洼地积水成灾：地下水位过高， 上升毛管水不断向上补给；或因地下水从坡地

13、溢出，大量补给农 田水分；地势低洼，出流条件不好。调节措施：分析农田水分过多成灾的原因，采取适当的技术措施，加以治理。第一节农田水分状况农田水利学雨利用量，提高土壤的蓄水保埔能力。农田水利学二、作物生长对农田水分状况要求3.农田水分状况的调节措施农田水分不足的原因：。降雨量不足；。降雨入渗量少，径流损失较多；。土壤保水能力差，渗漏及蒸发损失水量过大。调节措施:Q灌溉是补充土壤水分的主要方法。采用适当的农业技术措施可以改善土壤结构，增加降农田水分状况二、作物生长对农田水分状况要求3.农田水分状况的调节措施 因河湖泛滥而形成的灾害称为“洪灾”；降雨过多，积水难排，酿成灾害，叫做“涝灾” 因降雨、灌

14、溉水量太多，或因地下水补给水量太多，使土 壤长期过湿，危害作物生长，叫做“渍害”； 在我国北方地区，当地下水位过高，蒸发强烈时，往往 诱发土壤次生盐碱化。这四种灾害有时单独发生，有时同时出现。需要根据灾害 发生的原因，采取不同措施或综合措施。第一章农田水分状况和土壤运动第二节土壤水分运动二、土壤水分运动1.入渗条件下土壤水分运动降雨和灌水时水分向土壤中入渗，入渗速度、一定时段内 的累计入渗量、入渗后水分在土壤剖面上的分布是确定灌 水定额、制定灌溉制度的依据。0(1)入渗过程的一般规律i,，和 J关系 曲线示意 图内就接近于土壤的饱和含水率。今随着入渗时间的延长，由于入渗路径加长，从地面到入渗锋

15、面的水势梯度逐渐减小，所以入渗速度也不断地减小最后趋于一稳定值，它接近于土壤的渗透系数K。今通常以入渗速度及累积入渗水量与时间t的关系曲线描述 入渗规律。“当入渗前土壤的初始含水率很小时，地面维持有薄水层 的初始入渗速度很大，地面处的土壤含水率在很短的时间二、土壤水分运动1.入渗条件下土壤水分运动(1)入渗过程的一般规律二、土壤水分运动1.入渗条件下土壤水分运动(2)入渗量的计算一般情况下，乙一和J关系曲线可由田间双环入渗实验或实验室土柱入渗实验测定。生产实践中，常采用经验公式计算入渗速度和入渗量。1)考斯加可夫(A. H. KOCTJ1KOB)公式：if =，/ 式中：乙是任一时间的入渗速度

16、，以单位时间渗入土壤的水层厚度 (mm / min或cm / h)计；乙是第一单位时间末的入渗速度；纺入渗 时间(min或h)：。为经验指数，决定于土壤性质和初始含水率，。 =030.8。轻质土壤“fi小，重质土壤56大；初始含水率愈高，a 值愈小，一般土壤可取。=05。二、土壤水分运动1.入渗条件下土壤水分运动(2)入渗量的计算2)菲利普Q. R. Philip)入渗公式二、土壤水分运动1.入渗条件下土壤水分运动(2)入渗量的计算工)考斯加可夫公式累计入渗量与入渗时间的关系可用下式计算:式中：s为渗吸系数；)为稳定入渗速度；二者都是与土壤性质有关的参数, S值还与初始含水率有关。初始含水率越

17、低，S值愈大。在入渗初期，参数S起主要作用，相当于水平 渗吸的情况.随着入渗时间的增长，)参数则成为影响入渗的主要因素。 当应用菲利普(Philip)公式解决实际问题时，入渗参数S和。常由入渗试验 求出。二、土壤水分运动1 .入渗条件下土壤水分运动(3)入浜时土塌划面含水量的计算在灌水和雨量稍大的降雨过程中，地表形成薄水层，当假定 地下水埋深较大，且剖面土壤含水率均匀分布时，土壤的入 渗可视为垂直一维入渗问题，其定解条件写为：!?=彖（。等）Ot OZ020 2t = 0,0 = 6ot >o,z = o,e = 03t >0,2-8,6 = 0Q不同灌水方法时的土壤入渗问题畦灌、

18、淹灌、漫灌时的入渗有水层的一维运动（农田水利学不同灌水方法时的土填入法问顾喷灌条件下的入渗自由入渗沟灌条件下的入渗二、土壤水分运动2 .蒸发条件下土壤水分运动无地下水位补给条件下的土壤水分蒸发蒸发过程中一般可分为三个阶段：第一阶段是稳定蒸发阶段；第二阶段开始于土壤含水率逐渐减少到在。称为蒸发强度递减阶段；第三阶段：蒸发强度不仅取决于干土层厚度，而且取决于 干土层内水汽扩散的能力.二、土壤水分运动3 .蒸发条件下土壤水分运动(2)地下水位补给条件下的土壤水分蒸发当地下水位埋藏深度较浅时，表土蒸发消耗掉的水分在毛 管力作用下由地下水得到补给。当外界蒸发力不随时间而变时，土壤水分蒸发强度与潜水 向上

19、补给的通量处于相对平衡状态，形成稳定蒸发。这时 从地面到地下水位的剖面含水量分布及吸力分布也维持相 对稳定状态。第一章农田水分状况和 土壤运动第三节土壤一植物一大气连续体水分运移第三节土壤一植物一大气连续体水分运移1966年提出了较为完整的SPAC (soil-plant- atmosphere continuum)概念。水分经由土壤到达植物根表皮，进入根系后，通过植物茎， 到达叶片，再由叶片气孔扩散到大气层，形成一个统一的、 动态的相互连续系统。尽管介质不同，界面不一，但在物理 上都可看作为一个统一的连续体。水在该系统中的流动过程 互相衔接，而且完全可用统一的能量指标“水势”来研 究整个SPAC系统中各个环节能量水平的变化，并计算出水 流通量。作物对水分的吸收、运输和散失根系吸水水经叶脉叶 肉细胞 气孔腔气孔散人大气>水流通量的计算"s 一"r =已一例=% 一%小 一 R： 一 式中：。为水流通量；(P 5、 (P r > 9 1、 4分别为土 水势、根水势、叶水势、和大气水势；R"、Rrl、RJa 分别为土壤水分通过土壤到达根表皮，