第一章农田灌溉原理2012

1、第一章第一章 农田灌溉原理农田灌溉原理o 主要内容主要内容 o 1. 农田土壤水分状况农田土壤水分状况 o 2.作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 o 3. 非充分灌溉原理与作物水分生产函数非充分灌溉原理与作物水分生产函数 o 4. 灌溉用水量与灌水率灌溉用水量与灌水率第一节农田土壤水分状况第一节农田土壤水分状况 o 主要内容主要内容 o 1. 农田土壤水分存在的基本形式农田土壤水分存在的基本形式 o 2.土壤含水量的测定与表示方法土壤含水量的测定与表示方法 o 3. 土壤水分对作物生长的有效性土壤水分对作物生长的有效性 o 4. 农田土壤水分运动农田土壤水分运动 o 5. 土壤土壤植物

2、植物大气连续体水分运移大气连续体水分运移 o 6. 农田土壤水调控农田土壤水调控第一节：农田土壤水分状况第一节：农田土壤水分状况 o 基本要求：掌握农田土壤水分存在的基本形式（形基本要求：掌握农田土壤水分存在的基本形式（形态法与能量法）；掌握土壤含水量的表示方法与一态法与能量法）；掌握土壤含水量的表示方法与一定土层内土壤储水量的计算方法；了解农田土壤水定土层内土壤储水量的计算方法；了解农田土壤水分对作物生长的有效性。分对作物生长的有效性。 1. 农田土壤水分存在的基本形式农田土壤水分存在的基本形式 o 农田水分状况是指农田农田水分状况是指农田地面水、土壤水和地下水地面水、土壤水和地下水数数量的

3、多少、存在的形式及其在时空上的分布规律与量的多少、存在的形式及其在时空上的分布规律与变化情况。变化情况。 o 土壤水分存在的基本形式可分为土壤水分存在的基本形式可分为固态、液态和汽态固态、液态和汽态三种形态。固态水只有在土壤冻结时才存在；汽态三种形态。固态水只有在土壤冻结时才存在；汽态水是存在于土壤孔隙中的水汽，含量很少；液态水水是存在于土壤孔隙中的水汽，含量很少；液态水是土壤水分的主要形态，与作物生长发育最为密切。是土壤水分的主要形态，与作物生长发育最为密切。 液态水按其运动特性可分为液态水按其运动特性可分为吸着水、毛管水和重力吸着水、毛管水和重力水水三类。三类。 o 农田土壤水分存在的基本

4、形式可用形态法与能量法农田土壤水分存在的基本形式可用形态法与能量法来表示。来表示。 农田土壤水分存在的基本形式农田土壤水分存在的基本形式-形态法形态法 o 液态水按液态水按其运动特其运动特性可分为性可分为吸着水、吸着水、毛管水和毛管水和重力水三重力水三类。类。 农田土壤水分存在的基本形式农田土壤水分存在的基本形式-形态法形态法 土土壤壤水水固态：土壤冻结时才存在固态：土壤冻结时才存在液态：土壤水分存在的主要形态液态：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，含量少汽态：未被水分占据的土壤孔隙中，含量少吸着水吸着水毛管水毛管水重力水重力水吸湿水吸湿水薄膜水薄膜水上升毛管水上升毛管水悬

5、着毛管水悬着毛管水按物理按物理形态划形态划分分按运动按运动特征划特征划分分吸着水吸着水紧附于土壤表面，一般不能被作物所利用，因此吸着紧附于土壤表面，一般不能被作物所利用，因此吸着水的上限水的上限(最大分子持水率最大分子持水率)以下的水分常称为无效水。以下的水分常称为无效水。 重力水重力水为过剩水。在无地下水顶托的情况下，作物根系还来不及吸收就很快排出为过剩水。在无地下水顶托的情况下，作物根系还来不及吸收就很快排出根系层；在地下水位高的地区，停留在根系层内的重力水，会影响土壤正常的通根系层；在地下水位高的地区，停留在根系层内的重力水，会影响土壤正常的通气状况。气状况。 重力水：进入土壤的水分超过

6、土壤所能保持的田间持水量时，那些超出的水分因重力水：进入土壤的水分超过土壤所能保持的田间持水量时，那些超出的水分因受重力作用沿较大的孔隙向下渗透。这种受重力作用而下渗的水分即称为重力水。受重力作用沿较大的孔隙向下渗透。这种受重力作用而下渗的水分即称为重力水。 重力水虽然能为作物利用，但很快就会渗到根系范围以外，所以对作物持续供重力水虽然能为作物利用，但很快就会渗到根系范围以外，所以对作物持续供应水分的用处不大。在地下水位较高的地方，重力水最后将转入地下水。在地下应水分的用处不大。在地下水位较高的地方，重力水最后将转入地下水。在地下水位很低的地区，重力水在不断下渗的过程中将逐渐转化为毛管悬着水或

7、膜状水水位很低的地区，重力水在不断下渗的过程中将逐渐转化为毛管悬着水或膜状水而被保留在土层的深处。当土壤为重力水所饱和时，即土壤全部孔隙都充满水分而被保留在土层的深处。当土壤为重力水所饱和时，即土壤全部孔隙都充满水分时，其土壤含水量称时，其土壤含水量称饱和含水量饱和含水量。在田间持水量和无效水之间的在田间持水量和无效水之间的毛管水毛管水，容易为作物吸收利用，属于有，容易为作物吸收利用，属于有效水。一般常将效水。一般常将田间持水量田间持水量作为重力水和毛管水以及有效水分和过剩作为重力水和毛管水以及有效水分和过剩水的分界线。水的分界线。 吸湿水：吸湿水：土壤颗粒具有很强的吸附力，被风干土壤所吸附在

8、土粒表面的水汽分子土壤颗粒具有很强的吸附力，被风干土壤所吸附在土粒表面的水汽分子称为吸湿水。在水汽饱和的空气中，土壤吸湿水达最大数量时称为吸湿系数。称为吸湿水。在水汽饱和的空气中，土壤吸湿水达最大数量时称为吸湿系数。 土壤质地越细，土粒的表面能越大，吸湿系数也越大。土壤质地越细，土粒的表面能越大，吸湿系数也越大。 吸湿水所受到的分子引吸湿水所受到的分子引力很大，厚度极小，无溶解能力。只有在力很大，厚度极小，无溶解能力。只有在105以上的高温下转化为气态水时才以上的高温下转化为气态水时才会移动，所以对作物生长一般没有多大意义。会移动，所以对作物生长一般没有多大意义。薄膜水：薄膜水：当吸湿水达最大

9、数量后，土粒已无足够力量吸附空气中活动力较强的水当吸湿水达最大数量后，土粒已无足够力量吸附空气中活动力较强的水汽分子，只能吸持周围环境中处于液态的水分子，由于这种吸着力吸持的水分使汽分子，只能吸持周围环境中处于液态的水分子，由于这种吸着力吸持的水分使吸湿水外面的水膜逐渐加厚，形成连续的水膜，故称为薄膜水。薄膜水在土粒吸吸湿水外面的水膜逐渐加厚，形成连续的水膜，故称为薄膜水。薄膜水在土粒吸湿水层的外面仍可再吸附液态的水分子而形成水膜，这种土壤水分称为膜状水。湿水层的外面仍可再吸附液态的水分子而形成水膜，这种土壤水分称为膜状水。薄膜水达到最大值时的土壤含水率称为土壤的最大分子持水量。薄膜水达到最大

10、值时的土壤含水率称为土壤的最大分子持水量。 膜状水受表面张力的作用能缓慢地从水膜厚的地方向水膜薄的地方移动，一膜状水受表面张力的作用能缓慢地从水膜厚的地方向水膜薄的地方移动，一般移动速度为般移动速度为0204毫米毫米/小时。土粒对膜状水的吸力在小时。土粒对膜状水的吸力在633105314105帕之间。一般作物根毛的吸水力仅相当于帕之间。一般作物根毛的吸水力仅相当于1520105帕，所以膜状帕，所以膜状水中吸力大于水中吸力大于1520105帕的那部分水分，作物是不能吸收利用的，为无效水。帕的那部分水分，作物是不能吸收利用的，为无效水。可利用的仅是吸力小于可利用的仅是吸力小于1520105帕的那一

11、部分，但由于移动非常缓慢，常在帕的那一部分，但由于移动非常缓慢，常在可利用的膜状水消耗完以前，作物就因缺水而发生凋萎。可利用的膜状水消耗完以前，作物就因缺水而发生凋萎。当作物发生永久性凋萎当作物发生永久性凋萎时的土壤水分含量，即称为凋萎点或凋萎系数。时的土壤水分含量，即称为凋萎点或凋萎系数。上升毛管水上升毛管水：指在毛管力的作用下沿土壤毛细管上升而保持在毛管孔隙中的：指在毛管力的作用下沿土壤毛细管上升而保持在毛管孔隙中的水分。水分。 在接近地下水面的土壤中，地下水借毛管作用可以上升而进入土壤，这种沿在接近地下水面的土壤中，地下水借毛管作用可以上升而进入土壤，这种沿毛管上升的水分称为毛管上升水。

12、土壤的种类不同，毛管上升水所能上升的毛管上升的水分称为毛管上升水。土壤的种类不同，毛管上升水所能上升的高度亦有所差别，在黄土地区一般最高可达高度亦有所差别，在黄土地区一般最高可达200厘米以上。厘米以上。 毛管水是由毛管孔隙中毛管水是由毛管孔隙中水分弯月面水分弯月面的毛管力所保持的水分。的毛管力所保持的水分。悬着毛管水：悬着毛管水：当地下水埋深较大不受地下水补给时，由于毛管作用而在上层当地下水埋深较大不受地下水补给时，由于毛管作用而在上层土壤细小孔隙中所保持的水分。在降雨或灌溉之后借毛管力保持在土壤中的土壤细小孔隙中所保持的水分。在降雨或灌溉之后借毛管力保持在土壤中的水分，称为毛管悬着水。其特

13、点是下面不与地下水相联系，在一段时间内，水分，称为毛管悬着水。其特点是下面不与地下水相联系，在一段时间内，同下面的干土层有明显的界限。毛管悬着水达到最大数量时称为同下面的干土层有明显的界限。毛管悬着水达到最大数量时称为田间持水量田间持水量或田间最大持水量或田间最大持水量。田间持水量也与土壤质地有关，质地越细，田间持水量。田间持水量也与土壤质地有关，质地越细，田间持水量越大。越大。 o土壤水分常数：土壤水分常数： 吸湿系数：吸湿系数：土壤吸湿水达最大数量时称为吸湿系数。土壤吸湿水达最大数量时称为吸湿系数。 凋萎系数：凋萎系数：当作物发生永久性凋萎时的土壤水分含当作物发生永久性凋萎时的土壤水分含量

14、，即称为凋萎点或凋萎系数量，即称为凋萎点或凋萎系数 。 最大分子持水量：最大分子持水量：薄膜水达到最大值时的土壤含水薄膜水达到最大值时的土壤含水率称为土壤的最大分子持水量。率称为土壤的最大分子持水量。 田间持水量：田间持水量：毛管悬着水达最大值时的土壤含水率毛管悬着水达最大值时的土壤含水率常被称为田间持水量，表示重力水与毛管水的分界常被称为田间持水量，表示重力水与毛管水的分界线。线。 毛管断裂含水量：毛管断裂含水量：土壤中的毛管悬着水减少到其连土壤中的毛管悬着水减少到其连续状态受到破坏而断裂时的含水量。续状态受到破坏而断裂时的含水量。 毛管持水量：毛管持水量：土壤中所有毛管都充满水时含水量。土

15、壤中所有毛管都充满水时含水量。 全持水量：全持水量：即饱和含水量。即饱和含水量。各土壤水分常数相应的水分存在形式与作用力各土壤水分常数相应的水分存在形式与作用力风风干干最最大大吸吸湿湿量量凋凋萎萎含含水水量量最最大大分分子子持持水水量量毛毛管管断断裂裂含含水水量量田田间间持持水水量量饱饱和和含含水水量量吸湿水吸湿水水水分分存存在在形形式式薄膜水薄膜水毛管水毛管水重力水重力水结合水结合水自由水自由水作作用用力力 15分子力分子力毛管力毛管力重力重力10000 316.25个大气压个大气压 0.3 0.001农田土壤水分存在的基本形式农田土壤水分存在的基本形式-能量法能量法 o 土水势土水势可表示

16、为：可表示为： o = g + m + p + s + T o 式中：式中：g，m，p，s， T分别表示重力势、基分别表示重力势、基质势、压力势、溶质势和温度势。质势、压力势、溶质势和温度势。 o 但一般情况下，由于非饱和土壤中，但一般情况下，由于非饱和土壤中，p = 0，而，而s与与T对土壤水分运动的影响都可忽略，故上式对土壤水分运动的影响都可忽略，故上式常被简化为：常被简化为：= g + m 土水势（土水势（soil water potentialsoil water potential）：土壤水分所具有的势能，表：土壤水分所具有的势能，表示在土壤和水的平衡系统中，恒温条件下将单位质量的水

17、移动示在土壤和水的平衡系统中，恒温条件下将单位质量的水移动到标准参照状态的纯自由水体所做的功。到标准参照状态的纯自由水体所做的功。重重基质势（基质势（matric potential）：又称基膜势，系土壤基质对水分：又称基膜势，系土壤基质对水分的吸持作用引起，水和土壤骨架之间的毛管力和吸附力将土壤水束缚的吸持作用引起，水和土壤骨架之间的毛管力和吸附力将土壤水束缚在土壤中，为了克服这种吸持作用，将土壤水移动到标准参照状态在土壤中，为了克服这种吸持作用，将土壤水移动到标准参照状态（自由水，无束缚），必须对土壤水所做的功称为土壤水的基质势。（自由水，无束缚），必须对土壤水所做的功称为土壤水的基质势。

18、 o温度势（温度势（temperature potential）：由于温度场的温差引：由于温度场的温差引起，土壤中任一点土壤水分的温度势由该点的温度与标准参照状起，土壤中任一点土壤水分的温度势由该点的温度与标准参照状态的温度之差所决定。态的温度之差所决定。o压力势（压力势（pressure potential）：由压力场中的压力差引起：由压力场中的压力差引起，常将标准参照状态下的压力定义为标准大气压或当地大气压，常将标准参照状态下的压力定义为标准大气压或当地大气压，相对于大气压力所存在的势能差为压力势。相对于大气压力所存在的势能差为压力势。o重力势（重力势（gravitational pote

19、ntial）：）：将单位数量的土壤水将单位数量的土壤水从某一点移动到标准参照状态（或参考状态）水平处，而其他各从某一点移动到标准参照状态（或参考状态）水平处，而其他各项维持不变时，土壤水所做的功即为该点土壤水的重力势。项维持不变时，土壤水所做的功即为该点土壤水的重力势。 o溶质势（溶质势（osmotic potential）：系由于可溶性物质（如盐类：系由于可溶性物质（如盐类）溶解于土壤溶液中，降低了土壤溶液的势能所导致，由于溶质）溶解于土壤溶液中，降低了土壤溶液的势能所导致，由于溶质对水分子具有吸引力，将水分移动到标准参照状态（纯自由水）对水分子具有吸引力，将水分移动到标准参照状态（纯自由水

20、）时，必须对土壤水做功，这种溶液与纯自由水之间存在的势能差时，必须对土壤水做功，这种溶液与纯自由水之间存在的势能差即称为溶质势。即称为溶质势。 2土壤含水量的测定和表示方法土壤含水量的测定和表示方法 o 土壤含水量又称土壤含水率，是衡量一定量的土壤土壤含水量又称土壤含水率，是衡量一定量的土壤中所含水分的多少。中所含水分的多少。o 体积含水率体积含水率（又称容积含水率）：单位体积土壤中（又称容积含水率）：单位体积土壤中土壤水所占的比例；土壤水所占的比例； o 质量含水率质量含水率（又称重量含水率）：单位质量土壤（又称重量含水率）：单位质量土壤中土壤水所占的比例；中土壤水所占的比例； o 饱和度饱

21、和度：土壤水的体积与土壤孔隙体积的比值，：土壤水的体积与土壤孔隙体积的比值，表示孔隙被水充满的程度。表示孔隙被水充满的程度。 o土壤水分测定的直接法土壤水分测定的直接法直接法直接法通过测量从土中移去的水分确定含水量。直接法又可又为烘干通过测量从土中移去的水分确定含水量。直接法又可又为烘干法与各种去水法，其共同特点是需要采取土样并移去其中的水量。法与各种去水法，其共同特点是需要采取土样并移去其中的水量。 这对于要长期进行频繁监测土壤水分的场所来说，不仅劳动繁重，而这对于要长期进行频繁监测土壤水分的场所来说，不仅劳动繁重，而且对试验环境条件有很大的破坏。且对试验环境条件有很大的破坏。 但直接法，特

22、别是其中的标准烘干法，设备简单，方法易行，并有较但直接法，特别是其中的标准烘干法，设备简单，方法易行，并有较高的精度，常作为评价其它方法的标准。因此，在非长期定点测定的高的精度，常作为评价其它方法的标准。因此，在非长期定点测定的地方，它仍然是不可代替的。地方，它仍然是不可代替的。o土壤水分测定的间接法土壤水分测定的间接法间接法间接法是通过对土壤的某些物理与化学性质的测定来确定土壤含水量是通过对土壤的某些物理与化学性质的测定来确定土壤含水量的方法。的方法。 它的特点是不需要采取土样，因而不扰动土壤，且可以定点连续测含它的特点是不需要采取土样，因而不扰动土壤，且可以定点连续测含水量的变化，便于进行

23、与土壤水分动态有关的各种研究。水量的变化，便于进行与土壤水分动态有关的各种研究。 间接法又可分为非放射性方法和放射性方法两类。间接法又可分为非放射性方法和放射性方法两类。 间接法中的非放射性方法主要是根据土壤含水量大小对土壤的电学特间接法中的非放射性方法主要是根据土壤含水量大小对土壤的电学特性性(电容、电阻、介电常数等电容、电阻、介电常数等)、导热性、土壤内部吸力、土壤表面的、导热性、土壤内部吸力、土壤表面的微波反射等物理与化学特性的影响来间接测定土壤含水量。微波反射等物理与化学特性的影响来间接测定土壤含水量。此外，为了将土壤所含实际水量与降雨量、蒸发量进行比较，常需要此外，为了将土壤所含实际

24、水量与降雨量、蒸发量进行比较，常需要将一定深度土层中的含水量换算成将一定深度土层中的含水量换算成水层深度（水层深度（mm），），换算公式如下：换算公式如下：水层厚度（水层厚度（mm）=土层厚度（土层厚度（mm）土壤含水量（体积比）土壤含水量（体积比） =土层厚度（土层厚度（mm）土壤含水量（重量比）土壤含水量（重量比）土壤干容重土壤干容重 由于灌水量常用由于灌水量常用m3/667m2或m3/ha来表示，为了便于比较和计来表示，为了便于比较和计算，常用水的体积来表示土层内的储水量：算，常用水的体积来表示土层内的储水量： m3/667m2 = 1.5 mm 水层厚度（水层厚度（mm） = 1.5储

25、水量（储水量（m3/667m2） 水层厚度（水层厚度（mm） = 10 储水量（储水量（m3/ha）3.土壤水分对作物生长的有效性土壤水分对作物生长的有效性 o 土壤水分对作物生长的有效性是指土壤水分是否可土壤水分对作物生长的有效性是指土壤水分是否可被作物利用及其被利用的难易程度。被作物利用及其被利用的难易程度。o 土壤水分对作物生长土壤水分对作物生长有效性有效性主要取决于其存在的形主要取决于其存在的形态、性质和数量、土水之间的吸力，以及作物根系态、性质和数量、土水之间的吸力，以及作物根系吸水力与土粒吸水力之差。吸水力与土粒吸水力之差。o 当土壤中的水分不能满足作物需水时，作物蒸腾大当土壤中的

26、水分不能满足作物需水时，作物蒸腾大于根系吸水，作物便会呈现缺水状态，缺水严重时于根系吸水，作物便会呈现缺水状态，缺水严重时会呈现凋萎。会呈现凋萎。土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线受多受多种因素的影响，不同质种因素的影响，不同质地土壤，其土壤水分特地土壤，其土壤水分特征曲线差异明显。如图征曲线差异明显。如图所示，同一吸力时，各所示，同一吸力时，各种土壤含水率不同，同种土壤含水率不同，同一含水率时，各种土壤一含水率时，各种土壤吸力不同；说明植物从吸力不同；说明植物从这些土壤中要吸收水分这些土壤中要吸收水分的难易程度就不同。的难易程度就不同。 3.土壤水分对作物生长的有效性土壤水分对作物生长的有效性

27、 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、同一作物不同生育期对农田水分状况的要求是不一样的。旱作物要的作物、同一作物不同生育期对农田水分状况的要求是不一样的。旱作物要求农田具有适宜的含水率，对水稻而言则要求农田具有适宜的淹灌水层。求农田具有适宜的含水率，对水稻而言则要求农田具有适宜的淹灌水层。(1)旱作物对农田水分状况的要求旱作物对农田水分状况的要求 农田的地面水和地下水必须适时适量地转化为作物根系吸水层的土壤水分，农田的地面水和地下水必须适时适量地转化为作物根系吸水层的土壤水分，才能被作物吸收利用。为

28、使作物生长不受涝渍的危害，通常地面不允许积水，才能被作物吸收利用。为使作物生长不受涝渍的危害，通常地面不允许积水，地下水位不允许上升至根系吸水层内。因此，地下水位必须维持在根系吸水地下水位不允许上升至根系吸水层内。因此，地下水位必须维持在根系吸水层以下一定深度处，此时地下水可通过毛细管作用上升至根系吸收层，供作层以下一定深度处，此时地下水可通过毛细管作用上升至根系吸收层，供作物利用。物利用。 在作物根系吸水层中，作为有效水分的毛管水最容易被旱作物吸收，也是在作物根系吸水层中，作为有效水分的毛管水最容易被旱作物吸收，也是对旱作物生长最有价值的水分形式。所以，旱作物根系吸水层中允许的平均对旱作物生

29、长最有价值的水分形式。所以，旱作物根系吸水层中允许的平均最大含水率，一般为根系吸水层中的最大含水率，一般为根系吸水层中的田间持水率田间持水率。 根系吸水层的土壤含水率根系吸水层的土壤含水率过低，对作物生长将造成直接影响。当根系吸水层的土壤含水率下降到使作过低，对作物生长将造成直接影响。当根系吸水层的土壤含水率下降到使作物发生永久性凋萎时的含水率称为物发生永久性凋萎时的含水率称为凋萎系数凋萎系数。凋萎系数不仅决定于土壤性质，。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。它还与土壤溶液浓度、作物种类和生育期有关。 根据以上所述，旱作物田间根据以上所述，旱作物田间(根系吸水

30、层根系吸水层)允许平均最大含水率不应超过允许平均最大含水率不应超过田间持水率，最小含水率不应低于作物适宜的土壤含水率下限指标田间持水率，最小含水率不应低于作物适宜的土壤含水率下限指标(常采用毛常采用毛管断裂点管断裂点)。通常情况下，应在研究水分状况与其它生长要素之间的最适关系。通常情况下，应在研究水分状况与其它生长要素之间的最适关系的基础上，总结实践经验，并与先进的农业增产措施相结合来确定旱作物生的基础上，总结实践经验，并与先进的农业增产措施相结合来确定旱作物生长所必须的田间适宜含水率范围。长所必须的田间适宜含水率范围。 o 土壤溶液的渗透势随土壤溶液浓度土壤溶液的渗透势随土壤溶液浓度(盐分浓

31、度、养盐分浓度、养分浓度分浓度)的变化而变化。使土壤溶液浓度不超过作的变化而变化。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，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：根系吸水层内土壤含水率应不小于：o 式中：式中： S为根系吸水土层中易溶于水的盐类数量为根系吸水土层中易溶于水的盐类数量(占干土重的百分数占干土重的百分数)；C为允许的盐类溶液浓度为允许的盐类溶液浓度(占水重的百分数占水重的百分数)；为按盐类溶液浓度要求所规定；为按盐类溶液浓度要求所规定

32、的最小含水率的最小含水率(占干土重的百分数占干土重的百分数)。3.土壤水分对作物生长的有效性土壤水分对作物生长的有效性o 2）水稻地区的农田水分状况）水稻地区的农田水分状况 o 水稻是喜湿好水作物，采用淹灌方法。因此，水稻是喜湿好水作物，采用淹灌方法。因此，稻田水分存在的形式与旱作农田水分存在的形式也稻田水分存在的形式与旱作农田水分存在的形式也不相同。除烤田外田面经常有水层存在，并不断地不相同。除烤田外田面经常有水层存在，并不断地向根系吸水层中入渗，供给水稻根部充足的水分。向根系吸水层中入渗，供给水稻根部充足的水分。从水稻生理要求来看，除萌芽与蜡熟期最适宜的水从水稻生理要求来看，除萌芽与蜡熟期

33、最适宜的水分状况为田间持水率的分状况为田间持水率的70-80外，其余各时外，其余各时期都要求土壤水分达到饱和才能满足水稻生理上的期都要求土壤水分达到饱和才能满足水稻生理上的水分要求。而为了保证各个时期都有充足的土壤水水分要求。而为了保证各个时期都有充足的土壤水分，则应以保持田面有浅水层为好，这就是稻田灌分，则应以保持田面有浅水层为好，这就是稻田灌溉方式基本上以水层为主的理论根据。溉方式基本上以水层为主的理论根据。为了保证水稻各个为了保证水稻各个时期用水要求，应时期用水要求，应保持田面有水层。保持田面有水层。近几年来，安徽、近几年来，安徽、江苏、山东、湖南、江苏、山东、湖南、四川、湖北、广西四川

34、、湖北、广西等省通过试验逐步等省通过试验逐步形成了形成了“浅水灌浅水灌溉溉”、“间歇灌间歇灌溉溉”、“浅、晒、浅、晒、湿湿”灌溉、灌溉、“浅、浅、晒、深、湿晒、深、湿”等节等节水型灌溉方式。水型灌溉方式。 4农田土壤水分运动农田土壤水分运动 o 土壤水是农田水分存在的主要形式，土壤水分运动土壤水是农田水分存在的主要形式，土壤水分运动是农田水分循环的一个重要环节。是农田水分循环的一个重要环节。o 饱和水达西定律饱和水达西定律(1856)-毛管假设毛管假设(1877)-水分形态分类水分形态分类(1877)-毛管势毛管势概念（概念（1907）-达西定律推广达西定律推广(1931) o 研究土壤水分运

35、动可用毛管理论（形态学）与势能研究土壤水分运动可用毛管理论（形态学）与势能理论（能量观点）。理论（能量观点）。 o 形态学简单、形象，可用来定性分析研究土壤水分形态学简单、形象，可用来定性分析研究土壤水分问题。问题。 o 应用能量观点研究土壤水分运动，便于用数学模拟应用能量观点研究土壤水分运动，便于用数学模拟方法及仪器定量反映土壤水分变化，为定量分析研方法及仪器定量反映土壤水分变化，为定量分析研究土壤水分问题提供了条件。究土壤水分问题提供了条件。 o 达西定律达西定律 5、土壤一植物一大气连续体水分运移、土壤一植物一大气连续体水分运移 o在研究植物生长条件下土在研究植物生长条件下土壤水分运动时

36、，不仅要研壤水分运动时，不仅要研究分析水分在土壤中的运究分析水分在土壤中的运动，还需要考虑土壤水分动，还需要考虑土壤水分向植物根系的运移和植物向植物根系的运移和植物体中液态水分的运动，以体中液态水分的运动，以及植物叶面和土层向大气及植物叶面和土层向大气的水流扩散运动等。菲利的水流扩散运动等。菲利普普1966年提出了较为完整年提出了较为完整的的SPAC概念。尽管介质概念。尽管介质不同，界面不一，但在物不同，界面不一，但在物理上都可看作为一个统一理上都可看作为一个统一的连续体。而且完全可以的连续体。而且完全可以应用统一的能量指标应用统一的能量指标“水水势势”来定量研究整个系统来定量研究整个系统中各

37、个环节能量水平的变中各个环节能量水平的变化。并计算出水流通量。化。并计算出水流通量。 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，即散到大气层，形成一个统一的、动态的相互连续系统，即SPAC系统系统 6农田土壤水调控农田土壤水调控 o 生产实践中，由于降雨与灌溉的间断性与农生产实践中，由于降雨与灌溉的间断性与农田需水的持续性导致农田水分不足和水分过田需水的持续性导致农田水分不足和水分过多现象经常出现。多现象经常出现。 o 要为作物生长创造良

38、好的环境，就需要采取要为作物生长创造良好的环境，就需要采取适当的灌排工程措施和农业措施调节土壤水适当的灌排工程措施和农业措施调节土壤水分。分。（1）农田水分不足的原因及调节措施）农田水分不足的原因及调节措施o 农田水分不足的原因：农田水分不足的原因： 降雨量不足；降雨量不足； 降雨入渗量少，径流损失较多；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。土壤保水能力差，渗漏及蒸发损失水量过大。 o 调节措施：调节措施： 灌溉是补充土壤水分的主要方法。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，增加采用适当的农业技术措施可以改善土壤结构，增加降雨利

39、用量，提高土壤的蓄水保墒能力。降雨利用量，提高土壤的蓄水保墒能力。o 大气干旱：由于大气的温度过高和相对湿度大气干旱：由于大气的温度过高和相对湿度过低，阳光过强，或遇到干热风造成植物蒸过低，阳光过强，或遇到干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；蒸腾需要，这种情况谓之大气干旱；o 土壤干旱：当土壤含水率过低，会出现植物土壤干旱：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，这种现象蒸腾的消耗，而影响作物的生长，这种现象称为土

40、壤干旱。称为土壤干旱。o 大气干旱和土壤干旱都会造成作物生理干旱。大气干旱和土壤干旱都会造成作物生理干旱。 （2） 农田水分过多的原因及调节措施农田水分过多的原因及调节措施 o 农田水分过多的原因：农田水分过多的原因： 大气降水补给农田水分过多；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；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；或因地下水从坡地溢出，大量补给农田水分；因地下水从坡地溢出，大量补给农田水分； 地势低洼，出流条件不好。地势低洼，

41、出流条件不好。 o 调节措施：调节措施： l 分析农田水分过多成灾的原因，采取适当的技术措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。施，加以治理。o 因河湖泛滥而形成的灾害称为因河湖泛滥而形成的灾害称为“洪灾洪灾”； o 降雨过多，积水难排，酿成灾害，叫做降雨过多，积水难排，酿成灾害，叫做“涝灾涝灾”； o 因降雨、灌溉水量太多，或因地下水补给水量太因降雨、灌溉水量太多，或因地下水补给水量太 多，使土壤长期过湿，危害作物生长，叫做多，使土壤长期过湿，危害作物生长，叫做“渍渍害害”； o 在我国北方地区，当地下水位过高，蒸发强烈时，在我国北方地区，当地下水位过高，蒸发强烈时， 往

42、往诱发往往诱发土壤次生盐碱化土壤次生盐碱化。 o 这四种灾害有时单独发生，有时同时出现。需要根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。据灾害发生的原因，采取不同措施或综合措施。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度 o 一、作物需水量o 1、农田水分消耗的主要途径A 植株蒸腾(transpirarion) ：作物将根系从土壤作物将根系从土壤中吸收的水分，通过叶片的气孔蒸散到大气中的现象。植中吸收的水分，通过叶片的气孔蒸散到大气中的现象。植株间土壤或田面的水分蒸发。株间土壤或田面的水分蒸发。 B 棵间蒸发(evaporation)植株

43、间土壤或田面的水分蒸发。植株间土壤或田面的水分蒸发。C 深层渗漏：旱地中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水旱地中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分超过了田间持水量，向根系吸水层以下土层渗漏的现象。分超过了田间持水量，向根系吸水层以下土层渗漏的现象。D 地表径流E 组成植株体的一部分2、作物需水量、作物需水量o 作物需水量作物需水量：生长在大面积上的无病虫害作：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。蒸腾、棵间蒸发、组

44、成植株体所需要的水量。 作物需水量作物需水量=植株蒸腾量植株蒸腾量+棵间蒸发量棵间蒸发量+组成植株体的水分组成植株体的水分作物需水量作物需水量=植株蒸腾量植株蒸腾量+棵间蒸发量棵间蒸发量“蒸散量蒸散量”、“农田总蒸发量农田总蒸发量”、 “腾发量腾发量”o 作物耗水量作物耗水量，简称耗水量：就某一地区而言，简称耗水量：就某一地区而言，指具体条件下作物获得一定产量时实际所消指具体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量。耗的水量。 o 需水量是一个需水量是一个理论值理论值，又称为潜在蒸散量，又称为潜在蒸散量（或潜在腾发量），而耗水量是一个（或潜在腾发量），而耗水量是一个实际值实际值，又称实际蒸散量

45、。又称实际蒸散量。 需水量与耗水量的单位需水量与耗水量的单位一样，常以一样，常以 m m3 3 亩亩-1-1 或或 mm mm 水层表示。水层表示。作物需水量作物需水量作物生理需水：作物生理需水：作物生命过程中各种生理活动（如蒸腾作物生命过程中各种生理活动（如蒸腾作用、光合作用等）所需要的水分。植株蒸腾实际上是作用、光合作用等）所需要的水分。植株蒸腾实际上是作物生理需水的一部分。作物生理需水的一部分。作物生态需水作物生态需水：指生育过程中，为给作物正常生长发育：指生育过程中，为给作物正常生长发育创造良好的生长环境所需要的水分。棵间蒸发即属于作创造良好的生长环境所需要的水分。棵间蒸发即属于作物的

46、生态需水。物的生态需水。o 作物需水系数：生产单位产量作物（如作物需水系数：生产单位产量作物（如1kg1kg小小麦）的需水量（麦）的需水量（mm kgmm kg-1-1）。）。 o 作物水分利用效率：作物每消耗单位水量所作物水分利用效率：作物每消耗单位水量所能生产的产量能生产的产量(kg/mm(kg/mm或或kg/mkg/m3 3），常表示），常表示为为:WUE(water use efficiency):WUE(water use efficiency)。田间需水量田间需水量= =作物需水量作物需水量+ +改善田间条件所需水量改善田间条件所需水量田间耗水量田间耗水量= =作物耗水量作物耗水量

47、+ +创造农业生态环境所需水量创造农业生态环境所需水量o 气象条件气象条件: : 气温、大气湿度、风速、日照时间、气温、大气湿度、风速、日照时间、辐射强度辐射强度o 作物条件：作物品种、叶面积指数（单位土地作物条件：作物品种、叶面积指数（单位土地面积上的叶片面积面积上的叶片面积、生育阶段，作物状况受、生育阶段，作物状况受到气象和土壤条件的限制。如当土壤水分较少到气象和土壤条件的限制。如当土壤水分较少时，作物生长受到抑制，叶面积指数较小，同时，作物生长受到抑制，叶面积指数较小，同时气孔开度减小，蒸腾和蒸发量减少时气孔开度减小，蒸腾和蒸发量减少o 土壤因素：土壤含水量、土壤质地、地下水埋土壤因素：

48、土壤含水量、土壤质地、地下水埋深等深等o 农业技术农业技术3、影响作物需水量的因素二、作物需水量计算方法二、作物需水量计算方法直接测定的作物需水量法：蒸发皿法直接测定的作物需水量法：蒸发皿法 产量法产量法 多因素法多因素法 经验公式经验公式潜在蒸发蒸腾量法：计算参照作物的蒸发蒸腾量，潜在蒸发蒸腾量法：计算参照作物的蒸发蒸腾量，计算实际作物的需水量计算实际作物的需水量 半经验方法半经验方法o 直接计算法直接计算法从影响作物需水量的因素中从影响作物需水量的因素中选择主要因素，选择主要因素，如水面蒸发、气温、如水面蒸发、气温、湿度、日照和辐射等湿度、日照和辐射等，根据试验观，根据试验观测资料，分析上

49、述因素与作物需水测资料，分析上述因素与作物需水量之间的根系，归纳出量之间的根系，归纳出经验公式经验公式1、以水面蒸发为参数(值法)o 气象因素与水面蒸发量关系密切，而水面蒸发气象因素与水面蒸发量关系密切，而水面蒸发与作物需水量有一定的相关关系，因此可以用与作物需水量有一定的相关关系，因此可以用水面蒸发和需水量的相关关系计算需水量水面蒸发和需水量的相关关系计算需水量。 ETaE0b ET=aE0o 蒸发量简单易得，在水稻地区曾被广泛应用。蒸发量简单易得，在水稻地区曾被广泛应用。o 除注意蒸发皿的规格安装方法外，还应考虑非除注意蒸发皿的规格安装方法外，还应考虑非气象条件的影响。如土壤、水文地质、农

50、业措气象条件的影响。如土壤、水文地质、农业措施等施等o 该方法具所获得的参数具有很强的地域局限性该方法具所获得的参数具有很强的地域局限性2、以产量为参数(K值法)o 原理原理:作物产量是综合措施之结果。一定气象条件下，作物作物产量是综合措施之结果。一定气象条件下，作物需水量随着产量提高而增加。需水量随着产量提高而增加。o 一般情况下，产量与需水量呈抛物线或指数关系。需水量一般情况下，产量与需水量呈抛物线或指数关系。需水量达到一定水平后，产量会停止增加甚至减少。达到一定水平后，产量会停止增加甚至减少。o常用经验公式常用经验公式: ET=KY 或或 ET=KYn+Co可以根据计划产量减少出需水量可

51、以根据计划产量减少出需水量,简单简单,但需要大量灌溉资料但需要大量灌溉资料.o便于进行灌溉经济分析便于进行灌溉经济分析o使用条件：对于水分是产量主要制约因素的旱田较为有效，而对水田使用条件：对于水分是产量主要制约因素的旱田较为有效，而对水田和灌水充分地区较差。和灌水充分地区较差。3、多因素法o选取几个因素，构建经验公式选取几个因素，构建经验公式 n00mET=aE Y +bET=dE +fY +g4、模系数法o 用于各生育阶段需水量用于各生育阶段需水量o 原理：确定全生育期需水量，根据各生育原理：确定全生育期需水量，根据各生育阶段的需水规律，按照一定比例进行分配阶段的需水规律，按照一定比例进行

52、分配 Eti=1/100KiET Eti 第第I个生育阶段的需水量个生育阶段的需水量 Ki-需水量模比系数，需水量模比系数，可由试验资料确定可由试验资料确定 其他各项意义同前。其他各项意义同前。 间接法间接法o 通过参考作物需水量间接计算作物实际需水量通过参考作物需水量间接计算作物实际需水量ETET0 0，乘乘以相应的作物系数，得到作物实际需水量以相应的作物系数，得到作物实际需水量o 参照作物需水量参照作物需水量( (Reference crop Reference crop EvapotranspirationEvapotranspiration) )是指土壤供水充分、地面完全覆是指土壤供水

53、充分、地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔矮草地的腾发量。该盖、生长正常、高矮整齐的开阔矮草地的腾发量。该条件下，需水量主要受气象条件影响。条件下，需水量主要受气象条件影响。1、参考作物需水量计算方法 o （1）布莱尼一克莱多法）布莱尼一克莱多法o （2）以辐射为参数的计算方法）以辐射为参数的计算方法o （3）能量法）能量法o （4）彭曼综合法）彭曼综合法o （5）Penman-Monteith法法0RnET =T1E2、实际作物需水量计算o （1）充分供水条件下）充分供水条件下 ET=KcET0 ET=(kcb+Ke)ET0o （2）水分胁迫条件下）水分胁迫条件下 ETa=KET=KKcE

54、T0 ETa=KET=K（Kcb+Ke）ET0三、作物灌溉制度作物灌溉制度 o 1、灌溉制度灌溉制度定义l 农作物的灌溉制度：作物播种前农作物的灌溉制度：作物播种前(或水稻栽秧前或水稻栽秧前)及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、灌水定额以及灌溉定额。灌水定额以及灌溉定额。l 灌水定额：指一次灌水单位面积上的灌水量。灌水定额：指一次灌水单位面积上的灌水量。l 灌溉定额：作物全生育期各次灌水定额之和。灌溉定额：作物全生育期各次灌水定额之和。l 灌水定额及灌溉定额常以灌水定额及灌溉定额常以m3/hm2或或mm表示。表示。2、灌溉制度确定o (1)根

55、据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度o (2)根据灌溉试验资料制定灌溉制度根据灌溉试验资料制定灌溉制度o (3)根据作物的生理指标制定灌溉制度根据作物的生理指标制定灌溉制度 o (4)按水量平衡原理分析制定灌溉制度按水量平衡原理分析制定灌溉制度 3、水量平衡原理确定灌溉制度水量平衡原理确定灌溉制度 WtW0WTP0MET 为了满足作物正常生长的要求，土壤计划湿润层内的土壤含水量（或储水量）必须经常保持在一定的范围之内，即通常要求不小于最小允许含水量min（或最小允许储水量Wmin）和不大于最大允许含水量max（或最大允许储水量Wmax）。 当计划湿润层内的平均

56、土壤含水量（或储水量）降低到或接近于最小允许值（min或Wmin）时，即需进行灌溉，以补充土壤水分，维持作物的正常生长 （1）水量平衡原理）水量平衡原理 WtW0WTP0METoW0、Wt分别为时段初和任一时间分别为时段初和任一时间t时的土壤计划湿润层内的储水量；时的土壤计划湿润层内的储水量；oWT由于计划湿润层深度增加而在单位面积上增加的水量（由于计划湿润层深度增加而在单位面积上增加的水量（mm或或m3/hm2）；）；oP0为土壤计划湿润层内保存的有效雨量（为土壤计划湿润层内保存的有效雨量（mm或或m3/hm2）；）；oK为时段为时段t内的地下水补给量（内的地下水补给量（mm或或m3/hm2

57、），即），即K=kt，k为为t时时段内平均每昼夜地下水补给量（段内平均每昼夜地下水补给量（mm/d或或m3/hm2/d）；）；oM为时段为时段t内的灌溉水量（内的灌溉水量（mm或或m3/hm2）；）；oET为时段为时段t内的作物田间需水量（内的作物田间需水量（mm或或m3/hm2），即），即ET=et, e为为t时段内平均每昼夜的作物田间需水量（时段内平均每昼夜的作物田间需水量（mm/d或或m3/hm2/d）。）。 WtW0WTP0Met（2）水量平衡法资料的确定 oa、有效降水量、有效降水量P0 o设计降水量设计降水量: 选择降水典型年的方法有三种：选择降水典型年的方法有三种： oa) 按年

58、降水的频率选择典型年。因降水量在年内分布不均，尤其按年降水的频率选择典型年。因降水量在年内分布不均，尤其是在灌溉季节内降水变差大的地区，雨情往往会不符合设计要求。是在灌溉季节内降水变差大的地区，雨情往往会不符合设计要求。b) 按作物生长时期降水量的频率选择典型年。如果灌区主要作物按作物生长时期降水量的频率选择典型年。如果灌区主要作物的生长期大致相同时，用此法可得到满意的结果。的生长期大致相同时，用此法可得到满意的结果。c) 按年降水的变化特征分阶段选择典型年，例如可以按干、湿季分按年降水的变化特征分阶段选择典型年，例如可以按干、湿季分别统计计算降水量发生的频率。别统计计算降水量发生的频率。o有

59、效降水有效降水指能被田间作物有效利用的当地降水。一般认为小于指能被田间作物有效利用的当地降水。一般认为小于2mm（亦有认为小于（亦有认为小于5mm）的降水对作物无实际意义，为无效）的降水对作物无实际意义，为无效降水；降水过大将产生径流和深层渗漏，此两者也为无效降水。因降水；降水过大将产生径流和深层渗漏，此两者也为无效降水。因此，有效降水量一般采用如下公式计算：此，有效降水量一般采用如下公式计算：P0 = P - P径径 - P渗渗 P0= P o b b、土壤计划湿润层深度、土壤计划湿润层深度 o 土壤计划湿润层深度是实施灌水时计划调土壤计划湿润层深度是实施灌水时计划调节、控制土壤水分状况的土

60、层深度，一般可取节、控制土壤水分状况的土层深度，一般可取为作物的主要根系活动层。为作物的主要根系活动层。o 计划湿润层与作物种类、品种、生育阶段、计划湿润层与作物种类、品种、生育阶段、土壤性质以及地下水埋深等因素有关。对某一土壤性质以及地下水埋深等因素有关。对某一特定作物其深度随作物的生长而增加，需根据特定作物其深度随作物的生长而增加，需根据当地实际情况确定。当地实际情况确定。 o c c、土壤适宜含水量及上、下限的确定、土壤适宜含水量及上、下限的确定 o 最适宜作物生长的含水量称为土壤适宜含水量。最适宜作物生长的含水量称为土壤适宜含水量。土壤适宜含水量介于土壤适宜含水量介于maxmax与与m