農(nóng)田水分狀況和土壤運(yùn)動(dòng)講解

1、蟀2農(nóng)田水利學(xué)第一章農(nóng)田水分狀況和 土壤運(yùn)動(dòng)第一節(jié) 農(nóng)田水分狀況農(nóng)田水分狀況指 農(nóng)田地向水、上跳水和地卜冰的多少、 存在的形式及式在時(shí)空上的變化。一切農(nóng)田水利措施， 歸根結(jié)底都是為了調(diào)節(jié)和控制農(nóng)田水分狀況，以改善上 壤中的水、肥、熱、氣狀況，并給農(nóng)田小氣候有利的影 響，達(dá)到促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的目的。因此，研究農(nóng)田水分狀況對(duì)于農(nóng)田水利的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、 及管理工作都有十分重要的意義。第一節(jié)農(nóng)田水分狀況1. 土壤水分的存在形式分類地面水圖與作物生長(zhǎng)最密切物理形態(tài)劃分固態(tài)：土壤凍結(jié)時(shí)才存在液態(tài)：土壤水分存在的主 要形態(tài)汽態(tài)：未被水分占據(jù)的土 壤孔隙中，含量少農(nóng)田水利學(xué)運(yùn)動(dòng)特性劃分吸著水毛管水吸濕水:薄膜水 上

2、升毛管水.懸著毛管水第一節(jié)農(nóng)田水分狀況一、農(nóng)田水分存在的基本形式2. 土壤水分的存在形式分類。吸濕水：緊束于土粒表面，不能在重力和毛管力作用下移動(dòng)。薄膜水：吸附于吸濕水外部，沿土粒表面進(jìn)行速度極小的移 動(dòng)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著水的部分。，上升毛管水：地下水沿土壤毛細(xì)管上升的水分。懸著毛管水：不受地下水補(bǔ)給時(shí)，上層土壤由于毛細(xì)管作用所能保持的地面滲入的水分。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，這種水稱為重力水。蘭加農(nóng)田水利學(xué)一、農(nóng)田水分存在的基本形式1. 土壤水分的存在形式分類吸濕水對(duì)植物有效水第一井農(nóng)田

3、水分狀況K農(nóng)田水利學(xué)松束縛水，max薄膜水一最大分子 持水量緊束縛水（無效水），max吸濕水一 吸濕系數(shù)薄膜水毛管水一、農(nóng)田水分存在的基本形式2. 土壤水分常數(shù)根據(jù)土壤水分形態(tài)概念，土壤中所保持的各種類型的水分 都可用數(shù)量表示出來，而且在一定條件下，每種土壤中各 種形態(tài)水分的最大量又經(jīng)常相對(duì)穩(wěn)定在一定的數(shù)量范圍內(nèi)。我們將其稱為土壤的水分常數(shù)。吸濕系數(shù)：土壤的吸濕水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水量，又稱最大吸濕量，不能被作物吸收利用。凋萎系數(shù)：作物產(chǎn)生永久凋萎時(shí)的土壤含水量，其數(shù)量 包括全部的吸濕水和部分薄膜水。它是作物可利用水量的下限,可用吸濕系數(shù)的1.52.0倍代替凋萎系數(shù),也可通過實(shí)測(cè)求得.第一井農(nóng)

4、田水分狀況卜留，,農(nóng)田水利學(xué) 一、農(nóng)田水分存在的基本形式2. 土壤水分常數(shù)田間持水量：土壤中懸著毛管水達(dá)到最大時(shí)的: 土壤含水量.此時(shí)土壤毛管力在0.10.3atm之間:該指標(biāo)是農(nóng)田灌溉中應(yīng)用最廣泛的指標(biāo)之一 O它是土壤在不受地下水影響下所能保持水分的最大數(shù)量指標(biāo)。它是土壤中對(duì)作物有效水的上.以它作為計(jì)算灌溉定額的依據(jù)。第一井農(nóng)田水分狀況二:匚二二匚侵出農(nóng)田水利學(xué)一、農(nóng)田水分存在的基本形式2. 土壤水分常數(shù)飽和含水量（全持水量）：土壤所有孔隙全部 充滿水分時(shí)的含水量.此時(shí)，土壤通氣性差，不利于旱作物生長(zhǎng)發(fā)乳 它常做為表示土壤水分飽和度的標(biāo)準(zhǔn)，是計(jì)i算淹灌稻田各種水量的依據(jù).第一節(jié)農(nóng)田水分狀況農(nóng)

5、田水利學(xué)一、農(nóng)田水分存在的基本形式3. 土壤水分常數(shù)，東商美施工S而永芬露藪亮東甬嬴箕至量澳定宇 土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)狀況。一般情況下，質(zhì)地和結(jié)構(gòu)相近的土壤，它們的各種 水分常數(shù)大體相近；但質(zhì)地和結(jié)構(gòu)不同的土壤當(dāng)達(dá)到;某一水分常數(shù)時(shí)，雖然其含水量各不相同，但其被土 :壤所保持的力是相同的，亦即其對(duì)植物有效性是相同 ，的。一般土壤質(zhì)地粘重，有機(jī)質(zhì)含量高，結(jié)構(gòu)良好的土農(nóng)田水利學(xué)壤保蓄的水分較多，其土壤水分常數(shù)值也相應(yīng)較高。第一節(jié)農(nóng)田水分狀況一、農(nóng)田水分存在的基本形式3. 土壤水分對(duì)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 其被利用的難易程度。O土壤水分對(duì)作物有效性的高低，主要取

6、決于它存在的狀態(tài)、 性質(zhì)和數(shù)量，以及作物吸水力和土壤吸水力之差。作物蒸騰,根系吸水供水f凋姜'暫時(shí)調(diào)萎:永久凋萎A當(dāng)土壤水分處于凋萎系數(shù)時(shí)，土壤的持水力與作物的吸水力基本 相等（作物吸水力大約為15alm）,作物吸收不到水分，因此，凋 簍系數(shù)是土壤有效水分的下限.»早地土壤中，田間持水量是土壤有效水分的上限.匚:匚二（二一、農(nóng)田水分存在的基本形式4. 土壤水分對(duì)作物的有效性»土壤有效水量的多少主要受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)及有機(jī)質(zhì)含 量的影響。農(nóng)田水利學(xué)第一節(jié)農(nóng)田水分狀況A一般壤質(zhì)土有效水含量最多，砂質(zhì)土含量最少.質(zhì)地粘 重，結(jié)構(gòu)不良的粘質(zhì)土，其e田持t, 6微類t,貝帕有效

7、并不質(zhì)地名稱地區(qū)和土壤田間持水土凋萎系數(shù)有效水范圍細(xì)砂土遼西風(fēng)砂土4.51.82.7粉壤上蒲城婁士20.77.812.9粉粘土嫩江黑土23817.464高©不同土壤有效水范圍（重量%）一、農(nóng)田水分存在的基本形式+以重量百分?jǐn)?shù)表示（重量/%）:5. 土壤含水量的表示、計(jì)算與測(cè)定I I舞今止原土壤重一烘干土重水重 U襄含水鼠=壽三X 1 0% = T7T , -r.X 1 0旅烘干土重烘干土重以容積百分?jǐn)?shù)表示（容積/%）:上壤含水量水分容枳一上壤容枳水分卡精 烘I二土審100歸為匕生二兆生將咻 烘上里/土壤容重-口襄重量含水量X上堆容里 對(duì)水稻而言則要求農(nóng)田具有適宜的淹灌水層.土壤水分特

8、征曲線今土壤水分特征曲線不是單值函數(shù)。土壤在釋水和吸水時(shí)土壤吸力不同，存在滯后效應(yīng)。今瓶頸作用是產(chǎn)生滯后效應(yīng)的原因。二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求由于作物所需的水分是通過根系吸收土壤中的水分而得到 的，對(duì)于不同的作物而言，其對(duì)農(nóng)田水分狀況的要求是不 一樣的。O 旱作物要求農(nóng)田具有適宜的含水率;今土壤水吸力：可以簡(jiǎn)單理解為土壤顆粒 對(duì)水分的吸附力。是基質(zhì)勢(shì)與溶質(zhì)勢(shì)之和的負(fù)數(shù)。“土壤水分特征曲線：表示土壤水分和土 壤吸力（負(fù)壓）之間的關(guān)系曲線。第一節(jié)農(nóng)田水分狀況A進(jìn)行含水量和土壤吸力之間的轉(zhuǎn)換A間接反映土壤孔隙的大小s=4(y / dA分析不同質(zhì)挑土壤的持水性能A為土壤水分定1=|=: (委分析提

9、供參數(shù)。第一節(jié)農(nóng)田水分狀況彳,-H經(jīng)過一定 的時(shí)段降雨停山時(shí)二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求地下水位埋深較大飽和含奎 < I 田間持婁十降雨或灌水后不同深度土層的濕潤(rùn)過程二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求2）當(dāng)?shù)叵滤宦裆钶^小，作物根系吸水層上面受地面水補(bǔ)給，而下面又 受上升毛管水的影響時(shí)，土層中含水率的分布和隨時(shí)間的變化情況含水率 e（«）身水拿督）悒«含水率,:i* - ; k L(e:忸塞Ittl和含水*上,K農(nóng)田水利學(xué)第一節(jié)農(nóng)田水分狀況二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求1.早作物對(duì)農(nóng)田水分狀況的要求旱作物根系吸水層中允許的平均最大含水率為田間持水率。通常地面不允許積水；

10、地卜水位必須維持在根系吸 水層以下一定深度處。地下水位對(duì)作物根系吸水層內(nèi)土壤含水量分布的影響第一節(jié)農(nóng)田水分狀況農(nóng)田水利學(xué)二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求 由于大氣的溫度過高和相對(duì)濕度過低，陽光過強(qiáng)，或遇到F熱風(fēng) 造成植物蒸騰耗水過大，都會(huì)使根系吸水速度不能滿足蒸騰需要， 這種情況謂之大氣干旱。 當(dāng)土壤含水率過低，會(huì)出現(xiàn)植物根系從土壤中所能吸取的水量難 于滿足葉面蒸騰的消耗，而影響作物的生長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱為土壤干 旱。大氣干旱和土壤干旱都會(huì)造成作物生理干旱。等加農(nóng)田水利學(xué) 當(dāng)植物根部從土壤中吸收的水分來不及補(bǔ)給葉面蒸騰時(shí)，植物體 內(nèi)水分就會(huì)不斷減少，特別是葉片水分迅速降低，從而影響植物體 水分平衡和

11、協(xié)調(diào)，這種現(xiàn)象稱為作物生理干旱。第一節(jié)農(nóng)田水分狀況二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求凋萎系數(shù)不僅決定于土壤性質(zhì)，它還與土壤溶液濃度、作物 種類和生育期有關(guān)。使土壤溶液濃度不超過作物在各個(gè)生育期所容許的最高值是確定 根系吸水層土壤最低含水率的一個(gè)重要指標(biāo)。以鹽漬土為例，根系吸水層內(nèi)土壤含水率應(yīng)不小于:乂 oo%式中：S為根系吸水土層中易溶于水的鹽類數(shù)量（占干土重的百分?jǐn)?shù)）；C為允許的鹽類溶液濃度（占水重的百分?jǐn)?shù)）；為按鹽類溶液濃度要求所規(guī)定的最小含水率（占干土重的百分?jǐn)?shù)）。二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求2 .水稻地區(qū)的農(nóng)田水分狀況水稻采用淹灌的方法.灌溉水層上下限的確定，對(duì)水稻生產(chǎn)具 有重要的實(shí)際意

12、義.通常根據(jù)作物品種、生育階段、自然環(huán)境及人 為條件由經(jīng)驗(yàn)來確定。近幾年來，安徽、江蘇、山東、湖南、四川、湖北、廣西等省 （自治區(qū)）通過試驗(yàn)逐步形成了 “淺水灌溉”、“間歇灌溉”、“淺、 曬、濕”灌溉、“淺、曬、深、濕”等節(jié)水型灌溉方式。,二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求3 .農(nóng)田水分狀況的調(diào)節(jié)措施在天然的條件下，農(nóng)田水分狀況和作物需水要求通常是不相適 應(yīng)的.在某些年份或某些時(shí)間段內(nèi)，農(nóng)田常會(huì)出現(xiàn)水分過多或者水 分不足的現(xiàn)繚.A農(nóng)田水分過多的原因：大氣降水補(bǔ)給農(nóng)田水分過多；洪水泛濫、湖泊漫溢、海潮侵 襲或坡地地面徑流匯集等使低洼地積水成災(zāi)：地下水位過高， 上升毛管水不斷向上補(bǔ)給；或因地下水從坡地

13、溢出，大量補(bǔ)給農(nóng) 田水分；地勢(shì)低洼，出流條件不好。調(diào)節(jié)措施：分析農(nóng)田水分過多成災(zāi)的原因，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，加以治理。第一節(jié)農(nóng)田水分狀況農(nóng)田水利學(xué)雨利用量，提高土壤的蓄水保埔能力。農(nóng)田水利學(xué)二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求3.農(nóng)田水分狀況的調(diào)節(jié)措施農(nóng)田水分不足的原因：。降雨量不足；。降雨入滲量少，徑流損失較多；。土壤保水能力差，滲漏及蒸發(fā)損失水量過大。調(diào)節(jié)措施:Q灌溉是補(bǔ)充土壤水分的主要方法。采用適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)技術(shù)措施可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加降農(nóng)田水分狀況二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況要求3.農(nóng)田水分狀況的調(diào)節(jié)措施 因河湖泛濫而形成的災(zāi)害稱為“洪災(zāi)”；降雨過多，積水難排，釀成災(zāi)害，叫做“澇災(zāi)” 因降雨、灌

14、溉水量太多，或因地下水補(bǔ)給水量太多，使土 壤長(zhǎng)期過濕，危害作物生長(zhǎng)，叫做“漬害”； 在我國(guó)北方地區(qū)，當(dāng)?shù)叵滤贿^高，蒸發(fā)強(qiáng)烈時(shí)，往往 誘發(fā)土壤次生鹽堿化。這四種災(zāi)害有時(shí)單獨(dú)發(fā)生，有時(shí)同時(shí)出現(xiàn)。需要根據(jù)災(zāi)害 發(fā)生的原因，采取不同措施或綜合措施。第一章農(nóng)田水分狀況和土壤運(yùn)動(dòng)第二節(jié)土壤水分運(yùn)動(dòng)二、土壤水分運(yùn)動(dòng)1.入滲條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)降雨和灌水時(shí)水分向土壤中入滲，入滲速度、一定時(shí)段內(nèi) 的累計(jì)入滲量、入滲后水分在土壤剖面上的分布是確定灌 水定額、制定灌溉制度的依據(jù)。0(1)入滲過程的一般規(guī)律i,，和 J關(guān)系 曲線示意 圖內(nèi)就接近于土壤的飽和含水率。今隨著入滲時(shí)間的延長(zhǎng)，由于入滲路徑加長(zhǎng)，從地面到入滲鋒

15、面的水勢(shì)梯度逐漸減小，所以入滲速度也不斷地減小最后趨于一穩(wěn)定值，它接近于土壤的滲透系數(shù)K。今通常以入滲速度及累積入滲水量與時(shí)間t的關(guān)系曲線描述 入滲規(guī)律?！爱?dāng)入滲前土壤的初始含水率很小時(shí)，地面維持有薄水層 的初始入滲速度很大，地面處的土壤含水率在很短的時(shí)間二、土壤水分運(yùn)動(dòng)1.入滲條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)(1)入滲過程的一般規(guī)律二、土壤水分運(yùn)動(dòng)1.入滲條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)(2)入滲量的計(jì)算一般情況下，乙一和J關(guān)系曲線可由田間雙環(huán)入滲實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室土柱入滲實(shí)驗(yàn)測(cè)定。生產(chǎn)實(shí)踐中，常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算入滲速度和入滲量。1)考斯加可夫(A. H. KOCTJ1KOB)公式：if =，/ 式中：乙是任一時(shí)間的入滲速度

16、，以單位時(shí)間滲入土壤的水層厚度 (mm / min或cm / h)計(jì)；乙是第一單位時(shí)間末的入滲速度；紡入滲 時(shí)間(min或h)：。為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，決定于土壤性質(zhì)和初始含水率，。 =030.8。輕質(zhì)土壤“fi小，重質(zhì)土壤56大；初始含水率愈高，a 值愈小，一般土壤可取。=05。二、土壤水分運(yùn)動(dòng)1.入滲條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)(2)入滲量的計(jì)算2)菲利普Q. R. Philip)入滲公式二、土壤水分運(yùn)動(dòng)1.入滲條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)(2)入滲量的計(jì)算工)考斯加可夫公式累計(jì)入滲量與入滲時(shí)間的關(guān)系可用下式計(jì)算:式中：s為滲吸系數(shù)；)為穩(wěn)定入滲速度；二者都是與土壤性質(zhì)有關(guān)的參數(shù), S值還與初始含水率有關(guān)。初始含水率越

17、低，S值愈大。在入滲初期，參數(shù)S起主要作用，相當(dāng)于水平 滲吸的情況.隨著入滲時(shí)間的增長(zhǎng)，)參數(shù)則成為影響入滲的主要因素。 當(dāng)應(yīng)用菲利普(Philip)公式解決實(shí)際問題時(shí)，入滲參數(shù)S和。常由入滲試驗(yàn) 求出。二、土壤水分運(yùn)動(dòng)1 .入滲條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)(3)入浜時(shí)土塌劃面含水量的計(jì)算在灌水和雨量稍大的降雨過程中，地表形成薄水層，當(dāng)假定 地下水埋深較大，且剖面土壤含水率均勻分布時(shí)，土壤的入 滲可視為垂直一維入滲問題，其定解條件寫為：!?=彖（。等）Ot OZ020 2t = 0,0 = 6ot >o,z = o,e = 03t >0,2-8,6 = 0Q不同灌水方法時(shí)的土壤入滲問題畦灌、

18、淹灌、漫灌時(shí)的入滲有水層的一維運(yùn)動(dòng)（農(nóng)田水利學(xué)不同灌水方法時(shí)的土填入法問顧噴灌條件下的入滲自由入滲溝灌條件下的入滲二、土壤水分運(yùn)動(dòng)2 .蒸發(fā)條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)無地下水位補(bǔ)給條件下的土壤水分蒸發(fā)蒸發(fā)過程中一般可分為三個(gè)階段：第一階段是穩(wěn)定蒸發(fā)階段；第二階段開始于土壤含水率逐漸減少到在。稱為蒸發(fā)強(qiáng)度遞減階段；第三階段：蒸發(fā)強(qiáng)度不僅取決于干土層厚度，而且取決于 干土層內(nèi)水汽擴(kuò)散的能力.二、土壤水分運(yùn)動(dòng)3 .蒸發(fā)條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)(2)地下水位補(bǔ)給條件下的土壤水分蒸發(fā)當(dāng)?shù)叵滤宦癫厣疃容^淺時(shí)，表土蒸發(fā)消耗掉的水分在毛 管力作用下由地下水得到補(bǔ)給。當(dāng)外界蒸發(fā)力不隨時(shí)間而變時(shí)，土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)度與潛水 向上

19、補(bǔ)給的通量處于相對(duì)平衡狀態(tài)，形成穩(wěn)定蒸發(fā)。這時(shí) 從地面到地下水位的剖面含水量分布及吸力分布也維持相 對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。第一章農(nóng)田水分狀況和 土壤運(yùn)動(dòng)第三節(jié)土壤一植物一大氣連續(xù)體水分運(yùn)移第三節(jié)土壤一植物一大氣連續(xù)體水分運(yùn)移1966年提出了較為完整的SPAC (soil-plant- atmosphere continuum)概念。水分經(jīng)由土壤到達(dá)植物根表皮，進(jìn)入根系后，通過植物莖， 到達(dá)葉片，再由葉片氣孔擴(kuò)散到大氣層，形成一個(gè)統(tǒng)一的、 動(dòng)態(tài)的相互連續(xù)系統(tǒng)。盡管介質(zhì)不同，界面不一，但在物理 上都可看作為一個(gè)統(tǒng)一的連續(xù)體。水在該系統(tǒng)中的流動(dòng)過程 互相銜接，而且完全可用統(tǒng)一的能量指標(biāo)“水勢(shì)”來研 究整個(gè)SPAC系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)能量水平的變化，并計(jì)算出水 流通量。作物對(duì)水分的吸收、運(yùn)輸和散失根系吸水水經(jīng)葉脈葉 肉細(xì)胞 氣孔腔氣孔散人大氣>水流通量的計(jì)算"s 一"r =已一例=% 一%小 一 R： 一 式中：。為水流通量；(P 5、 (P r > 9 1、 4分別為土 水勢(shì)、根水勢(shì)、葉水勢(shì)、和大氣水勢(shì)；R"、Rrl、RJa 分別為土壤水分通過土壤到達(dá)根表皮，