土壤含水量及 求 农田作物需水量

土壤含水量及农田作物需水量
一、土壤含水量的计算
1．土壤重量含水量（重量百分数）
指一定重量的土壤中水分重量占干土重的百分数。

干土指在105℃下烘干的土壤（干土≠风干土），通常要求烘干时间达8小时以上，准确则要求烘至衡重。

它是普遍应用的一种表示方法，也是经典方法。

一般情况下，如果文献中未做任何说明，则均表示“重量含水量”。

如烘干法测定的结果，其含水量的重量百分数（水重%）可由下式求得：例1：测得湿土重为95克，烘干后重79克，求重量含水量。

2．土壤容积含水量（水容积百分数）
指一定土壤水的容积占土壤容积的百分数。

它可以表明土壤水充满土壤孔隙的程度及土壤中水、气的比率。

常温下如土壤的密度为1克/厘米3，因此土壤容积含水量或水容积百分数（水容积%）可由下式求得：
土壤容重
自然状态下，单位体积内干土重，单：g/cm3。

容重是土壤的一个十分重要的基本参数，在土壤工作中用途较广，以下举例说明。

（1）判断土壤的松紧程度容重可用来表示土壤的松紧程度，疏蓊或有团粒结构的土壤容重小，紧实板结的土壤则容重大，如下表。

容重（g/cm3）松紧程
度
孔隙度
（%）
< 1.00 最松> 60
1.00~1.14 松60~56
1.14~1.26 适合56~52
1.26~1.30 稍紧52~50
> 1.30 紧< 50
（2）计算土壤重量每公顷或每亩耕层土壤有多重，可用土壤的平均容重来计算，同样一定面积土壤（地）上的挖土或盆裁填土量，也要利用容重来计算。

例1：一个直径为40cm，高为50cm的盆，如果按1.15g/cm3容重计算，问需装多少（干）土
解：(40/2)2? 3.14 ? 50 ? 1.15 = 72220克= 72公斤
如一亩地面积（6.67?106cm2）的耕层厚度为20cm，容重为1.15g/cm3，其总重量为：
6.67 ? 106? 20 ? 1.15 = 1.5 ? 108(g) = 150(t) = 150000kg = 30 万斤土
（3）计算土壤各组分的数量根据土壤容重，可以计算单位面积土壤的水分、有机质含量、养分和盐分含量等，作为灌溉排水、养分
和盐分平衡计算和施肥的依据。

如上例中的土壤耕层，现有土壤含水量为5%，要求灌水后达到
25%，则每亩的灌水定额为：
6.67 ? 106 ? 20 ? 1.15 ? (25% - 15%) = 30(m 3)
又如上例，土壤耕层的全N 含量为0.1%，则土壤耕层（0~20cm ）
含N 素总量为:
6.67 ? 106 ? 20 ? 1.15 ? 0.1% = 150t ? 0.1% = 150kg
例2：如某土壤水含量（水重%）为20.3%，土壤容重为1.20(克/
厘米3)，求土壤容积百分数（水容％）
水容% = 20.3% ? 1.2 = 24.4%
又如某土壤容重为1.20，该土的总孔隙度为%10065.220.11⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛- = 55%，则其土壤容积饱和含水量为55%，饱和重量含水量为37.7%，空气所
占的容积为55% - 24.4% = 30.6%
3．土壤水贮量（农田贮水深）
以水层厚度（水毫米）表示。

指一定厚度土层内土壤水的总贮量相当
多少水层厚度（毫米）。

它便于与气象资料－降水量、蒸发量及作物耗
水量等进行比较。

土壤水贮深（水毫米）可同下式求得：
H 土为土层厚度，单位：mm 。

M 为1亩地的面积。

例3：如某土层厚度为100厘米，土壤含水量（水重%）为20%，容
重为1.20（克／厘米3），得：
（水毫米）＝ 1000 ? 20% ? 1.20 = 240毫米
4．农田（土壤）水贮量（亩／方）
以水的体积（方/亩）表示：指一定深度内每亩土壤水的总贮量（以
立方米计），即：水方/亩这是农田灌溉时计算水量常用的方法。

其求法如
下式：
（水方/亩）= 666.6(米2) ? 深度(米) ? 水重% ? 容重
例4：设土层深度为1米，水重％为20%，容重为1.2，其贮水量（水
方/亩）为：
（水方/亩）= 666.6米2 ? 1米 ? 20% ? 1.2 ? 160方/亩
例5：可应用土壤水贮量（水方/亩）计算灌水量。

如某土壤田间持水
量为20%（水重%），容重为1.20 (克/厘米3)，今测得土壤含水量为10%，
现要把每亩一米深的土层的含水量提高到田间持水量的水平，问每亩
应灌多少水（方/亩）其求法如下：
应灌水量（方/亩）= 面积(米2) ? 深度(米) ? 容重 ? 应灌水重%
= 666.6 ? 1 ? 1.2 ? (20% - 10% ) = 80方/亩
(水毫米)与(水方/亩)可作如下换算：3mm 水 = 2方/亩
所以，降水1.5mm 即相当于农田贮水量为1方/亩。

即：
例 农田贮水量（亩/方）= 32
? 240(mm)
= 160 (方/亩)
水（mm/亩）与水（方/公顷）可作如下换算：
水(mm/亩) 水（方/亩） 水（方/公顷） 即：水（mm/亩） ＝ 水（方/公顷）
5．相对含水量
指土壤含水量占田间持水量的百分数。

它可以说明土壤毛管悬着水的饱和程度，有效性和水、气的比例等。

是农业生产上常用的土壤含
水量的表示方法。

其求法如下：
例7：如某土壤田间持水量为24%，今测得土壤含水量为12%，则：
说明当时土壤含水量只占该土田间持水量的50%，即一半，一般认
为旱作土壤比较适耕、适播的土壤含水量大约为田间持水量的70%左
右为好。

上述土壤含水量只占田间持水量的一半，这对一般作物生长，
已感土壤水分不足了。

例8：实测资料如下，求土壤蒸发量。

土层 (cm) 容重 (g/cm 3) 3月31 水重(%) 4月20 水重(%) 蒸发量 水重(%) 蒸发量 容积(%) 蒸发量水(mm) 日蒸发
量
(mm)
0~5 1.58 7.7 4.1 3.6 5.7 2.8 0.14
5~10 1.48 9.9 6.9 3.0 4.4 2.2 0.11
10~20 1.44 10.9 8.6 2.3 3.3 3.3 0.16
20~40 1.44 13.3 11.3 2.0 2.9 5.8 0.27
40~60 1.44 15.1 12.6 2.5 3.6 7.2 0.34
60`80 1.44 21.5 18.8 2.7 3.9 7.8 0.37
80~100
1.44 31.6 31.4 0.2 0.3 0.6 0.03
0~10cm 日蒸发量：（0.14 + 0.11）?10 = 0.25 ?10 = 0.025mm
0~80cm 日蒸发量：
问：根据以上数据还可以得到什么结论
例9：测得田持为32.5%（容积%），2米土层平均重量含水量为16%；
?1.5 ?15亩 ?10
平均容量为1.5，求100mm 降水（或灌溉水）可湿润多深土层 解：m mm mm mm mm mm H 11000%
10100%5.22%5.32100)5.1%16(%5.32100%===-=⨯-==容积水土 二、土壤水的有效性
土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。

不
能被植物吸收利用的水称为无效水；能被植物吸收利用的水称为有效
水。

其中因其吸收难易程度不同又可分为速效水（或易效水）和迟效
水（或难效水）。

通常把土壤萎蔫系数看作土壤有效水的下限。

低于萎蔫系数的水
分，作物无法吸收利用，所以属于无效水。

所谓萎蔫系数是指植物发
生永久萎蔫时的土壤含水量。

这时的土水势（或土壤水吸力）约相当
于根的吸水力（平均为15巴）或根水势(平均为-15巴)。

一般把田间持水量视为土壤有效水的上限。

所以田间持水量与萎蔫
）。

的比例不同。

粘土的田间持水量虽高，但萎蔫系数也高。

所以其有效
水最大含量并不一定比壤土高。

因而在相同条件下，壤土的抗旱能力
反比粘土为强。

一般情况下，土壤含水量往往低于田间持水量。

所以有效水含量就
（1）作物（田间）需水量ET ――在一定条件下，作物在生育期内
良好生长发育，达该品种最高产量时单位面积所需水量（方/亩、mm ）。

即理想条件下的耗水量。

（2）作物（田间）耗水量ET ――在具体农田条件下，作物生育期
内，达某一产量时，单位面积上实际消耗水量（方/亩、mm ）。

注：① 旱地田间需（耗）水量不包括深层渗漏，水田作物则包括；
② 需水量是理想条件下的耗水量。

（3）日耗水量――作物每日实际耗水量（相应有日需水量）
（4）作物需水系数――作物每生产1公斤籽粒（籽棉）的耗水量(mm/kg)
（5）作物需水模系数――作物生育期内，各生育期耗水量占总耗水量的%，也叫阶段耗水百分数
（6）（作物）水分有效利用率WUE――作物每消耗单位水量（mm）所能生产的产量(kg/mm)
（7）蒸腾系数――作物每制造1克干物质所蒸腾水的克数（125－1000g/g）
（8）蒸腾强度――单位叶面积上，单位时间内的蒸腾耗水量（g/m2/hr，白天20~250g 夜1~20g）
（9）蒸腾效率――作物每蒸腾1kg水所能生产干物质的克数（1~8克）
（10）影响耗水量的因素：作物种类、作物品种、作物产量、气象因素、灌水技术、农业技术、种植制度、施肥水平、管理水平等。

土壤水有效性的实质：土壤―植物―大气连续体系（SPAC）1927年迈耶(Veihmeyer)指出，土壤水在田持－萎蔫点之间对作物是同等有效的，进一步研究提出了土壤水三种有效性大小。

（如图）现在研究表明，不同土壤的上、下限并不是常数（田持也不是常数），于是人们采用能量观点来研究土壤水，用水势代替含水量，通过测定土壤水势、植物水势（根、叶）、大气水势把植物从土中吸水直至蒸发可视为这样一个过程：水从一个容量有限，水势有变化的源头（即土壤）流向一个容量几乎无限的壑（即大气）中，当植物吸水速率等于蒸腾速率，则水流继续进行着，当土壤供水不足，小于蒸腾，则植物本身失水，直至萎蔫。

因此，现在研究土壤水分有效性是从“土－植－大气”视为一个系统即“SPAC”（1966, J.R. Philip）。

在这个系统中，水从水势高的地方（土）流向水势低的地方（大气），土壤饱和时，土水势为0，随着含水量的减少，土水势以基模势为主，至田持时，?m = -0.1~ -0.3巴，萎蔫点?m = - 15巴，根水势-10 ~ -30巴，根一叶水势差约为-10巴，水气水势为-1000巴。

三、土壤水平衡
土壤水平衡是指在一定时间和一定体积，土壤含水量变化（末期测定值与前期测定值之差）等于土壤水的收入（来水量）与土壤水的支出（耗水量）之差。

土壤水的收入（水收）包括：（1）降水（水降），（2）灌溉水（水灌），（3）地下水的补给，（4）其它来源的水，如水气凝结、雪水、别处流来的径流等等。

对一般农田来说，水收主要是水灌和水降。

即：
水收＝水降＋水灌
土壤水的支出（水支）主要包括：（1）土面蒸发（水蒸），（2）植物
蒸腾（水腾），（3）渗漏（水漏），（4）地表径流（水径）等等。

所以：水支＝水蒸＋水腾＋水漏＋水径
农田水量平衡研究某一期间土壤水的变量（?水）即该时段中终止时与起始时土壤含水量的差值。

也就是这一期间土壤水的收入支出的
?
少即短缺。

如果还有其它收支的水，应加入上式中。

土壤水平衡，在生产实践中很有用处。

1．如前期测得水重10%，而末期测得15%，则??水= 15% - 10% = + 5%，表示土壤水增加5%（这表明这期间有灌溉来水或是降水补给）。

2．计算作物的日耗水量。

如某麦地灌拔节水（4月20日）前，根层土壤含水量为90毫米，然后灌水45毫米。

到4月28日再测定同一根层土壤的含水量为100毫米，假设此间灌水后既无深层渗漏，又无降水，问这一时间小麦的日耗水量（水蒸＋水腾）是多少其计算方法是：（90 + 45 - 100）?（28 - 20）= 4.4毫米/日
3．确定灌溉时间。

经测定某地块作物主要根层内土壤水含量为100毫米，其中无效水为60毫米，这一时期降水很水，平均为0.6毫米/日，作物的耗水量为2.6毫米/日，如果在作物吸完有效水时再灌水，问这块地的含水量最多能维持几天就必须灌溉其计算方法如下：（100 - 60）?（2.6 - 0.6）= 20天
4．某地种植冬小麦，初步定土壤灌水后的含水率B max = 24%（占干土重百分数）；灌水前的土壤含水量为12%，其容重为1.25吨/米3，计划灌水土层深度H = 0.5米，冬小麦在该期的日耗水量为3.0毫米，试求冬小麦的灌水定额和灌水间隔时间。

（答：75mm、25天）
）
6．写出北京地区春地（裸地及冬小麦地）的农田水量平衡方程式。

农田水量计算复习题
一、名词解释
1. 凋萎系数(萎蔫系数)
2. 田间持水量
3. 重量含水量
4. 容积含水量
5. 土壤贮水量
6. 土壤含水量的计算公式
7. 容重
8. 深层渗漏
9. 临界深度
二、填空题
1．土壤含水量一般是用来表示的，它是以为基础，而不是以为基础。

2．土壤水分实际上是指在温度下从土壤驱逐出来的水。

3．测定土壤含水量的传统方法是。

4．土壤有效水含量为和之差值。

5．降雨9mm时，则相当于万/亩。

6．粘土含水量为15%，砂土含水量为10%，请判断水的流向。

三、判断题
1．降水1.5mm相当于农田灌水1方/亩
（）
2．土壤有效水含量一般是粘土＞壤土＞砂土
（）
3．农田灌溉指标制度的下限为凋萎含水量，而上限则为饱和含水量（）
4．烘干土即为风干土
（）
5．土壤有效水最大含量即为土壤有效水含量
（）
四、计算题
1．某土壤含水量为200g kg-1（即：20%），若同一土层平均容重为1.32g/cm3，则容积含水量为多少(答：26.4%)；假使耕层厚为30cm，则每hm2地耕层内贮水量深度为多少（毫米）（答：528mm）；若灌水
至土壤饱和之后，容积含水量是多少（答：49.8%）；耕层灌水深度为多少（mm）（答：46.8mm）。

2．某地土壤0~10cm土层含水量为150gkg-1，容重为1.2Mgm-3，10~30cm土层含水量为250gkg-1，容重为1.30Mgm-3。

问该土壤0~30cm 土层共贮水多少mm（答：83mm）；若该土壤耕层厚30cm，则这种土壤耕层每hm2多少方水（答：55.3方/hm2）；达田持时的灌水量又为多少（已知田间持水量为300gkg-1）（答：112mm/亩或750方／公顷）。

3．某土壤耕层0~20cm凋萎含水量为110gkg-1，田间持水量为280gkg-1，容重为1.25Mgm-3，问：（1）该土壤最大有效水含量是多少mm（答：42.5mm）；每hm2多少方（答：425方/hm2）。

（2）某时刻土壤含水量为210gkg-1，那么，土壤有效水为多少mm（答：25.0mm）（3）若此时进行灌水，每hm2需灌水多少方（答：175方/hm2）；(4)该土壤饱和含水量为多少。