农田水分状况和土壤水分运动

第一节 农田水分状况
一、农田水分存在的形式
地面水、地下水和土壤水。土壤水分是农田灌溉研 究重点
土壤水的形态： 1、气态水－存在于土壤孔隙，数量较少。有利于
微生物活动。
• 2、吸着水 包括吸湿水和薄膜水。
• A、吸湿水：被紧紧束缚于土壤颗粒表面，无法在 重力和毛管力作用下移动。吸湿水达到最大时的 土壤含水量为 吸湿系数。土壤颗粒对吸湿水的吸 附力在31～2000atm,无法被作物利用。
害。地下水位必须在根系吸水层以下才能 保持良好的通气和热状况。
<一> 不同条件下的土壤入渗
• 1、地下水埋深较 大和上层土壤干 燥时 ， 降雨或 者灌溉水首先湿 润表层，并逐渐 向土壤下层入渗。 土壤上湿下干。
• 停止灌溉后，在重力和毛管力作用下，上层土壤 含水量降低，下层含水量增加。
• 在水分重新分布过程中，由于蒸发作用和根系吸 收，上层土壤含水量开始降低，土壤吸力增加， 入渗逐渐停止，可能出现零通量面(该断面水通量 为0)。其后下层土壤水可能向上运动，也可能向 下运动。零通量面是分界线。
• 其他[生理(?)干旱]：其他非土壤水分条件引起的植物干 旱。如土壤溶液浓度过大(PEG试验)、土壤通气不佳（二 氧化碳浓度过高)等。
土壤盐分浓度与植物吸收水分
• 1、含水量减少，土壤溶液浓度增加，土壤溶液渗透 压力提高。若其高于根系细胞液的渗透压力，细胞失 水，造成生理干旱。
• 盐碱地、溶液胁迫(peg or salt)、盐水滴灌处理措施
• 2、地下水位较浅时土壤水入渗
• 下层受毛管上升水影响，上层受灌溉或降雨影响。
• 入渗增加了土壤中悬着水的数量，同时毛管上升 水也增加。当地面供水超过田间持水量时，水分 补给地下水，造成地下水位升高和水分的浪费。
• 高地下水位的危害
• 陕西宝鸡峡灌区不合理灌溉造成大量农田沼泽化
• 盐碱化
干旱的种类及其原因
• 水稻可以在一定水层中生存。水层对改善田间小气候 和抑制杂草有一定作用。 但是若水层过深，土壤通气和热控制恶化，处于 还原状态，所产生有害物质对生长不利。
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四、农田水分状况的调节措施
• <一> 不良土壤水分状况及其原因
• 1、土壤水分过多 原因：降雨、洪涝灾害、渍害、不合理灌溉
• 2、农田水分不足 原因: 降雨不足(主要原因)；
• 土壤保持在某一适宜的范围内，才能使得 作物生长良好。 不同作物和不同生育阶段对土壤水分的要 求。
三、水稻地区农田水分状况
• 传统淹灌处在烤田期外，其他时间均维持水层存在，
• 地下水较浅地区，深层渗漏可使地下水位上升，与地 面水连为一体，土壤处于饱和状态。 。
• 地下水位较深地区，或出流条件较好，地下水位保持 在一定深度。土壤水分至上而下存在梯度，土壤不一 定饱和。
• (3) 边界条件难以决定。
二、排水措施
• 目的：排除土壤多余水分，改善土壤通气 和热状况，起到以水调气、以水调肥和以 水调温的作用。这种作用在灌溉和排水措 施中均有明显效果。
• 排水方法： 开挖排水明沟、地下鼠洞、埋设地
下暗管等。通过井群进行水平排水等。
第二节 土壤水分运动
• 一、土壤水分运动的基本方程(略) • 二、入渗条件下土壤水分运动 • 三、蒸发条件下土壤水分运动
农田水分状况和土壤水分运动
1、农田水分状况(重点) 2、土壤水分运动(非重点) 3、土壤－作物－大气连续体（Soil-Plant-Air continue system)水分运动(了解)
前言
农田水分状况是农田地面水、土壤水 和地下水的数量及其在时间上的变化。
农田水利措施的目的在于改变和控制农 田水分状况。调节土壤中气、热和养分状 况，改善田间小气候，使得作物处于良好 的生长条件下，达到提高产量和品质的目 的。
• 原因:地表水汽压力梯度和土壤吸力变化增加了供水能力.
• 当外界蒸发能力大于土壤供水能力时,蒸发强度由有后者决定。
• 原因：土壤导水率降低、吸力梯度变化－路径变化增加了长度
2、描述土壤水分运动存在的问题
• (1) 模型参数不容确定: 过程复杂、空间变 异性大。
• (2) 在有作物条件下，根系吸水项不容确 定。
土壤水分形态小节
• 1、土壤水分各形态之间并无严格的分界线，其所占 比例与土壤质地、结构和有机质含量以及温度有关。 相同的含水量下，粘土土壤水吸力大于砂土；相同的 土壤吸力下，有机质多的土壤含水量亦高于有机质低 的土壤。
• 2、根据水分对作物的有效性，土壤水可分为有效水、 无效水和多余水。
• 凋萎系数：当土壤含水量低于吸湿系数的1.5~2.0倍， 土壤吸力在7～40×104Pa时(一般人为在15个大气压 左右)，土壤中的水分无法被作物吸收，作物发生永 久性凋萎。
• B、薄膜水：吸附于土壤颗粒表面，只能沿土壤表 面进行速度较小的移动。薄膜水达到最大时的土 壤含水量为土壤最大分子持水率。 最外层水分子 所受到的吸附力约为6.25atm。
• 3、毛管水
– 毛管水是在重力作用下土壤中能够保持的水分。即重力作 用下土壤中超出吸着水的部分。或者说在毛管力作用下能 够保持在土壤中的水分。
• 2、溶液中某些离子对植物有毒害作用，并可能引起 土壤结构恶化。如Fe离子、CL离子等。
• 根系吸水层土壤含水量的临界值:
• θmin＝S/C×100％ S－可溶性盐数量（百分比)， C－允许盐类溶液浓度(占水的百分数)
旱田土壤水分状况小节
• 凋萎系数和田间持水量农田作物根系层土 壤的含水量下限和上限。据此决定灌水时 间和定额
一、土壤水分运动的基本方程
• 根据扩散方程，利用势能理论(土壤水分有 势能高的点向势能低的点运动)，研究土壤 水分在时间和空间上的变化。
• 由边界条件和初始条件可以获得任意在任 意时间的水分状况，如含水量或土壤吸力。
二、入渗条件下土壤水分运动
• （略〕
三、蒸发条件下土壤水分运动
• 1、土壤蒸发
• 根系吸收水分破坏植物体内水分平衡和协调称为干旱 • 大气干旱:大气温度过高或者辐射过强，干热风等导致蒸
发大于吸水速度，所形成的干旱。西北和华北地区较多。 此时土壤含水量不一定很低。
• 防止方法：微灌、遮阳网等
• 土壤干旱：土壤水分过少，植物无法正常吸收以补偿叶 片蒸发所形成的干旱。是对植物危害最大的干旱。
降雨径流损失(水土保持较差)； 土壤保水性能差(有机质少) 过度蒸发(原因和防治方法)
<二>几中有关农田水分状况的灾害
• 干旱：农田水分不足(或其他原因引起作物水分失调)。
干旱是我国北方农业上层的主要灾害
• 涝灾：旱田积水或水田淹水过深，导致农业减产。 • 渍害：地下水位过高或土壤上层滞水，土壤潮湿，影响
作物生长发育和产量。 渍涝灾害是南方农业生产的主要灾害
<三> 调节农田水分的措施
• 1、灌溉措施：调节土壤水分状况和田间小 气候。
• 灌水方法: 地面灌溉：目前最主要的灌水方法 喷 灌：模拟降雨 微 灌：局部灌溉
<二>非灌溉措施调节农田水分
• 1、地膜覆盖 • 2、秸秆还田 • 3、中耕 • 4、增加土壤有机质 • 5、采用保水剂
• 进行含水量和土壤吸 力之间的转换
• 间接反映土壤孔隙的 大小 s=4σ／d
• 分析不同质地土壤的 持水性能
• 为土壤水分定量分析 提供参数。
二、旱作区农田水分状况
• 根系是作物的吸收器官，毛管水是作物水 分的最主要来源。各种形态的水分转化成 土壤水才能被作物根系所吸收。
• 重力水和凋萎系数以上的水分无法利用。 • 地面积水和地下水位过高会引起渍、涝灾
土壤水分特征曲线
• 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。
• 表示土壤水分和土壤吸力（负压）之间的关系曲 线称为土壤水分特征曲线。
• 土壤水分特征曲线不是单值函数。土壤在水和吸 水时土壤吸力不同，存在滞后效应。
• 瓶颈作用是产生滞后效应的原因。
土壤水分特征曲线的作用
• 影响蒸发强度的因素： A 外界蒸发能力 B土壤输水能力 土壤蒸发发生在土壤表层，当土壤表层含水量较高(高于临
界含水量θc。该值近似于毛管断裂点的含水量，约为田间持水 量的50～70％)，或土壤输水能力高于大气蒸发能力时，蒸发 强度取决于外界蒸发能力。在灌溉后到土壤含水量达到θc之前， 土壤蒸发强度稳定，近似于水面蒸发。
– 上升毛管水：地下水能沿土壤毛细管上升的水分。当地下 水位较高时，下层水分可通过毛管上升。
– 毛管悬着水：降雨或灌溉后，上层土壤中由于毛细管作用 所能保持在土壤孔隙中的水分（由地面渗入〕。
– 毛管悬着水达到最大时的土壤含水量为田间持水量，此时 土壤毛管力在0.1~0.3atm之间。该指标是农田灌溉中应用 最广泛的指标之一。
– 生产中通常将灌水两后土壤所能够保持的含水量称为田间 持水量。
4、重力水
• 毛管力随着毛管直径的增加而减小。当土壤 含水量超过田间持水量，多余水分在无法为 毛管所保持，在重力作用下沿非毛管孔隙下 渗排除。这部分水分称为重力水。 – 当土壤中全部孔隙为水分所充满时的含水 量为饱和含水量或全蓄水量。