农田水利学—农田水分状况与土壤水运动规律.doc

第一章 农田水分状况与土壤水运动规律1 农田水分状况农田水分：指农田中的地表水、土壤水和地下水。地表水：地表积水。 土壤水：包气带中的水分。 地下水：饱水带中的水分（可自由流动的水体）。与作物生长最密切的是土壤水。一、土壤水（一）土壤水分形态土壤水又可分为吸着水、毛管水和重力水等几种水分形态。1吸着水（1）吸湿水分子力、紧紧束缚在土粒表面、不能移动、分子状态水吸湿水达到最大时的土壤含水率称为吸湿系数。（2）膜状水分子力、束缚在土粒表面、可沿表面移动但不能脱离土粒表面、液态水膜膜状水达到最大时的土壤含水率称为最大分子持水率。2毛管水对于单个土粒,只能依靠分子力吸附水分, 但对于由许多土粒集合而成的土壤,其连续不断的孔隙相当于毛细管, 因此还存在一种毛管力,依靠毛管力保持在土壤中的水分称为毛管水。按水份供给情况不同，分悬着毛管水和上升毛管水。（1）悬着毛管水灌溉或降雨后，在毛管力作用下保持在上部土层中的水分。土壤储存水的主要形式。悬着毛管水达到最大时的土壤含水率称为田间持水率。（2）上升毛管水在地下水位以上附近土层中，由于毛细管作用所保持的水分。上升毛管水达到根系，则可被作物吸收利用，但地下水位不允许上升到根系，以防渍害。盐碱地区应严格控制地下水位，发防发生次生盐碱化。3重力水土壤中超过田间持水率的那部分水为重力水。重力水以深层渗漏的形式进入更下的土层，或地下水。旱地应避免深层渗漏，以防止水的浪费和肥料的流失。水田保持适宜的深层渗漏是有益的，会增加根部氧分，有利于根系发育。（二）土壤水分的有效性土壤对水分的吸力：1000MPa0.0001MPa作物根系对水分的吸力： 1.5 MPa左右(1 MPa=9.87大气压=100m水柱)如果水分受土壤的吸力小于1.5 MPa, 作物可吸收利用;如水分受土壤的吸力大于1.5 MPa, 则作物不能吸收利用。 1.5 MPa是有效水和无效水的分界点。土壤水分的有效性可以用下图来说明：（图：土壤水分有效性图）二、农田水分状况(一)旱田适宜的农田水分状况不允许地表积水土壤适宜含水率: 凋萎系数田间持水率凋萎系数=0.6田地下水水质较好,则地下水位可较高, 但一下水位不能达到根系层。有盐碱威胁地区,应严格控制地下水位,以免发生盐碱化。(二)水田适宜的农田水分状况水稻是喜水作物,除适时晒田处,田面要经常维持一定的水层。但水层不能过深, 否则会使根系缺氧,使根部发生无氧呼吸,有毒物质增加, 影响根系生长发育, 甚至烂根。目前多用浅水勤灌, 适时晒田。缺水地区应推广控制灌溉技术。地下水位不宜过高, 应保证一定的深层渗漏。适量的深层渗漏对水稻生长有利, 可增加根部氧分。深层渗漏也不宜过大, 会浪费水, 流失肥料。(三)农田水分状况的调节农田水分状况并不是总处于适宜的水分状况, 农田水分可能过多,也可能过少, 水分过多和过少都对作物生长不利。下面分析农田水分过多的原因及调节措施。1农田水分过多的原因及措施原因: 降水量大; 洪水泛滥; 地下水位过高等。形成的灾害洪灾河湖泛滥而形成的灾害。涝灾降水过多，积水难排，造成灾害。渍害土壤长期过湿，危害作物生长，造成灾害。 措施：防洪整治排洪河道，兴算修水库，加固堤防等。防涝开挖排水河道，修建排涝闸、站等。防渍开挖田间排水沟，防止过量灌溉等。2农田水分过少的原因及调节措施原因：降雨少，土壤滞水能力差（山丘区）等。措施：灌溉主要措施；疏松土层切断毛细管，减少土壤蒸发；地表覆盖用麦桔、地膜覆盖，阻止土壤蒸发； 化学抗旱减少叶面蒸腾。 2 土壤水分运动土壤水分运动的两种途径：毛管理论、水势理论。 毛管理论仅适用于对一些简单的问题分析。 水势理论则是根据在土壤水势基础上推导出的扩散方程，研究土壤的水分运动。这种方法理论严谨，适用于各种边界条件，因而具有广阔的应有前景。 一、土壤水运动基本方程在一般情况下，达西定律同样适用于非饱和土壤水分运动。根据达西定律和质量守恒原则，可推导出水壤水运动基本方程。土壤水运动基本方程的两种形式：式（1-11）和式（1-14。在初始条件和边界条件已知的情况下，可求解式（1-11）和式（1-14），得各点土壤含水率（或负压）和土壤水流量的计算公式，或用数值计算法，直接计算各点土壤含水率（或负压）和土壤水流量。二、入渗条件下土壤水分运动除雨和灌水入渗是补给农田水分的主要来源。教材中针对地面已形成一薄水层情况，推导了如下基本公式：（1）剖面含水率分布，式（1-19）（2）入渗速度公式，式（1-20）（3）入渗速度挖计算公式，式（1-21）（3）在单间t内入渗入总量计算公式，式（1-21）菲利普根据严格的数学推导，由一维土壤水运动方程，推导出了入渗速度的近似计算式，式（1-22），以及t时间内总入渗量计算公式，式（1-23）。我国习惯采用考斯加可夫经营公式计算入渗速度和入渗水量。即式（1-25）和式(1-26）。本课程专门安排了一个实验来验证考斯大林加可夫公式。3 土壤植物大气连续体一、水势在土壤中、植物体内和大气中水分与其它物质一样，具有能量，能量有动能和势能两种形式。水在土壤和作物体内运行的速度较慢，因此动能可忽略不计。水的势能简称为水势。水分总是从水势高的地方向水势低的地方运动。土壤中的水分运动、以及水分从土壤到作物，再从作物到大气的运行都是水势作用的结果。重力起的作用相对很小，因此产生水势主要原因是毛管力和分子力。土壤、作物和大气中水分的水势大小一般如下表如所示：土 壤作 物大 气-0.05 -1.5MPa根系 -0.2 -1.5MPa茎每升高1米水势降低0.03 0.04MPa叶 -0.6 -2MPa-10 - 100MPa某时刻测得一棵小树的水势如下：土壤根茎叶大气水势(MPa)-0.05-0.2-0.5-1.5-100二、土壤-作物-大气连续体田间水分运动是在水势梯度的作用下产生的，各环节之间是相互作用和相互制约的，为了完整地解决农田水分运动问题，必须将土壤植物大气作为一个连续体统一考虑，这一连续统一体称为SPAC（Soil-Plant-Atmosphere Continum）系统。SPAC系统是一个物质和能量连续的系统，在这个系统中，水分运动受势能支配，水流总是从水势高的地方，向水势低的地方运动。水分运动速度由两点间水势差及水流阻抗决定。即q=-/R在