第四章 水分幻灯片.ppt

第四章水分 一 空气湿度二 蒸发和蒸腾三 水汽凝结和大气降水四 水分与农业 第一节空气湿度 空气湿度 空气中水汽含量的多少或潮湿程度 湿度参量 表征空气中水汽含量的多少和潮湿程度的物理量 一 空气湿度参量 水汽压 e 反映空气中水汽含量的多少水汽含量 水汽压e 定义 空气中水汽的分压强 单位 百帕 hPa 1百帕 hPa 100帕斯卡 Pa 饱和水汽压 E 反映空气的最大水汽容纳能力饱和水汽压取决于温度 马格奴斯半经验公式 定义 饱和湿空气中水汽的分压强 影响因子 温度T E 蒸发面性质E过冷却水 E冰蒸发面形状E凸面 E平面 E凹面液体含盐度含盐度 E 相对湿度 f 定义 空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值 反映空气的潮湿程度 温度不变 E不变 水汽含量 e r 水汽含量不变 e不变 温度 E r 露点温度 Td 定义 对于含有水汽的湿空气 在不改变气压和水汽含量的情况下 降低温度而使空气达到饱和状态时的温度 反映空气中水汽含量的多少 水汽含量 露点温度Td 饱和差 d 定义 同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差 d E e 反映空气的潮湿程度 影响因子 温度不变 E不变 水汽含量 e d 水汽含量不变 e不变 温度 E d 水汽含量 温度 比湿 q 混合比 S 绝对湿度 a 比湿 湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值 混合比 湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值 比湿和混合比具有保守性 绝对湿度 水汽密度 单位体积湿空气中水汽的质量 二 空气湿度的时间变化 水汽压的时间变化 日变化 单波型 海洋型 海洋 沿海地区 冬季大陆 影响因子 蒸发强度 双波型 大陆型 夏季内陆 沙漠地区 影响因子 蒸发强度乱流强度 年变化 影响因子 蒸发强度 相对湿度的时间变化 绝大多数地区 与气温的日变化反相 T 地面水分蒸发强度 e T E 并且E 比e 快因此T r 同理T r 近海地区及其它大型水体的周围 晴朗稳定的天气条件下 与气温的日变化同相 海陆风 水陆风 昼 吹海风 潮湿夜 吹陆风 干燥 日变化 年变化 大多数地区 与气温的年变化反相 T 地面水分蒸发强度 e T E 并且E 比e 快因此T r 同理T r 季风气候区 与气温的年变化同相 夏季 夏季风 来自海洋 潮湿冬季 冬季风 来自内陆 干燥 第二节蒸发和蒸腾 蒸发是水分从液态变为汽态的物理过程 是水分循环的起点 是地表水分平衡 热量平衡的重要组成部分 广义的蒸发应该包括 陆面蒸发水面蒸发植被蒸腾冰雪升华 一 水面蒸发在一定温度下 由液态或固态水转为水汽的过程称为蒸发 蒸发过程的发生取决于实际水汽压与饱和水汽压两者的对比关系 当e E 未饱和 时 出现蒸发 e E 过饱和 时 蒸发停止并出现凝结 e E 饱和 时 进入水中的水分子数和逸出水面的水分子数相等 处于动态平衡状态 当e E时 空气凝结 空气过饱和 当e E时 空气平衡 空气饱和 当e E时 空气蒸发 空气未饱和 蒸发速率 定义 单位时间从单位面积上蒸发掉的水的质量 单位 g cm2 日 日蒸发量 定义 一天中蒸发掉的水层的厚度 单位 mm 日 1g cm2 日 1mm 日 道尔顿蒸发公式 d 0时 W 0 蒸发过程d 0时 W 0 动态平衡d 0时 W 0 凝结过程 影响水面蒸发速率的因子 温度 T E d W 湿度 e d W 气压 P W 风 风速 W 蒸发面性质 W过冷却水 W冰 蒸发面形状 W凸面 W平面 W凹面 含盐度 含盐度 W 二 土壤蒸发 土壤蒸发定义 土壤水分汽化并向大气扩散的过程 土壤蒸发的两种过程 第一种 蒸发直接发生在土壤表面 第二种 水分在土壤中某层次进行蒸发之后 水汽通过土壤的孔隙达表层溢出土表 影响因子 土壤因子 气象因子 三 植物蒸腾1 植物的蒸腾作用要了解植物叶子的蒸腾过程及叶子的气孔阻抗 水分最开始从叶肉细胞壁开始 然后扩散到气孔穴 水汽通过气孔到达叶子表面 然后通过片流边界层再到达大气中 再通过湍流输送到大气上空 水分从叶肉细胞开始向外扩散直到最后到达大气上空 这个输送过程必须克服四种不同阻力 把这种阻力称为阻抗 用 表示 植物存在水汽压差 因叶子内水汽一定是饱和的 否则会蔫 而大气中水汽一般是不饱和的 两者间存在水汽梯度 e 蒸腾率E e 为系数 且 MV RT这里MV是水汽分子量 R 气体常数8 31J mol K T是空气温度 K E为蒸发量 则蒸发所需热量为LE 只要知道叶片温度 空气干湿球温度 或ta RH td 及 t 就知道叶片蒸腾率 实际上叶面除了把从太阳辐射得到的热量用于蒸腾外 也象地面一样要加热贴近地表面的空气 我们叫它感热H 与地面一样 它在输送热量给空气时也有一个阻力 叫感热阻抗 H 由于这种输送只在叶表面发生 所以就得有象水汽那样要经过叶肉细胞和气孔 H要比 t小 LERnH 如果叶片不蒸腾 则全部热量将都用于H即Rn H LE H则H Rn如果此时土壤干旱无水供蒸腾 叶温将升高 重要结论 如农田作物叶片明显升温 说明农田已缺水了 需进行灌溉了 2 植物的蒸腾系数 KT蒸腾作用所消耗的水分 通常用蒸腾系数KT来表示 蒸腾系数是指植物形成单位重量干物质所消耗的水量 KT是一个无量纲数 无单位 KT越大说明植物需水量越多 水分利用率越低 反之KT越小 表示植物需水量少 水分利用率越高 所以 缺水地区就要选KT值小的作物栽种 四 农田蒸散 evaportranspiration 1 蒸散的定义在农田中既有土壤蒸发又有植物叶片蒸腾 因此在农田中把蒸发加蒸腾一起叫蒸散 2 蒸散量受以下三方面的因素制约 大气的干燥程度 辐射条件及风力大小所综合决定的蒸发势 土壤湿润程度和导水能力所决定的上壤供水状况 植被状况 包括植物水分输导组织 叶片气孔数量与大小以及群体结构对湍流交换系数的影响等 平坦地面被矮秆绿色作物全部遮蔽 土壤充分湿润情况下的蒸散量称蒸散势 PotentialEvapotranspiration 也称可能蒸散量 潜在蒸散量或最大可能蒸散量 因此实际蒸散量ETa是可能蒸散量ETP 土壤含水量及植被覆盖状况的函数 蒸散量测定方法 器测法应用蒸散计 内装生长着植物的土样的柱状仪器 定期测定土壤水分损失量 经验公式法用数理统计方法 确定蒸散量与各种气候要素的相关关系 建立计算蒸散量的经验方程 水分平衡法在地下水较深 对根分布层无水分补给的情况下 通过定期测定降雨量和土壤水分含量以确定蒸散量 湍流交换法通过测定近地面层的水汽梯度和湍流系数以计算水分的垂直通量 从而确定蒸散量 热量平衡法通过测定地表热量收支的各分量以确定消耗于蒸散的热量 综合法综合应用热量平衡方程和湍流交换方程计算可能蒸散量 见可能蒸散量 再用可能蒸散量和土壤水分含量及植被状况参数建立函数关系 计算实际蒸散量 1 水分平衡法 获取数据比较容易 误差较大 2 桑斯威特法美国中西部半干旱地区多年田间试验的数据植物生理和物理机制在蒸散过程中的重要作用计算月平均可能蒸散ETP ForestimatingmonthlyETP 算法简单 资料易得 不适合月平均气温低于零度的地区 计算短期值误差会大 长期效果会好些 3 彭曼法考虑了净辐射 空气温度 水汽压以及风速等因素 运用空气动力学和能量平衡概念 提出了自由水面的可能蒸发量的公式 运用彭曼公式估算农田可能蒸散ETP ETP f1E0f1 夏季0 8 冬季0 6 物理意义明确 有较严密的理论依据 测量比较简单 4 彭曼 蒙泰斯法蒙泰斯将输送阻抗概念引入彭曼公式 使彭曼公式既能用于有充分灌溉条件下垫面的蒸散情况 也可用于供水有限下垫面的蒸散情况 自动测量仪器 快速反应仪器以及计算机水平的迅速发展 5 鲍恩比法 1926 鲍恩比 Bowenratio Kh KV 大气中热量湍流交换系数与水汽湍流交换系数相同 假设下 蒸发变化与气温变化相同蒸发量的空间分布 因气温高低 海陆分布 水汽含量多少等而发生变化 低纬度气温高 蒸发量也大 在温度相同的情况下 海洋蒸发量多与大陆 并有自沿海向内陆显著减少的趋势 蒸发量与所在地区的降水量也有关系降水量多的地方蒸发量也大 反之 蒸发量小 干旱地区蒸发能力强 而实际蒸发量却很少 北半球大陆各纬度平均年降水量 蒸发量 mm 地面蒸发分布 1 全球蒸发分布的特点 高纬度地区蒸发小 能量少 中纬度和低纬度地区 海洋蒸发 水源充足 高于大陆蒸发 西太平洋和大西洋 冬季蒸发量最大 风大 暖洋流 洋面最大蒸发位于信风带 风大 赤道有一个低值区 冷水 无风 陆地蒸发最大值在赤道 地表吸收的太阳辐射能量较多 植被茂盛 次高值在中纬度的西风带 风速大 2 我国地面蒸发分布的特点 蒸发量从东南向西北减少 长江流域以南 东南沿海及两湖盆地蒸发较大 地表水分较大 西部内陆 气候干燥 降水小 蒸发小 冬季蒸发小 夏季蒸发大 第三节水汽凝结和大气降水 一 凝结条件 凝结发生的条件 空气达到饱和或过饱和状态 并有凝结核存在 空气的饱和或过饱和 实现方式 增大水汽含量 e e E降低温度 T T Td 大气中常见的降温过程 混合冷却 绝热冷却 辐射冷却 平流冷却 空气的冷却绝热冷却 空气上升过程中 经过绝热冷却 温度降低 到达某一高度时 空气由未饱和达到过饱和而发生凝结 辐射冷却 通过辐射冷却 使空气温度降到露点温度以下而发生凝结 平流冷却 暖湿空气流经冷的下垫面时 由于热量交换 造成暖空气温度降低 就可能产生凝结 混合冷却 当温差较大 且水汽压接近饱和水汽压的两团空气水平混合后 可能达到过饱和状态 凝结核 定义 在水汽凝结过程中起凝结核心作用的固态 液态和气态的气溶胶质粒 二 凝结物 地面凝结物 露 霜 雾凇 雨凇 辐射冷却的产物 形成在晴朗无风的夜间和清晨 露 贴地层空气中的水汽在地面发生凝结而形成的小水滴 Td 0 霜 贴地层空气中的水汽在地面发生凝华而形成的小冰晶 Td 0 热容量小 导热率小 粗糙的地表易形成露和霜 雾凇 和雨凇 雾凇 附着在树枝及物体迎风面上的白色的疏松的凝结物 雨凇 过冷却雨滴落地后冻结而形成的光滑而透明的冰层 雾淞 雨凇 雾淞 崂山上的多彩雾淞 近地层大气中的凝结物 雾 飘浮在近地层空气中的小水滴和小冰晶 雾的分类 辐射雾 地面和山谷 1 空气中有充足的水汽2 天气晴朗3 微风 1 3m s 4 大气层结稳定 1 辐射雾 radiationfog 夜间 地面和近地面气层辐射冷却 使近地层的温度降低 当温度降至露点温度以下时 空气中的水汽凝结形成的雾 称为辐射雾 平流雾 热空气移到冷表面形成 夏天 太平洋沿岸 2 平流雾 advectionfog 平流雾是暖湿空气移动到冷的下垫面上 其下层冷却降温 水汽凝结形成雾 这种由于空气平流而形成的雾 称为平流雾 1 下垫面与暖湿空气的温差较大2 暖湿空气的湿度大3 适宜的风向 由暖向冷 和风速 2 7m s 4 层结较稳定 蒸发雾 冷空气移至暖水面上会出现蒸发雾 两团不饱和的空气混合可产生饱和的空气 自由大气中的凝结物 水汽凝结物悬浮在自由大气中形成云 定义 分类 发生学分类 形态学分类 国际分类法 云底高度和外形特征 中国 地面气象观测规范 云族 云属 云类 云目 衍生云 转化云 云是空中凝结物 空气对流 锋面抬升 地形抬升等作用使空气上升到凝结高度时 就会形成云 云吃雾下 雾吃云晴 见到雾之后来了云 可能低气压要来临 是下雨的兆头 反之 如云消雾起 表示低气压已过 晴朗天气即将来临 云的演变能预示未来天气的变化 云是天气变化最明显 最直接的标志 云的形状 数量 移动 颜色 厚度以及出现方位等反映了大气的运动和水分状态 云是悬浮在大气中的水汽凝结物 它是由微小的水滴 过冷却水滴 冰晶单独或混合组成 形成云的主要原因是空气上升运动 云的存在和发展所必须具备的条件 1 要有使空气中水汽发生凝结的冷却过程 2 水汽达到过饱和状态 3 有凝结核 4 必须有水汽的不断输送和补充 湿空气达到饱和的主要途径 对流 锋面体系 气团辐合 地形抬升 云的形成条件和分类洁白光亮 一丝一缕的叫 卷 弥漫大片 看不见边缘的叫 层 一堆堆 一团团的叫 积 1 热力对流 积状云 指地表受热不均和大气层结不稳定引起的对流上升运动 积云 平底 向上发展 积雨云在13分钟内的发展 积雨云在13分钟内的发展 强烈发展的积雨云1 强烈发展的积雨云 强烈发展的积雨云2 强烈发展的积雨云 强烈发展的积雨云3 强烈发展的积雨云 2 动力抬升 层状云 指暖湿气流受锋面 辐合气流的作用所引起的大范围上升运动 层云 雨层云 高层云 卷云1 卷云 卷云2 卷云 卷云3 卷云 卷层云2 谚语 日晕风 月晕雨 表示已经有锋面或低气压自远方接近 是为天气转坏的前兆 卷层云 晕 当天空中有冰晶组成的卷层云围绕在太阳或月亮的周围时 光线经过冰晶的折射和反射作用 偶而会出现一个或两个以上的彩色光环围绕在太阳或月亮的四周 呈现内红外紫的排列 有时还会见到一些彩色或白色的光斑 光弧 这种出现光圈 光斑及光弧等光学现象统称为 晕 halo 3 大气波动 波状云 指大气流经不平的地面或在逆温层以下所产生的波状运动 波状云2 波状云 4 地形抬升 积状云 波状云和层状云 指大气运行中遇地形阻挡 被迫抬升而产生的上升运动 这种运动形成的云3种形状都有 通常称之为地形云 旗云 地形云 火山云 美国圣劳伦斯火山 UFO云 地形云 法国 镜状云 地形云 斗笠云 5 特殊云状的形成 堡状 絮状 悬球状 荚状等 悬球状云 堡状层积云Sccast 堡状云 云体细长 底部水平 顶部并列突起 是由于气流突破稳定气层而形成的 天上云城堡 地下雷雨鸣 絮状云 边缘破碎 是由于潮湿气流不稳定且有强烈的湍流混合而致 朝有破絮云 午后雷雨临 看云识天气 淡积云 碎积云 浓积云 秃积雨云 鬃积雨云 透光层积云 蔽光层积云 积云性层积云 堡状层积云 荚状层积云 层云 碎层云 雨层云 碎雨云 透光高层云 蔽光高层云 透光高积云 蔽光高积云 荚状高积云 积云性高积云 絮状高积云 堡状高积云 毛卷云 密卷云 伪卷云 钩卷云 毛卷层云 匀 薄幕 卷层云 卷积云 三 降水 1 降水的特征量 降水 从天空降落到地面的固态或液态的水汽凝结物 降水量和降水强度 降水量 从大气降落到地面的未经蒸发 渗透 流失而在水平面上积聚的水层厚度 单位 毫米 日降水量 旬降水总量 月降水总量 年降水总量 降水强度 单位时间内的降水量 单位 mm 10分钟 mm 小时 mm 日 降水强度 mm 24h 降水变率 用于反映一个地区降水的变化情况 稳定程度 Ri某地某年某时期的实际降水量R0该地同期的多年平均降水量 降水绝对变率 降水距平 Ri R0 2 降水的种类 降水分类 1 雨 从云中降落到地面的液态水 2 雪 从云中降到地面的各种类型冰晶的集合物 当云层温度很低时 云中有冰晶和过冷却水同时存在 水汽从水滴表面向冰晶表面移动 在冰晶的角上凝华 形成各种形状的雪花 3 霰 霰是白色不透明而疏松的小冰球 其直径为1 5毫米 它形成在冰晶 雪花 过冷却水滴并存的云中 是由下降的雪花与云中冰晶 过冷却水滴碰撞而迅速冻结而成的 4 冰雹 从积雨云中降落到地面的冰块或者冰球 冰雹是由透明和不透明的冰层相间构成的 积雨云 形成时对流作用强烈厚度8000m以上 顶部温度 40 冰晶和雪花中部温度0 40 过冷却水和冰晶下部0 以上 水滴积雨云中 上升气流时强时弱 冰雹的增长 冰雹的干增长在含水量小而温度低的云区 因为冰雹碰并的水量少 因而冻结释放的潜热也少 再加气温低 雹块散热快 因此碰撞雹块的过冷水滴未及从冰雹表面漫流开来就已冻结为冰 在一定的程度上保持其圆球形 冻滴之间留有许多空隙 形成不透明层次 冰雹的湿增长相反 如果云的含水量比较大 环境气温也不太低 则冰雹的散热不及冻结潜热释放的快 被碰撞水滴只能有一部分冻结 过冷水在冰雹表面铺展成水膜 冻结过程在水与冰的交界面上进行 形成的冰层透明而密度大 冰雹云结构 冰雹的增长过程 1 雹胚沿主上升气流边缘上升增长 可增大到1mm2 被上升气流带到前方弱上升气流区3 在上升气流前面下落入雹胚帘 可增大到5mm 4 从雹胚帘底随主上升气流上升迅速增长5 在上升气流边缘下落4 5可多次重复 6 冰雹在零度层上与过冷水碰并7 长到足够大后下落到地面 1 当云顶的雹心 霰 降落到中部和底部时 与过冷却水和水滴碰并而包围在霰的周围 再次上升时 外围的水分被冻结形成一透明冰层 2 当上升至顶部时 云顶的冰晶雪花附着于它的外部又形成一不透明层 3 反复这种上升下降过程之后 这种透明与不透明的同心层可达十几层 直至云中上升气流再也托不住时 降到地面 冰雹的危害 3 降水的形成 充分的水汽供应和空气的绝热上升运动 水汽的扩散转移过程 冷暖云滴之间 大小云滴之间 过冷却水滴与冰晶之间 冰晶效应 凝结增长过程 当云层内部存在着冰 水云滴共存 冷 暖云滴共存或大 小云滴共存的任何一种条件时 由于不同的云滴间存在饱和水汽压差 水汽从饱和水汽压大的云滴移到饱和水汽压小的云滴上 使云滴增大 云滴的碰并增长 由于云内的云滴大小不一 相应地具有不同的运动速度 大云滴下降速度比小云滴快 因而大云滴在下降过程中很快追上了小云滴 大小云滴相互碰撞而粘附起来 成为较大的云滴 在有上升气流时 当大 小云滴被上升气流向上带时 小云滴也追上大云滴与之合并 成为更大的云滴 小雨滴在空气中降落时 由于表面张力作用 故保持球形 对于较大雨滴 除了表面张力以外 还有两个力作用于水滴 一个是四周空气的压力 另一个是重力引起的水滴内部的静压力差 随着水滴的增大 这后两个力也随之增加 而表面张力却因曲率的减小而减小 这三种力的共同作用 使大雨滴降落时发生变形 雨滴越大 变形越厉害 以至最终破碎 这种破碎称为自发破碎 另外 降水粒子发生碰撞时也可能破碎成若干小滴 称为碰撞破碎 冰晶降水过程的几种可能情况 吸附液态水滴成为大的冰晶 大的冰晶碰撞而破碎成小的冰晶 冰晶碰撞站在一起形成雪片 暖云降水过程 暖云降水过程 冷云降水理论 1 人工影响冷云降水中纬度地区冬季 过冷却层状云 缺乏冰晶 在过冷却云中投入干冰 固体二氧化碳 形成一个冷区 冷区内过饱和度很大 水汽分子结合物能够存在和长大 碘化银 凝华核或冻结核 4 人工降雨 2 人工影响暖云降水整个云体温度 0 的云称为暖云 缺乏大水滴 云中投入吸湿性核 食盐 食盐能在低饱和度下凝结增长 可以在短时间内形成数十微米以上的水滴 从而拓宽滴谱 加速碰并增长的过程 达到降水的目的 播散大水滴 5 干燥度 定义 一个地区某时期的水面可能蒸发量与同期的降水量的比值 干燥系数 W0水面可能蒸发量 R降水量 干湿区的划分指标 小结大气中的水分 大气中的水分包括空气中的水分和云中的水分 若全部凝结降水 则仅有2 5cm 全球 在垂直方向 大气中的水分主要集中在700hPa以下 夏季大气的水分含量大于冬季 在空间上 海洋上大气水分含量比大陆上的大 赤道上空大气的水分含量比两极大 沙漠上空大气的水分含量最低 在我国 东南沿海 华南大气的水分含量最大 从南向北 从东向西 大气中水汽含量逐渐减少 我国整层大气全年水汽合成总量主要来自三支气流 由西南气流输送来的印度洋 孟加拉湾水汽影响我国西南和长江以南广大地区 西北气流带来的大西洋和北冰洋的水汽 影响长江以北地区 偏南 偏东南气流输送来自南海和东海的水汽 仅影响我国华东地区 一 水分影响农作物的主要方面1 水分是绿色植物光合作用的原料2 水分的多少影响着作物光合作用的强度3 水分作为介质还影响着作物光合作用过程中所需的矿物质营养元素的传输及光合产物向根 茎 花 果实等器官和组织的输送 第四节水分与农业 4 水分供应作物蒸腾的需要 而蒸腾则调节着作物体温 还是植物根系从土壤中吸收水分和养分的动力之一 也在作物的整个生理过程中起着平衡作用 5 水分是植物组成的主要因素之一 据测定 一般植株的含水量为鲜重的75 90 水生植物甚至高达98 充足的水分可保持作物细胞组织的紧张度 使植株茎叶挺直 并可保证植株有相当的表面来进行光合作用 二 水分循环 大气水分以降水形式到达地面 经分配后进入土壤 大量的水分通过植物根系吸水经植物体运输到叶片 再由叶片中的液态水变为汽态水而输送到空气中 这种贯通土壤 植物 大气连续的水流可以直观的理解 称为土壤 植物 大气水分循环系统 土壤 植物 大气水分循环系统水分循环的动力 是植物的蒸腾作用 蒸发降水截留表面贮存径流入渗蒸腾土壤水分贮存潜流河道深层下渗地下水贮存地下水流动土壤 植物 大气系统水分循环示意图 三 土壤水分平衡 土壤水是作物吸水的主要来源 要了解土壤水分的有关规律 首先要了解其水分收支的平衡规律及收支各项的特点 一般情况下 某一定时间间隔内的土壤水分平衡可用下式表示 土壤水始量 收入水量 支出水量 土壤水终量其中收入水量一般包括 降水量 灌溉水量 毛管上升水量 水汽凝结的水量 支出水量一般包括 地面径流 深层渗漏 土壤蒸发 植物蒸腾 1 自然植被地土壤水分平衡在土壤 植物 大气系统中 自然植被地的土壤水分平衡方程中主要包括收入项 支出项和贮存项 收入项 降水R 毛管上升水Sg支出项 植物蒸腾Ep 土壤蒸发Es径流与排水q贮存项 植物体蓄水 Sp 土壤蓄水 Ss 因此 自然植被地水分平衡方程可写为 R Sg Ep Es q Sp Ss式中 从宏观的空间和时间来考虑 降水项非常重要 但在较短的时间和有限的范围内 非降水的作用就较为显著 而对农业生产而言 重点应考虑降水 植物蒸腾 土壤蒸发以及土壤蓄水量 2 农田土壤水分平衡计算和分析农田土壤水分平衡的目的是要弄清作物全生育期内或某一生育期水分供应条件 以确定作物灌溉量和生育期间土壤水分变化特点 农田土壤水分平衡方程 Wh R Sg K Es Ep q1 q2 Wk式中 R为某时期内的降水量 Sg为毛管水上升量 K为该时期内的灌溉量 Es为土壤蒸发量 Ep为植物蒸腾量 q1为地表径流量 q2为地下径流量 Wh Wk分别为该时期开始和终止时的土壤水分贮存量 Es Ep称为植物的蒸腾量 实际应用时 有些项可根据当地当时的具体情况略去 作物需水量作物需水量 是指在正常生育状况和最佳水 肥条件下 作物整个生育期中 农田消耗于蒸散的水量 一般以可能蒸散量表示 即为植株蒸腾量与株间土壤蒸发量之和 以毫米或立方米 亩计 作物需水量是研究农田水分变化规律 水分资源开发利用 农田水利工程规划和设计 分析和计算灌溉用水量等的依据之一 四 作物的水分临界期和关键期 1 水分临界期 对水分最敏感的时期 即由于水分缺乏或过多对产量影响最大的时期 称为某种作物的水分临界期 水分临界期不一定是作物需水量最多的时期 作物的水分临界期一般是在抽穗开花期 见下表 原因一般可归结为两点 几种主要作物的水分临界期 一是抽穗开花期作物生长旺盛 新陈代谢快 物质输送加强 群体的叶面积也达最大 水分的消耗明显增加 易因缺水而影响产量 二是缺水时作物体内水分不足 使各器官之间的水分重新进行分配 由于蒸腾作用 叶片大量失水 就会产生很强的吸水能力 此时根系因缺水而不能满足叶片的蒸腾需要 这样叶片就会向临近含水量较高的幼嫩器官吸水 因此幼穗或花芽就成为吸水的主要对象 幼穗因大量失水而发育受阻 最终影响产量 2 水分关键期 定义在水分临界期或者对水分也相当敏感的另一个时期 正好遇上当地的降水条件经常出现不适宜 则这一时期就是当地水分条件影响产量的关键时期 称作物的水分关键期 与水分临界期的区别临界期是从作物本身对水分的需求来考虑的 是生理问题 而关键期是综合考虑了作物的特性和当地的气候条件 是农业气象问题 1 常用的土壤水分标准 五 土壤水分状况及与作物的关系 致死水量 最大吸湿量有效水分下限 萎蔫系数适宜水分下限 毛细管水断裂适宜水分上限 田间持水量 2 土壤湿度单位 以质量百分数表示的土壤湿度 B 土壤水质量 干土质量 100 土壤相对含水量 田间持水量的百分数表示的土壤湿度 土壤贮水量 一定深度的土壤总的绝对含水数量 3 土壤水分对作物生长发育和产量的影响 1 不同作物 同一作物的不同品种 同一品种的不同生育期对土壤水分的要求不同 其对土壤水分的敏感程度也有差异 2 土壤水分的多少对作物生长发育和产量的影响 也有类似于温度的三基点效应 4 降水对作物的影响 1 透雨a 原定义透雨是能够使土壤干土层消失并与下层湿润土壤相接的降雨量 b 新定义在天气比较干旱的条件下 一次降水过程可以使当地主要农作物在较长时期内得到维持其正常生长发育所需要的水分 这样的一次降水过程称为透雨 c 透雨要满足两个条件 降水量必须超过一定的量 渗透深度要大于作物所要求的深度 2 降水强度和降水量对作物的影响a 强度过大 持续时间短的雷雨和阵雨等对作物不利 b 热雷雨 夜雨对作物有利 c 连阴雨一般对作物不利 d 降水比人工灌水更有利于增加大气中水分含量 3 降水的时间分配对作物的影响a 水热同季 水热资源潜力都能得到充分发挥 对作物生长发育极为有利 反之不利 b 降水时间分配与作物对水分需求一致 则十分有利于作物的生长发育 反之不利 c 降水还有一定的滞后效应 特别是北方地区 干湿季节分明 雨季的降水量在土壤中贮存 为后期或后季作物生长利用 5 空气湿度与农作物的关系空气湿度对农作物生长发育的影响是通过对植物蒸散以及植物组织中水分平衡的变化来体现