灌排新的技术常见问题解答

1、灌溉排水新技术百问百答第一期）编者的话为了帮助做好中央广播电视大学水利水电工程专业 “灌溉排水新 技术”课程的教学工作，我们编写了这份课程辅导材料，供学员和辅 导教师参考。材料采用问答方式，对课程中的重点、难点内容作了讲解和提示。 课程辅导材料按照文字教材各章的顺序编写， 依课程进度分为十 期发布，其中第一期对应于文字教材绪论和第 1 章，第二期对应文字 教材第 2 章，第三期和第四期对应文字教材第 3 章，第五期第十期 分别对应于文字教材的第 4 章至第 9 章。绪论1、今后世界灌溉发展的趋势是什么？ 据预测，全世界人口到本世纪中叶，将增加 47%，而耕地只能增 加 4% ，为满足未来对粮食

2、的需求，主要靠提高单位面积产量，因此， 发展灌溉仍将是今后发展农业的重要措施之一。 今后世界灌溉发展的 趋势是： 灌溉方面仍将以地面灌溉为主，喷灌、微灌等现代灌溉将有较大的发展； 为缓解水资源紧缺状况，提高灌溉水的利用系数，管道输水、 渠道防渗、 污水灌溉、雨水利用等可持续灌溉农业和科学的灌溉方法 以及节水灌溉技术将日益发展； 改进农田水土管理，提高自动控制技术； 激光平地技术、 红外线遥测、遥控等新技术将广泛地得到应用。2、灌溉排水新技术的主要研究内容有哪些？ 灌溉排水的基本任务是研究技术上先进、经济上合理的各种工程 技术措施， 调节和改变土壤水分状况和有关地区水情的变化规律、 消 除水旱灾

3、害和高效利用水资源， 促进农业生产稳定的发展。 灌溉排水 新技术主要研究以下一些基本内容。 土壤水分、盐分的运移规律，探求作物生长与土壤水分状况、 盐分状况之间的内在联系； 作物水分生产函数及其变化规律； 作物传统灌溉制度和非充分灌溉原理； 现代节水灌溉技术的理论与设计方法； 低洼易涝区治理和盐碱地改良的基本原理和工程技术措施； 灌区水资源优化管理的基本原理和计算方法； 灌溉管理理论、配水原理和计算方法； 灌区现代化管理理论及计算机在灌排管理现代化中的应用。第 1 章 水分与作物3、水对作物的生理作用主要表现在哪些方面？ 水是原生质的主要成分。细胞作为植物的结构单位及功能单位， 是由细胞壁和原

4、生质体组成。 原生质体外面是质膜， 里面是无数颗粒 状和膜状的内容物浸埋在衬质中。 原生质含水量一般在 80%以上才可 以保持溶胶状态， 以保证各种生理生化过程的进行。 如果含水量减少， 原生质由溶胶状态变成凝胶状态， 细胞生命活动将大大减缓 （例如休 眠种子）。如果原生质失水过多，就会引起生物胶体的破坏，导致细 胞的死亡。 另外，细胞膜和蛋白质等生物大分子表面存在大量的亲水 基团，吸引着大量的水分子形成一种水膜， 正是由于这些水分子层的 存在，维系着膜分子以及其它生物大分子的正常结构。水对作物的生理作用，主要表现在以下 5 个方面： 细胞原生质的重要成分： 原生质是细胞的主体， 很多生理过程

5、 都在原生质中进行。 在正常情况下， 原生质内含水量为 80以上。 如 果水分不足，原生质内的生理活动便会减弱，甚至停止。 光合作用的重要原料： 作物在生长发育过程中， 能利用叶绿素 吸收太阳的能量，同二氧化碳和水， 制造出有机质，这就是光合作用。 光合作用所产生的有机质主要是碳水化合物（糖、淀粉等） 。在光合 作用中，水是不可缺少的原料 ,水分不足，就会使光合作用受到抑制。 一切生化反应的介质：例如 CO2 进入叶部后，只有溶于细胞 液转成液相，才能参与光合作用。 各种有机质的合成与分解也必须以 水为介质，在水的参与下才能进行。 溶解和输送养分：作物所需的矿质养分必须溶解于水中才能被 利用；

6、各种有机质也只有溶于水才能输送至植物的各个部位。 保持作物体处于一定形态： 作物体内水分充足时， 细胞常保持 数个大气压的膨压以维持细胞及作物的形态，使正常的生长、 生理活 动得以进行。例如，使叶片展开，以接受阳光和交换气体；使根尖具 有刚性，能够伸入土壤，使花朵开放，便于授粉等。4、水对作物的生态作用有哪些？作物从种子发芽到新种子成熟的一生中，其生长发育状态与水有着十分密切的关系。 大多数休眠种子必须吸收足够的水分才能恢复生 命活动。种子萌发需要更多的水分使种皮软化， 氧气透入，呼吸加强。 同时水分能使种子内凝胶状态的原生质向溶胶状态转变， 使生理活性 增强，促进种子萌发。土壤含水量的多少，

7、直接影响根系的发育。当土壤含水量降低到 田间持水量以下时，根系生长速度显著增快，根冠比率相应增大。在 土壤较干的地方， 根系往往较发达， 主要的长度可比地上部分的高度 大几倍甚至十几倍， 并且根系扩展的范围广， 以吸收更大范围的土壤 水分。水稻在长期淹水、氧气缺乏的土壤中，一般多长出生命力弱的 黄根，甚至出现很多黑根，而在水、气较协调的稻田中，则能长出一 些生命力强的白根。土壤水分状况也明显地影响作物茎叶的生长。 当土壤水分缺乏时， 茎叶生长缓慢， 水分过多时往往使作物茎秆细长柔弱， 后期容易倒伏。水分对作物生长有一个最高、最适和最低的基点。低于最低点， 作物生长停止，甚至枯死。高于最高点，根

8、系缺氧、窒息、烂根，植 株生长困难甚至死亡。 只有处于最适范围内， 才能维持作物的水分平 衡，保证作物生长发育良好。土壤含水量对各种生理活动的影响是不一致的。大多数作物的生 长最适含水量较高， 蒸腾最适土壤含水量较低， 而同化的最适含水量 则更低。所以当土壤有效水分减少时，对生长的影响最大，其次是蒸 腾，再次是同化。实验表明，在作物萎蔫前蒸腾量减少到正常的 65， 同化减少到 55，而此时呼吸却增加 62%，从而导致生长基本停止。土壤含水量还影响作物的产品质量。作物氮素和蛋白质含量与土 壤含水量有直接关系。以小麦为例，在生长期土壤含水量较小时，小 麦的氮素和蛋白质含量都有所增加，说明在大陆性气

9、候的少雨地区， 有利于氮和蛋白质的形成和积累。碳水化合物和土壤含水量的关系与蛋白质不同。土壤含水量减少 时，淀粉含量相应减少， 同时木质素和半纤维有所增加， 纤维素不变， 果胶质则减少。脂肪含量与蛋白质的含量相反，土壤含水量增高时，脂肪含量和 油的碘价（每一百克植物油因其所含不饱和脂肪酸的种类多寡不同所 吸收碘的克数。碘价高则油质好。 ）都有增高的趋势。纤维作物的纤维似乎也是在较干旱的环境下才比较发达。棉花和 黄麻最适生长的土壤水分比纤维发育的最适水分要高。 在土壤含水量 较低的情况下，作物的导管发达。输导组织充实，纤维质量好。5、如何衡量作物蒸腾作用的强弱？ 衡量作物蒸腾强弱的表示方法有以下

10、三种方法： 蒸腾速率。是指作物在一定时间内单位叶面面积蒸腾的水量， 一般用每小时每平方分米叶面蒸腾水量的克数表示。 通常白天的叶面 积蒸腾速率为 0.52.5g/（hdm2）；晚上在 0.1g/（h dm2）以下。 蒸腾系数。作物制造 1 克干物质所需要的水分克数。 大部分作 物的蒸腾系数为 100500g/g。例如：小麦为 257774g/g；玉米为 174406g/g；水稻为 211 300g/g。作物蒸腾系数越大 ,其利用水分的 效率越低。 蒸腾效率。 作物每消耗 1kg 水所形式的干物质克数， 大部分作 物的蒸腾效率是 2 10g/kg。蒸腾效率是蒸腾系数的倒数。6、如何理解土壤作物大

11、气连续体（SPAC ）的水分运动？水分经由土壤到达植物根系、进入根系、通过细胞传输，进入植 物茎，由植物木质部到达叶片，再由叶气孔扩散到宁静空气层，最后 参与大气的湍流交换。 这样一个过程形成了一个统一的、 动态的系统， 即土壤作物大气连续体（ Soil-Plant-Atmosphere Continuum，简 称 SPAC ）。菲利普（Philip ，1966 ）提出了系统的、较完整的关于 SPAC 的概念：认为尽管介质不同，界面不一，但在物理上都是一个统一的 连续体，水在该系统中的各种流动过程就像链环一样，互相衔接，而 且完全可以应用统一的能量指标 “水势” 来定量研究整个系统中各 个环节

12、能量水平的变化，并计算出水分通量。现代农田水分循环与水分平衡的研究是以连续的、系统的、动态 的观点和定量的方法为基础的。即把土壤、植物、大气作为一个物理 上的连续体，研究田间水分的循环过程和规律， 以及与农田能量平衡 和转化间的关系，揭示田间水循环工程的各个方面， 探讨以土壤水和 作物关系为中心的农田水分调控机理。在 SPAC 中，水分运动的驱动力是水势梯度，即从水势高处向水 势低处流动，其流动速度和水势梯度成正比，与水流阻力成反比。象电容器一样，水贮存在薄壁组织细胞中用于补充蒸腾丧失的水 分。在叶片和茎的薄壁组织细胞中的水量很大， 系统中任何部分单位 水势变化所引起的细胞组织内含水量 （ W

13、 ）的变化被定义为水容。 但 SPAC 中的水流过程是十分复杂的，在实际流动过程中各点的流速是 不相等的， 即使在叶片也会因为部位不同而在叶尖、 叶中和叶基部有 不同的蒸腾速率，各个部分的含水量也不同而且随时间产生变化。SPAC 中的水流阻力包括土壤阻力、土根接触阻力、根系吸收阻 力、茎内和枝条的木质部阻力、 叶肉阻力和叶片气孔阻力以及空气边 界层阻力。 SPAC 中主要的水流阻力发生在水分进入植物根系和离开 植株叶片这两个部分。植物根系吸收阻力和叶气孔阻力是决定 SPAC 中液态水流与气态水扩散的控制因素。7、如何让对土壤水进行分类？ 根据作用力的类型和被作物利用的难易程度，常把土壤水中的液

14、 态水划分为以下几种类型： 吸湿水与膜状水（束缚水）由于土粒表面具有很大的吸附力，胶粒表面还有电场力和吸附离 子的水合力，故当其与气态水和液态水接触时， 即可在其表面吸持水 分子而形成一定厚度的水膜。 根据膜内水分子受力的强弱， 又可分为 吸湿水和膜状水。 毛管水 当土壤孔隙小到足以产生液气界面的凹形弯月面时，便会发生 毛管现象。存在于毛细管中的水，称为毛管水。它能抗拒重力作用而 不流失。毛管水所受的吸持力远小于植物根系的吸水力， 因而可全部 被吸收利用。同时，它的移动速度也快于膜状水。按照根系分布土层中的毛管水与地下水的关系，可将毛管水分为 两种：若地形部位较高，地下水埋藏较深，根系分布层中

15、毛管水主要 来自降水或灌溉，而与地下水毫无联系， 这种毛管水称为毛管悬着水。 如果地下水埋藏较浅， 可借毛管作用上升至根区的水， 称为毛管上升 水。毛管悬着水的最大含量，称田间持水量，而毛管上升水的最大含 量，则称为毛管持水量。 重力水 超过田间持水量的水分由于不能为毛管力保持，在重力作用下， 沿着土壤中大孔隙向下渗透至根区以下， 这种水分叫做重力水。 由于 它在根系分布层停留时间很短，所以对植物的吸收利用并无多大意 义。当土壤全部孔隙都为水分所充满时，土壤便处于水分饱和状态， 这时土壤的含水量称为饱和含水量或全持水量。8、何谓土壤水分的有效性？处于有效水上下限 之间的水分是否具有同等的有效性

16、？土壤水分的有效性是指土壤水分是否能被作物利用及其被利用 的难易程度。土壤水分有效性的高低，主要取决于它存在的形态、性质和数量， 以及作物吸水力与土壤持水力之差。 传统上认为凋萎系数 是土壤中有效水的下限，田间持水量则是其上限，所以土壤最大有效水贮量 （%）= 田间持水量 （%） 凋萎系数（%） 土壤有效水贮量 （%）= 土壤自然含水量 （%） 凋萎系数 （%） 土壤最大有效水贮量，受质地、结构、容重和有机质含量等的影 响。在有机质含量低的土壤中，决定因素是土壤质地。一般壤质土的 有效含水量最多，砂质土含量最少。质地粘重，结构不良的粘质土， 其田间持水量虽高，但因其凋萎系数亦高，故有效水的含量

17、并不高。 处于有效水上下限之间的水分有效性是不同的， 被植物的利用有难易 区别，愈靠近凋萎系数（有效水下限）的水，则愈难吸收，有效性越 低；反之，愈靠近田间持水率（有效水上限）的水，则愈容易吸收， 有效性越高。9、土壤含水量有哪些表示方法？如何计算？ 自然条件下土壤保持的水分数量，称为土壤含水量或土壤湿度， 北方地区俗称“墒”，其表示方法有以下几种。（1）重量百分率（ W 水重 %，也称绝对含水量）：指土壤中含水 的重量占绝对干土重的百分数。如从田间采回的湿土重用 W 1表示， 在 105110烘干后的重量以 W 表示，那么W1 WW水重 %100%W（2）容积百分率（ W 水容 %） ：指土

18、壤水的容积占土壤容积 的百分数， 它表明土壤水分在孔隙中充满的程度。 在常温下水的密度 约为 1g/cm3，水的重量值与容量值相当，于是：W水容%V水V土壤100%W水/1W干土/W100W水 100% WW干土W水重 % W土壤孔隙度减去水容 %，便是土壤空气所占的容积百分数。（3）相对含水量：在农田水量计算中，常用土壤自然含水量占 田间持水量或全持水量的百分数来表示土壤水的相对含量。土壤含水量旱地土壤的相对含水量 （%） 土壤含水量 100%田间含水量土壤含水量水田土壤的相对含水量 （%） 土壤含水量 100%全持水量（4）土壤水贮量 ：指一定厚度土层内水分的总贮量。为与气象 资料比较，常用 mm 表示，即相当于一定面积和土层厚度内有多少mm 厚的水层，其计算公式为：mm面积 土层厚度（ cm） W水重 % W面积11W水重土层厚度（ cm）10 W100W水重土层厚度（ cm）W105）土壤水饱和度 （%）： 指土壤水分体积占土壤孔隙容积的百分数，即饱和度（ %）土壤水分体积土壤孔隙容积100%10、何谓土壤水分特征曲线？有何特点？土壤水吸力或土水势 （通常为基质势）是随土壤含水量而变化的， 其关系曲线称为土壤水分特征曲线或土壤持水曲线。随土壤含水率的降低，土壤基质势呈较大下降（土壤水吸力负 值），这表明区间土壤水分对作物利用并非同等有效。土壤质地