第4章 农业水土工程123(学生版) 农业水土工程与节水农业 农业工程概论 教学课件

我国农业水土工程的现状与发展趋势农业环境保护与治理土壤工程性质与土壤腐蚀土地利用工程农田灌溉与排水水土保持与节水农业技术第四章农业水土工程与节水农业WaterandSoilEngineering

＆Water-SavingAgriculture

农业水土工程1农业工程概论我国农业水土工程的现状与发展趋势第四章农业水土工程1农业§4－1农业水土工程发展现状与趋势一、我国农业水土资源的基本状况与影响因素分析

1.水、土是发展农业生产最基本的自然资源。我国国土有960万km2，其中山地占66％，平地34％，耕地只有11％，约1亿ha，人均不到0.1ha，约为世界人均耕地的29％。水资源由地表水、地下水和降水三部分组成，互相之间又有交流。我国水资源总量约有27000亿m3，人均2250m3，尚不到世界人均值的1／4。单位面积耕地占有27000m3／ha。约为世界平均值的1／2，属于水资源贫乏国家。农业水土工程2农业工程概论§4－1农业水土工程发展现状与趋势一、我国农业水土资源的基本2、新时期我国农业水土工程面临的新问题1)人口不断增长，30年内将达到16亿人如何保证16亿人的吃穿问题，是我们面临的十分艰巨的任务。2)人均耕地逐年减少，减幅增大，要求大幅度提高作物单产中国耕地面积仅占世界总耕地面的7％，人均耕地仅为世界人均量的33％，仅及加拿大的5％，俄罗斯的9％，美国的10％，印度的44％。农业水土工程3农业工程概论2、新时期我国农业水土工程面临的新问题农业水土工程3农业工程中国人口增长与人均耕地发展过程曲线图农业水土工程4农业工程概论中国人口增长与人均耕地发展过程曲线图农业水土工程4农业工程概3)水资源日益短缺，灌溉发展受到制约西北地区缺水情况预测农业水土工程5农业工程概论3)水资源日益短缺，灌溉发展受到制约西北地区缺水情况预测农4）水体萎缩或污染,减少了可供灌溉的水资源

与农业水土工程密切相关的新问题便是水环境的恶化。由于人类对水资源的过度开采,不合理的调用,土壤污染、垃圾排放,以及将水作为除污介质而造成的水体萎缩和水体污染是十分严重的。这不仅破坏着人类的生存环境,威胁着生命安全,而且直接减少着紧缺的淡水资源。农业水土工程6农业工程概论4）水体萎缩或污染,减少了可供灌溉的水资源与农业水5）土壤污染

土壤是作物生长的基地,也是水分的保养所。但是,由于当今的农业生产把施用化肥和化学农药作为增产的主要手段,其用量日益俱增。据有关研究证明,大约施用化肥量的30%左右溶解在水体里或残留在土壤中,不仅成为量大面广的污染源,而且也使土壤本身遭受着污染。与化肥相比,农药毒性更大,更不易降解,对水土都会造成更为严重的污染。农业水土工程7农业工程概论5）土壤污染土壤是作物生长的基地,也是水分的保养所

人口的增长要求粮食安全,粮食安全要求增加产量和提高质量,而产量的增加和质量的提高又受到土地面积减少,特别是人均耕地面积减少的制约。人均耕地面积的减少要求提高作物单产,要求发展必要数量的灌溉面积,并使灌溉地得到适量的水源保证。农业水土工程8农业工程概论人口的增长要求粮食安全,粮食安全要求增加产量和提高质量1.农业水土工程的概念

农业水土工程是研究水、土运行规律与持续高效利用的理论与技术，合理利用农业水土资源，创造良好的农业水土环境，为农业可持续发展服务的科学。二、我国农业水土工程学科的现状与发展趋势农业水土工程9农业工程概论1.农业水土工程的概念二、我国农业水土工程学科的现状与发展趋作为农业工程学科中发展较早的二级学科之一，农业水土工程学科曾先后称为“农田水利”和“农田灌溉”。基于农业水资源的科学利用与土壤改良、水土保持等科学技术关系密切,国际上普遍采用水土工程名称,我国于1990年定名为“农业水土工程”。农业水土工程10农业工程概论作为农业工程学科中发展较早的二级学科之一，2.农业水土工程重点研究的内容：

农业节水理论、田间节水灌溉新技术、节水灌溉设备研制、水资源持续利用理论与工程技术、灌区用水管理、农业水土环境监测、修复与保育、农业高效用水的工程技术等方面的应用基础理论和新技术。农业水土工程领域具有多学科相互交叉、各种单项技术相互渗透的显著特征。水利工程学、土壤学、作物学、生物学、遗传学、材料学、数学和化学等多学科的结合。农业水土工程11农业工程概论2.农业水土工程重点研究的内容：农业水土工程领域具农业水土工程学科研究现状1.西北农林科技大学——教育部重点学科，农业部重点实验室2.中国农业大学——中国农业水研究中心3.武汉大学——水资源与水电工程科学国家重点实验室4.河海大学——水文水资源与水利工程科学国家重点实验室5.沈阳农业大学——灌溉排水理论与技术、设施环境工程、农业水土结构工程、农业水资源开发利用与管理、水土保持5个方向。农业水土工程12农业工程概论农业水土工程学科研究现状1.西北农林科技大学——教育部重点学3、农业水土工程需要解决的主要科技问题1）农田物质迁移规律及其调控机理该领域主要研究农田水肥的运移规律及最优调控机理。包括农田“五水”(大气水、地面水、地下水、土壤水、植物水)转化的机制及其数值模拟;农田水盐运移规律与溶质传输模型;农田水热耦合运移及水热转换关系;土壤—植物—大气连续体(简称SPAC)中的水分传输机理、水分传输的动力学模式及其计算机仿真方法;作物水分散失与光合作用的耦合模式;等等农业水土工程13农业工程概论3、农业水土工程需要解决的主要科技问题农业水土工程13农业工2）逆境对作物的影响机制及其持续农业中的水分调控包括水分亏缺对作物光合作用、生长和产量构成等因素的影响关系;土壤水与含盐量水平对植物根系吸水、水分散失和生长发育及产量的影响;水分过多对作物的影响;作物耐旱、耐盐、耐渍涝的定量标准;作物水分状况的定量诊断方法,特别是用红外测温或遥感信息诊断作物水分状况的问题;等等。农业水土工程14农业工程概论2）逆境对作物的影响机制及其持续农业中的水分调控农业水土工3）农业高效节水关键技术节水灌溉新技术包括喷、微、渗地下滴灌技术和田间地面灌水新技术的改进与提高。渠道防渗与管道输水技术主要作物的节水、增产、高效灌溉制度灌区水管理技术4）农业综合水肥高效利用技术具体包括不同节水技术条件(节水地面灌溉、喷灌、滴灌)所适宜的水肥耦合技术农业水土工程15农业工程概论3）农业高效节水关键技术农业水土工程15农业工程概论5）与持续农业发展有关的灌溉土地评价及其土壤改良技术6）区域农业水土资源的持续高效利用与优化管理7）农业水土资源环境问题农业水土工程16农业工程概论5）与持续农业发展有关的灌溉土地评价及其土壤改良技术农业水4、21世纪中国农业水土工程学科发展趋势1）基础理论方面在水—土—作物—环境关系的最优调控理论与方法研究农田物质(水、沙、盐、农业化学物)的迁移规律及其数值模拟与预测在逆境对作物生长和产量影响的定量评价方法和农业水旱灾害及防治对策农业水土工程17农业工程概论4、21世纪中国农业水土工程学科发展趋势农业水土工程17农业2）应用技术方面

(1)灌溉方式将从传统的丰水高产型灌溉转向限水灌溉(LimitIrrigation)、非充分灌溉(NonfullIrrigation),以提高水的利用率。各种利用适度亏水来调控刺激作物生理机能,以提高作物水的利用效率、生产率,改善农产品品质的调亏灌溉、分根交替灌溉也将得到深入研究和推广。农业水土工程18农业工程概论2）应用技术方面农业水土工程18农业工程概论

(2)喷、滴灌等先进的灌水技术将得到广泛使用，设备运行的可靠性、使用寿命和自动化程度很大提高。各种先进的地面灌水技术如间歇灌、膜上灌、激光平地和水平畦灌、果树渗灌(地下滴)等将得到大面积推广。

(3)各种灌溉技术与农业措施将有机融合在一起,形成综合水土资源高效利用技术。如各种水肥耦合、带状种植、覆膜保墒等适合国情的水土高效利用技术将广泛使用,以提高水肥利用率、农作物产量,改善农产品的品质。农业水土工程19农业工程概论(2)喷、滴灌等先进的灌水技术将得到广泛使用，设备运

(4)灌区将广泛采用先进的大区域土壤墒情、作物旱情和水源水情实时监测与预报技术、渠系水量流量调控技术及灌区动态配水技术,实现灌区水量最优调度。

(5)雨水集蓄与高效利用的技术将得到深入研究,形成具有中国特色的雨水将会在西北半干旱地区和南方丘陵坡地广泛推广,以提高降雨的生产率。

(6)根据不同地区的特点,将广泛采用各种先进水土保持、高含沙浑水、部分苦咸水、污水灌溉及地下水持续利用等区域水资源持续利用技术,以达到区域水资源的持续高效利用。农业水土工程20农业工程概论(4)灌区将广泛采用先进的大区域土壤墒情、作物旱情和3）高新技术的应用方面随着计算机技术、电子信息技术、红外遥感技术以及其它技术的发展和应用,使土壤水分动态、水盐动态、水沙动态、水污染状况、作物水分状况、农田微气象数据等方面的监测、采集、处理技术得到发展,并促进农业水土资源管理水平的提高。农业水土工程21农业工程概论3）高新技术的应用方面农业水土工程21农业工程概论

综合运用全球卫星定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)和计算机控制系统精准灌溉(PreciseIrrigation),将会成为我国21世纪农业水土工程发展热点和新的农业科技革命的重要内容,以及提高农业用水效率和单位面积产量的关键。农业水土工程22农业工程概论综合运用全球卫星定位系统(GPS)和地理信息系统(§4－2农业环境保护与治理Protectingandfatheringofagriculturalenvironment一、自然环境与农业环境

人类赖以生存的物质条件：

阳光空气土地水适宜于人类生活的大气温度

安全的辐射强度提供食物及其他生活必需品能源工业原料尽量避免有害细菌和病毒避免自然灾害的侵袭农业水土工程23农业工程概论§4－2农业环境保护与治理一、自然环境与农业环境人类赖

人和动、植物及微生物组成的生物群落和上述非生物物质条件(物理因素和化学因素)共同构成了地球上的生态系统。

各种生物及微生物之间、生物群落与环境之间关系密切、相互作用、并进行着物质与能量的交换。

在自然条件下自然生态系统如果不遇到重大的意外事故，可以在非常长的时间内保持着动态平衡，这种平衡称为生态平衡，它是人类得以持续生存、繁衍，发展和进步的必要条件。农业水土工程24农业工程概论人和动、植物及微生物组成的生物群落和上述非生物物质条

土壤和水、大气、阳光、气温共同构成了农业环境，它向农业动、植物提供生长、发育、繁殖的物质条件。农业生物群落和农业环境共同构成农业生态系统。农业环境是自然环境中最重要的组成部分。

农业环境质量恶化首先受影响的是农业的持续发展，并且对整个人类的自然环境也有重要影响。农业水土工程25农业工程概论土壤和水、大气、阳光、气温共同构成了农业环境，它向农二、农业环境质量恶化的因素与危害

（一）农业生产活动及农村生活中的不恰当行为

1．施用农业化学品(化肥、农药，除草剂)2．农村生活用能3．过度耕作及耕作不当，使用塑料薄膜覆盖4．家畜、家禽集中饲养5．城市发展及工业化过程中的不恰当行为农业水土工程26农业工程概论二、农业环境质量恶化的因素与危害（一）农业生产活动及农村(二)农业环境污染造成的危害1．农业环境的本底值及自净能力

未受人为污染的农业环境中各种元素和化学物质的自然含量及自然丰度称为农业环境的本底值（backgroundvalue）。

当某些污染物质的含量显著超过其自然本底值并造成一定危害时，就认为农业环境已受到污染。农业水土工程27农业工程概论(二)农业环境污染造成的危害1．农业环境的本底值及自净能

自然环境处在不断变化的状态，在自然情况下受污染环境经物理、化学过程及在生物的参与下，都有不断消除污染物，恢复环境原来状态的能力。

但有些污染会通过生物链为人、畜食用后，在体内存积并浓缩，含量扩大到原来的几万倍。农业水土工程28农业工程概论自然环境处在不断变化的状态，在自然情况下受污染环境经

水质受污染程度的评价指标COD——化学耗氧量(ChemicalOxygenDemand)表明水中的可氧化污染物质的状况BOD——生化需氧量(BiologicalOxygenDemand)

表示水中有机污染物质在微生物的生化作用下氧化分解所消耗水中氧的总量，其值越高，说明水中的有机污染物越多。

DO——水中溶解氧(DissolvedOxygen)水中溶解氧受水温、气压及某些溶质的影响，DO越大表明水质越清洁。农业水土工程29农业工程概论水质受污染程度的评价指标COD——化学耗氧量(Chemi

农业环境污染使作物生长受到直接和间接危害。

2．农业环境污染的危害

SO2经过大气中某些物质的催化，遇水蒸汽可形成酸雨，它将使土壤、河湖酸化，殃及作物及鱼类等有些污染是缓慢危害农业和人类。

比重大于4以上的金属，如汞、铅、镉、镍、铬、铜、锌、砷等常混杂在工厂废水、污泥中，因其化学性质稳定，不易代谢分解，土壤一旦受其污染后，很难治理。农业水土工程30农业工程概论农业环境污染使作物生长受到直接和间接危害。2．农业环境

农产品在加工、贮藏、运输、包装过程中都有可能造成污染，如在食品或饲料中加入有害的添加剂，或在贮存过程中发生霉变，产生黄曲霉毒素，这是一种容易诱发肝癌的毒素。水果、蔬菜等在收获前施农药，有时会附着在表面，有些甚至渗入到表皮内部，人类食用后就会中毒。农业水土工程31农业工程概论农产品在加工、贮藏、运输、包装过程中都有可能造成三、农业环境保护及治理

农业环境治理需要农业、工业和城市管理互相配合，采用化学的、物理的、生物的及其他防治技术综合治理。

1．工业应改革工艺，减少“三废”中的有毒物质排出，井在三废进行处理后再行排出，还可进行综合利用。2．研制高效、低毒、低残留的农药，推广生物防治技术，水果、蔬菜等在收获前若于天内不得施用农药。农业水土工程32农业工程概论三、农业环境保护及治理农业环境治理需要农业、工业和城3．修筑氧化塘，通过沉淀、中和、生物氧化及水生植物吸收后再用于灌溉。4．对已污染的农田，采用客土排土换土或土壤改良剂等。使毒性物质沉淀或分解5．在大气污染地区多种植抗毒性强的植物。6．应用化学的、物理的、生物的监测手段，对农业环境进行监测，随时掌握信息解趋势，以便及时采取治理、保护措施。农业的未来'.rmvb农业水土工程33农业工程概论3．修筑氧化塘，通过沉淀、中和、生物氧化及水生植物吸收后再用一.农业土壤的工程性质(一）自然土壤和农业土壤的形成1.自然土壤的形成

岩石风化产生的碎屑，不断减小尺寸，经风力、水力及重力搬运和堆积，形成土壤母质。土壤母质中的可溶性物质，一部分未微生物所吸收，使微生物得以滋生繁衍。微生物的代谢产物及其死亡机体留在土壤母质中，微生物又将有机质分解为植物能吸收的养分，并改变土壤母质的物理、化学物质，为植物生长创造条件。§4－3土壤工程性质与土壤腐蚀SoilEngineeringPropertiesAndSoilCorrosion农业水土工程34农业工程概论一.农业土壤的工程性质(一）自然土壤和农业土壤的形成§4－3

这种自然现象和生物及微生物反复作用结果即形成自然土壤。自然土壤未经人扰动，通常其最上层是枯枝败叶层，其下是带酸性的淋溶层，第三层是沉积层，再下面是土壤母质层，最下面是岩石层。农业水土工程35农业工程概论这种自然现象和生物及微生物反复作用结果即形成自然土壤2.农业土壤的形成人类通过耕作、施肥、灌溉或排水，施用土壤改良剂，平整土地，栽培农作物等农业措施，使土壤更适合于农作物生长，提高农作物土地利用率。旱田农业土壤最上层厚15－20cm(作物根系)，第二层厚约5－10cm，再往下是心底层(仍保持自然土壤的状态)，心底层以下是底土层(基本上是自然风化的碎屑或土壤母质)。水田土壤通常最上层是1cm厚的氧化浮泥层，然后是还原糊泥层，再下层是犁底层，犁底层以下是心底层。坚硬的犁底层对水田可起保水、保肥作用。农业水土工程36农业工程概论2.农业土壤的形成水田土壤通常最上层是1cm厚的土壤的质地分类

土壤中的矿物质是岩石经过分化而形成的固体颗粒。粒径在2mm－0.05mm之间的称为砂粒，粒径在0.05mm－0.005mm之间的称为粉粒，粒小鱼0.005mm的称为黏粒。根据土壤中砂粒和黏粒含量的多少，土壤可分为三种类型：砂土(sandysoil)：砂粒含量较多，通气性好，但土壤中水分含量少，保水性较差。农业水土工程37农业工程概论土壤的质地分类土壤中的矿物质是岩石经过分化而形成的固黏土(claysoil)：黏粒含量较多，通气性差，但含水量较多，保水性好。壤土(loamysoil)：砂粒和黏粒的含量比例适中，通气性，水分含量也较多，保水性一般。农业水土工程38农业工程概论黏土(claysoil)：黏粒含量较多，通气性差，但含水量（二）土壤的空隙度、土壤水和空气土壤是多相复杂体，一般空隙占30％-50％，其中非水即气，空气容积大，即使在稻作的淹水期仍有2％－5％的空气。因此土壤的容重与比重相差较大，砂质土壤容重为1.2－1.8，粘质土壤为1.0－1.5。农业水土工程39农业工程概论（二）土壤的空隙度、土壤水和空气农业水土工程39农业工程概论1.土壤空隙度土壤空隙度是空隙容积Vv与土壤容积Vt之比，可用百分比来表示。土壤空隙比e是土壤空隙容积与土粒容积之比。农业水土工程40农业工程概论1.土壤空隙度土壤空隙比e是土壤空隙容积与土粒容积之比。农2.土壤水土壤空隙中有相当一部分为水占据，其数量随土壤质地、土壤含水量、温度等而变化，它们在空隙中以吸湿水、薄膜水、毛管水和重力水等形式存在，其中毛管水直接供养作物，重力水是含水量超过土壤持水量水分受重力支配向地下渗透的水分。农业水土工程41农业工程概论2.土壤水农业水土工程41农业工程概论3.土壤空气土壤空隙中空气总含量是土壤水分、质地、结构等的函数。土壤空气中水汽含量很大，有时相对湿度达100％，氧气含量比空气少，二氧化碳含量比空气多5－120倍，这是土壤微生物及其它土壤生物呼吸所致。农业水土工程42农业工程概论3.土壤空气农业水土工程42农业工程概论（三）土壤的强度与破坏土壤强度是土地在外力作用下，由于土壤颗粒间的粘结力和颗粒相互位移的摩擦力等影响，不会引起屈服应变和破坏的最大应力。外力可能是剪切、压缩、拉伸、穿透等作用下的一种或多种，破坏包括断裂、压缩、塑流等。农业水土工程43农业工程概论（三）土壤的强度与破坏农业水土工程43农业工程概论1.抗剪强度土壤抗剪强度是土壤移动时，沿运动平行面，产生的最大内阻力。它来源于土壤颗粒间的粘结力和内摩擦力。摩尔－摩伦经验模型，抗剪切强度S为：C正应力抗剪切强度S农业水土工程44农业工程概论1.抗剪强度C正应力抗剪切强度S农业水土工程44农业工程

不同土壤剪切变形与破坏的情况是不同的，，除松散砂土外，都是在剪切应力增加到一定值时，发生不同的剪切破坏。剪切变形J松散土坚实土粘结土抗剪切强度S农业水土工程45农业工程概论不同土壤剪切变形与破坏的情况是不同的，，除松散砂土外2.承压强度土壤承压强度表示支持车辆等载荷不使其下陷的支撑能力，基本公式如下：农业水土工程46农业工程概论2.承压强度农业水土工程46农业工程概论

土壤承压强度与含水量关系很大。随着含水量的增加，土壤强度急剧下降。抗压抗剪含水量(%)强度(kg/cm2)水土是耕作的重要指标，从工程角度除考虑破碎土的强度外，还要在满足要求的条件下别使土块过小，以减少能耗和土壤风蚀。农业水土工程47农业工程概论土壤承压强度与含水量关系很大。随着含水量的增加，土壤（四）土壤压实适当的土壤松紧度实作物生长发育的需要，播种后要对松土施以适当压力。土壤的压实是从压缩开始的，压缩是指土壤在外力作用下体积的减小，其孔隙比也随之减小，它与压力的关系如下：农业水土工程48农业工程概论（四）土壤压实农业水土工程48农业工程概论压缩压力与孔隙比的关系曲线干硬土壤湿软土壤正压力P孔隙比e

干硬土因粘结力和内摩擦力大，不易压缩，孔隙比变化小。但当压力增大到足以使干硬土壤显著压缩时，则因湿软土壤以提前定向受压缩，二者走向又相互趋近，在特高压力下的干、湿土壤甚至有相近的空隙比。农业水土工程49农业工程概论压缩压力与孔隙比的关系曲线干硬土壤湿软土壤正压力P孔隙比e土壤压实时的水分密度关系在特定压力下，随着含水量的增加，土壤密度有一个先是提高，之后，由于挤出水的稀释作用而又下降的反折现象，存在一个压实度最大的对应含水量，随着压力的提高，反折现象越明显，而且越提早在较低水分时出现。一般来说，压力越大，土壤密度也越大。含水率(%)密度(kg/m3)P1P2P3P1>P2>P3农业水土工程50农业工程概论土壤压实时的水分密度关系在特定压力下，随着含水量的增加，土壤压实对土壤的性质有重要影响，使透水性减弱，出苗困难，湿润土壤的蒸发增加，蓄水保墒能力降低；同时，空气减少和通气量不良，使有机质分解慢，对作物供氮不足；而且压实土壤在耕作时阻力大，耕作质量差。农业水土工程51农业工程概论压实对土壤的性质有重要影响，使透水性减弱，出苗困难，湿润土壤（五）土壤的热特性讨论土壤的热特性时涉及的指标有热容量、导热系数和导温系数，其物理定义与运用方法与其它农业物料基本相同。只是土壤中含水量与空气含量比一般物料多，热特性也有很大的波动。土壤土壤含水量占持水量的百分比(%)0205080100砂土1.471.672.012.432.64黏土1.091.262.203.013.77泥炭0.841.402.343.313.94不同含水量下各种土壤的热容量(J/cm3℃)农业水土工程52农业工程概论（五）土壤的热特性土壤土壤含水量占持水量的百分比(%)020

容积热容量CV、导热系数K和导温系数(热扩散系数)之间有如下关系。它们时相互影响而又可转换的。由于测定温度远比测定热量简单，经常通过导温系数的变化来研究导热的规律。农业水土工程53农业工程概论容积热容量CV、导热系数K和导温系数(热扩散系数二、土壤的盐碱化SoilSalinization

含有过多盐碱成分危害植物生长的土地称盐碱土(盐渍土)，它在我国耕地中占一亿多亩。在这类土壤中含有过多的可溶性盐，其中阳离子主要有钠、钾、钙、镁，阴离子主要有氯根、硫酸根(它们与阳离子形成中性盐)，以及与阳离子形成碱性盐的碳酸根和重碳酸根。农业水土工程54农业工程概论二、土壤的盐碱化SoilSalinization1盐碱土分类盐碱土包括盐化土、盐土、碱化土和碱土四类。盐化土使表层中性盐分含量大于0.2％的土壤，对多数作物有不同程度的危害。盐土是表层氯化盐超过0.6％或硫酸盐超过2％的土壤，对植物危害极大，有时甚至存草不生。如表层含有碱性盐，土壤PH≥8.5时，碱化度超过5％的时碱化土，超过20％为碱土。农业水土工程55农业工程概论1盐碱土分类农业水土工程55农业工程概论2盐碱土成因形成盐碱土有自然的和人为的两方面因素。含盐高的成土母质分化后，产生大量大的可溶性盐，它们在气候干燥、降雨量少的地区无法淋溶，在地下水位小鱼临界深度的情况下，通过地下水蒸发导地表，再随雨等流到排水不畅的低洼地，造成表层盐碱；有些耐盐力很强的植物(红树、胡杨等)从地下深处吸水时也吸收了大量盐分，干枯后就留在地表。人为不当的灌溉，修筑高位水库、水旱插花种植都使地下水位抬高，水蒸发量增大，结果造成此生盐渍化。农业水土工程56农业工程概论2盐碱土成因人为不当的灌溉，修筑高位水库、水旱插花3盐碱土的危害生理干旱－高浓度的盐分渗透压使植物吸水困难，甚至植物体内水“反渗”而凋萎；盐分毒性－强碱性盐腐蚀幼芽嫩根，钠、氯多时会向叶部集中，使其干枯；农业水土工程57农业工程概论3盐碱土的危害农业水土工程57农业工程概论营养失调。过多钠离子会妨碍钙、镁、钾的吸收，高浓度钾离子又影响到植物对铁、镁的摄取，在有碱性反应的水溶液中，磷酸盐及铁、锌、锰等元素易形成溶解度低的化合物，降低了它们的有效性；恶化土壤理化性质。强碱性盐破坏土壤团粒结构，使其干时板结，湿时粘重，透气性差，阻力大，种芽难以出土，微生物生活因难。农业水土工程58农业工程概论营养失调。过多钠离子会妨碍钙、镁、钾的吸收，高浓度钾离子又三、土壤的水蚀与风蚀

良好的农业土壤要有良好的通气、透水、贮水、保肥性能。它是在适当的自然土壤基础上经过人类辛勤耕作和经营的结果。从土壤母质到形成适合于开发为农田的自然土壤要经过久远的年代。土壤侵蚀(soilerosion)的定义为：土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外劳力作用下，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。农业水土工程59农业工程概论三、土壤的水蚀与风蚀良好的农业土壤要有良好的1．水蚀

土壤团块和土壤的团粒结构在水的浸润、雨点冲击和径流冲刷下结构被破坏，细质土壤颗粒和养分随径流流走的现象。水蚀带走了土地表层的细质颗粒及养分，留下不能贮水的粗质土壤颗粒，在土层不厚的地区甚至暴露出岩石层。农业水土工程60农业工程概论1．水蚀土壤团块和土壤的团粒结构在水的浸润、

大量试验研究认为土壤水蚀过程分为土壤中的部分颗粒从土壤原先的结构中分离出来和土壤颗粒的输运两个阶段。第一阶段影响因素：土壤颗粒从原先的土壤结构中分离出来的难易程度以及雨点或水流的冲击能量及延续时间在第二阶段中被输运的土壤颗粒数量主要决定于坡度及径流量。一般结论：粗质土壤颗粒比细颗粒更易于从土壤原先的结构中分离出来，但细质土壤颗粒更易于被水流带走，因此，水土流失的都是肥沃的细质土壤颗粒。农业水土工程61农业工程概论大量试验研究认为土壤水蚀过程分为土壤中的部分坡度对水蚀有重要影响：当坡度达到6°以上时，即应采取水土保持措施；坡度15°以上的土地不应再开发做农田，15°～25°可用于栽植经济林；25°～30°可用于林业或牧业；坡度大于35°，林业、牧业皆不宜。农业水土工程62农业工程概论坡度对水蚀有重要影响：农业水土工程62农业工程概论2．风蚀风蚀作用是指风对地表物质的侵蚀、搬运和堆积过程。表现为风的吹蚀作用和磨蚀作用。吹蚀作用是指风吹过地面广生紊流，沙粒或尘上离开地面，使地表物质遭受破坏的过程；磨蚀作用是指由于风沙流贴近地面运动，运动的沙粒对地表物质（岩石等）进行的冲击、摩擦作用的过程。农业水土工程63农业工程概论2．风蚀农业水土工程63农业工程概论风蚀作用是土壤沙化的主要机制。在我国的干旱、半干旱地区，以及一部分半湿润地区，由于生态平衡人为破坏严重，有大面积农田因受风蚀正在或已经逐步退化为沙漠，全国沙漠化面积已超过17亿平方公里，这对农业的持续发展是一个严重威胁，并污染了城市环境，危及铁路、公路等交通设施。农业水土工程64农业工程概论风蚀作用是土壤沙化的主要机制。在我国的干旱、半干旱土壤风蚀的过程有四种类型：跳跃、沿地面蠕动、悬浮、沉降。跳跃。土壤中松散的颗粒，受风力及湍流作用力的影响，离开土壤表面向上方运动又向顺风方向运动，然后继续在风力的作用下向上方及前方运动，如此反复跳跃前进。通常0.1～0.5mm的土壤颗粒在风力的作用发生跳跃现象。沿地面蠕动。0.5~2.0mm的土壤颗粒，受风力作用后沿地表面滑行并沿地面滚动前进。农业水土工程65农业工程概论土壤风蚀的过程有四种类型：跳跃、沿地面蠕动、悬浮、悬浮。<0.1mm的土壤颗粒，当风速达到一定程度被气流带起悬浮在空气中并被输运到远处。由于气流大小及方向在空间不断变化，因而悬浮在空气中的土壤颗粒也有复杂的运动轨迹。随风速增加，悬浮在空气中的土壤颗粒可达到每平方公里数千吨。沉降。当风速降低或碰到障碍物时，悬浮在空气中的土壤颗粒就沉降下来。蠕动或跳跃的土壤颗粒当跌落到低凹处不再受到风力作用时，就填充在地面的低凹处。农业水土工程66农业工程概论悬浮。<0.1mm的土壤颗粒，当风速达到一定程度被气流带起悬当风卷着土壤颗粒前进时，土壤颗粒与地面之间发生摩擦，又使一些土壤颗粒被分离出来。影响土壤风蚀倾向的因素可归结为两个方面：近地面处的风速和土壤的松散程度及松散倾向。当离地面0.3m处的风速小于5.4m／s时一般不会发生风蚀。近地面处风连受地表面粗糙度影响很大。农业水土工程67农业工程概论当风卷着土壤颗粒前进时，土壤颗粒与地面之间发生摩擦，又使一些造林、栽植防风林带、种草、作物收割后田间留茬、用秸秆等覆盖土地表面等既可以增加土地表面的粗糙度，又可以保持土壤水分和固结土壤结构，因而是非常有效的防风蚀措施。雨后及时翻耕土地，播前需要的碎土、整地作业尽量推迟到播前必要的时期，少耕及免耕法，宽行作物采取与风向垂直播种等耕作方法对控制风蚀也有一定作用。减少风蚀的措施：农业水土工程68农业工程概论造林、栽植防风林带、种草、作物收割后田间留茬、用秸秆等覆盖土

【思考题4－1、2、3】论述我国农业水土环境与农业可持续发展的关系农业节水技术的要点COD、BOD、DO是什么指标？分别有什么含义？农业生产活动及农村生活中的哪些不恰当行为会对农业环境产生破坏？什么是风蚀，有哪几种类型？解释水蚀的含义与对土壤破坏的机理土壤盐碱化的含义与影响原理防止土壤风蚀的措施有哪些？农业水土工程69农业工程概论【思考题4－1、2、3】农业水土工程69农业工程概论

我国农业水土工程的现状与发展趋势农业环境保护与治理土壤工程性质与土壤腐蚀土地利用工程农田灌溉与排水水土保持与节水农业技术第四章农业水土工程与节水农业WaterandSoilEngineering

＆Water-SavingAgriculture

农业水土工程70农业工程概论我国农业水土工程的现状与发展趋势第四章农业水土工程1农业§4－1农业水土工程发展现状与趋势一、我国农业水土资源的基本状况与影响因素分析

1.水、土是发展农业生产最基本的自然资源。我国国土有960万km2，其中山地占66％，平地34％，耕地只有11％，约1亿ha，人均不到0.1ha，约为世界人均耕地的29％。水资源由地表水、地下水和降水三部分组成，互相之间又有交流。我国水资源总量约有27000亿m3，人均2250m3，尚不到世界人均值的1／4。单位面积耕地占有27000m3／ha。约为世界平均值的1／2，属于水资源贫乏国家。农业水土工程71农业工程概论§4－1农业水土工程发展现状与趋势一、我国农业水土资源的基本2、新时期我国农业水土工程面临的新问题1)人口不断增长，30年内将达到16亿人如何保证16亿人的吃穿问题，是我们面临的十分艰巨的任务。2)人均耕地逐年减少，减幅增大，要求大幅度提高作物单产中国耕地面积仅占世界总耕地面的7％，人均耕地仅为世界人均量的33％，仅及加拿大的5％，俄罗斯的9％，美国的10％，印度的44％。农业水土工程72农业工程概论2、新时期我国农业水土工程面临的新问题农业水土工程3农业工程中国人口增长与人均耕地发展过程曲线图农业水土工程73农业工程概论中国人口增长与人均耕地发展过程曲线图农业水土工程4农业工程概3)水资源日益短缺，灌溉发展受到制约西北地区缺水情况预测农业水土工程74农业工程概论3)水资源日益短缺，灌溉发展受到制约西北地区缺水情况预测农4）水体萎缩或污染,减少了可供灌溉的水资源

与农业水土工程密切相关的新问题便是水环境的恶化。由于人类对水资源的过度开采,不合理的调用,土壤污染、垃圾排放,以及将水作为除污介质而造成的水体萎缩和水体污染是十分严重的。这不仅破坏着人类的生存环境,威胁着生命安全,而且直接减少着紧缺的淡水资源。农业水土工程75农业工程概论4）水体萎缩或污染,减少了可供灌溉的水资源与农业水5）土壤污染

土壤是作物生长的基地,也是水分的保养所。但是,由于当今的农业生产把施用化肥和化学农药作为增产的主要手段,其用量日益俱增。据有关研究证明,大约施用化肥量的30%左右溶解在水体里或残留在土壤中,不仅成为量大面广的污染源,而且也使土壤本身遭受着污染。与化肥相比,农药毒性更大,更不易降解,对水土都会造成更为严重的污染。农业水土工程76农业工程概论5）土壤污染土壤是作物生长的基地,也是水分的保养所

人口的增长要求粮食安全,粮食安全要求增加产量和提高质量,而产量的增加和质量的提高又受到土地面积减少,特别是人均耕地面积减少的制约。人均耕地面积的减少要求提高作物单产,要求发展必要数量的灌溉面积,并使灌溉地得到适量的水源保证。农业水土工程77农业工程概论人口的增长要求粮食安全,粮食安全要求增加产量和提高质量1.农业水土工程的概念

农业水土工程是研究水、土运行规律与持续高效利用的理论与技术，合理利用农业水土资源，创造良好的农业水土环境，为农业可持续发展服务的科学。二、我国农业水土工程学科的现状与发展趋势农业水土工程78农业工程概论1.农业水土工程的概念二、我国农业水土工程学科的现状与发展趋作为农业工程学科中发展较早的二级学科之一，农业水土工程学科曾先后称为“农田水利”和“农田灌溉”。基于农业水资源的科学利用与土壤改良、水土保持等科学技术关系密切,国际上普遍采用水土工程名称,我国于1990年定名为“农业水土工程”。农业水土工程79农业工程概论作为农业工程学科中发展较早的二级学科之一，2.农业水土工程重点研究的内容：

农业节水理论、田间节水灌溉新技术、节水灌溉设备研制、水资源持续利用理论与工程技术、灌区用水管理、农业水土环境监测、修复与保育、农业高效用水的工程技术等方面的应用基础理论和新技术。农业水土工程领域具有多学科相互交叉、各种单项技术相互渗透的显著特征。水利工程学、土壤学、作物学、生物学、遗传学、材料学、数学和化学等多学科的结合。农业水土工程80农业工程概论2.农业水土工程重点研究的内容：农业水土工程领域具农业水土工程学科研究现状1.西北农林科技大学——教育部重点学科，农业部重点实验室2.中国农业大学——中国农业水研究中心3.武汉大学——水资源与水电工程科学国家重点实验室4.河海大学——水文水资源与水利工程科学国家重点实验室5.沈阳农业大学——灌溉排水理论与技术、设施环境工程、农业水土结构工程、农业水资源开发利用与管理、水土保持5个方向。农业水土工程81农业工程概论农业水土工程学科研究现状1.西北农林科技大学——教育部重点学3、农业水土工程需要解决的主要科技问题1）农田物质迁移规律及其调控机理该领域主要研究农田水肥的运移规律及最优调控机理。包括农田“五水”(大气水、地面水、地下水、土壤水、植物水)转化的机制及其数值模拟;农田水盐运移规律与溶质传输模型;农田水热耦合运移及水热转换关系;土壤—植物—大气连续体(简称SPAC)中的水分传输机理、水分传输的动力学模式及其计算机仿真方法;作物水分散失与光合作用的耦合模式;等等农业水土工程82农业工程概论3、农业水土工程需要解决的主要科技问题农业水土工程13农业工2）逆境对作物的影响机制及其持续农业中的水分调控包括水分亏缺对作物光合作用、生长和产量构成等因素的影响关系;土壤水与含盐量水平对植物根系吸水、水分散失和生长发育及产量的影响;水分过多对作物的影响;作物耐旱、耐盐、耐渍涝的定量标准;作物水分状况的定量诊断方法,特别是用红外测温或遥感信息诊断作物水分状况的问题;等等。农业水土工程83农业工程概论2）逆境对作物的影响机制及其持续农业中的水分调控农业水土工3）农业高效节水关键技术节水灌溉新技术包括喷、微、渗地下滴灌技术和田间地面灌水新技术的改进与提高。渠道防渗与管道输水技术主要作物的节水、增产、高效灌溉制度灌区水管理技术4）农业综合水肥高效利用技术具体包括不同节水技术条件(节水地面灌溉、喷灌、滴灌)所适宜的水肥耦合技术农业水土工程84农业工程概论3）农业高效节水关键技术农业水土工程15农业工程概论5）与持续农业发展有关的灌溉土地评价及其土壤改良技术6）区域农业水土资源的持续高效利用与优化管理7）农业水土资源环境问题农业水土工程85农业工程概论5）与持续农业发展有关的灌溉土地评价及其土壤改良技术农业水4、21世纪中国农业水土工程学科发展趋势1）基础理论方面在水—土—作物—环境关系的最优调控理论与方法研究农田物质(水、沙、盐、农业化学物)的迁移规律及其数值模拟与预测在逆境对作物生长和产量影响的定量评价方法和农业水旱灾害及防治对策农业水土工程86农业工程概论4、21世纪中国农业水土工程学科发展趋势农业水土工程17农业2）应用技术方面

(1)灌溉方式将从传统的丰水高产型灌溉转向限水灌溉(LimitIrrigation)、非充分灌溉(NonfullIrrigation),以提高水的利用率。各种利用适度亏水来调控刺激作物生理机能,以提高作物水的利用效率、生产率,改善农产品品质的调亏灌溉、分根交替灌溉也将得到深入研究和推广。农业水土工程87农业工程概论2）应用技术方面农业水土工程18农业工程概论

(2)喷、滴灌等先进的灌水技术将得到广泛使用，设备运行的可靠性、使用寿命和自动化程度很大提高。各种先进的地面灌水技术如间歇灌、膜上灌、激光平地和水平畦灌、果树渗灌(地下滴)等将得到大面积推广。

(3)各种灌溉技术与农业措施将有机融合在一起,形成综合水土资源高效利用技术。如各种水肥耦合、带状种植、覆膜保墒等适合国情的水土高效利用技术将广泛使用,以提高水肥利用率、农作物产量,改善农产品的品质。农业水土工程88农业工程概论(2)喷、滴灌等先进的灌水技术将得到广泛使用，设备运

(4)灌区将广泛采用先进的大区域土壤墒情、作物旱情和水源水情实时监测与预报技术、渠系水量流量调控技术及灌区动态配水技术,实现灌区水量最优调度。

(5)雨水集蓄与高效利用的技术将得到深入研究,形成具有中国特色的雨水将会在西北半干旱地区和南方丘陵坡地广泛推广,以提高降雨的生产率。

(6)根据不同地区的特点,将广泛采用各种先进水土保持、高含沙浑水、部分苦咸水、污水灌溉及地下水持续利用等区域水资源持续利用技术,以达到区域水资源的持续高效利用。农业水土工程89农业工程概论(4)灌区将广泛采用先进的大区域土壤墒情、作物旱情和3）高新技术的应用方面随着计算机技术、电子信息技术、红外遥感技术以及其它技术的发展和应用,使土壤水分动态、水盐动态、水沙动态、水污染状况、作物水分状况、农田微气象数据等方面的监测、采集、处理技术得到发展,并促进农业水土资源管理水平的提高。农业水土工程90农业工程概论3）高新技术的应用方面农业水土工程21农业工程概论

综合运用全球卫星定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)和计算机控制系统精准灌溉(PreciseIrrigation),将会成为我国21世纪农业水土工程发展热点和新的农业科技革命的重要内容,以及提高农业用水效率和单位面积产量的关键。农业水土工程91农业工程概论综合运用全球卫星定位系统(GPS)和地理信息系统(§4－2农业环境保护与治理Protectingandfatheringofagriculturalenvironment一、自然环境与农业环境

人类赖以生存的物质条件：

阳光空气土地水适宜于人类生活的大气温度

安全的辐射强度提供食物及其他生活必需品能源工业原料尽量避免有害细菌和病毒避免自然灾害的侵袭农业水土工程92农业工程概论§4－2农业环境保护与治理一、自然环境与农业环境人类赖

人和动、植物及微生物组成的生物群落和上述非生物物质条件(物理因素和化学因素)共同构成了地球上的生态系统。

各种生物及微生物之间、生物群落与环境之间关系密切、相互作用、并进行着物质与能量的交换。

在自然条件下自然生态系统如果不遇到重大的意外事故，可以在非常长的时间内保持着动态平衡，这种平衡称为生态平衡，它是人类得以持续生存、繁衍，发展和进步的必要条件。农业水土工程93农业工程概论人和动、植物及微生物组成的生物群落和上述非生物物质条

土壤和水、大气、阳光、气温共同构成了农业环境，它向农业动、植物提供生长、发育、繁殖的物质条件。农业生物群落和农业环境共同构成农业生态系统。农业环境是自然环境中最重要的组成部分。

农业环境质量恶化首先受影响的是农业的持续发展，并且对整个人类的自然环境也有重要影响。农业水土工程94农业工程概论土壤和水、大气、阳光、气温共同构成了农业环境，它向农二、农业环境质量恶化的因素与危害

（一）农业生产活动及农村生活中的不恰当行为

1．施用农业化学品(化肥、农药，除草剂)2．农村生活用能3．过度耕作及耕作不当，使用塑料薄膜覆盖4．家畜、家禽集中饲养5．城市发展及工业化过程中的不恰当行为农业水土工程95农业工程概论二、农业环境质量恶化的因素与危害（一）农业生产活动及农村(二)农业环境污染造成的危害1．农业环境的本底值及自净能力

未受人为污染的农业环境中各种元素和化学物质的自然含量及自然丰度称为农业环境的本底值（backgroundvalue）。

当某些污染物质的含量显著超过其自然本底值并造成一定危害时，就认为农业环境已受到污染。农业水土工程96农业工程概论(二)农业环境污染造成的危害1．农业环境的本底值及自净能

自然环境处在不断变化的状态，在自然情况下受污染环境经物理、化学过程及在生物的参与下，都有不断消除污染物，恢复环境原来状态的能力。

但有些污染会通过生物链为人、畜食用后，在体内存积并浓缩，含量扩大到原来的几万倍。农业水土工程97农业工程概论自然环境处在不断变化的状态，在自然情况下受污染环境经

水质受污染程度的评价指标COD——化学耗氧量(ChemicalOxygenDemand)表明水中的可氧化污染物质的状况BOD——生化需氧量(BiologicalOxygenDemand)

表示水中有机污染物质在微生物的生化作用下氧化分解所消耗水中氧的总量，其值越高，说明水中的有机污染物越多。

DO——水中溶解氧(DissolvedOxygen)水中溶解氧受水温、气压及某些溶质的影响，DO越大表明水质越清洁。农业水土工程98农业工程概论水质受污染程度的评价指标COD——化学耗氧量(Chemi

农业环境污染使作物生长受到直接和间接危害。

2．农业环境污染的危害

SO2经过大气中某些物质的催化，遇水蒸汽可形成酸雨，它将使土壤、河湖酸化，殃及作物及鱼类等有些污染是缓慢危害农业和人类。

比重大于4以上的金属，如汞、铅、镉、镍、铬、铜、锌、砷等常混杂在工厂废水、污泥中，因其化学性质稳定，不易代谢分解，土壤一旦受其污染后，很难治理。农业水土工程99农业工程概论农业环境污染使作物生长受到直接和间接危害。2．农业环境

农产品在加工、贮藏、运输、包装过程中都有可能造成污染，如在食品或饲料中加入有害的添加剂，或在贮存过程中发生霉变，产生黄曲霉毒素，这是一种容易诱发肝癌的毒素。水果、蔬菜等在收获前施农药，有时会附着在表面，有些甚至渗入到表皮内部，人类食用后就会中毒。农业水土工程100农业工程概论农产品在加工、贮藏、运输、包装过程中都有可能造成三、农业环境保护及治理

农业环境治理需要农业、工业和城市管理互相配合，采用化学的、物理的、生物的及其他防治技术综合治理。

1．工业应改革工艺，减少“三废”中的有毒物质排出，井在三废进行处理后再行排出，还可进行综合利用。2．研制高效、低毒、低残留的农药，推广生物防治技术，水果、蔬菜等在收获前若于天内不得施用农药。农业水土工程101农业工程概论三、农业环境保护及治理农业环境治理需要农业、工业和城3．修筑氧化塘，通过沉淀、中和、生物氧化及水生植物吸收后再用于灌溉。4．对已污染的农田，采用客土排土换土或土壤改良剂等。使毒性物质沉淀或分解5．在大气污染地区多种植抗毒性强的植物。6．应用化学的、物理的、生物的监测手段，对农业环境进行监测，随时掌握信息解趋势，以便及时采取治理、保护措施。农业的未来'.rmvb农业水土工程102农业工程概论3．修筑氧化塘，通过沉淀、中和、生物氧化及水生植物吸收后再用一.农业土壤的工程性质(一）自然土壤和农业土壤的形成1.自然土壤的形成

岩石风化产生的碎屑，不断减小尺寸，经风力、水力及重力搬运和堆积，形成土壤母质。土壤母质中的可溶性物质，一部分未微生物所吸收，使微生物得以滋生繁衍。微生物的代谢产物及其死亡机体留在土壤母质中，微生物又将有机质分解为植物能吸收的养分，并改变土壤母质的物理、化学物质，为植物生长创造条件。§4－3土壤工程性质与土壤腐蚀SoilEngineeringPropertiesAndSoilCorrosion农业水土工程103农业工程概论一.农业土壤的工程性质(一）自然土壤和农业土壤的形成§4－3

这种自然现象和生物及微生物反复作用结果即形成自然土壤。自然土壤未经人扰动，通常其最上层是枯枝败叶层，其下是带酸性的淋溶层，第三层是沉积层，再下面是土壤母质层，最下面是岩石层。农业水土工程104农业工程概论这种自然现象和生物及微生物反复作用结果即形成自然土壤2.农业土壤的形成人类通过耕作、施肥、灌溉或排水，施用土壤改良剂，平整土地，栽培农作物等农业措施，使土壤更适合于农作物生长，提高农作物土地利用率。旱田农业土壤最上层厚15－20cm(作物根系)，第二层厚约5－10cm，再往下是心底层(仍保持自然土壤的状态)，心底层以下是底土层(基本上是自然风化的碎屑或土壤母质)。水田土壤通常最上层是1cm厚的氧化浮泥层，然后是还原糊泥层，再下层是犁底层，犁底层以下是心底层。坚硬的犁底层对水田可起保水、保肥作用。农业水土工程105农业工程概论2.农业土壤的形成水田土壤通常最上层是1cm厚的土壤的质地分类

土壤中的矿物质是岩石经过分化而形成的固体颗粒。粒径在2mm－0.05mm之间的称为砂粒，粒径在0.05mm－0.005mm之间的称为粉粒，粒小鱼0.005mm的称为黏粒。根据土壤中砂粒和黏粒含量的多少，土壤可分为三种类型：砂土(sandysoil)：砂粒含量较多，通气性好，但土壤中水分含量少，保水性较差。农业水土工程106农业工程概论土壤的质地分类土壤中的矿物质是岩石经过分化而形成的固黏土(claysoil)：黏粒含量较多，通气性差，但含水量较多，保水性好。壤土(loamysoil)：砂粒和黏粒的含量比例适中，通气性，水分含量也较多，保水性一般。农业水土工程107农业工程概论黏土(claysoil)：黏粒含量较多，通气性差，但含水量（二）土壤的空隙度、土壤水和空气土壤是多相复杂体，一般空隙占30％-50％，其中非水即气，空气容积大，即使在稻作的淹水期仍有2％－5％的空气。因此土壤的容重与比重相差较大，砂质土壤容重为1.2－1.8，粘质土壤为1.0－1.5。农业水土工程108农业工程概论（二）土壤的空隙度、土壤水和空气农业水土工程39农业工程概论1.土壤空隙度土壤空隙度是空隙容积Vv与土壤容积Vt之比，可用百分比来表示。土壤空隙比e是土壤空隙容积与土粒容积之比。农业水土工程109农业工程概论1.土壤空隙度土壤空隙比e是土壤空隙容积与土粒容积之比。农2.土壤水土壤空隙中有相当一部分为水占据，其数量随土壤质地、土壤含水量、温度等而变化，它们在空隙中以吸湿水、薄膜水、毛管水和重力水等形式存在，其中毛管水直接供养作物，重力水是含水量超过土壤持水量水分受重力支配向地下渗透的水分。农业水土工程110农业工程概论2.土壤水农业水土工程41农业工程概论3.土壤空气土壤空隙中空气总含量是土壤水分、质地、结构等的函数。土壤空气中水汽含量很大，有时相对湿度达100％，氧气含量比空气少，二氧化碳含量比空气多5－120倍，这是土壤微生物及其它土壤生物呼吸所致。农业水土工程111农业工程概论3.土壤空气农业水土工程42农业工程概论（三）土壤的强度与破坏土壤强度是土地在外力作用下，由于土壤颗粒间的粘结力和颗粒相互位移的摩擦力等影响，不会引起屈服应变和破坏的最大应力。外力可能是剪切、压缩、拉伸、穿透等作用下的一种或多种，破坏包括断裂、压缩、塑流等。农业水土工程112农业工程概论（三）土壤的强度与破坏农业水土工程43农业工程概论1.抗剪强度土壤抗剪强度是土壤移动时，沿运动平行面，产生的最大内阻力。它来源于土壤颗粒间的粘结力和内摩擦力。摩尔－摩伦经验模型，抗剪切强度S为：C正应力抗剪切强度S农业水土工程113农业工程概论1.抗剪强度C正应力抗剪切强度S农业水土工程44农业工程

不同土壤剪切变形与破坏的情况是不同的，，除松散砂土外，都是在剪切应力增加到一定值时，发生不同的剪切破坏。剪切变形J松散土坚实土粘结土抗剪切强度S农业水土工程114农业工程概论不同土壤剪切变形与破坏的情况是不同的，，除松散砂土外2.承压强度土壤承压强度表示支持车辆等载荷不使其下陷的支撑能力，基本公式如下：农业水土工程115农业工程概论2.承压强度农业水土工程46农业工程概论

土壤承压强度与含水量关系很大。随着含水量的增加，土壤强度急剧下降。抗压抗剪含水量(%)强度(kg/cm2)水土是耕作的重要指标，从工程角度除考虑破碎土的强度外，还要在满足要求的条件下别使土块过小，以减少能耗和土壤风蚀。农业水土工程116农业工程概论土壤承压强度与含水量关系很大。随着含水量的增加，土壤（四）土壤压实适当的土壤松紧度实作物生长发育的需要，播种后要对松土施以适当压力。土壤的压实是从压缩开始的，压缩是指土壤在外力作用下体积的减小，其孔隙比也随之减小，它与压力的关系如下：农业水土工程117农业工程概论（四）土壤压实农业水土工程48农业工程概论压缩压力与孔隙比的关系曲线干硬土壤湿软土壤正压力P孔隙比e

干硬土因粘结力和内摩擦力大，不易压缩，孔隙比变化小。但当压力增大到足以使干硬土壤显著压缩时，则因湿软土壤以提前定向受压缩，二者走向又相互趋近，在特高压力下的干、湿土壤甚至有相近的空隙比。农业水土工程118农业工程概论压缩压力与孔隙比的关系曲线干硬土壤湿软土壤正压力P孔隙比e土壤压实时的水分密度关系在特定压力下，随着含水量的增加，土壤密度有一个先是提高，之后，由于挤出水的稀释作用而又下降的反折现象，存在一个压实度最大的对应含水量，随着压力的提高，反折现象越明显，而且越提早在较低水分时出现。一般来说，压力越大，土壤密度也越大。含水率(%)密度(kg/m3)P1P2P3P1>P2>P3农业水土工程119农业工程概论土壤压实时的水分密度关系在特定压力下，随着含水量的增加，土壤压实对土壤的性质有重要影响，使透水性减弱，出苗困难，湿润土壤的蒸发增加，蓄水保墒能力降低；同时，空气减少和通气量不良，使有机质分解慢，对作物供氮不足；而且压实土壤在耕作时阻力大，耕作质量差。农业水土工程120农业工程概论压实对土壤的性质有重要影响，使透水性减弱，出苗困难，湿润土壤（五）土壤的热特性讨论土壤的热特性时涉及的指标有热容量、导热系数和导温系数，其物理定义与运用方法与其它农业物料基本相同。只是土壤中含水量与空气含量比一般物料多，热特性也有很大的波动。土壤土壤含水量占持水量的百分比(%)0205080100砂土1.471.672.012.432.64黏土1.091.262.203.013.77泥炭0.841.402.343.313.94不同含水量下各种土壤的热容量(J/cm3℃)农业水土工程121农业工程概论（五）土壤的热特性土壤土壤含水量占持水量的百分比(%)020

容积热容量CV、导热系数K和导温系数(热扩散系数)之间有如下关系。它们时相互影响而又可转换的。由于测定温度远比测定热量简单，经常通过导温系数的变化来研究导热的规律。农业水土工程122农业工程概论容积热容量CV、导热系数K和导温系数(热扩散系数二、土壤的盐碱化SoilSalinization

含有过多盐碱成分危害植物生长的土地称盐碱土(盐渍土)，它在我国耕地中占一亿多亩。在这类土壤中含有过多的可溶性盐，其中阳离子主要有钠、钾、钙、镁，阴离子主要有氯根、硫酸根(它们与阳离子形成中性盐)，以及与阳离子形成碱性盐的碳酸根和重碳酸根。农业水土工程123农业工程概论二、土壤的盐碱化SoilSalinization1盐碱土分类盐碱土包括盐化土、盐土、碱化土和碱土四类。盐化土使表层中性盐分含量大于0.2％的土壤，对多数作物有不同程度的危害。盐土是表层氯化盐超过0.6％或硫酸盐超过2％的土壤，对植物危害极大，有时甚至存草不生。如表层含有碱性盐，土壤PH≥8.5时，碱化度超过5％的时碱化土，超过20％为碱土。农业水土工程124农业工程概论1盐碱土分类农业水土工程55农业工程概论2盐碱土成因形成盐碱土有自然的和人为的两方面因素。含盐高的成土母质分化后，产生大量大的可溶性盐，它们在气候干燥、降雨量少的地区无法淋溶，在地下水位小鱼临界深度的情况下，通过地下水蒸发导地表，再随雨等流到排水不畅的低洼地，