节水灌溉技术复习资料

《节水灌溉技术》复习资料第一章概论第一节节水灌溉的内涵及研究内容一、定义节水灌溉是根据作物需水规律及本地供水条件，为了有效地运用降水和灌溉水获取农业的最佳经济效益、社会效益和生态环境效益而采用的多种灌溉措施，如喷灌、滴灌、膜上灌等。节水灌溉在我国多用，特别是水利部门。“高效用水”，国外多用，我国农业部门也用，其意义有所差异。应当说明的是，节水灌溉或高效用水都是一个相对的概念，不同的农业发展阶段，不同的技术水平，不同的农业生产水平，其含义是随之而变的(如喷灌耗能、不节水问题)，不同国家、不同的地区有不同的节水标准。二、从水源到形成作物实物产量通过的环节三个环节：工程节水水源（输配）→田间(灌溉净水量)农艺节水田间（入渗、蒸发渗漏）→土壤计划湿润层(土壤水)管理节水土壤（蒸腾蒸发）→作物实物产量(生理需水)农艺节水：节水抗旱品种，保墒技术(桔杆、地膜覆盖)，节水栽培耕作技术，化控节水(保水剂)、农业结构调整。三、节水灌溉的研究内容1、节水灌溉工程技术2、节水灌溉理论及灌溉利度水分生产函数需水规律植物水分生理水分胁迫SPAC充足或非充足灌制度节水机理3、节水灌溉的管理问题预报、优化配水、环境评价、经济评价，节水灌溉管理模式(农民参与管理模式)4、高新灌溉技术新方法，新技术，规划设计、施工管理5、大型灌区改造问题第二节节水灌溉的重要技术措施水资源合理开发运用技术措施、节水灌溉工程措施、节水灌溉农艺措施、节水灌溉的管理措施一、水资源合理开发运用技术措施1、水资源优化分派技术2、多种水源联合运用技术地下水、地上水、土壤水联合调度3、雨水汇集运用技术集流场(设计、集流面材料)、水窖，人工降雨4、地下水运用技术(开采、补给、打井，旧井改造、提高泵装置效率)5、劣质水资源化劣质水：生活污水，工业废水、微咸水、灌溉回归水、海水淡化。污水资源化及污灌技术还处在实验研究阶段(1)污水解决(2)水质监测(3)污水灌溉技术(4)污灌环境影响评价体系(立法)(5)技术的推广应用。二、节水灌溉工程措施1、渠道防渗技术砼护面、浆砌块石衬砌、塑料膜、水泥土、三合土。2、低压管道输水技术硬管：钢管铝管塑料砼软管：尼龙小白龙3、喷灌技术①经济问题，②管道标准化，③高质量的喷灌设备，④大型喷灌机研制。4、微灌技术涉及小管出流技术5、覆膜灌溉膜上灌和膜下滴灌6、地下灌溉技术地下水抬高，地下滴灌，地下渗灌。7、坐水种(点水灌)人工、坐水种单体播种机，坐水种灌溉机。8、沟畦改造技术(改善的地面灌)改善的沟畦灌，水平畦灌，波涌灌。9、调亏灌溉施加一定的干旱锻炼10、作物交替分根灌/作物交替分层灌11、非充足灌溉理论基础生产函数12、精细灌溉全球定位系统遥感遥测系统地理信息系统。三、农艺节水措施1、耕作保墒技术深耕松土弹压耙耱中耕除草免耕少耕2、覆盖保墒技术地膜覆盖秸杆覆盖沙石覆盖3、水肥耦合技术以肥调水以水调肥4、节水作物品筛选技术高效种植制度抗旱节水、高产品种5、化控节水保水剂复合包衣剂黄腐酸多功能抑蒸抗旱剂ABT生根粉。四、节水管理措施1、节水灌溉制度充足/非充足灌溉制度及其它2、土壤墒情监测与灌溉预报技术张力计中子仪电阻法水分湿度仪实时适量灌水3、灌区配水技术优化渠/管道工作制度编制灌区水量优化调度方案4、灌区量水技术水位、流量、水质、数字化5、现代化灌溉管理技术五、水稻节水灌溉技术措施1、水稻旱育稀植技术2、水稻控制灌溉插秧返青后不建立田面水层，上限，饱合含水率，下限60～70%饱和含水率，近于田间持水率。3、“浅湿晒”交替间断灌水技术(1)薄露灌溉M=20mm薄水层，后自然落干露出田面，露田限度和历时，由水稻不同生育期需水规律拟定，如早稻前期26天(返—分—拔)中期22d(孕—抽)后期24d(乳—黄)(2)4、水稻间歇灌薄水层—湿润—短暂落干交替进行第三节发展节水灌溉的意义一、全球水资源概况二、我国水资源概况(基本情况，我国是一个水资源相对缺少的国家，总量大人均/亩均局限性)1、来水降水6.2亿m2，河川径流2.7亿m3，地下水0.83m3，反复计算0.73m3，可通过水循环更新的地表水和地下水的数年平均水资源总量为2.8亿m3，排名六，人均(1997人口计算)2220m32、需水量(工业，农业)低方案农业用水量2030年(3000—5000亿m3（粮食产量7000亿kg，7亿亩灌溉面积）)工业用水或城乡生活用水2800亿m3合计7800亿m33、可供水量2030年6990亿m3枯水年缺水800亿m3,考虑南水北调450亿m3，缺350亿4、节水灌溉潜力：水运用系数（0.46）提高10%～20%，节水400～800亿m35、水资源分区(基本情况，时空分派不均，南方水多，北方水少，就北方而言，年际间丰枯变化较大，年内70%降雨集中在7、8、9三个月，与土地分布不匹配，（黑河—彭冲）60%的人口占有40%的土地。黄淮海平原土地面积13.4%，耕地39%，人口占35%，GDP32%，水资源7.7%，基本情况是，工程设施有限，老化失修，管理不善，供水能力局限性。（1）多水区：P＞1600mm，东部沿海，华南沿海，云南西部，西藏的东南部，台湾中部。三、国情四、农业现状五、粮食安全问题六、节水灌溉与农业现代化我国节水灌溉的新进展节水灌溉的发展历程节水灌溉的目的节水灌溉的新进展第二章作物水分生理学基础植物生命活动大体为物质代谢，能量转换和信息传递三个方面，物质代谢中有水分代谢、矿物质代谢和有机物(糖类、蛋白质、脂肪、核酸)代谢。代谢(metabolism)是维持各种生命活动(生长过程)过程中化学变化(涉及物质合成，转移和分解)的总称。在以三个活动中，水都有参与，没有水，便没有生命，水分代谢是植物生理学的一个重要组成部分。植物的一生中，要从自然界中吸取光、热、能量，吸取水分和矿物质和有机质养分和空气，把环境中简朴的无机物直接合成为复杂的有机物，世界上就有了绿色生命，植物是地球上最重要的自养生物。作物就其广义的概念来讲，它涉及对人类有运用价值，为人类所栽培的各种植物，例如各种农作物、疏菜、果树、绿肥、牧草等。就其狭义的概念来讲，所谓作物，重要是指农作物粮食、棉油、麻、糖、烟等而言，北方又常称之谓“庄稼”。世界上栽培的农作物中最重要的有90多种。在我国常见的有50多种。目前栽培的农作物，大都起源于自然野生植物。原始的野生植物，长期被人工栽培运用过程中，不断地经人工哺育(人工选择)和自然选择所逐渐演化为今日丰富多彩的适宜于各地的栽培品种。从这一意义上来说，保护生物的多样性，就是保护人类自己。第一节植物对水分的需求一、植物细胞1、结构：(1)细胞壁，(2)细胞膜，(3)细胞质，(4)液泡，(5)细胞核，(6)胞间连丝。2、细胞分裂：由一个分裂成两个细胞，核提成两个后细胞质提成两份，中央壁膜形成。3、植物体的组织与器官。二、植物的含水量1、不同植物的含水量有很大的不同水生植物90%，旱作植物60～70%(占鲜重的比例)2、同一种植物生长在不同环境中，含水量也有差异凡是生长在阴暗、潮湿环境中的植物，它们的含水量比生长在向阳、干燥环境中的要高一些。3、同一植株中，不同器官和不同组织的含水量的差异也很大，例如，根尖，嫩梢，幼苗和绿叶的含水量为60～90%，树干为40～50%，风干种子为10～14%，由此可见，凡是生命活动较旺盛的部分，水分含量都较多。三、植物体内水分存在的状态水分在植物体细胞内通常呈束缚水和自由水两种状态，而这又与细胞质有关。细胞质重要是由蛋白质组成，占总重的60%以上，蛋白质分子很大，其水溶液具有胶体的性质，因此细胞质是一个胶体系统。蛋白分子有疏水基和亲水基组成，疏水基在分子内部、亲水基在分子表面，这些亲水基对水分有很大的集合力，容易起引水合作用，所以细胞质胶体微粒具有显著的亲水性，其表面吸附着很多水分子，形成一层很厚的水层。水分距离胶粒越近，吸附力越强；相反，则吸附力越弱。靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分，称束缚水；距离胶粒较远而可以自由流动的水分，称自由水。自由水参与各种代谢作用，它的含量制约着植物的代谢速度，如光合速率、吸呼速率、生长速度等。自由水占着含水量的比重越大，则植物代谢越旺盛。束缚水不参与代谢作用，但植物规定低微的代谢强度来度过不良的环境，因此，束缚水含量与植物抗性大小有密切关系。如抗旱、抗寒能力。四、水分在生态活动中的重要作用1、水分是细胞质的重要成分细胞中的含水量一般在70%～90%，使细胞质呈溶胶状态，保证了旺盛的代谢作用正常进行。假如含水量减少，细胞质便变成凝胶状态，生命活动大大减速弱，如休眠的种子。2、水分是代谢作用过程的反映物质在光合作用、呼吸作用、有机质合或与分解过程中都有水分子参与。光能绿色细胞1)光合作用CO2+H2OCH2O(碳水化合物)+O2光能绿色细胞每年同化2×1011t碳(浮游生物60陆生植物)相称3×1021J能量是世界能消耗的10倍。2)呼吸作用C6H12O6+6O2→6CO2+H2O3、水分是植物对物质吸取和运送的溶剂一般来说，植物不能直接吸取固体的无机物质和有机物质，这些物质只有溶解在水中才干被植物吸取，同样各种物质在植物体内的运送，也要溶在水中才干进行。4、水分能保持植物的固有姿态由于细胞具有大量水分，维持细胞的紧张度(膨胀)，使植物枝叶挺立，便于充足接受光照和换气体，使根尖具有刚性，便于渗入土壤扩大吸取范围，同时也使花朵张开，有助于传粉受粉。5、水是世界之美的源泉思考题1、植物细胞内水分存在的状态。2、水在作物生理中的作用。3、细胞的结构专业术语作物植物组织、器官自由水束缚水光合作用呼吸作用第二节植物细胞对水分的吸取一切生命活动都是在细胞内进行的，细胞吸水也不例外，植物细胞吸水重要有2种方式：1)未形成液泡的细胞，靠吸涨作用吸，2)液泡形成以后细胞重要靠渗透性吸水。一、细胞的渗透吸水渗透作用是水分进出细胞的基本过程。水分移动需要能量作功，下面一方面讨论自由能和水势的概念。(一)自由能和水势根据势力学原理，水流中物质的总能量可分为束缚能和自由能两部分，束缚能是不能转化为用于作功的能量，而自由能是在温度恒定的条件下用于作功的能量。化学势1mol物质的自由能，是衡量物质瓜或转移所用的能量。水势同理衡量水分反映或转移能量的高低，可用水势表达。在植物生理学上，水势定义为每偏摩尔体积水的化学势。也就是说，水溶液的化学势(μW)与同温、同压、同一系统中纯水的化学势(μW°)之差(△μW)，除以水的偏摩尔本积()所得的商，称水势。水势(Psi；希腊字母)或表达，公式为式中：偏摩尔体积，指在一定温度和压力下，1mol水中加入1mol某溶液后，该1mol水所占的有效体积水势的单位=(压力单位)纯水的自由能量大，水势最高，定义为0（和其他溶液相比），溶液中的溶质分子减少了水的自由能，所以溶液的中的水的自由能低，溶液的水势就成了负值。和其他物质运动同样，水分移动需要能量，因此水分一定是从高水势区域顺着能量梯度流向低水势区域，简言之，水分是由高水势处流向低水势处。(宏观同)(二)渗透作用把种子的种皮紧缚在漏斗上，注入蔗糖溶液，然后把整个装置浸入盛有清水的烧杯中，漏斗内外液面相等。由于种皮是半透膜(水分子能通过而蔗糖分子不能通过)，整个装置形成一个渗透装置。其结果是：烧杯中的水流向漏斗内，漏斗内玻璃管内的液面上升，最后液面不再上升，实质上是水分进出的速度相等，呈动态平衡状态。水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统转移的现象，就称为渗透作用。说明从生命开始，水就开始起作用。(三)植物细胞是一个渗透系统一个成长植物细胞的细胞壁重要是由纤维分子组成的，它是一个水和溶质都可以通过的透性膜。质膜和液泡膜则不同，两者都接近于半透膜，构成一个渗透系统。1、质壁分离（P9T2-2）外渗使液泡失水而体积缩小，包在外面的原生质也随之收缩，由于细胞之间有吸附力，当原生质收缩时，细胞壁也随之收缩，如细胞继续失水，因原生质的收缩比细胞壁收缩性大，结果使原生质与细胞分离，这种现象称质壁分离。2、质壁分离复原在质壁分离后，若使细胞开始吸水，则液泡体积逐渐增大，原生质又逐渐紧贴细胞壁，这种现象称质壁分离复原。(四)细胞的水势细胞吸水固然与其细胞液的渗透势有关，但并不完全取决于渗透势，由于原生质体的尚有细胞壁，限制原生质体膨胀；与此同时，细胞亲水胶体又有吸水的能力，所以细胞吸水的情况远比前述的渗透系统更为复杂。细胞吸水情况决定于细胞水势，典型的细胞水势中3个部分组成细胞水势渗透势压力势补质势渗透势亦称溶质势。渗透是由于溶质颗粒的存在，减少了水的自由能，因而其水势为负值(低于纯水的水势)。一般而言，温带生长的大多数作物叶组织的渗透势在-1-2Mpa，旱生植物叶片的渗透势很低，达-10Mpa。压力势是指细胞的原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生一种作用力，细胞壁对原生质产生反作用力，即压力，压力势是细胞壁压力的存在而增长的水势，压力势是正值。草本植物叶片细胞的压力势，在温暖天气的下午为0.3～0.5Mpa，晚上可达1.5Mpa。补质势是细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起的水势，常为负值。如种子状态衬质势可达-100Mpa，当发芽以后，细胞内形成液泡，这时衬质势只有-0.01Mpa。(五)细胞间水分移动当有多个细胞连在一起时，假如一端的细胞水势较高，另一端水势较低，顺次下降，就形成了一个水势梯度，水分便从水势高一端流向水势低的一端。植物器宫之间水分流动便遵循这个规律。有了这样一条规律，人们便可判别细胞的水势高低，以说明细胞水分足充与否，故可用水势作为灌溉指标，拟定作物灌溉的适宜时期。二、细胞的吸涨作用吸涨作用是亲水胶体吸水膨胀的现象。种子的蛋白质、淀粉和纤维等都呈胶体状。三者的亲水性依次递减，所以含蛋白质较多的豆类种子吸涨现象非常明显。一般说来，细胞在形成液泡前的吸水重要靠吸涨作用。三、水分进入细胞的途径水分是如何通过膜系统流进出细胞的呢？研究表白，水分在植物细胞膜系统内移动的途径有2种：一种是单个水分子通过膜脂双分子层的空隙进入细胞；另一种是水集流通过质膜上水孔蛋白中的水通道进入细胞。水孔蛋白是一类具有选择性、高效运转水分的膜通道蛋白。水孔蛋白最早是在动物体内发现的，以后陆续在植物中发现。水孔蛋白模型：图示水孔蛋白的单体是中间狭窄的四聚体，呈“滴漏”模型。每个亚单位的内部形成狭窄的水通道。水孔蛋白的活性是被磷酸化调节的。实验证明，依赖Ca+2的蛋白激酶可使特殊丝氨酸残基磷酸化，水孔蛋白的水通道加宽，水集流通道加大。假如把该残基团除去则水通道变窄，水集流通过量减少。水孔蛋白广泛分布于植物的各个组织，其功能以存在的部位而定，在茎中参与水分的运送，在根中参与根尖的分化和伸长。外界环境(兰光)和植物激素(脱落酸、赤霉素)等可诱导水孔蛋的表达。思考题1、植物细胞吸水的重要方式2、细胞间水分是如何移动的名词术语水势渗透势压力势质壁分离质壁(分离)复合第三节根系对水分的吸取一、根的形态和结构各种植物的根，它们的功能基本上是相同的，但是它们的形态并不完全相同。(一)根的形态1、主根、侧根、不定根主根：由种子的胚根发育而成的根，主根与茎相连，向下生长。侧根：从主根上生出的根。侧根又依次生出侧根。侧根重要向四周扩展。不定根：从茎叶上生出的根，如小麦、玉米，主根不发达，重要是由许多不定根组成的。2、根系一棵植物生长有许多的根，这些根的总和及空间分布叫根系。根系可以分为两大类。1)直根系主根比较发达，较长而粗，侧根比较短而细。主根与侧根有明显的区别。一般说，双子叶植物的根系都是直根系，如棉花、豆类。2)须根系主根不发达，主根生出后不就不再继续生长，另在本来的胚轴部位和茎的基部生长许多条不定根。因此须根系重要由不定根组成，一般说，单子叶植物的根系都是须根系，如小麦、玉米。3、根的分布根系入土深度一般都大于地上部的主茎高度，根系的扩展范围一般都大于地上部分的扩展范围。4、根的特性向地生长的特性，向水生长和向肥生长的特性。(二)的结构1、根尖从根的顶端到生有根毛的一段，叫做根尖，根尖是吸水的重要部分。主根、侧根、不定根都有根尖。根尖由四部分组成，从顶端向上依次是根冠、分生区、伸长区和成熟区。1)根冠在根尖的顶端，细胞比较大，排列不够整齐，像一项帽子同样套在外面，具有保护作用。2)分生区被根冠包围着。细胞很小，排列紧密，细胞壁薄，细胞核大，细胞质浓，有很强的分裂能力，可以不断地分裂出新细胞，因此，分生区属于分生组织。3)伸长区在分生区的上部，细胞逐渐分裂，开始迅速伸长。伸长区是根伸长的最快地方，可以吸取水分和无机盐。根的长度可以不断增长，就是由于分生区的细胞可以分裂和伸长区的细胞可以伸长的缘故。4)成熟区在伸长区的上部，细胞停止伸长，并且开始分化；表皮的细胞一部分向外突出，形成根毛。成熟区生有大量根毛，使表皮细胞的吸水面积大大增长，是根系吸取水分和无机盐的重要部位。在根尖中，根毛区吸水能力最大，根冠、分生区和伸长区较小。2、成熟区及其上部结构在成熟及其上部，根内部一些细胞的细胞质和细胞核逐渐消失。这些细胞上下连接，中间失去横壁，形成中空的长管，叫维管，也叫导管，整个上部由维管束组成。根吸取的水分和无机盐，通过维管束向上输送到茎、叶等器官。二、根系吸水的途径土壤水移动到根部表面后，便从表皮向维管束转移。根系吸水的途径有3条。即质外体途径，跨膜途径和共质途径。1、质外体途径：是指水分通过细胞壁、细胞间隙等没有原生质的部分移动，这种方式速度快。2、跨膜途径：指水分从一个细胞移动到另一个细胞，要通过两次质膜，此途径只跨过膜而不通过细胞质。3、共质体途径：是水分从一个细胞的细胞质通过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，如此下去，移动速度较慢。这三条途径共同作用，使根部吸取水分。三、根系吸水的动力根系吸水有两种动力：根压和蒸腾拉力，后者较为重要。(一)根压植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力，根压把根部的水分压到地上部，土壤中的水分便不断补充到根部，这就形在了吸水过程，这是根部形成的力量引起的积极吸水。各种植物的大小不同，大多数植物的根压为0.05～0.5Mpa(5～50m水柱)1)伤流现象从植物茎的基部把茎切断，由于根压作用，切口不久即流出液滴。从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象，称为伤流。流出的汁液是伤流液。不同的植物的伤流限度不同，葫芦科植物伤流液较多，稻、麦等较少。伤流液除了含水分以外，还具有各种无机盐，有机物和植物激素。所以，伤流的数量和成分，可作为根系活动能力强弱的指标。2)吐水现象没有受伤的植物如处在土壤水分充足，天气潮湿的环境中，叶片尖端或边沿也有液体外泌的现象。这种从未受伤叶片尖端或边沿向外溢出液滴的现象，称为吐水。吐水也是由根压所引起的。在自然条件下，当植物吸水大于蒸腾时(如清晨、傍晚)，往往可以看到吐水的现象。在生产上，吐水现象可作为根系生理活动的指标。3、机理到目前为止，关于根压的机理解释，还没有得到彻底解决。目前重要有两种理论。1)渗透论根部导管四周的细胞由于代谢，不断向导管分泌无机盐和有机物，导管内水势下降，而附近的细胞的水势高，所以水分不断进一步导管。形成根压(负压)。2)代谢论：呼吸释放能量参与根系吸水过程，也就是说给了吸水做功的能量(象水泵同样)。(二)蒸腾拉力叶片蒸腾时，气孔下腔附近的叶肉细胞因蒸腾失水而水势下降，所以从旁边的细胞取得水分，同样旁边细胞又从另一个细胞取得水分，如此下去便从叶脉中的导管吸水，通茎的导管到根的导管，最后从土壤吸取水分。这种吸水完全是蒸腾失水而产生的蒸腾的拉力所引起的，是叶片蒸腾形成的力量传到根部而引起的被动吸水。根压和蒸腾拉力在根系吸水过程所占的比重，因植株蒸腾速度而异。通常蒸腾强的植物的吸水重要是由蒸腾拉力引起的。只有春季叶片未展开时，蒸腾过度很低的植株，根压才成为重要吸水的动力，北方冬季树木。四、影响根系吸水的土壤条件1、土壤水分的有效性土水势和根水势2、土壤通气状况土壤通气不良可使根系吸水量减少，是由于土壤缺氧和二氧化碳浓度过高引起的，短期内可使细胞呼吸减弱影响根压，继而阻碍吸水，时间过长，就形成无氧呼吸，产生和累积较多的酒精，根系中毒受伤，作物吸水更少，旱作物受涝时，反而表现出缺水现象，是由于土壤空气局限性，影响吸水。而水生植物有特殊的通气导管组织。3、土壤温度低温能减少根系的吸水过率，其因素是，温度减少，水的粘滞力增大，作物细胞的粘性也增大，水分流动减缓，水分不易通过细胞质，导致蒸腾速度下降。土壤温度过高时对根系吸水也不利。高温加速根的老化，使根的木质化部分加大，影响吸水面积和导管束的面积，蒸腾速率也下降。同时，温度过高使酶钝化，影响根系积极吸水。4、土壤溶液浓度土壤溶液中所含盐分的高低，直接影响其水势的大小。土壤含盐量较低，水势高，便于根系吸水；反之土壤中盐分浓度高，水势很低，作物吸水困难。如施肥过量，发生“烧苗”现象。思考题1、根系吸水的动力2、影响吸水的外界因素3、根系吸水的途径名词术语主根侧根不定根根压蒸腾拉力伤流吐水第四节蒸腾作用陆生植物吸取的水分，一小部分(1～5%)用于代谢，绝大部分散失到体外。水分从植物体中散失到外界的方式有两种：1)以液体状态散失到体外，就是前面讨论过的吐水现象；2)以气体状态散逸到体外，便是蒸腾作用，这是重要的方式，蒸腾作用是指水分以气态状态，通过植物的叶片，从体内散失到体外的现象。蒸腾作用虽然基本上是一个蒸发过程，但是与物理学上的蒸发有所不同，由于蒸腾过程中受到植物结构和气孔行为的调节，这一过程远比水面蒸发或陆面蒸发复杂的多。一、蒸腾作用的生理意义和发生的部位植物在进行光合作用过程中，必须与周边环境发气愤体互换，在气体互换同时只会引植物大量失水。植物在长期进化中，对这种生理过程形成了一定的适应能力，以调节蒸腾的水量，所以适当减少蒸腾速度，减少水分消耗，在生产实践中是故意义的。但是，人为地过度克制蒸腾作用，对植物反而有害，由于蒸腾作用在植物生命活动中有重大意义。(一)蒸腾作用的生理意义有3点：1、蒸腾作用是植物水分吸取和运送的重要动力，特别是高大的植物，假如没有蒸腾作用，由蒸腾拉力引起的吸水过程便不能产生。植株较高部分也无法获得水分，无法取得高空处的充足阳光。2、矿质盐类要溶于水中才干被植物吸取和在体内运转，而蒸腾作用又是对水分吸取和流动的动力，这样矿物质也随着水分的吸取和流动而被吸入和运送到植物各部分中去植物，对有机质也是如此。所以蒸腾作用对吸取矿物质和有机物以及这两类在植物体内的运送都是有帮助的。3、蒸腾作用可以减少叶片的温度太阳光照到叶片上时，大部分能量转变成热能，假如叶片没有降温本领，叶片温度过高，叶片就会被灼伤。而在蒸腾过程中，水变为水蒸气时需要大量的吸热，这样就减少了叶片的温度(1g水变成水蒸汽需要吸取的能量，在20℃时为2444.9J，30(二)蒸腾发生的部位水分通过植物哪些部位蒸腾了出来呢？当植株幼小的时候，暴露在地面以上的所有表面都能蒸腾。植物长大以后，茎枝形成木栓，这时茎枝的皮孔可以蒸腾。这种通过皮孔的蒸腾称为皮孔蒸腾，木本植物具有这种现象。但皮孔蒸腾的非常微小，约占所有蒸腾的0.1%，植物的蒸腾作用绝大部分是在叶片上进行的。(三)蒸腾作用的方式1、叶片蒸腾作用的途径方式叶片蒸腾作用有两种方式：1)通过角质层的蒸腾，称为角质蒸腾；2)通过气孔的蒸腾，称为气孔蒸腾。角质蒸腾和气孔蒸在叶片蒸腾中所占比重，与角质层厚薄有关，一般细嫩叶片的角质蒸腾量也许占总蒸腾量的一半左右，而一般作物的成熟叶片的角质蒸腾少，仅占总蒸腾的5%～10%，所以气孔蒸腾是作物蒸腾的重要途径。2、叶片上的气孔分布气孔是分布在叶片表面的微小孔隙，其数目和分布情况随植物种类而有很大不同。一般1mm2的叶片表面有50—500个气孔。草本植物的下上表皮都有气孔，而木本植物只是下表皮才有。当气孔完全打开时，其总面积只占叶子表面积的1.0%，但其蒸腾量却可达与叶面相同的水面蒸发量的50%。二、气孔蒸腾气孔是蒸腾过程中水蒸汽从体内到体外的重要出口，也是光合作用吸取空气中CO2的重要入口。它是植物体与外界气体互换的“大门”，影响着蒸腾、光合、呼吸作用。(一)气孔运动气孔会运动，一般来说，气孔在白天开放，晚上关闭。气孔的开闭运动是由于两旁保卫经胞的体积和形状发生变化的结果。1)双子叶植物棉花大豆等植物是由两个肾形的保卫细胞构成的，每个保卫细胞的内外壁厚度不同，靠着气孔的内壁厚而背着气孔的外壁薄，加上纤维素微纤丝与胞壁相连，从气孔呈扇形辐射排列。当保卫细胞吸水膨胀时，较薄的外壁易于伸长，向外扩展，但微纤丝难以伸长，内壁厚发生较小的伸长，作用在内壁上的拉力把内壁拉过来，于是气孔张开，关闭亦相反。2)单子叶植物如稻麦等木本科植物的保卫细胞中间部分的胞壁厚，两头薄，微纤丝径向排列。当保卫细胞吸水膨胀时，两头膨大，而微纤丝限制了两端胞壁纵向伸长，而改为横向运动，这样将两个保卫细胞的中间部分推开，于是气扎张开，当保卫细胞失水时，保卫细胞恢复原状，气孔关闭。(二)气孔运动的机理保卫细胞的吸水膨胀和失水收缩，是气孔进行开闭运动的重要因素，说明气孔运动机理的学说有3种：1)淀粉—糖转化学说(starch-sugarconversion是经典或传统学说。2)无机离子吸取学说建立于20世纪60年代。3)苹果酸生成学说，建立于20世纪70年代。(三)影响气孔运动的因素1)光照光照是影响气孔运动的重要因素。它促进苹果酸的形成。一般情况下，气孔白天开放，在黑暗中关闭，景天科植物则例外，白天半闭，晚上张开(如景天，落地生根)。不同植物气空张开所要术的光强也不同，有些高，阳生植物，棉花、小麦、大豆、水稻。有些低，阴生植物，大多数草。尚有长日照植物，大麦、燕麦、黑麦、苜蓿。短日照植物大豆、棉花、玉米、水稻。2)温度温度影响气孔运动，但是没有光照那么明显。气孔开度一般随温度的上升而增大。在30℃左右达成最大，35℃以上的高温会使气孔开度变小。低温(如10℃)下虽有长时间的光照，气孔仍不能很好张开。3)CO2CO2对气孔有显著的影响，低浓密的CO2三、气孔蒸腾中水蒸气扩散的过程及模型(一)扩散的过程(如前所述)通过以上描述，蒸腾作用基本上是一个蒸发作用。靠近气控下腔的叶肉细胞的细胞壁是湿润的，细胞壁的水分变成水蒸气，通过气孔下腔和气孔扩散到叶面的扩散层，再由扩散层扩散到空气中(P20T1-9)。这就是气孔蒸腾扩散的过程。(二)扩散模型用蒸腾速度表达，即叶内(即气孔下腔)和外界之间的蒸汽压差又叫蒸汽梯度。四、影响蒸腾作用条件1、湿度大气湿度愈小，则蒸汽压差愈大，蒸腾作用就愈强烈。2、温度在一定范围内，温度升高，蒸腾加强。3、光照光照能促进气孔张开；减少内部阻力，并能提高叶温，加速水分子扩散，从而加强蒸腾。4、风微风可带走聚集在叶面上的水汽，故加强蒸腾作用。但强风反而会减少蒸腾。5、土壤条件作物地上部分蒸腾与根系吸水有密切关系。因此凡影响根系吸水的各种土壤条件，如土壤含水量、土壤温度、土壤通气状况、土壤溶液度和施肥量，均可影响蒸腾作用。五、蒸腾作用的表达法常用的蒸腾作用的量的表达法有3种：1、蒸腾速率植物在一定期间内单位叶面积蒸腾的水量。一般有蒸腾水量表达g.dm-2.h-1，通常白天的蒸腾速率为0.5～2.5g.dm-2.h-1,晚上0.1g.dm-2.h-1。2、蒸腾比率植物每消耗1000g水时所形成的干物质质量(g)。一般野生植物的蒸腾比率是1-8g，而大部分作物的蒸腾比率是2-103、蒸腾系数(或需水量)植物造制1g干物质所需水分(g)，蒸腾系数越大，水分运用效率越低。一般野生植物蒸腾系数是125～1000g，而大部分作物的蒸腾系数是100～500g，蒸腾系数是蒸腾比率倒数。思考题：1)蒸腾作用的生理意义2)蒸腾作用的方式3)蒸腾的表达法4)影响蒸腾作用的条件。名词述语：蒸腾速率、蒸腾比率、蒸腾系数第五节植物体的内水分运送陆生植物根系从土壤中吸取的水分，必须运到茎、叶和其它器官，供植物各种代谢的需要和排出或蒸腾到体外。一、水分运送的途径水分从被植物吸取至蒸腾到体外，大体需要通过下列途径，一方面水分从土壤溶液进入根部，通过皮层薄层细胞，进入木质部的导管和管胞中；然后水分沿木质部向上运送到茎和叶的木质部接着水分从叶片木质部末端细胞进入气孔下腔附近的叶肉细胞壁的蒸发部位；最后，水分蒸气就通过气孔蒸腾去出。由引可见，土壤—植物—天气3者之间的水分是具有连续性的。为SPA系统奠定了理论基础。水分在茎叶细胞内的运送有2种途径：1、通过死细胞导管和管胞是由细胞壁木质化、原生质已经消失的死细胞组成的，形状为长形死细胞，细胞和细胞间留有孔道，形成管胞，细胞与细胞横壁消失形成导管。这样上下许多细胞就连成了一个输水通道，适与长距离运水。裸子植物(油松、红松、侧柏)水分运送出的途径是管胞，被子植物(玉米、水稻、大豆、小麦)水分运送途径是导管和管胞。管胞和导管的水分运送高度依植株高度而定，由几cm到几十m2、通过活细胞水分由叶脉到气孔下腔附近的叶肉细胞，都是通过活细胞。这部分在植物内长度但是几mm，距离很短。但因活细胞内有原生质体，加上以渗透试运送，所以阻力很大，不适于长距离运送。3、导管和管胞的形成的生物意义管胞和导管的形在生物进化中具有重要的意义，正是由于这一进化，才有也许出现几m甚到百米高植物。而没有真正输水系统组织的植物如苔藓和地衣不能长的很高。二、水分运送的速度活细胞原生质体对水流移动的阻力很大。由于原生质是由许多亲水物质组成，把水分吸住，所以水分移动速度缓慢，实验表白，在0.1Mpa条件下，水流通过原生质的速度只有0.01mm/d—0.24m/d。水分在有导管的木质部中运送速度较快，一般为3-45m/h。裸子植物只有管胞，没有导管，水分流动速度较慢为0.6m/三、水分沿导管或管胞上升的动力与根系吸水动力同，目前认为水分沿导管或管胞上升的动力有1)下部根压力2)部蒸腾拉力一般情况下，蒸腾拉力才是水分上升的重要动力。只有当蒸腾很小，根压才起作用(晚上无光照)数年生树木在早春芽叶尚未舒展以前。四、水分沿导管或管胞上升的机理解释水分上升因素的学说，称为内聚力学说，这个学说亦称蒸腾—内聚力—张力学说。是爱尔兰人H.H.Dison提出的。对这个学说近几十年争论较多，总的来看，内聚力学说是目前是比较认可的一个学说。(焦点2，活细胞是否参与，导管中有气泡，或环割，水分照样上升)第六节作物对水分的适应(从生态宏观看)一、大田作物的水旱适应性我国大田作物重要可分为以下水旱适应性：1、喜水耐涝型最典型的作物是水稻，已属水生植物。由于有通气组织—通气导管，喜淹水。在我国水资源丰富的南方、北方均有水稻种植。此外，高梁也有一定的耐涝能力。2、喜湿润型需水较多，喜土壤或空气湿度较高的地方，如燕麦、黄麻、烟草、许多叶菜和根菜也喜湿润，罂栗、大麻类植物也喜湿润。3、中间水分型许多大田作物，如小麦、玉米、棉花、大豆等均属此列。它们既不耐旱，也不耐涝，需要灌溉。4、耐旱怕涝型许多作物具有耐旱特性，如高梁、谷子、甘薯、芝麻、花生、向日葵、黑豆、绿豆等。5、耐旱耐涝型有些物作既耐旱又耐涝，如高梁。二、树木水分的适应性(一)树木对水分的适应性根据各种树木对水分规定的限度，可分为如下类型1、旱生型根系发达而叶片相对不发达，具有较高的渗透压和根压。如侧柏、马尾松、栎类、臭椿、枣树、梨树。2、中旱生型桦木、皂角树、苹果树。3、中生型大部分温带森林树种属于此类。4、中湿生型如杨树、柳树。5、湿生型赤杨、枫杨、水松、红树林。(二)我国森林分布类型1、寒温带针叶林带东北内蒙6℃等温线以下，降水量在500-700mm2、温带落叶阔叶林带分布于秦岭以北，年平均温度6-13℃，年降雨量500-7003、亚热带常绿阔叶林带分布于南岭与秦岭之间，年平均温度13-20℃，年降雨量在1000-15004、热带季雨林热带季雨林分布于广西、广东、台湾、福建南部、云南东南部。全年平均气温在20℃，年降水量在1000-2023三、草类的水分适应性降雨量低于400mm1、耐湿类型小糖草、杂三叶草、一生黑麦草、数年生黑麦草。2、耐旱类型苜蓿、草林犀、沙打旺。四、水对改善作物生态环境的作用1、以水调气土壤中水气比例，土壤空隙中水气是一对矛盾。2、以水调温3、以水调肥4、改善农田小气候5、提高耕作质量成效6、其它规定第七节土壤—植物—大气水分传输系统土壤是供应作物吸水的“源”，大气则是作物散失水分的“汇”。作物自身是介于两者之间可导水的介质。水从土壤经作物而到大气保持着连续状态，并构成一个完整的系统，称SPAC系统。作物由根系吸取水分，绝大多数要输导至叶部并通过气孔蒸腾出去，要通过长距离输导。作物体内的水分输导途径是土壤→根毛→根的皮层和内皮层→根的中柱鞘→根导管→茎导管→叶柄导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔腔→气孔→大气。（P20—T2-8李运华）在SPAC系统中，各部位水势的大小顺序是：Ψ土＞Ψ根＞Ψ茎＞Ψ叶＞Ψ大气，土水势为0～-0.5Mpa，根水势为-0.4～-1.5Mpa，茎水势-0.4～-1.5Mpa，叶水势-0.5～1.5Mpa，大气的水势-20～-100Mpa，系统内的水分总是由水势高的地方流向水势低的地方。SPAC的完整概念是外国科学家philip于1966年提出的，这方面从理论到测试等方面有待于完善。思考题1)水分在茎叶细胞的运送途径；2)水分对改善作物生态环境的作用名词术语SPAC系统第三章喷灌第一节喷灌及其特点一、喷灌的定义：喷灌即喷洒灌溉，用压力管道输水，再由喷头将水喷洒到空中，形成细小雨滴，均匀地洒落在地面，湿润土壤并满足作物需水规定的一种灌水方式，喷灌所需压力一般由水泵加压或是运用地形自然落差获得。二、喷灌的优缺陷：一）优点1、节水其表现为：=1\*GB3①喷灌可以控制喷水量，喷水量分布的均匀限度较高，完全可以避免地表径流和深层渗漏损失。=2\*GB3②水运用系数高由于喷灌有一套专门的管道输出水，在输水过程中，几乎没有漏水和渗水损失现象，所以水运用系数高。=3\*GB3③水分生产率高灌1m3水所生产的粮食公斤数，喷灌可以作到计划供水，即实时供水，这样就可以依据价物的需水规律来供水，需多少供多少，减少了作物无效蒸腾蒸发，当达成相同的产量时，需要较小的灌溉水量。实践表白：喷灌较地面灌溉一般可省水是30－50%，节省的水量可以用于发展灌溉面积或其他部门用水。农业用水是大户，节水潜力很大，节水效益相称可观。2、省工=1\*GB3①喷灌可实现高度的机械化，特别是采用自动控制的大型喷灌机组各喷灌系统，可以节省大量的劳动力。=2\*GB3②减少田间工程劳动量，取消了田间输水毛渠农渠，畦田的田埂。=3\*GB3③可以综合运用，喷灌可以结合施入化肥和农药，减少了施肥各喷洒农药的劳动量。初步记录结果，在相同的生产条件下，喷灌所需的劳动量仅为地面灌溉的50%。3、省地喷灌时用管道输水，无需田地间渠和畦埂，一般土地运用率高，一般可增长耕地7－10%。4、保土土壤质地的轻重和透水的强弱、山坡地，调整雨滴的大小和喷灌强度，不致于破坏土壤的团粒结构，不产生地面径流，避免导致土壤表土流失。5、适应性强(1)适应各种作物(小麦、玉米)，经济作物(棉花、花生、烟草)瓜果、蔬菜，(2)适应于各种场合大田作物、温室、大型牧场、大型农场、城市园林、运动场、水景工程，(3)适应于各种土壤和地形，沙土、壤土、粘土均可以采用喷灌，不管是平原地区，还是山丘地地区均可采用喷灌技术。值得指出的是山丘区采用喷灌后可以省去人造梯田或其它工程的费用，尚有沙漠地区，少量的喷水有运用沙漠的绿洲化。6、机械化限度高喷灌产品的定型和标准化生产，还能促进乡镇工业的发展。7、增产重要表现为：=1\*GB3①喷灌可以采用较小的灌水定额对作物进行灌溉，便于严格控制土壤水分含水率及灌水深度，作物根系重要分布区水分供应充足，作物计划湿润层的土壤水分，经常保持在作物吸水的适宜范围内，有利作物生长；=2\*GB3②对耕作层的土壤不产生机械的破坏作用，保持土壤的团粒结构，土壤疏松、多孔、通气性好，促进养分分解，松高土壤肥力；=3\*GB3③调节田间小气候，增长近地表层的空气湿度，为作物发明了良好的生长发育条件。一般较地面灌溉提高产量10—20%。二）缺陷：1、投资高(1)机械设备，(2)管道，(3)土建亩投资千元左右。2、受风的影响大，重要是降落水滴随风的水平飘移损失。3、能耗大。三、喷灌发展展望喷灌技术在国外已有12023的历史,我国从此70年代开始发展喷灌技术。美国80年，代喷灌面积1.5亿亩,所有灌溉面积的37%，以色列几乎是喷微灌和滴灌。1、喷灌设备水泵、喷头、接头、管道2、喷灌机具四、喷灌的其它用途1、防霜冻2、施肥3、灭火4、防治病虫害5、城市园林6、水景工程第二节喷灌系统的组成及分类一、喷灌设备喷灌设备又称喷灌机具，是进行喷灌的重要手段，按功能可分为：1、喷洒设备喷头增压设备水泵、动力机、使动设备输水设备，管道及附件接头、三通、四通、阀门、堵头行走设备，动力传动设备行走设备。量测设备真空表、压力表、流量计、土壤湿度计控制设备行走马观花停事出有因安全保护压力调节器流量调节器。一套完整的喷灌设备可以完全涉及以上所有喷灌设备，也可以只有其中的一部分重要设备，小型喷灌机具，大型喷灌机具体规定不同，组成也不同。喷灌系统组成1、定义：喷灌系统是把水源，喷灌设备和田间工程有机地结合起来，使他成为为一个相对独立的整体，以达成将灌溉用水均匀地喷灌到农田，来满足农作物生长对水分的规定，这样一种水利设施称之为喷灌系统。2、喷灌系统组成喷灌系统通常由水源(涉及水泵与动力)，输水系统(管道渠系和田间工程)，喷灌装置(喷头)三大部分。(1)水源喷灌系统与地面灌溉系统同样，一方面要解决水源问题，常见水源有：河流、渠道、水库、塘坝、湖泊、机井、山泉、喷灌对水源的规定：(a)水量满足规定；(b)水质符合灌溉用水标准(农田灌溉水质标准GB5084－92)，此外在规划设计中，特别是山区或地形有较大变化时，应尽量运用水源的自然水头，进行自压喷灌，选取合适的地形和制高点修建水池，以控制较大的灌溉面积。(2)水泵常用泵为离心泵，尚有喷灌系列泵。(3)动力常用的动力设备有：电动机、柴油机、小型拖拉机、汽油机。(4)田间工程田间沟渠及建筑物，机组行走的道路。(5)管道系统一般分干、支两级，还可认为干、支、分支三级，管道上还需配备一定数量的管件和竖管。(6)喷灌机一种喷水机器，由喷头、水泵、动力、输水管道以及行走设备组成的可移动的机械。根据移动方式不同，灌灌机可分为人工移动式、机械移动式和自动行走式。根据动力大小分为：轻型机组(2－4.5KW)，小型7.5—9KW）、中型(20－30KW)、大型(40KW以上)的喷灌机组。管道式喷灌系统一般由水源、动力、水泵、管道、喷头及田间工程组成。三、喷灌系统分类思考题1.喷灌的特点及优缺陷2.喷灌设备的组成3.喷灌系统分类4.管道式喷灌系统组成专业术语喷灌喷灌系统第三节喷灌的重要技术要素喷灌要达成省水，增产的目的，必须满足农业生产的规定，农业生产对喷灌系统的基本规定有三个。第一个是喷灌强度应小于土壤的入渗强度，以免产生地面积水或产生地面径流，导致土地板结；在山丘地区将产生表土的冲刷，导致水土流失。第二个规定是喷灌到田间的水量分布要均匀，使整个灌区的农作物都均获得足够的水分，使得土壤计划湿润层内具有等深度的水量。第三个是喷灌的水滴对农作物的叶面或土壤表面的打击伤害要小或没有，以免导致农作物受伤或导致大面积的作物倒伏，导致减产灾害。喷灌的重要技术参数有：喷灌强度，喷灌均匀度及水滴打击强度几项指标，也是衡量喷灌质量的重要指标和设计喷灌系统的重要依据。一、喷灌强度(一)定义：单位时间内喷洒降落在田间的水深，称为喷灌强度。喷灌强度在概念上与降雨强度一致，喷灌强度的单位常用：毫米/小时mm/h。(二)喷灌强度的表达方法：由于喷灌控制面积有限。当整个田块喷灌后，也许会出现在同一时刻内，不同地点之间有不同喷灌强度，在同一地点，不同时刻内喷灌强度也不同，研究问题的角度不同，有不同概念的喷灌强度。1、点喷滴强度i点喷灌强度：若在一个时段△t内，喷洒到一个足够小的地块上(可以当作是一个点)上的水深为△h，这时点喷灌强度定义为：实测时，若用量雨筒量测点喷灌强度，可以表达为在一个时段△t内，喷萨到一个量雨筒的水量，更直观2、平均喷灌强度1)点平均喷灌强度指一个喷灌时段内某一点面积上的在某一时间内的喷灌强度的平均值。(重要是做单喷头灌强度实验时用)，计算公式为：式中：△W为在△t时段内量雨筒内的水体积，mm3(毫升)。A为量雨筒的开口面积，mm2。2)单喷头平均喷灌强度：指喷头旋转一周后，湿润面积上的喷灌强度的平均值，常用=1\*GB3①计算值：式中：为喷头的流量(喷水量)A湿润面积R喷头的射程=2\*GB3②实验值a算术平均值b加权平均值式中：si为第i个雨量筒所代表的喷灌面积。3、组合喷灌强度当多个喷头按照一定的组合方式布置时，各喷头湿润面积互有重叠，这时湿润面积小于单喷头喷灌面积，此外随着风速增长，湿润面积也会减少，这时系统的组合喷灌强度为式中：为系数，为布置系数，s为单喷头无风条件下全园喷灌时平均喷灌强度，mm/h。1)平均喷灌强度2)风系数Kw单喷头全园喷洒1.15V0.314单支管多喷头全园喷洒支管⊥主风向1.80V0.194支管//主风向1.12V0.302多支管多喷头同时喷洒1.0注：式中1)V为风速，以m/s计，2)单支管多喷头全园喷洒时，既不平行也不垂直主风向时，可采用线性插值方法求取Kw；3)表中公式适于风速为1－5.5m3)布置系数单喷头全园喷洒1.0单喷头扇形喷洒单支管多喷头同时全园喷洒多支管多喷头同时全园喷洒4、允许喷灌强度对于喷灌系统来说，一般规定整个系统的组合喷灌不应超过土壤稳定渗吸速度就可以了，以保证喷洒到土壤表面上的水能及时渗入到土壤中，不形成积水和径流。此时的喷灌强度为允许喷灌强度，在喷灌系统设计时，如无实测资料时，我们可以粗略地按照土壤类别，地形坡度，根据经验来选定允许喷灌强度，不同类型土壤的允许喷灌强度可按表中数据拟定。砂土20砂壤土15壤土12粘壤土10粘土8本地面坡度大于50时，允许喷灌强度表中数据折减小于500，5－８020，9－12040，13－20060，大于2007５二、喷灌均匀度喷灌均匀度是指喷灌水量在喷洒面积上分布的均匀限度。实践证明，喷灌作物的增产幅度大小，在满足灌水定额的前提下，重要取决于整个喷灌面积上喷水量分布的均匀限度，因此是它衡量喷灌质量的重要指标之一。在规划设计阶段，选取合理的均匀系数，不仅能达成较高的喷灌质量，也可以使整个系统投资最合理。影响喷灌均匀度的因素很多，重要有：(1)系统的布置方式，(2)喷头组合间距，(3)喷头的水力性能，(4)地面平整度，(5)风速风向。1、喷灌均匀度的表达法1)喷灌均匀系数喷灌均匀系数是一个表达一定面积上水量分布均匀限度的指标，该系数便于比较，有数量上的差异，但不能准确反映水量分布的均匀限度，我国《喷灌工程技术规范》GB585－85，中用Cu值表达。Cu值，即(美国学者)克里斯琴森(Christiansen)系数，1942年提出式中：Cu为喷灌系数(ChristiansenUniformation)，为喷洒水深平均值，(mm)，△h为喷灌水深平均方差。当测点所代表的面积相等时当测点所代表的面积不相等时在喷灌工程规划设计时，在设计风速下，对于定喷式喷灌系统喷灌系数不应低于0.75，对行喷式喷灌系统应不低于0.85。2)水量分布图，水量分布图就是喷洒范围内的等水量线图，或等水深线图，根据实测资料可以绘制单喷头或多喷头组合的水量分布。如图2-7，它由水平水量分布与径向水量分布曲线两部分组成。2．喷灌均匀度的实验与计算1)单喷头水量分布图实验2)多支管多喷头全园喷洒a实验法b用单喷头水量分布图计算三、水滴打击强度水滴打击强度是指单位受水面积获得水滴撞击能量的大小，涉及作物和地表土壤，具体说就是1mm水滴打击强度的表达法(常用雾化指标表达)有：1．水滴直径(mm)规定不超过1-3mm2．雾化指标（又称H/d值）指喷头工作压力（mm水柱）与主喷咀直径（mm）之比。规定蔬菜与花卉4000～5000大田作物3000～4000果树牧草2023～3000思考题1．喷灌强度概念及计算2．喷灌均匀度概念及计算3．水滴打击强度概念及表达方法第四节喷头喷头是喷灌系统中的关键设备，喷头的作用是将有压的灌溉水以喷洒形式均匀地散在田间，对农作物进行灌溉。喷头的结构形式，制造质量以及使用是否得当，都是影响喷灌效果的重要因素。所以进行喷灌系统的规划设计或喷灌系统的管理人员，必须对喷头的种类、结构、机械能性和水力性能有比较全面的了鲜。一、喷头的分类1．按压力分类类别工作压力kp喷水量(m3/h)(m)低压喷头100～2000.3～1.210～14中压喷头200～5000.8～3113.5～41.5高压喷头500～80031～11442.5～682．按喷洒特性分类1)散水式(又称漫射式喷头)由于它在整个喷洒过程中与安装喷头的竖合没有相对运动，故又称为固定喷头。其喷洒特性是洒出的水沿径向同时向外喷洒，喷洒图形为园形扇面。散水式喷头特点有：(1)结构有单，(2)喷洒雨滴细小，(3)工作压力低，重要用于温室，公园以及大型喷灌机上使用，常用类型有：(1)折射式，(2)缝隙式，(3)离心式三种。2)射流式喷头射流式喷头自身沿竖管旋转，作全园扇形喷洒，所以又称旋转式喷头，它是国内目前最普遍的一类的喷头。射流式喷头由：(1)喷嘴，(2)喷管，(3)喷体，(4)空心轴套，(5)驱动机构组成。射流式喷头的种类很多，其重要区别在于驱动喷头旋转的方式，因此根据驱动机构形式的不同而分为：①摇臂式喷头，②叶轮式喷头，③垂直摇臂式喷头，④全射流式喷头。摇臂式喷头的转动的机构是一个装有弹簧的摇臂，在摇臂前端有一个偏流板和一个勺形导水片，喷灌开始时，偏流板和导水片置于喷嘴前方，水舌通过偏流板或直接冲击导水片，系统使摇臂转动60°-120°，然后在弹簧的扭力作用下，摇臂又回到原位，这时偏流板触击到喷射的水流而产生反作用力敲击喷体，使喷头旋转3-5°。周而复始使喷头作旋转运动。摇臂式喷头，结构简朴，便于推广，是应用最普遍的一种。一般，小喷头1-2分一圈，中喷头3-4分一圈，大喷头等5-7分钟一园，摇臂开度60°-120°。叶轮式喷头(又称蜗轮蜗杆式喷头)叶轮式喷头是靠近喷嘴喷射出的水舌冲击喷嘴前面的叶轮，由叶轮带动传动变速机构使喷头旋转。这种喷头的变速机构，传动机构都比较复杂，且笨重，目前已很少使用。垂直摇臂式喷头，垂直摇臂式喷头是一种间歇反作用式喷头，具有结构简朴、工作可靠的特点，并且这种喷头摇臂对喷体的撞击没有摇臂式喷头没那么强烈，因此国外大喷头均做成这种形式。需要指出的是垂直摇臂式喷头和摇臂式喷头同样，也有一个摇臂，但作用原理却不相同。(步进式)全射流喷头这类喷头的喷嘴自身就是一个射流元件，水舌附壁流出时偏离了喷管轴线使喷头旋转，它运用射流元件切换的原理可使喷头作扇形喷洒。二、喷头的基本参数和性能1．喷头的基本参数喷头的基本参数有：(1)进水口直径，(2)喷嘴直径，(3)压力，(4)喷水量，(5)射程。(1)进口直径D指喷头进水口过水流道或空心轴的直径，单位mm。可供选择的喷头进水口直径有10、15、20、30、40、50、60、80、100mm(2)喷嘴直径d喷嘴直径单位是毫米，喷嘴直径反映喷头在一定压力下的过水能力，喷嘴直径越大，喷水量大，射程大，压力一定期雾化指标较差。反之喷嘴越小，喷水量小，射程近，雾化指标较高。一般情况，在满足雾化指标的前提下，可以选取较大直径的喷嘴。(3)压力HP喷头的压力按量测的部位和研究的内容分：①工作压力，②喷嘴压力。工作压力：指喷头进水口处的水流压力，单位Kpa。通常喷嘴压力为喷头工作压力减去喷头内水流的水头损失。(4)喷水量喷水量指喷头单位时间喷出的水量，单位是m3/h或L/min。喷水量可以采用体积法、重量法、堰法、流量计法测定。初步估算可采用下式计算：式中：为喷水量，为流量系数(0.85～0.95)，A为喷嘴过水面积(m2)，H为喷头工作压力(m水柱)。(5)射程指无风条件下，喷洒出的水所能到达的最远距离，也就是喷洒半径，单位m。喷头的射程重要取决喷嘴压力，喷射仰角。在喷头实验中，指喷洒面积外缘0.3mm/h当喷头喷水量小于250升/小时，0.3mm/h变为0.15mm/h。2)射程估算卡瓦扎公式样R=1.35(dH嘴)1/2PY1系列R=1.7d0.4875H0.45PYS系列R=3.5d0.51H0.24查产品目录或相应的设计手册3)喷头型号我国应用最多的喷头有PY1系列、PY2系列、PYS系列喷头。PY1－40喷头指摇臂式喷头，第一次设计，进口直径40mm。思考题1．喷头分类2．喷头的基本参数各性能专业术语工作压力射程第五节喷灌泵喷灌泵是机压式喷灌系统中的重要设备，其作用是给灌溉用水加压，使喷灌系统获得必要的工作压力。一、我国目前喷灌泵的种类1、离心泵涉及B(BA)型单级单吸离心泵，sh型单级双吸泵，多级离心泵。2、自吸离必泵指喷灌系统研制全国喷灌系列泵。这类自吸泵，结构紧凑，使用方便，自吸性能良好（吸水管5米长时，自吸时间３－５分钟）。3、离心泵加自吸装置，安装手压泵或真空泵4、各种井泵涉及JD型长轴井泵，NQ，JQ型农用潜水泵。二、喷灌系列泵喷灌泵系列共有11个产品，进出口公称直径为2，2.5，3，4英寸四个规格，其流量为14-96m3/h，扬程35-喷灌系列泵分自吸离心泵和普通离心泵两种型式。系列泵性能表如下：型号流量扬程转速轴功率配套功率效率允许吸上真空高度2BPZ-35143529003.49452%8.02BPZCZ-35143526003.554517.02BPZCZ-45154526005.06517.02.5BPZ-55245529009.2512536.52.5BP-55245529007.910627.03BPZ-404840290014.412626.53BP-40484029009.8512727.03BPZ-654865290019.924586.53BP-65486529001824647.54BP-659665290031.840736.04BP-95969529004975696.0第六节喷灌机将增压、输水管边，喷头及行走等设备连成的一个可移动式的机械称喷灌机。喷灌机按其特性分为定位喷洒式和行走喷洒式两类，简称定喷机和行喷机。按移动方式可分为：人工移动式，机械移动式，自动行走式喷灌机。喷灌机分类如下：喷灌机类型移动方式定喷机行喷机手移式手抬式手推车式人工滚动式机移式机械滚移式端拖式双悬臂式绞盘牵引式自走式平移定喷式时针式大型平移式第七节喷灌管材及其附件管道是喷灌系统的重要组成部分。固定管道式喷灌系统中管道投资为占60%左右，可见合理选择管材的很重要性。喷灌用管道按其使用条件分为固定管道和移动管道。喷灌对管道规定是：能承受设计规定的工作压力；在通过设计流量时管道的水头损失要小；经济耐用，结构合理，抗腐蚀；便于运送和施工等。对移动管道还要轻便耐磨、耐撞击、耐风蚀和日晒等。一、喷灌管材目前可供选择的喷灌管材重要有：(1)铸铁管，(2)钢管，(3)塑料管，(4)铝管，(5)混凝土管。1、铸铁管按制管方式和接头形式不同，铸铁管可分为：承插铸铁管和法兰铸铁管两种。按压力分：高压管(工作压力1MPa)、普压管(工作压力750KPa)、低压管(工作压力450KPa)。铸铁管的优点是使用可靠，寿命长(60—70年)，缺陷是材质脆，管壁厚，笨重，耗材大，糙率大。铸铁管的接口有法兰接口和承插连接两种。承插连接有刚性和柔性连接两种。刚性连接可直接在承插连接头处直接填入水泥。柔性连接作法是在承插接口处，填充石棉水泥和油麻，使接头有一定的柔性。2、钢管钢管的优点是能承受动荷载和较高的工作压力(1MPa－15MPa)。由于管壁薄，较铸铁管轻而节省材料，接口简朴(法兰，焊接或螺纹)，铺设方便，缺陷是易腐蚀，使用寿命短。常用的钢管种类有：水煤气钢管，热轮无缝钢管，冷轮无缝钢管，电焊钢管。3、塑料管塑料管管材品种较多，根据原材料不同，有聚氯乙烯管，聚丙烯管；按其柔性分为硬管和软管两种。在喷灌中，塑料管均可作为移动管，硬管可作为固定管或地埋管。塑料管的优点是重量轻，便于搬运，表面光滑，耐腐蚀，加工简朴，连接方便。缺陷是易于老化，热性能差，在50℃1）塑料管的技术规定：=1\*GB2⑴喷灌用塑料管工作压力一般为500Kpa左右，实验压力1MPa，保持之3—5min,不漏水、不变形、不开裂。=2\*GB2⑵在气温20℃－40℃条件下，管道不因正常安装运送而发生变形或破碎现象。2）塑料管的规格：(1)软管规格有：1寸、2寸、2寸、3寸管四种。软管分为软管和半软管两种，软管有麻布水龙带、锦纶塑料管和维纶管塑料管等。半软管有胶管和高压聚乙烯管。(2)硬管以内径（单位mm）分，也有以英寸分的。3）塑料管的连接方法：1)焊接，2)软化粘结4、铝管铝管常指铝合金管，其优点是强度高，重量轻，耐腐蚀，搬运方便，常用移动管道。缺陷是硬度差，容易发生碰撞变形，价格较贵。5、混凝土管重要有预应力混凝土管和自应力混凝土管两种，混凝土管可承受400－1600Kpa的压力，直径从70－1200mm二、管道附件1、控制件1)阀门(闸阀、截止阀、球阀三种)，2)排汽阀，3)泄水阀2、连接件(也称管件)使管道连接成网管的各种管件，有三通、四通、弯头、堵头等。三、管道辅助件重要指支墩、镇墩和常用仪表。1、支墩用来支承管道，当管道通过土质较差的地段时，可设支墩。支墩可用浆砌砖石或混凝土砌筑。2、镇墩管道在变坡，转弯或分又处，应设弹压墩，用以稳定压力管道，承受各种推力，保证压力管道安全。镇墩常用浆砌石或混凝土砌筑。对于重要部位的支墩或镇墩应作专门设计。3、仪表压力表、流量计、水表。四、快速接头，给水柱快速接头用于移动管道的快速连接，一种是牙扣式快速接头，另一种是挂钩式快速接头。给水栓是用在半固定喷灌系统中，由干管向移动的支管给水。思考题：1、喷灌泵种类2、喷灌机分类3、喷灌管道种类4、喷灌管道附件第四章微灌第一节微灌一、微灌的定义微灌是按作物生长发育所需水分和养分，运用专门设备或自然水头加压，再通过低压管道系统末级毛管上的孔口或灌水器，将有压水流变成细小的水流或水滴，直接送到作物根区附近，均匀、适量地施于作物根层所在部分土壤的灌水方法。微灌涉及滴灌、微喷灌、涌泉灌。微灌是当今世界上用水最省、灌水质量最佳的现代灌水技术。20世纪70年代初，微灌成为一种完备的灌溉技术，得到了普遍的重视和应用，至1991年全世界微灌面积约18万hm2。1992年我国微灌面积达3.4万hm2。微灌重要用于果树、蔬菜、花卉和其他经济作物的灌溉。二、微灌的特点1、局部湿润土壤只湿润主根层所在的耕层土壤，所以又称“局部灌水方法”。2、灌水量小，灌水周期短，属微量精细灌溉的范畴。3、灌水质量高。4、工作压力低，节约能源。滴头的工作压力为7-10m，微喷的工作水头10-15m。5、适应性强适应于微咸水地区，干旱沙漠地区，不同类型的地形。6、可结合灌水施肥，增长产量，减少劳动量。当前微灌技术存在的重要问题是灌水器量易引起堵塞；由于属局部灌溉，作物根系发育会受到一定影响，土壤有一定的积盐现象。三、微灌分类微灌常按选用的灌水器类型的不同进行分类，即不同灌水方法采用不同的灌水器。(一)按灌水器出流方式分类1、滴灌滴灌即滴水灌溉，是运用塑料管和直径10mm毛管上的滴头或滴灌带等灌水器的出水孔使细小水流或滴状水进入土壤的一种灌水形式。2、地下滴灌是通过埋在作物根系活动层的滴灌带或塑料管的滴头将水渗入土壤的灌水方式。3、微喷灌微喷灌又称微型喷洒灌溉，运用塑料管道输水，通过很小的喷头(微喷头)将水喷洒在土壤或作物表面进行局部灌溉。当工作水头5-15m，喷咀直径0.8-2mm，流量小于240l/h时，称微喷灌。4、涌泉灌涌泉灌是通过安装在毛管上的涌泉器形成的小股水流，以涌泉的方式进入土壤的一种灌水方式。由于灌水流量较大(但一般不大于220l/h)，有时需在地面修筑沟埂来控制灌水。此灌水方式的工作压力很低，不易堵塞，但田间工程量较大，适合地形平坦地区果树灌溉。(二)按管道的固定限度，滴灌又可提成固定式、半固式和移动式三种类型。1、固定式滴灌其各级管道和滴头或微喷头的位置在灌溉季节是固定的。其优点是操作简便、省工、省时、灌水效率高、效果好。国产设备亩投资约为1000元—2023元，进口设备2500—3500元。2、半固定式滴灌其干、支管固定，毛管由人工移动，亩投资700—1000元。3、移动式滴灌其干、支管、毛管均由人工移动，设备简朴，但用工较多。亩投资500—700元。四、微灌组成微灌系统通常由水源工程，首部枢纽，输配水管网和灌水器四部分组成。1、水源工程河流、湖泊、塘、沟渠、井泉都可作微灌水源，与水源相配套的引水、蓄水和提水工程以及相应的输配电工程称水源工程。2、首部枢纽微灌工程的首部通常由水泵及动力机、阀门、水质净化装置、施肥装置、测量和保护设备组成。3、输配水管网微灌系统的管网一般分为干、支、毛三级管道。通常干支管埋入地下，也有将毛管埋入地下的，以延长毛管的使用寿高。4、灌水器微灌的灌水器安装在毛管上或通过连接小管与毛管连接。有滴头、微喷头、涌水器和滴灌带等多种形式。第二节微灌设备微灌设备有灌水器、管道及连接件、过滤器、施肥罐、控制、测量和保护设备组成。一、灌水器微灌灌水器有滴头、微喷头、涌水器和滴灌带(管)等多种形式。按其结构和水流的出流形式不同又可分为滴水式、漫射式、喷头式和涌泉式等。其相应的灌水方法便称为滴灌、微喷灌和涌泉灌。1、滴头滴头的作用是将有压水流形成一滴一滴的水滴滴入土壤，滴头常用塑料压铸而成，工作压力水头约10m，流道最小孔径在0.3—1.0mm之间，流量在0.0—1.2l/h范围内。其基本形式有微管式、管