第一章
农田水分状况和土壤水分运动
1、农田水分状况 (重点 )
2、土壤水分运动 (非重点 )
3、土壤－作物－大气连续体（ Soil-Plant-Air
continue system)水分运动 (了解 )
前言
农田水分状况是农田地面水、土壤水
和地下水的数量及其在时间上的变化。
农田水利措施的目的在于改变和控制农
田水分状况。调节土壤中气、热和养分状
况，改善田间小气候，使得作物处于良好
的生长条件下，达到提高产量和品质的目
的。
第一节 农田水分状况
一、农田水分存在的形式
地面水、地下水和土壤水。土壤水分是农田灌溉研
究重点
土壤水的形态,
1、气态水－存在于土壤孔隙，数量较少。有利于
微生物活动。
? 2、吸着水 包括吸湿水和薄膜水。
? A,吸湿水：被紧紧束缚于土壤颗粒表面，无法在
重力和毛管力作用下移动。吸湿水达到最大时的
土壤含水量为 吸湿系数。土壤颗粒对吸湿水的吸
附力在 31～ 2000atm,无法被作物利用。
? B,薄膜水：吸附于土壤颗粒表面，只能沿土壤表
面进行速度较小的移动。薄膜水达到最大时的土
壤含水量为土壤最大分子持水率。 最外层水分子
所受到的吸附力约为 6.25atm。
? 3、毛管水
– 毛管水是在重力作用下土壤中能够保持的水分。即重力作
用下土壤中超出吸着水的部分。或者说在毛管力作用下能
够保持在土壤中的水分。
– 上升毛管水：地下水能沿土壤毛细管上升的水分。当地下
水位较高时，下层水分可通过毛管上升。
– 毛管悬着水：降雨或灌溉后，上层土壤中由于毛细管作用
所能保持在土壤孔隙中的水分（由地面渗入〕。
– 毛管悬着水达到最大时的土壤含水量为田间持水量，此时
土壤毛管力在 0.1~0.3atm之间。该指标是农田灌溉中应用
最广泛的指标之一。
– 生产中通常将灌水两后土壤所能够保持的含水量称为田间
持水量。
4、重力水
? 毛管力随着毛管直径的增加而减小。当土壤
含水量超过田间持水量，多余水分在无法为
毛管所保持，在重力作用下沿非毛管孔隙下
渗排除。这部分水分称为重力水。
–当土壤中全部孔隙为水分所充满时的含水
量为饱和含水量或全蓄水量。
土壤水分形态小节
? 1、土壤水分各形态之间并无严格的分界线，其所占
比例与土壤质地、结构和有机质含量以及温度有关。
相同的含水量下，粘土土壤水吸力大于砂土；相同的
土壤吸力下，有机质多的土壤含水量亦高于有机质低
的土壤。
? 2、根据水分对作物的有效性，土壤水可分为有效水、
无效水和多余水。
? 凋萎系数：当土壤含水量低于吸湿系数的 1.5~2.0倍，
土壤吸力在 7～ 40× 104Pa时 (一般人为在 15个大气压
左右 )，土壤中的水分无法被作物吸收，作物发生永
久性凋萎。
土壤水分特征曲线
? 土壤水吸力：可以简单理解为土壤颗粒对水分的
吸附力。是基质势与溶质势之和的负数。
? 表示土壤水分和土壤吸力（负压）之间的关系曲
线称为土壤水分特征曲线。
? 土壤水分特征曲线不是单值函数。土壤在水和吸
水时土壤吸力不同，存在滞后效应。
? 瓶颈作用是产生滞后效应的原因。
土壤水分特征曲线的作用
? 进行含水量和土壤吸
力之间的转换
? 间接反映土壤孔隙的
大小 s=4σ／ d
? 分析不同质地土壤的
持水性能
? 为土壤水分定量分析
提供参数。
二、旱作区农田水分状况
? 根系是作物的吸收器官，毛管水是作物水
分的最主要来源。各种形态的水分转化成
土壤水才能被作物根系所吸收。
? 重力水和凋萎系数以上的水分无法利用。
? 地面积水和地下水位过高会引起渍、涝灾
害。地下水位必须在根系吸水层以下才能
保持良好的通气和热状况。
<一 > 不同条件下的土壤入渗
? 1、地下水埋深较
大和上层土壤干
燥时, 降雨或
者灌溉水首先湿
润表层，并逐渐
向土壤下层入渗。
土壤上湿下干。
? 停止灌溉后，在重力和毛管力作用下，上层土壤
含水量降低，下层含水量增加。
? 在水分重新分布过程中，由于蒸发作用和根系吸
收，上层土壤含水量开始降低，土壤吸力增加，
入渗逐渐停止，可能出现零通量面 (该断面水通量
为 0)。其后下层土壤水可能向上运动，也可能向
下运动。零通量面是分界线。
? 2、地下水位较浅时土壤水入渗
? 下层受毛管上升水影响，上层受灌溉或降雨影响。
? 入渗增加了土壤中悬着水的数量，同时毛管上升
水也增加。当地面供水超过田间持水量时，水分
补给地下水，造成地下水位升高和水分的浪费。
? 高地下水位的危害
? 陕西宝鸡峡灌区不合理灌溉造成大量农田沼泽化
? 盐碱化
干旱的种类及其原因
? 根系吸收水分破坏植物体内水分平衡和协调称为干旱
? 大气干旱,大气温度过高或者辐射过强，干热风等导致蒸
发大于吸水速度，所形成的干旱。西北和华北地区较多。
此时土壤含水量不一定很低。
? 防止方法：微灌、遮阳网等
? 土壤干旱：土壤水分过少，植物无法正常吸收以补偿叶
片蒸发所形成的干旱。是对植物危害最大的干旱。
? 其他 [生理 (?)干旱 ]：其他非土壤水分条件引起的植物干
旱。如土壤溶液浓度过大 (PEG试验 )、土壤通气不佳（二
氧化碳浓度过高 )等。
土壤盐分浓度与植物吸收水分
? 1、含水量减少，土壤溶液浓度增加，土壤溶液渗透
压力提高。若其高于根系细胞液的渗透压力，细胞失
水，造成生理干旱。
? 盐碱地、溶液胁迫 (peg or salt),盐水滴灌处理措施
? 2、溶液中某些离子对植物有毒害作用，并可能引起
土壤结构恶化。如 Fe离子,CL离子等。
? 根系吸水层土壤含水量的临界值,
? θmin＝ S/C× 100％ S－ 可溶性盐数量（百分比 )，
C－允许盐类溶液浓度 (占水的百分数 )
旱田土壤水分状况小节
? 凋萎系数和田间持水量农田作物根系层土
壤的含水量下限和上限。据此决定灌水时
间和定额
? 土壤保持在某一适宜的范围内，才能使得
作物生长良好。
不同作物和不同生育阶段对土壤水分的要
求。
三、水稻地区农田水分状况
? 传统淹灌处在烤田期外，其他时间均维持水层存在,
? 地下水较浅地区，深层渗漏可使地下水位上升，与地
面水连为一体，土壤处于饱和状态。 。
? 地下水位较深地区，或出流条件较好，地下水位保持
在一定深度。土壤水分至上而下存在梯度，土壤不一
定饱和。
? 水稻可以在一定水层中生存。水层对改善田间小气候
和抑制杂草有一定作用。
但是若水层过深，土壤通气和热控制恶化，处于
还原状态，所产生有害物质对生长不利。
四、农田水分状况的调节措施
? <一 > 不良土壤水分状况及其原因
? 1、土壤水分过多
原因：降雨、洪涝灾害、渍害、不合理灌溉
? 2、农田水分不足
原因, 降雨不足 (主要原因 )；
降雨径流损失 (水土保持较差 )；
土壤保水性能差 (有机质少 )
过度蒸发 (原因和防治方法 )
<二 >几中有关农田水分状况的灾害
? 干旱,农田水分不足 (或其他原因引起作物水分失调 )。
干旱是我国北方农业上层的主要灾害
? 涝灾,旱田积水或水田淹水过深，导致农业减产。
? 渍害,地下水位过高或土壤上层滞水，土壤潮湿，影响
作物生长发育和产量。
渍涝灾害是南方农业生产的主要灾害
<三 > 调节农田水分的措施
? 1、灌溉措施：调节土壤水分状况和田间小
气候。
? 灌水方法,
地面灌溉：目前最主要的灌水方法
喷 灌：模拟降雨
微 灌：局部灌溉
<二 >非灌溉措施调节农田水分
? 1、地膜覆盖
? 2、秸秆还田
? 3、中耕
? 4、增加土壤有机质
? 5、采用保水剂
二、排水措施
? 目的：排除土壤多余水分，改善土壤通气
和热状况，起到以水调气、以水调肥和以
水调温的作用。这种作用在灌溉和排水措
施中均有明显效果。
? 排水方法,
开挖排水明沟、地下鼠洞、埋设地
下暗管等。通过井群进行水平排水等。
第二节 土壤水分运动
? 一、土壤水分运动的基本方程 (略 )
? 二、入渗条件下土壤水分运动
? 三、蒸发条件下土壤水分运动
一、土壤水分运动的基本方程
? 根据扩散方程，利用势能理论 (土壤水分有
势能高的点向势能低的点运动 )，研究土壤
水分在时间和空间上的变化。
? 由边界条件和初始条件可以获得任意在任
意时间的水分状况，如含水量或土壤吸力。
二、入渗条件下土壤水分运动
? （略〕
三、蒸发条件下土壤水分运动
? 1、土壤蒸发
? 影响蒸发强度的因素,A 外界蒸发能力 B土壤输水能力
土壤蒸发发生在土壤表层，当土壤表层含水量较高 (高于临
界含水量 θc。 该值近似于毛管断裂点的含水量，约为田间持水
量的 50～ 70％ )，或土壤输水能力高于大气蒸发能力时，蒸发
强度取决于外界蒸发能力。在灌溉后到土壤含水量达到 θc之前，
土壤蒸发强度稳定，近似于水面蒸发。
? 原因,地表水汽压力梯度和土壤吸力变化增加了供水能力,
? 当外界蒸发能力大于土壤供水能力时,蒸发强度由有后者决定。
? 原因：土壤导水率降低、吸力梯度变化－路径变化增加了长度
2、描述土壤水分运动存在的问题
? (1) 模型参数不容确定, 过程复杂、空间变
异性大。
? (2) 在有作物条件下，根系吸水项不容确
定。
? (3) 边界条件难以决定。
农田水分状况和土壤水分运动
1、农田水分状况 (重点 )
2、土壤水分运动 (非重点 )
3、土壤－作物－大气连续体（ Soil-Plant-Air
continue system)水分运动 (了解 )
前言
农田水分状况是农田地面水、土壤水
和地下水的数量及其在时间上的变化。
农田水利措施的目的在于改变和控制农
田水分状况。调节土壤中气、热和养分状
况，改善田间小气候，使得作物处于良好
的生长条件下，达到提高产量和品质的目
的。
第一节 农田水分状况
一、农田水分存在的形式
地面水、地下水和土壤水。土壤水分是农田灌溉研
究重点
土壤水的形态,
1、气态水－存在于土壤孔隙，数量较少。有利于
微生物活动。
? 2、吸着水 包括吸湿水和薄膜水。
? A,吸湿水：被紧紧束缚于土壤颗粒表面，无法在
重力和毛管力作用下移动。吸湿水达到最大时的
土壤含水量为 吸湿系数。土壤颗粒对吸湿水的吸
附力在 31～ 2000atm,无法被作物利用。
? B,薄膜水：吸附于土壤颗粒表面，只能沿土壤表
面进行速度较小的移动。薄膜水达到最大时的土
壤含水量为土壤最大分子持水率。 最外层水分子
所受到的吸附力约为 6.25atm。
? 3、毛管水
– 毛管水是在重力作用下土壤中能够保持的水分。即重力作
用下土壤中超出吸着水的部分。或者说在毛管力作用下能
够保持在土壤中的水分。
– 上升毛管水：地下水能沿土壤毛细管上升的水分。当地下
水位较高时，下层水分可通过毛管上升。
– 毛管悬着水：降雨或灌溉后，上层土壤中由于毛细管作用
所能保持在土壤孔隙中的水分（由地面渗入〕。
– 毛管悬着水达到最大时的土壤含水量为田间持水量，此时
土壤毛管力在 0.1~0.3atm之间。该指标是农田灌溉中应用
最广泛的指标之一。
– 生产中通常将灌水两后土壤所能够保持的含水量称为田间
持水量。
4、重力水
? 毛管力随着毛管直径的增加而减小。当土壤
含水量超过田间持水量，多余水分在无法为
毛管所保持，在重力作用下沿非毛管孔隙下
渗排除。这部分水分称为重力水。
–当土壤中全部孔隙为水分所充满时的含水
量为饱和含水量或全蓄水量。
土壤水分形态小节
? 1、土壤水分各形态之间并无严格的分界线，其所占
比例与土壤质地、结构和有机质含量以及温度有关。
相同的含水量下，粘土土壤水吸力大于砂土；相同的
土壤吸力下，有机质多的土壤含水量亦高于有机质低
的土壤。
? 2、根据水分对作物的有效性，土壤水可分为有效水、
无效水和多余水。
? 凋萎系数：当土壤含水量低于吸湿系数的 1.5~2.0倍，
土壤吸力在 7～ 40× 104Pa时 (一般人为在 15个大气压
左右 )，土壤中的水分无法被作物吸收，作物发生永
久性凋萎。
土壤水分特征曲线
? 土壤水吸力：可以简单理解为土壤颗粒对水分的
吸附力。是基质势与溶质势之和的负数。
? 表示土壤水分和土壤吸力（负压）之间的关系曲
线称为土壤水分特征曲线。
? 土壤水分特征曲线不是单值函数。土壤在水和吸
水时土壤吸力不同，存在滞后效应。
? 瓶颈作用是产生滞后效应的原因。
土壤水分特征曲线的作用
? 进行含水量和土壤吸
力之间的转换
? 间接反映土壤孔隙的
大小 s=4σ／ d
? 分析不同质地土壤的
持水性能
? 为土壤水分定量分析
提供参数。
二、旱作区农田水分状况
? 根系是作物的吸收器官，毛管水是作物水
分的最主要来源。各种形态的水分转化成
土壤水才能被作物根系所吸收。
? 重力水和凋萎系数以上的水分无法利用。
? 地面积水和地下水位过高会引起渍、涝灾
害。地下水位必须在根系吸水层以下才能
保持良好的通气和热状况。
<一 > 不同条件下的土壤入渗
? 1、地下水埋深较
大和上层土壤干
燥时, 降雨或
者灌溉水首先湿
润表层，并逐渐
向土壤下层入渗。
土壤上湿下干。
? 停止灌溉后，在重力和毛管力作用下，上层土壤
含水量降低，下层含水量增加。
? 在水分重新分布过程中，由于蒸发作用和根系吸
收，上层土壤含水量开始降低，土壤吸力增加，
入渗逐渐停止，可能出现零通量面 (该断面水通量
为 0)。其后下层土壤水可能向上运动，也可能向
下运动。零通量面是分界线。
? 2、地下水位较浅时土壤水入渗
? 下层受毛管上升水影响，上层受灌溉或降雨影响。
? 入渗增加了土壤中悬着水的数量，同时毛管上升
水也增加。当地面供水超过田间持水量时，水分
补给地下水，造成地下水位升高和水分的浪费。
? 高地下水位的危害
? 陕西宝鸡峡灌区不合理灌溉造成大量农田沼泽化
? 盐碱化
干旱的种类及其原因
? 根系吸收水分破坏植物体内水分平衡和协调称为干旱
? 大气干旱,大气温度过高或者辐射过强，干热风等导致蒸
发大于吸水速度，所形成的干旱。西北和华北地区较多。
此时土壤含水量不一定很低。
? 防止方法：微灌、遮阳网等
? 土壤干旱：土壤水分过少，植物无法正常吸收以补偿叶
片蒸发所形成的干旱。是对植物危害最大的干旱。
? 其他 [生理 (?)干旱 ]：其他非土壤水分条件引起的植物干
旱。如土壤溶液浓度过大 (PEG试验 )、土壤通气不佳（二
氧化碳浓度过高 )等。
土壤盐分浓度与植物吸收水分
? 1、含水量减少，土壤溶液浓度增加，土壤溶液渗透
压力提高。若其高于根系细胞液的渗透压力，细胞失
水，造成生理干旱。
? 盐碱地、溶液胁迫 (peg or salt),盐水滴灌处理措施
? 2、溶液中某些离子对植物有毒害作用，并可能引起
土壤结构恶化。如 Fe离子,CL离子等。
? 根系吸水层土壤含水量的临界值,
? θmin＝ S/C× 100％ S－ 可溶性盐数量（百分比 )，
C－允许盐类溶液浓度 (占水的百分数 )
旱田土壤水分状况小节
? 凋萎系数和田间持水量农田作物根系层土
壤的含水量下限和上限。据此决定灌水时
间和定额
? 土壤保持在某一适宜的范围内，才能使得
作物生长良好。
不同作物和不同生育阶段对土壤水分的要
求。
三、水稻地区农田水分状况
? 传统淹灌处在烤田期外，其他时间均维持水层存在,
? 地下水较浅地区，深层渗漏可使地下水位上升，与地
面水连为一体，土壤处于饱和状态。 。
? 地下水位较深地区，或出流条件较好，地下水位保持
在一定深度。土壤水分至上而下存在梯度，土壤不一
定饱和。
? 水稻可以在一定水层中生存。水层对改善田间小气候
和抑制杂草有一定作用。
但是若水层过深，土壤通气和热控制恶化，处于
还原状态，所产生有害物质对生长不利。
四、农田水分状况的调节措施
? <一 > 不良土壤水分状况及其原因
? 1、土壤水分过多
原因：降雨、洪涝灾害、渍害、不合理灌溉
? 2、农田水分不足
原因, 降雨不足 (主要原因 )；
降雨径流损失 (水土保持较差 )；
土壤保水性能差 (有机质少 )
过度蒸发 (原因和防治方法 )
<二 >几中有关农田水分状况的灾害
? 干旱,农田水分不足 (或其他原因引起作物水分失调 )。
干旱是我国北方农业上层的主要灾害
? 涝灾,旱田积水或水田淹水过深，导致农业减产。
? 渍害,地下水位过高或土壤上层滞水，土壤潮湿，影响
作物生长发育和产量。
渍涝灾害是南方农业生产的主要灾害
<三 > 调节农田水分的措施
? 1、灌溉措施：调节土壤水分状况和田间小
气候。
? 灌水方法,
地面灌溉：目前最主要的灌水方法
喷 灌：模拟降雨
微 灌：局部灌溉
<二 >非灌溉措施调节农田水分
? 1、地膜覆盖
? 2、秸秆还田
? 3、中耕
? 4、增加土壤有机质
? 5、采用保水剂
二、排水措施
? 目的：排除土壤多余水分，改善土壤通气
和热状况，起到以水调气、以水调肥和以
水调温的作用。这种作用在灌溉和排水措
施中均有明显效果。
? 排水方法,
开挖排水明沟、地下鼠洞、埋设地
下暗管等。通过井群进行水平排水等。
第二节 土壤水分运动
? 一、土壤水分运动的基本方程 (略 )
? 二、入渗条件下土壤水分运动
? 三、蒸发条件下土壤水分运动
一、土壤水分运动的基本方程
? 根据扩散方程，利用势能理论 (土壤水分有
势能高的点向势能低的点运动 )，研究土壤
水分在时间和空间上的变化。
? 由边界条件和初始条件可以获得任意在任
意时间的水分状况，如含水量或土壤吸力。
二、入渗条件下土壤水分运动
? （略〕
三、蒸发条件下土壤水分运动
? 1、土壤蒸发
? 影响蒸发强度的因素,A 外界蒸发能力 B土壤输水能力
土壤蒸发发生在土壤表层，当土壤表层含水量较高 (高于临
界含水量 θc。 该值近似于毛管断裂点的含水量，约为田间持水
量的 50～ 70％ )，或土壤输水能力高于大气蒸发能力时，蒸发
强度取决于外界蒸发能力。在灌溉后到土壤含水量达到 θc之前，
土壤蒸发强度稳定，近似于水面蒸发。
? 原因,地表水汽压力梯度和土壤吸力变化增加了供水能力,
? 当外界蒸发能力大于土壤供水能力时,蒸发强度由有后者决定。
? 原因：土壤导水率降低、吸力梯度变化－路径变化增加了长度
2、描述土壤水分运动存在的问题
? (1) 模型参数不容确定, 过程复杂、空间变
异性大。
? (2) 在有作物条件下，根系吸水项不容确
定。
? (3) 边界条件难以决定。
