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。
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。
