農(nóng)田水利學(xué)—農(nóng)田水分狀況與土壤水運(yùn)動規(guī)律

1、第一章農(nóng)田水分狀況與土壤水運(yùn)動規(guī)律1 農(nóng)田水分狀況農(nóng)田水分：指農(nóng)田中的地表水、土壤水和地下水。地表水：地表積水。土壤水：包氣帶中的水分。地下水：飽水帶中的水分（可自由流動的水體）。與作物生長最密切的是土壤水。一、土壤水（一）土壤水分形態(tài)土壤水又可分為吸著水、毛管水和重力水等幾種水分形態(tài)。1吸著水（ 1）吸濕水分子力、緊緊束縛在土粒表面、不能移動、分子狀態(tài)水吸濕水達(dá)到最大時的土壤含水率稱為吸濕系數(shù)。（ 2）膜狀水分子力、束縛在土粒表面、可沿表面移動但不能脫離土粒表面、液態(tài)水膜膜狀水達(dá)到最大時的土壤含水率稱為最大分子持水率。2毛管水對于單個土粒 , 只能依靠分子力吸附水分 , 但對于由許多土粒集合

2、而成的土壤 , 其連續(xù)不斷的孔隙相當(dāng)于毛細(xì)管 ,因此還存在一種毛管力 , 依靠毛管力保持在土壤中的水分稱為毛管水。按水份供給情況不同，分懸著毛管水和上升毛管水。（ 1）懸著毛管水灌溉或降雨后，在毛管力作用下保持在上部土層中的水分。土壤儲存水的主要形式。懸著毛管水達(dá)到最大時的土壤含水率稱為田間持水率。（ 2）上升毛管水在地下水位以上附近土層中，由于毛細(xì)管作用所保持的水分。上升毛管水達(dá)到根系， 則可被作物吸收利用， 但地下水位不允許上升到根系， 以防漬害。鹽堿地區(qū)應(yīng)嚴(yán)格控制地下水位，發(fā)防發(fā)生次生鹽堿化。3重力水土壤中超過田間持水率的那部分水為重力水。重力水以深層滲漏的形式進(jìn)入更下的土層，或地下水。

3、旱地應(yīng)避免深層滲漏，以防止水的浪費和肥料的流失。1水田保持適宜的深層滲漏是有益的，會增加根部氧分，有利于根系發(fā)育。（二）土壤水分的有效性土壤對水分的吸力：1000MPa 0.0001MPa作物根系對水分的吸力：1.5 MPa左右(1 MPa=9.87 大氣壓 =100m水柱 )如果水分受土壤的吸力小于1.5 MPa,作物可吸收利用; 如水分受土壤的吸力大于1.5MPa, 則作物不能吸收利用。1.5 MPa 是有效水和無效水的分界點。土壤水分的有效性可以用下圖來說明：（圖：土壤水分有效性圖）二、農(nóng)田水分狀況( 一 ) 旱田適宜的農(nóng)田水分狀況不允許地表積水土壤適宜含水率:凋萎系數(shù) 田間持水率凋萎系

4、數(shù) =0.6 田地下水水質(zhì)較好, 則地下水位可較高,但一下水位不能達(dá)到根系層。有鹽堿威脅地區(qū), 應(yīng)嚴(yán)格控制地下水位, 以免發(fā)生鹽堿化。( 二 ) 水田適宜的農(nóng)田水分狀況水稻是喜水作物, 除適時曬田處, 田面要經(jīng)常維持一定的水層。但水層不能過深,否則會使根系缺氧 , 使根部發(fā)生無氧呼吸, 有毒物質(zhì)增加 ,影響根系生長發(fā)育,甚至爛根。目前多用淺水勤灌,適時曬田。缺水地區(qū)應(yīng)推廣控制灌溉技術(shù)。地下水位不宜過高,應(yīng)保證一定的深層滲漏。適量的深層滲漏對水稻生長有利,可增加根部氧分。深層滲漏也不宜過大,會浪費水 ,流失肥料。( 三 ) 農(nóng)田水分狀況的調(diào)節(jié)農(nóng)田水分狀況并不是總處于適宜的水分狀況,農(nóng)田水分可能過

5、多, 也可能過少 ,水分過多和過少都對作物生長不利。下面分析農(nóng)田水分過多的原因及調(diào)節(jié)措施。1農(nóng)田水分過多的原因及措施原因 :降水量大 ;洪水泛濫 ;地下水位過高等。形成的災(zāi)害洪災(zāi)河湖泛濫而形成的災(zāi)害。澇災(zāi)降水過多，積水難排，造成災(zāi)害。漬害土壤長期過濕，危害作物生長，造成災(zāi)害。措施：防洪整治排洪河道，興算修水庫，加固堤防等。防澇開挖排水河道，修建排澇閘、站等。防漬開挖田間排水溝，防止過量灌溉等。2農(nóng)田水分過少的原因及調(diào)節(jié)措施2原因：降雨少，土壤滯水能力差（山丘區(qū)）等。措施：灌溉主要措施；疏松土層切斷毛細(xì)管，減少土壤蒸發(fā)；地表覆蓋用麥桔、地膜覆蓋，阻止土壤蒸發(fā)；化學(xué)抗旱減少葉面蒸騰。2 土壤水分運(yùn)

6、動土壤水分運(yùn)動的兩種途徑：毛管理論、水勢理論。毛管理論僅適用于對一些簡單的問題分析。水勢理論則是根據(jù)在土壤水勢基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的擴(kuò)散方程，研究土壤的水分運(yùn)動。這種方法理論嚴(yán)謹(jǐn)，適用于各種邊界條件，因而具有廣闊的應(yīng)有前景。一、土壤水運(yùn)動基本方程在一般情況下， 達(dá)西定律同樣適用于非飽和土壤水分運(yùn)動。根據(jù)達(dá)西定律和質(zhì)量守恒原則，可推導(dǎo)出水壤水運(yùn)動基本方程。土壤水運(yùn)動基本方程的兩種形式：式（1-11 ）和式（ 1-14 。在初始條件和邊界條件已知的情況下，可求解式（1-11 ）和式（ 1-14 ），得各點土壤含水率（或負(fù)壓）和土壤水流量的計算公式，或用數(shù)值計算法，直接計算各點土壤含水率（或負(fù)壓）和土壤水流

7、量。二、入滲條件下土壤水分運(yùn)動除雨和灌水入滲是補(bǔ)給農(nóng)田水分的主要來源。 教材中針對地面已形成一薄水層情況， 推導(dǎo)了如下基本公式：（ 1）剖面含水率分布，式（ 1-19 ）（ 2）入滲速度公式，式（ 1-20 ）（ 3）入滲速度挖計算公式，式（ 1-21 ）（ 3）在單間 t 內(nèi)入滲入總量計算公式，式（ 1-21 ）菲利普根據(jù)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，由一維土壤水運(yùn)動方程，推導(dǎo)出了入滲速度的近似計算式，式（ 1-22 ），以及t 時間內(nèi)總?cè)霛B量計算公式，式（1-23 ）。我國習(xí)慣采用考斯加可夫經(jīng)營公式計算入滲速度和入滲水量。即式（1-25 ）和式 (1-26 ）。本課程專門安排了一個實驗來驗證考斯大林加可

8、夫公式。3 土壤植物大氣連續(xù)體一、水勢3在土壤中、 植物體內(nèi)和大氣中水分與其它物質(zhì)一樣，具有能量， 能量有動能和勢能兩種形式。水在土壤和作物體內(nèi)運(yùn)行的速度較慢，因此動能可忽略不計。水的勢能簡稱為水勢。水分總是從水勢高的地方向水勢低的地方運(yùn)動。土壤中的水分運(yùn)動、以及水分從土壤到作物，再從作物到大氣的運(yùn)行都是水勢作用的結(jié)果。重力起的作用相對很小，因此產(chǎn)生水勢主要原因是毛管力和分子力。土壤、作物和大氣中水分的水勢大小一般如下表如所示：土 壤作 物大 氣-0.05 根系 -0.2 -1.5MPa-10-1.5MPa莖每升高1 米水勢降低 0.03 0.04MPa100MPa葉 -0.6 -2MPa某時刻測得一棵小樹的水勢如下：土壤根莖葉大氣水勢-0.05-0.2-0.5-1.5-100(MPa)二、土壤 - 作物 - 大氣連續(xù)體田間水分運(yùn)動是在水勢梯度的作用下產(chǎn)生的，各環(huán)節(jié)之間是相互作用和相互制約的，為了完整地解決農(nóng)田水分運(yùn)動問題，必須將土壤植物大氣作為一個連續(xù)體統(tǒng)一考慮，這一連續(xù)統(tǒng)一體稱為SPAC（ Soil-Plant-AtmosphereContinum ）系統(tǒng)。SPAC系統(tǒng)是一個物質(zhì)和能量連續(xù)的系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，水分運(yùn)動受勢能支配，水流總是從水勢高的地方， 向水勢低的地方運(yùn)動。 水分運(yùn)動速度由兩點間水勢差及水流阻抗決定。即q=- /R