土壤水分類型、吸水原理及循環(huán)過程

1、土壤水分類型、吸水原理及循環(huán)過程農(nóng)諺說：“有收無收在于水，多收少收在于肥”。水是農(nóng)業(yè)的命脈。土壤水是土壤的重要組成物質(zhì)之一，也是土壤肥力的重要因素和作物所需水分的主要供給源。土壤水?dāng)?shù)量和存在狀態(tài)如何，不僅影響水分的運(yùn)動(dòng)和作物的吸水狀況，而且決定著土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，最終影響農(nóng)作物的產(chǎn)量。保護(hù)性耕作技術(shù)措施的運(yùn)用，都是為了有效地控制、調(diào)節(jié)和管理土壤水分狀況，使土壤水分隨時(shí)處于最適宜于作物生長發(fā)育狀態(tài)，以促進(jìn)作物的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。一、土壤吸水原理及水分類型土壤能夠保持水分，主要是由兩種不同吸力的作用。一種是土粒和水分子之間的吸附力簡稱土壤吸附力；另一種是水分和空氣界面上的彎月面力，又稱毛管力

2、。土壤所能夠保持的水分稱為土壤水分。土壤水可分為吸濕水、膜狀水、毛管水和重力水四種類型。吸濕水土壤依靠土粒與水分子之間很強(qiáng)的分子吸引力，把土壤空氣或大氣中的水分子吸收和固定在土粒表面成為一層很薄的水膜，稱為吸濕水，土壤具有吸附水氣中水分子的能力稱為土壤的吸濕性。在水氣飽和的空氣中，土壤吸濕水達(dá)到最大量稱為最大吸濕量或最大吸濕系數(shù)。土壤吸濕水量的大小，主要決定于土粒表面積大小、腐殖質(zhì)含量多少和空氣濕度的高低。土壤質(zhì)地越粘，腐殖質(zhì)含水量越多、空氣濕度越大，土壤的吸濕水含量就越高。如表1-8顯示，甘肅黃土高原土壤的吸濕系數(shù)變動(dòng)于3.75%6.5%之間4。表1-8土壤質(zhì)地與吸濕水量的關(guān)系（華北平原）土

3、壤質(zhì)地吸濕系數(shù)（）土壤質(zhì)地吸濕系數(shù)（）膠泥6.54輕壤土3.00粘土4.45砂壤土1.40重壤土4.60細(xì)砂土0.034吸濕水受土粒的分子引力作用非常大，可達(dá)數(shù)千、數(shù)萬個(gè)大氣壓，因此水分子十分密集，具有固態(tài)水（冰）的性質(zhì)，以致于沒有溶解其它物質(zhì)的能力，所以也不能被作物吸收利用，稱這為無效水。無效水的數(shù)量，可以用烘干法進(jìn)行測定，即在105110C下連續(xù)烘干數(shù)小時(shí)，讓吸濕水全部汽化散失，其失去的重量占烘干土重的百分?jǐn)?shù)就是吸濕水含量。吸濕水對(duì)作物來說雖然屬于無效水，但在土壤分析中，常常需要測定風(fēng)干土的吸濕水含量，以便求出被測土樣的烘干土重量，為計(jì)真其它測定數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)。膜狀水土粒吸收完大氣里的水分子

4、達(dá)到最大量之后，實(shí)際上還剩余有較多的分子引力和靜電引力，土粒靠這兩種引力，可以吸收液體狀態(tài)的水分，以加厚土粒外層的水膜，這種水分稱為膜狀水。土壤保持膜狀水的力量較弱，土水吸力大約在3.16.3個(gè)大氣壓之間，所以膜狀水的性質(zhì)基本上與一般液態(tài)水相似，也就是說它具有溶解養(yǎng)分的解力，并且能夠緩慢地移動(dòng)（每小時(shí)移動(dòng)動(dòng)0.20.4mm）。當(dāng)根系和膜狀水接觸時(shí)，這部分能移動(dòng)的膜狀水就可以被根系吸收利用。當(dāng)膜狀水含量達(dá)到最大值時(shí)，這時(shí)的土壤含水量稱為最大分子持水量。毛管水當(dāng)土壤含水量超過最大分子持水量之后，保持在土壤中的水分就不再受土粒的影響了，因此將這部分土壤水稱為自由水。毛管水，就是靠毛管孔隙（直徑0.0

5、60.002mm）的毛管彎水面力，保存在毛管孔隙中的土壤水。細(xì)孔隙的毛管彎月面力大（6.25個(gè)大氣壓以下），大孔隙中的毛管彎月面力?。?.1大氣以上），當(dāng)小孔隙和大孔隙中的彎月面力全部用完之后，即大小毛管孔隙全部充滿自由水之后，這時(shí)候的土壤含水量稱為毛管持水量或毛管蓄水量。毛管水因其存在狀態(tài)不同，又可分為毛管懸著水和毛管上升水兩種類型。毛管懸著水在北方旱地農(nóng)業(yè)區(qū)內(nèi)，一般旱地的地下水位很深，土壤水的來源主要依靠自然降水或灌溉，這些水分進(jìn)入土壤之后，一部分水分在重力作用下向下滲透，另一部分水分在毛管彎月面力作用下面被保留在大小不同的毛管孔管孔隙中，這部分保存在毛管孔隙中的土壤水稱為毛管懸著水。毛管

6、懸著水的主要持點(diǎn)是不與地下水相連接，從土壤部面上看，它只高高地懸掛在土壤剖面的上部，所以叫做“懸著水”。土壤里所保持的最大毛管懸著水量稱為田間持水量。田間持水量包括吸濕水、膜狀水和毛管懸著水的總和。田間持水量是不受地下水影響的土壤在自然條件下所能保持的最大水量。這時(shí)，土壤的吸水力很低，只有0.10.3個(gè)大氣壓，很容易被作物根系吸收利用，所以毛管水是土壤里最寶貴的有效水，同一種質(zhì)地的土壤，其田間持水量基本上是相同的（見表1-9），是一個(gè)常數(shù)。如果測定出某一種作物和某一種質(zhì)地土壤的凋萎系數(shù)（作物產(chǎn)生永久萎蔫時(shí)的含水量），即可計(jì)算出土壤的最大有效水量，同時(shí)還可以判斷此時(shí)是否需要灌溉和確定灌溉定額。甘

7、肅黃土高原地區(qū)各種土壤的凋萎濕度變化在6.17%7.42%之間,田間持水量變化在22.8%26.8%之間。表1-9土壤質(zhì)地與田間持水量（華北地區(qū)）土壤質(zhì)地土壤持水量、（重量）、一砂土砂壤土輕壤土中壤土重壤土粘土田間持水量（）101416202124222626283034調(diào)萎系數(shù)（）3446496106131217有效水量（）6910T61220122013221319毛管上升水毛管上升水是指地下水沿著毛細(xì)管上升后而保持在毛細(xì)管孔隙里的土壤水。毛管上升水只在地下水位較高的低洼地區(qū)才存在，由于毛管上升水是與地下相連接的，受地下水的頂托，所以在接近地下水位處的部分通氣孔隙也可以充滿水，其毛管持（蓄

8、）水量比田間持水量數(shù)值大。毛管上升水達(dá)到最大數(shù)量時(shí)的土壤含水量稱為土壤的季節(jié)性管持水量或毛管蓄水量，它是吸濕、膜狀水和毛管上升水的總和。在毛管水特別多的耕作層里，水分常常沿著毛細(xì)管上升到地面蒸發(fā)損失，尤其是春旱季節(jié)更為嚴(yán)重。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，為了防止毛管水的蒸發(fā)而引起表土干旱和返鹽等現(xiàn)象出現(xiàn)，常采用淺耙、表土覆蓋作物莖稈或用塑料薄膜等措施來切斷毛細(xì)管，以達(dá)到保存耕層水分的目的。重力水當(dāng)土壤中的水分超過田間持水量之后，多余的水分就會(huì)受重力的作用，沿著土壤中的大孔隙（直徑大于0.06mm）向下移動(dòng)。這種在大孔隙中受重力支配的土壤水稱為重力水。當(dāng)土壤大孔隙中全部充滿重力水時(shí)的土壤含水量稱為土壤全蓄水量，

9、或稱土壤飽和含水量，或稱土壤最大持水量。在水稻田里，水稻可以利用這種重力水，但在旱地里，如果長期滯留重力水的話，會(huì)使土壤通氣不良，造成根系缺氧而導(dǎo)致作物爛根。因此在旱地里重力水是一種多余的水分，隔年進(jìn)行間隔深松，破壞犁底層，其目的之一就是防止耕作層內(nèi)長期滯留重力水。二、土壤含水量土壤能夠保持水分的數(shù)量稱為土壤持水量。土壤持水量常用絕對(duì)含水率和相對(duì)含水率等方法表示。（一）絕對(duì)含水率絕對(duì)含水量是指在一定重量或一定容積的土壤中所含水分?jǐn)?shù)量的多少，常用的表示方法有：a.重量含水率是指干土壤含水的克數(shù)，即土壤樣品在105110C下烘干至恒重時(shí)，所失去的水分重量占烘干土重的百分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式為：濕土重一烘干

10、土重土壤水分重重量含水率（）=x100%=x100%烘干土重烘干土重例如已知濕土重=98g，烘干土重=81g，這時(shí)土壤含水率（%）=98818117x100%=-81x100%=21(%)也就說明：100g干土里含有21g水分。b容積含水率是指土壤水的體積占單位體積土壤的百分?jǐn)?shù)。容積含水率（%）=土壤水的體積土壤體積x100%土壤水分所占的容積，一般是用計(jì)算方法獲得，計(jì)算公式為：容積含水率（%）=重量含水量（%）x土壤容量土壤容重，是單位體積土體的干重（g/cm3）。例如，用體積為100cm3的容重取土器取得耕層的土樣，經(jīng)烘干后，測得干土重量為125g，則耕層土壤容重為1.25g/cm3。上例

11、中土壤水的容積含水率（%）=21%x1.25（g/cm3）=26.25（%）也就是說，這時(shí)土壤水分占據(jù)土壤孔隙容積的26.25%。但土壤總孔隙度一般也是通過土壤比重（一般土壤比重為2.65）和土壤容重來計(jì)算出來的，即：土壤容重土壤總孔隙度（）=土壤總體積一（x100）土壤比重上例的土壤孔隙度=100（一1x100）=10047.17=52.83%2.65土壤空氣孔隙度（）=總孔隙度一容積含水率上例的土壤空氣孔隙度（%）=52.83%26.25%=20.92%一般具有良好結(jié)構(gòu)的土壤，其總孔隙度在55%56%之間，土壤水分容積和空氣容積可以在15%35%之間變化。（二）相對(duì)含水率相對(duì)含水量是指某一

12、時(shí)期的土壤重量含水量與該土壤的田間持水量的比值。它可以作為判斷農(nóng)田土壤干旱的指標(biāo)，供耕耙播種或灌溉作業(yè)作參考。田間持水量土壤相對(duì)含水量（%）=X100%重量含水量例如已知某種土壤的田間持水量為26%，現(xiàn)在測得播種時(shí)的土壤含水量（重量）為21%,向土壤相對(duì)含水量是多少？此時(shí)土壤是否干旱？適不適宜播種？21（%）土壤相對(duì)含水量（）=X100%=80.76（%）26（%）土壤干旱,是指土壤水分由田間持水量降低到明顯影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的含水量,一般以土壤含水量相當(dāng)于田間持水量的60%時(shí),作為開始限制作物正常生長發(fā)育的干旱界限。土壤微旱的指標(biāo)是土壤含水量處于田間持水量的50%60%；土壤中旱時(shí)，土壤

13、相對(duì)含水量處于40%50%之間；相應(yīng)的，相對(duì)含水量為35%40%時(shí)為大旱,相對(duì)含水量小于35%時(shí)為特大干旱。由此可見,上述某種土壤的相對(duì)含水量為80.76%時(shí)是適宜于播種的。（三）田間持水量田間持水量，是指不受地下水影響的土壤，當(dāng)排盡重力水之后，靠土粒的分子引力、靜電引力和毛管彎月面力所能保持的水分最大值。這時(shí)土壤的吸水力為0.5個(gè)大氣壓，而一般農(nóng)作物對(duì)水的吸力，大體在730個(gè)氣壓之間，并且以15個(gè)大氣壓作為農(nóng)作物能否吸到水的界限。也就是說，當(dāng)土壤的吸水力大于15個(gè)大氣壓（萎蔫系數(shù)）的那一部分水分，是不能被作物吸收利用的無效水；而土壤的吸水力小于15個(gè)大氣壓的那一部分水分（從凋蔫系數(shù)至田間持水

14、量），是可以被作物吸收利用的有效水。田間持水量是旱地土壤有效水的上限值，而萎蔫系數(shù)（約相當(dāng)于最大吸濕量的1.52倍）是土壤有效水的下限。所以旱地土壤中有效水的范圍是在田間持水至萎蔫系數(shù)的水分。即：旱地土壤的最大有效水量=田間持水量（%）萎蔫系數(shù)（%）從表1-9可以看出，不同土壤因其質(zhì)地不同，田間持水量和萎蔫系數(shù)是不一樣的。因此兩種質(zhì)地不同的土壤，當(dāng)測得的含水量相同時(shí)（上例=21%時(shí)），其有效水的含量也是不同的。此時(shí)，在砂壤土中有效水可達(dá)16%，而在粘土中，有效水僅為4%9%左右。（四）蓄水量與全蓄水量土壤蓄水量是指一定厚度的土層內(nèi)含水的總量。有兩種表示含水總量的方法，一種是用水層厚度來表示，單

15、位是mm；一種是用水的容積表示，單位是m3/畝。土壤蓄水量是通過計(jì)算求得的。a.用水層厚度（mm）表示的土壤蓄水量土壤蓄水量（mm）=土層厚度（mm）x容積含水量=土層厚度（mm）x容重x重量含水量例如：前例測得0.5m土層內(nèi)的容重為1.25g/cm3,重量含水量為21%,問該土層內(nèi)現(xiàn)有的蓄水量是多少？土壤蓄水量（mm）=（0.5x1000）x1.25x21%=131.25mm這種用水層厚度來表示的蓄水量方法,也就是將土壤水全部抽出來平鋪在地表上,構(gòu)成一層水層,然后量出這層水的厚度,這樣就可以直接與降雨量、蒸發(fā)量等數(shù)值相比較。乩用（m3/畝）表示的土壤容積蓄水量容積蓄水量（m3/畝）=畝面積（

16、m2）x被測土層厚度（m）x重量含水量x土壤容重用上例數(shù)據(jù)算出：容積蓄水量（m3/畝）=666.7m2x0.5mx21%x1.25=7.4畝（注：1畝=666.7m2）容積蓄水量，是估算灌溉水量常用的方法。本例說明，要達(dá)到0.5m土層內(nèi)含水量為21%的目的，每畝地應(yīng)灌87.5m3灌溉水。土壤全蓄水量當(dāng)土壤被重力水飽和時(shí)的土壤含水量稱為土壤全蓄水量。全蓄水量是計(jì)算灌水量的依據(jù)。此時(shí)土壤孔隙中全部充滿水分，土壤對(duì)水分的吸持力也趨近于零，但土壤孔隙中因缺乏氧氣，所以這些重力水只對(duì)有制氧能力的水稻等水生作物有效，而對(duì)旱地作物都是多余的水分。（五）凋萎系數(shù)凋萎系數(shù)又叫萎蔫系數(shù)，指作物表現(xiàn)出永久萎蔫時(shí)的土

17、壤含水量。也就是作物葉子出現(xiàn)卷縮，萎蔫下垂，即使再灌水也不能恢復(fù)正常生長狀態(tài)時(shí)的土壤含水量就是凋萎系數(shù)。這時(shí)土壤對(duì)水分的吸持力達(dá)到15個(gè)大氣壓，是絕大多數(shù)農(nóng)作物吸收利用土壤水的下限值。萎蔫系數(shù)因土壤質(zhì)地不同而有很大差異，但對(duì)于同一種質(zhì)地的土壤來說無論栽種那一種作物，萎蔫系數(shù)都幾乎相同，呈為一個(gè)常數(shù)，見表1-10。表1-10不同農(nóng)作物在不同質(zhì)地的土壤上的萎蔫系數(shù)（%）（華北地區(qū)）作、系數(shù)物粗砂土細(xì)砂土砂壤土土壤粘土小麥0.883.36.310.314.5玉米1.073.16.59.915.5高粱0.943.65.910.014.4豌豆1.023.36.6912.416.6水稻0.962.75.6

18、10.113.6各種作物平均值0.973.26.2410.5414.92六）測定土壤含水量的方法a.用烘干法測定土壤重量含水量烘干法即烘箱干燥法。測定原理是：土壤中所吸持的吸濕水和自由水，在105110C下烘干至一定時(shí)間之后，可以全部轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水而蒸發(fā)損失。失去的水分重量與烘干土樣重的比值就是被測土壤的重量含水量。水分重x100（%）烘干土重具體的測定步驟是：根據(jù)測定的目的，在地里取代表性土樣5個(gè)以上，分別置于已知盒重的鋁盒中，在1/100天平上稱出濕土重，然后將其放在烘箱內(nèi)，在105T10C下烘至恒重（砂土、壤土、粘土的土壤樣品分別需烘2h、6h、8h左右）；冷卻至室溫后稱出烘干土重；在上述

19、溫度下，再重復(fù)在烘箱內(nèi)烘一小時(shí)，秤烘干土重，若兩次重量差小于0.03g,即可按照公式計(jì)算被測土壤的含水量（）。土壤含水量（%）濕土重-烘干土重X100（%）烘干土重b其它測定法還有酒精燃燒法，紅外線法、中子法、土壤水分吸力計(jì)法等,這里不一一介紹了。三、土壤水的田間循環(huán)過程土壤中的水分是不斷地向下、向上移動(dòng)的。土壤水的田間循環(huán)過程，是從水分通過滲透進(jìn)入土壤開始，然后通過土粒的分子引力、靜電引力和毛管引力的作用，逐漸向下進(jìn)行水分的再分配而暫時(shí)貯存在土壤中，此后通過植物根系的吸收、蒸騰，表土的蒸發(fā)，又重新回到大氣中，完成田間土壤的整個(gè)水分循環(huán)過程。了解土壤水的田間循環(huán)過程的目的，主要是設(shè)法調(diào)節(jié)和控制

20、水循環(huán)過程的進(jìn)行，以便在作物根系活動(dòng)層內(nèi)，保持足夠的土壤水量供作物吸收利用，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)要求。（一）水進(jìn)入土壤水進(jìn)入土壤可分為水分的入滲過程和土壤水分再分布兩個(gè)過程。水分的入滲過程，是指供水期間降水及各種人工灌溉水，通過地表垂直向下或向四周側(cè)向流動(dòng)的過程。土壤水分再分布過程，是指停止向土壤供水以后，土壤水繼續(xù)垂直向下和向四周較干的土層內(nèi)移動(dòng)的過程。水分入滲（或稱滲透、滲析）過程的強(qiáng)弱，直接決定著降水或灌溉水進(jìn)入土壤的數(shù)量，并同時(shí)影響土壤水的貯藏量和對(duì)當(dāng)季作物的供水量。在北方旱地農(nóng)業(yè)區(qū)，它還直接影響地表徑流大小和土壤侵蝕程度。土壤允許水分滲透入的能力稱為土壤入滲能力，通常用入滲速率表示。入滲速

21、率是指地面存在著水層時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)、通過單位面積地表上滲透入土壤剖面中的水量。一般以入滲開始1h的入滲速率，作為評(píng)定土壤入滲能力的指標(biāo)。例如把入滲速率大于每小時(shí)500mm的定為入滲過強(qiáng)的土壤;相應(yīng)的,200100mm/h的為入滲力度良好的土壤，10070mm/h是入滲力中等的土壤；7030mm/h是入滲力弱的土壤;小于30mm/h的是入滲力差的土壤。地面莖稈覆蓋良好、耕層的土壤結(jié)構(gòu)良好、初耕以后的土壤,表層具有良好的孔隙狀況,土壤入滲速度高,進(jìn)入土壤的水量多,地表徑流少,貯水量較大;而長期經(jīng)農(nóng)業(yè)機(jī)械壓實(shí)的土壤、地表板結(jié)的粘重土壤則入滲能力低,易出現(xiàn)地表徑流而造成水土流失。當(dāng)?shù)乇硗Ｖ菇涤昊蛲Ｖ构?/p>

22、水,地表積水地消失以后,水分入滲過程結(jié)束。這時(shí)土壤剖面中的水分運(yùn)動(dòng)并不停止,水分在土粒的基質(zhì)吸力、毛管力和重力作用下,繼續(xù)向下部和四周較干的土層內(nèi)移動(dòng),這種土壤水的運(yùn)動(dòng)過程,在土層深厚、沒有地下水影響的土壤里,稱為土壤水的再分布過程。土壤水分的再分布過程不但影響土壤中水分的總貯量，而且對(duì)不同深度、不同時(shí)間內(nèi)的貯水量也有影響，從而直接影響作物根系對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收，特別是在北方旱地農(nóng)區(qū)，作物的生長發(fā)育過程，幾乎為零時(shí)，這時(shí)土壤所能保持的懸著水的最大數(shù)量就是田間持水量，即水分再分布在各土層中基本達(dá)到平衡。（二）滲漏與地表徑流滲漏是指水分在重力的作用下，通過土壤中的空氣孔隙向下移動(dòng)，叫土壤的滲漏

23、作用，或稱重力水移動(dòng)。無論是水田或旱地，適當(dāng)?shù)臐B漏是非常必要的，它有助于土壤空氣的更新，并能加速降水和灌溉水滲入土體，避免地表積水和產(chǎn)生徑流。在水田里，適當(dāng)?shù)臐B漏可以減少還原性有毒物質(zhì)的產(chǎn)生或排除部分還原性有毒物質(zhì)。一般獲得豐收的稻田，其滲漏量要求每小時(shí)水深減少1.25mm以上。對(duì)于旱地來說，充滿在通氣孔隙中的水分，是應(yīng)該排掉的多余水分，因?yàn)樗鼧O度影響通氣，使作物根系嚴(yán)重缺氧，長期積水，會(huì)引起作物爛根死亡。旱地土壤排除重力水的能力常稱為土壤釋水性或排水性。土壤的最大釋水量等于土壤全蓄水量和田間持水量之差，這部分水量就是進(jìn)行土壤排水時(shí)進(jìn)入排水溝的水量。旱地土壤釋水性的好壞，常用土壤透水率來表示：

24、透水率大于150mm/h的是排水良好的土壤；透水率在48150mm/h的是排水中等的土壤；透水率小于48mm/h的是排水力較差的土壤。農(nóng)田排水溝的間距、深淺等如何確定，都必須考慮土壤的滲漏情況和排水狀況。地表徑流當(dāng)降水和灌溉強(qiáng)度超過土壤滲透速率時(shí)，有一部分水分就來不及滲入土體內(nèi)而被集積在地表，這些積水一旦超過地表貯水容量時(shí)，多余的水分就會(huì)沿著地面坡度向坡下流去，形成地表徑流，然后匯集到低洼地和水溝、河流中。地表徑流的強(qiáng)度，取決于降水強(qiáng)度、灌溉水量、流速與土壤滲速率之比，地形坡度、地表不平度、地表植被覆蓋狀況等也影響地表徑流強(qiáng)度。地表徑流最嚴(yán)重的問題是引起水、土、肥的流失，其次是降水和灌溉水不能

25、獲得充分利用，第三是破壞了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，甚至造成江河污染。因此，防治地表徑流是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必須解決的問題。為了減少地表徑流，必須大力推廣種草、造林，合理種植農(nóng)作物，用各種措施增加地面覆蓋，減少表土耕作、避免地表裸露；在坡地上實(shí)行等高種植，建造梯田等。（三）土壤水分蒸發(fā)土壤中所保持的液態(tài)水可以汽化變成氣態(tài)水。當(dāng)土溫較高、土壤含水量在最大吸濕量以上時(shí)，土壤水氣就處于飽和狀態(tài)，水氣壓很大。當(dāng)土壤里的水氣壓超過大氣中的水氣壓時(shí)，土壤水分就以水氣狀態(tài)擴(kuò)散到大氣中，這種現(xiàn)象，稱為土壤蒸發(fā)或跑墑。無論是地表水、毛管水、膜狀水，都可以由于蒸發(fā)作用而大量損失，因此，如何防止或抑制土壤蒸發(fā)是保墑的重要任務(wù)。地面水分

26、蒸發(fā)的速度，主要決定于土壤和大氣兩者的水氣壓梯度差和溫度差。由于水氣分子的熱運(yùn)動(dòng)，水氣運(yùn)動(dòng)總是由溫度高、水氣壓力大的地方向溫度低、水氣壓力小的地方運(yùn)動(dòng)，水氣壓梯度越大，地面水分蒸發(fā)越快，水分因蒸發(fā)損失越多，在干旱地區(qū)，由地面蒸發(fā)損失的水分可以達(dá)到降水量的60%，因此，防止或降低地面蒸發(fā)在干旱地區(qū)具有重要意義。地面水分蒸發(fā)的速度可用土面蒸發(fā)率來衡量，它是指單位時(shí)間內(nèi)從單位面積的地面上蒸發(fā)損失的水量，單位是mm/hm3。土壤水的地面蒸發(fā)可分為三個(gè)階段：由大氣蒸發(fā)力控制階段，由土壤導(dǎo)水率控制階段，擴(kuò)散控制階段。大氣蒸發(fā)力控制階段這一階段從土壤水停止入滲開始，這時(shí)地面潮濕、含水量大、土壤傳導(dǎo)水分的速度

27、高，地面蒸發(fā)的強(qiáng)弱由大氣蒸發(fā)力決定。當(dāng)氣溫高、空氣濕度低、風(fēng)大時(shí)，土壤蒸發(fā)愈強(qiáng)烈，跑墑?dòng)鷧柡?。在較穩(wěn)定的大氣蒸發(fā)力的情況下，從地面蒸發(fā)的水量，因土壤導(dǎo)水率高，因而可以得到下層水分的及時(shí)補(bǔ)充，所以這個(gè)階段內(nèi)的蒸發(fā)率幾乎穩(wěn)定不變，又稱之為蒸發(fā)率穩(wěn)定階段。在這個(gè)階段內(nèi)，增加地面覆蓋物，及時(shí)耕作切斷土壤毛管聯(lián)系是防止和控制土壤地面水分蒸發(fā)的有效措施。土壤導(dǎo)水率控制階段當(dāng)土壤含水量在毛管水出現(xiàn)斷裂以后，毛管傳導(dǎo)作用停止，液態(tài)水的流動(dòng)，只能由水膜厚的地方向水膜薄的地方流動(dòng)，流動(dòng)速度極慢，也就是說，土壤導(dǎo)水率極低，地表水分的蒸發(fā)速率受土壤導(dǎo)水率控制，當(dāng)表土的水氣壓與大氣的水氣壓相平衡時(shí)，表土就會(huì)很快出現(xiàn)干土

28、層，土壤水分的蒸發(fā)迅速轉(zhuǎn)入到水氣擴(kuò)散階段。如何控制這一階段的土壤水分運(yùn)行呢？可行的方法是鎮(zhèn)壓接墑，使疏松的表層形成較為緊實(shí)的土層，一方面可使已斷裂的毛管水連接起來，另一方面是可以使下層的毛管水能借毛管作用上升，以保證播種層有足夠的水分來保證種子發(fā)芽、出苗。水分?jǐn)U散運(yùn)行階段土壤蒸發(fā)的第三階段是氣態(tài)水?dāng)U散運(yùn)行，這時(shí)土壤含水量已很低，大體上已接近萎蔫系數(shù)附近，已無液態(tài)水分運(yùn)行，水分只能以氣體狀態(tài)運(yùn)行，水分蒸發(fā)速率很低，這時(shí)土壤的干層已很厚，必須及時(shí)進(jìn)行灌溉才能保證作物的正常生長發(fā)育。（四）植物從土壤中如何吸收水分要使作物正常生長發(fā)育并獲得穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，必須滿足作物一生對(duì)水分的需要。而作物所需要的水分，

29、主要是由土壤水供給的。一般來說，要生產(chǎn)一噸糧食，需要消耗好幾百噸土壤水分，也就是說，這好幾百噸被消耗的土壤水分大都是被作物蒸騰而損失掉了。植物向大氣輸送水氣稱為蒸騰。蒸騰是由葉面和大氣之間的水氣壓梯度引起的，水分進(jìn)入土壤形成土壤水，土壤水通過植物根系進(jìn)入植物體的的莖、葉、然后通過葉子表面的氣孔擴(kuò)散到大氣中，完成植物的蒸騰過程。由此右見，土壤植物大氣體系中的水分流動(dòng)是一個(gè)連續(xù)的動(dòng)態(tài)過程。人們把土壤植物大氣看作是一個(gè)連續(xù)體系，簡稱SPAC。熱力學(xué)第二定律表明，物質(zhì)的流動(dòng)，總是由勢能高的地方向勢能低的地方流動(dòng)的。在SPAC系統(tǒng)中，水流也是由水勢高處流向水勢低處。在植物生長正常的情況下，土水勢根水勢莖

30、水勢葉水勢，所以土壤水不斷地由土T根T莖T葉。在北方干旱地區(qū)，土壤和大氣之間總的水勢差非常之大，可達(dá)幾百Pa甚至超過lOOOPa。由于葉水勢的作用，水分通過植物根系，不斷地從土壤中進(jìn)入植物體中，最后從葉面向大氣中蒸騰，在土壤植物大氣連續(xù)系統(tǒng)中，推動(dòng)植物吸水的水勢差主要出現(xiàn)在植物的葉部與大氣之間，因?yàn)槿~部水分需要由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)以后才能向大氣中擴(kuò)散。由此可見，植物吸水的大體機(jī)制是：水分從葉的氣孔向大氣蒸騰時(shí)，葉細(xì)胞的水勢迅速降低，于是水分就從葉的木質(zhì)部向葉肉細(xì)胞內(nèi)流動(dòng)，從而導(dǎo)致葉木質(zhì)部的水勢降低；相應(yīng)的莖部的水分流入葉的木質(zhì)部，而莖部水勢的降低傳到根部，使根細(xì)胞的水勢降低；當(dāng)根水勢低于土壤的水勢

31、時(shí)，土壤水進(jìn)入植物根部，在根區(qū)土壤與其周圍土壤形成土水勢差時(shí)，土壤水就會(huì)源源不斷地流向植物根部，以保證植物能夠正常生長發(fā)育。四、田間土壤水分狀況我國北方旱農(nóng)區(qū)處在半干旱季風(fēng)的影響下，干濕季節(jié)交替明顯，一年四季田間土壤水分也產(chǎn)生季節(jié)性變化，其變化規(guī)律大體可分為四個(gè)階段：冬季增墑蓄墑階段，早春增墑跑墑階段，夏初失墑、夏末秋初收墑階段，秋末冬初結(jié)凍保墑階段。墑，是土壤含水量或土壤濕度的通俗叫法。墑情，是指土壤含水量的多少。在華北、西北黃土地區(qū)群眾將土壤墑情分為黑墑（土壤顏色深暗發(fā)黑，手捏土壤易成土團(tuán)，落地不易散開，握后手上留下濕印，土壤含水量相當(dāng)于田間持水量附近，是適宜耕耙、播種的上限值）；褐墑（土

32、色呈褐色，手捏土壤易成團(tuán)，從1m高處扔下部分散碎，手感涼爽并有濕印，土壤含水量略大于毛管斷裂含水量至田間持水量的70%80%，適宜于耕作和播種，既利于發(fā)芽及幼苗出土，也能滿足作物生長發(fā)育期對(duì)水分的需求，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最理想的一種墑性）；黃墑（土色呈黑黃至灰黃色，手捏土壤勉強(qiáng)成團(tuán)，高處扔下土團(tuán)散碎，手上微感涼爽和稍顯濕印，其含水量約為田間持水量的55%65%左右，此時(shí)也適宜于耕作、播種）；灰墑（土色發(fā)灰，不能捏成團(tuán)，手握略感涼意，但無濕印，含水量接近凋萎系數(shù)，是谷子等耐旱作物搶墑播種的臨界墑情）；干土（含水量在凋萎系數(shù)以下，土色淺，風(fēng)吹土面隨風(fēng)飛揚(yáng)，土坷垃堅(jiān)硬難碎，難以耕作，無法播種）五種類型，田

33、間土壤水分的季節(jié)性變化規(guī)律如下。（一）冬季增墑、蓄墑階段從頭年11月分的小雪，到次年3月底的春分，大約5個(gè)月的時(shí)間，整個(gè)冬季至春季的中期，北方干旱地區(qū)的土壤水分，都處在集積夏、秋季雨水的增墑蓄墑階段。在這個(gè)時(shí)期內(nèi)，頭年7、8、9月份的夏、秋季的降雨，大量下滲蓄積，在地下水位較高的平原地區(qū)，蓄積的水分甚至可與地下水相連接，在地下水位很深的地區(qū)通過秋季的耕作保墑措施，土體內(nèi)也積集有比較充足的土壤水分。入冬以后，自小雪開始，表層的土壤水分即開始夜凍晝消，直至來年雨水、驚蟄期間，土壤凍層不斷加厚。凍層厚達(dá)5060cm。同時(shí)還不斷集積冬季和早春的降雪及下部深層的氣態(tài)水，使耕作層的含水量不斷增加，一般都增

34、加3%左右，保蓄好這一部分水分，對(duì)春播保苗具有重要意義。（二）早春增墑、跑墑階段開春以后，凍土層的上部和下部都在逐漸開始化凍，而中部2030cm的土層化凍最遲。這樣，表層經(jīng)過凍后聚積的水分，在化凍后就會(huì)被中部的凍土層隔住，一時(shí)不能滲入下層，而造成表土出現(xiàn)潮濕、泥濘等返漿現(xiàn)象。返漿期的土壤含水量一般在20%以下，通常可以超過田間持水量，到3月底春分以后，凍土層全部化通，返漿后的水分才逐漸下滲到耕層增加耕層的含水量。在豐水年份和正常降水年份，早春時(shí)的土壤含水量，是完全可供小麥返青和春播使用的。3月底春分以后，氣溫逐漸升高，加上春季風(fēng)大地表水分蒸發(fā)迅速增強(qiáng)，如果不采取有效的保墑措施，表土水分會(huì)迅速下

35、降，出現(xiàn)干土層而造成春旱，嚴(yán)重時(shí)甚至影響春播。由此可見，從春分至清明前后，是表層土壤跑墑最快的時(shí)期，是決定春播作物能否適時(shí)播種并保全苗的關(guān)鍵時(shí)期，因此這個(gè)時(shí)期的保墑措施極為重要。（三）夏季收墑、蓄墑階段在北方旱農(nóng)區(qū)內(nèi)，每年的7、8、9月份進(jìn)入雨季，大量的降水都集中在這3個(gè)月內(nèi)，結(jié)構(gòu)良好的土壤滲透力強(qiáng)，可以收集大量的降水，補(bǔ)充土壤大量水分，是土壤收集大量水分和貯藏大量水分的最佳時(shí)期。經(jīng)過整個(gè)雨季，雨水入滲土壤的深度一般最少在1m以上，含水量可以達(dá)到田間持水量，最少也可以達(dá)到田間持水量的70%左右。當(dāng)然，不同地區(qū)、不同土壤、種植不同作物，收墑、蓄墑的數(shù)量是不一樣的。例如，這個(gè)時(shí)期正是春玉米等春播作

36、物生長發(fā)育盛期，消耗土壤水分很多，所以蓄墑的數(shù)量就會(huì)少一些。但在伏雨、秋雨的降水量半足的年份，一般來說，春作物消耗的水量不會(huì)超過降水量，所以仍有降水不斷滲進(jìn)土壤而被積蓄起來。（四）秋季保墑階段雨季過后以保墑為主。這個(gè)時(shí)期降水已經(jīng)比較少，但土壤墑情仍然很足，若保墑得法，可以維持較高的墑情保持到秋播或春播，因此在秋高氣爽、風(fēng)和日麗的秋收、秋種、土壤水分極易蒸發(fā)的季節(jié)，應(yīng)抓緊時(shí)機(jī)進(jìn)行秋耕整地，增加地表覆蓋物等保護(hù)性耕作措施，把夏季和秋季積累下來的水分保蓄下來，確保冬小麥越冬和來年春播有比較充足的底墑。五、作物發(fā)芽、出苗對(duì)土壤水的需求水是作物體內(nèi)的重要組成部分，一般作物體內(nèi)的水分重量約占鮮重的75%8

37、0%，就拿種子來說，它的水分含水量也在13%左右。水也是作物生長發(fā)育過程中不可缺少的因素，沒有水作物就不能生存繁行，作物生長發(fā)育過程中的一切代謝過程，必須在水中才能進(jìn)行，例如種子播種后必須在種子吸足水分之后，種子內(nèi)貯藏的淀粉、蛋白質(zhì)等有機(jī)質(zhì)，才能依賴酶的催化作用，水解成為糖和氨基酸等簡單化合物供幼根、幼芽生長之用。同時(shí)，水分可以使幼根、幼芽中的細(xì)胞組織不斷處于膨脹和分裂的新生狀態(tài)，使幼根長粗，根系長長，使幼芽長大出土，農(nóng)諺說：“麥?zhǔn)仗ダ锔?，水肥是關(guān)鍵”，只有足墑下種，才能保證苗全、苗齊、苗壯。因此，作物抗旱奪豐收的關(guān)鍵措施，就是要抓住播前蓄好墑、保好墑這一重要環(huán)節(jié)，那么，作物發(fā)芽、出苗時(shí)對(duì)土壤水分有哪些要求呢？（一）種子發(fā)芽時(shí)需要吸收多少水分農(nóng)諺說：“干種糜谷濕種豆，玉米、小麥、高粱半分泡”。也就是說，各種作物催芽時(shí)，種子需要吸收的水量也是不一樣的。谷子只吸收種子重量25%的水量就可以發(fā)芽；相應(yīng)的，玉米、小麥、高粱僅需吸收種子絕對(duì)干重的48%50%左右的水量即可以發(fā)芽；而豆類則需要吸收種子重量的110%以上的水量才能發(fā)芽，見表1-11。這是因?yàn)橛绊懽魑锓N子萌發(fā)的因素有溫度、氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)條件等，但最主要的因子是水分。種子萌發(fā)，吸水膨脹是第一步，吸水順序是種於胚乳T胚軸和盾片。水使種皮軟化、膨賬，使氧氣容易透入種子內(nèi)部，增加胚的呼吸，使胚很快突破種皮；