③ 压力势 以大气压作为参比标准（压力势为零），其 水势与此之差，即为压力势。 由于压力势大于参比标准，故为正值。 不饱和土壤，土壤水的压力势一般与参比标 准电极相同，等于零。
④ 重力势 重力势通常用地下水位作为参比标准。 由于参比标准是地下水位，在生产实践中高 于参比面的水分意义较为重要，所以重力 势常用正值。
第一章 农田灌溉原理
第一章 农田灌溉原理
本章的教学目的
要求了解农田水分的存在形式及对作物生长的意义；掌握作 物需水量的估算方法。 了解农作物灌溉制度制订的一般方法，掌握利用农田水量平 衡方程式制定农作物灌溉制度的方法及有关参数（如土壤含 水量上下限、计划湿润层、有效降雨量、地下水利用量等）。 了解非充分灌溉原理与作物水分生产函数的一般概念 灌溉用水量的计算方法，灌水率图的绘制与修正。
节点）。一般为田间持水量的60%，在生产实践中常作是不同的，其主要决定于土壤的质地和结构.
• 不同类型土壤的土壤水分常数的绝对值是没有可比性的。比如粘土的田间持 水量和凋萎含水量比沙土大很多）。造成了在生产实际中无法比较不同质地 土壤的土壤含水量对作物的有效性是否一致。
• 2、土壤含水量的测定和表示方法
• 在生产实际中，为了将土壤所含实际水量与降雨量、蒸发量进行比较 ，常需要将一定土层中的含水量换算成水层深度（mm），换算公式 如下： 水层厚度（mm）=土层深度（mm）×土壤容积含水量
• 由于灌水量常用m3/667m2或m3/ha来表示，为了便于比较和计算，常
用水的体积来表示土壤层的储水量： • 储水量（m3/ 667m2）=1.5×水层厚度（mm）或
① 基质势 基质势是由土壤颗粒的吸附力和毛管力所引 起的水势变化。 在土壤水不饱和的状态下，水分受吸附力和 毛管力的吸持，自由能水平降低，其水势 必然低于参比标准（纯自由水）下的水势 。由于参比标准的水势为零，所以基质势 总是负值。
② 溶质势（渗透式）
溶质势是由土壤水中的溶质所引起的水势变化。 在盐化土壤中，由于含有大量的可溶盐类、盐类溶解成离子 ，离子水化使水分子被定向吸引排列在离子周围，失去 自由活动能力，与参比标准的纯水（溶质势为零），自 由能降低，所以溶质势为负值。 土壤水中溶解的溶质越多，溶质势越低。 在饱和及不饱和情况下，土壤水都有溶质势存在，但其中的 溶质极易随水运动而呈均匀状态分布，所以它对土壤水 运动的影响可以忽略；但盐碱地必须考虑。
第一节 1. 土壤水分的存在形式分类
按态 物划 理分 形
土 壤 水
农田土壤水分状况
固态：土壤冻结时才存在 液态：土壤水分存在的主要形态
气态：未被水分占据的土壤孔隙中，含量少
吸着水 吸湿水 薄膜水
按性 运划 动分 特
毛管水 重力水
上升毛管水 悬着毛管水
吸湿系数：吸湿水的最大值. 凋萎系数：包括全部的吸湿水和部分薄膜水，相当于1.5-2倍吸湿系数 最大分子持水量：薄膜水的最大值。约为2-4倍吸湿系数 田间持水量：毛管水达到最大值。 毛管断裂含水量：毛管悬着水发生断裂时的含水量。 饱和含水量（全持水量）：土壤中所有孔隙都充满水分时的含水量。 重力水：土壤不能保存的水，作物很难利用。
储水量（ m3/ha）=10 ×水层厚度（mm）
• 3、土壤水分对作物生长的有效性
• 土壤水分对作物生长的有效性是指土壤水分能否被作物利 用及其被利用的难以程度 • 由于作物所需的水分是通过根系吸收土壤中的水分而得到 的，对于不同的作物而言，其对农田水分状况的要求是不 一样的。
由于大气的温度过高和相对湿度过低，阳光过强，或遇到干热风造成 植物蒸腾耗水过大，都会使根系吸水速度不能满足蒸腾需要，这种情 况谓之大气干旱。 (北方小麦成熟期青干） 当土壤含水率过低，会出现植物根系从土壤中所能吸取的水量难于满 足叶面蒸腾的消耗，而影响作物的生长，这种现象称为土壤干旱。 当植物根部从土壤中吸收的水分来不及补给叶面蒸腾时，植物体内水 分就会不断减少，特别是叶片水分迅速降低，从而影响植物体水分平 衡和协调，这种现象称为作物生理干旱。
• 饱和水的达西定律：水分在饱和土壤中流动的动 力是土壤水的势能梯度．土壤水流速的大小与土 壤水势梯度成正比，其流向与势能减小的方向相 一致，即
• 式中：q为土壤水流速（单位时间通过单位导水断 面的水量）； K为饱和导水率（单位势能梯度下 的水流通量）
大气干旱和土壤干旱都会造成作物生理干旱。
凋萎系数不仅决定于土壤性质，它还与土壤溶液浓度、作物种类和生 育期有关。 使土壤溶液浓度不超过作物在各个生育期所容许的最高值是确定根系 吸水层土壤最低含水率的一个重要指标。
• 以盐渍土为例，根系吸水层内土壤含水率应不小于：
• 式中： S为根系吸水土层中易溶于水的盐类数量（占干土重的百分数 ）；C为允许的盐类溶液浓度（占水重的百分数）；θmin为按盐类溶 液浓度要求所规定的最小含水率（占干土重的百分数）。
第一节 农田土壤水分状况
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主要内容 1、农田土壤水分存在的基本形式 2、土壤含水量的测定与表示方法 3、土壤水分对作物生长的有效性 4、农田土壤水分运动 5、土壤-植物-大气连续体水分运移 6、农田土壤水调控
第一节农田土壤水分状况
农田土壤水分状况是指农田地面水、土壤水和地下水数量 的多少、存在的形式及其在时空上的分布规律与变化情况 作物可以利用的是土壤水。因此只有当地下水与地面水转 化成土壤水时才可以被作物所利用。土壤水是农田水分存
地面渗入的水分。
• 重力水：土壤中超出毛管含水率的水分在重力作用下很容易排出，这 种水称为重力水。
• 土壤中所保持的各种类型的水分都可以用数量表 示出来，而且在一定条件下，土壤各种形态水分 的最大值又经常相对稳定在一定的数量范围内。 我们将其称为土壤水分常数。 • 土壤水分常数包括吸湿系数；凋萎系数；最大分 子持水量；田间持水量；毛管断裂含水量；毛管 持水量；全持水量；
在的主要形式，农田土壤水分状况是作物生长环境的核心
• 1、农田土壤水分存在的基本形式 • 土壤水分存在的基本形式可分为固态、液 态和气态三种形态。固态水只有在土壤冻 结时才存在；气态水存在于土壤的孔隙中 ，含量很少；液态水水土壤水分的主要形 态，与作物生长发育最为密切。 • 农田土壤水分存在的基本形式可用形态法 和能量法来表示。
• 基本要求： • 掌握农田土壤水分存在的基本形式及其对 作物生长的有效性； • 掌握土壤含水量的表示方法；熟悉一定土 层内土壤储水量的计算；
• 4、农田土壤水分运动 • （1）土壤水分运动的研究概况 • 土壤水是农田水分存在的主要形式，土壤水分运动是农田 水循环的一个重要环节。 • 饱和水达西定律（1856）-毛管假设（1877）-水分形态分 类（1877）-毛管势概念（1907）-达西定律推广（1931 ） • 研究土壤水分运动可用毛管理论（形态学）与势能理论（ 能量观点）。 • 形态学简单、形象，可用来定性分析研究土壤水分问题。 • 应用能量观点来研究土壤水分运动，便于用数学模拟方法 及仪器定量反映土壤水分变化，为定量分析研究土壤水分 问题提供了条件。
• 吸湿水：紧束于土粒表面，不能在重力和毛管作用下移动。 • 薄膜水：吸附于吸湿水外部，沿土粒表面进行速度极小的移动。 • 毛管水：在毛管作用下土壤中所能保持的那部分水分，亦即在重力作
用下不易排除的水分中超出吸着水的部分。
• 上升毛管水：地下水沿土壤毛细管上升的水分。 • 悬着毛管水：不受地下水补给时，上层土壤由于毛管作用所能保持的
• 2、水稻地区的农田水分状况
• 水稻采用淹灌的方法．灌溉水层上下限的确定，对水稻生产具有重 要的实际意义。通常根据作物品种、生育阶段、自然环境及人为条件 由经验来确定。 • 近几年来，安徽、江苏、山东、湖南、四川、湖北、广西等省 (自治区)通过试验逐步形成了“浅水灌溉”、“间歇灌溉”、“浅、 晒、湿”灌溉、“浅、晒、深、湿”等节水型灌溉方式。 （土壤表面 水层处于似有非有的状态，土壤含水量介于全持水量和表面有含水层 和无含水层的情况。
• 注：凋萎系数、田间持水量、毛管断裂含水量是我们灌溉排水工程学 里经常用到的水分常数；这三个土壤水分常数是我们以后在农田灌溉 以及灌区管理中经常用到的。
凋萎系数：它是作物可利用水的下限，包括全部的吸湿水和部分薄膜水 。土壤水低于凋萎系数，作物发生永久凋萎。 田间持水量：是在没有地下水顶托的情况下，土壤所能保持的最大含水 量。在生产实践中，常将灌水2d后土壤所能保持的含水率叫田间持水 量。它是毛管水和重力水以及有效水和过剩水的分界线。在灌溉设计 里常作为灌溉的上限。 毛管断裂含水量：土壤中的毛管悬着水因作物吸收和地表蒸发而发生断 裂时的土壤含水量（亦指土壤供水能力下降，而作物吸水发生困难的
⑤ 温度势 由于温度场的温差引起，土壤中任一点土壤 水分的温度势由该点的温度与标准参照状 态的温差所决定。
运用上述关系式时，必须注意各分势的正负符号
• 2、土壤含水量的测定和表示方法 • 土壤含水量又称土壤含水率、是衡量一定 量的土壤中所含水分的多少，土壤含水量 是研究土壤水分变化的基本指标和依据， 广泛应用于灌溉排水工程或作物需水量以 及灌溉制度的研究之中。
• 但质地和结构不同的土壤当达到某一水分常数时，虽然其含水量各不 相同，但其被土壤所保持的力是相同的，亦即其对植物有效性是相同 的。 • 因此生产实际中常采用土壤相对含水量来表示作物的水分环境。处理 以后，不同土壤的土壤水分常数可以表示相同的土壤水分状况。
• 一定范围内可用土水势来表示土壤水分对作物生长的有效 性。土壤水势越大，土壤对水的吸力越强，植物越难从土 壤中获取水分。 • 概念：在标准大气压下，可逆并且等温地将无穷小单位数 量的指定高度的纯水，移至土壤中所必须做的功。 • 土壤水势主要由重力势、基质势、压力势、溶质势、温度 势等构成。
• 容积含水率（体积含水量）：单位容积土 壤中土壤水所占的体积 • 质量含水量（重量含水量）：单位质量土 壤中土壤水占干土重的比例 • 饱和度：土壤水的体积与土壤孔隙体积的 比值，表示孔隙被水充满的程度