农田水分状况与土壤水分运动
(完整版)农田水利学
第一章§1 农田水分状况农田水分：指农田中的地表水、土壤水和地下水。
地表水：地表积水。
土壤水：包气带中的水分。
地下水：饱水带中的水分（可自由流动的水体）。
与作物生长最密切的是土壤水。
一、土壤水（一）土壤水分形态土壤水又可分为吸着水、毛管水和重力水等几种水分形态。
1．吸着水（1）吸湿水分子力、紧紧束缚在土粒表面、不能移动、分子状态水吸湿水达到最大时的土壤含水率称为吸湿系数。
（2）膜状水分子力、束缚在土粒表面、可沿表面移动但不能脱离土粒表面、液态水膜膜状水达到最大时的土壤含水率称为最大分子持水率。
2．毛管水对于单个土粒,只能依靠分子力吸附水分, 但对于由许多土粒集合而成的土壤,其连续不断的孔隙相当于毛细管,因此还存在一种毛管力,依靠毛管力保持在土壤中的水分称为毛管水。
按水份供给情况不同，分悬着毛管水和上升毛管水。
（1）悬着毛管水灌溉或降雨后，在毛管力作用下保持在上部土层中的水分。
土壤储存水的主要形式。
悬着毛管水达到最大时的土壤含水率称为田间持水率。
（2）上升毛管水在地下水位以上附近土层中，由于毛细管作用所保持的水分。
上升毛管水达到根系，则可被作物吸收利用，但地下水位不允许上升到根系，以防渍害。
盐碱地区应严格控制地下水位，发防发生次生盐碱化。
3．重力水土壤中超过田间持水率的那部分水为重力水。
重力水以深层渗漏的形式进入更下的土层，或地下水。
旱地应避免深层渗漏，以防止水的浪费和肥料的流失。
水田保持适宜的深层渗漏是有益的，会增加根部氧分，有利于根系发育。
（二）土壤水分的有效性土壤对水分的吸力：1000MPa—0.0001MPa作物根系对水分的吸力： 1.5 MPa左右(1 MPa=9.87大气压=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1.5 MPa, 则作物不能吸收利用。
1.5 MPa是有效水和无效水的分界点。
土壤水分的有效性可以用下图来说明：（图：土壤水分有效性图）二、农田水分状况(一)旱田适宜的农田水分状况不允许地表积水土壤适宜含水率: 凋萎系数~田间持水率凋萎系数=0.6β田地下水水质较好,则地下水位可较高, 但一下水位不能达到根系层。
农田水利学问答题精华版
1、简述农田水利学得研究对象与内容。
研究对象:（1)调节农田水分状况（2） 改变与调节地区水情1)调节农田水分状况得水利措施一般有：(1）灌溉措施:补充水分不足(2）排水措施：控水,排盐 ； 调节农田水分状况需要研究得内容:(１）农田水盐运动规律（２)节水灌溉理论与技术（３）灌排系统布置（4）灌排系统管理2）地区水情：地区水资源得数量、分布情况及其动态。
调节地区水情得工程措施:蓄水保水措施与地区间调水、排水措施.改变与调节地区水情需要研究得内容:(１）制定水土资源规划（2）水资源合理配置（３)洪涝规律第一章 农田水分状况与土壤水分运动5、何谓吸湿系数、凋萎系数与田间持水率?凋萎系数与田间持水率两者各有什么用途?一般常将田间持水量作为重力水与毛管水以及有效水分与过剩水分得分界线。
凋萎系数与田间持水量就是农田作物根系层土壤得含水量下限与上限。
据此决定灌水时间与定额。
７、何谓作物田间需水量与田间耗水量？作物需水量：植株蒸腾量与株间蒸发量之与,又称为腾发量田间耗水量:作物整个生育期中,农田消耗得总水量。
稻田：作物需水量＋田间渗漏量=田间耗水量、 旱地：作物需水量＝田间耗水量 ９、什么就是作物需水临界期？了解作物需水临界期有何意义?需水临界期:在作物全生育期中,对缺水最敏感，影响产量最大得时期。
了解作物需水临界期得意义:（１）合理安排作物布局,使用水不至过分集中；（2)在干旱情况下,优先灌溉正处需水临界期得作物.1０、计算作物田间需水量常用方法有哪些？个适合于什么情况？各自如何计算某生育阶段作物需水量?(详见课件第二章P9—21）一类就是根据田间试验直接测定得作物需水量（作物需水量得田间测定方法主要包括器测法、田测法、坑测法等)与其影响因素之间经验关系，直接计算出作物需水量得方法； 在我国采用较多得有蒸发皿法、产量法与多因素法.另一类就是先计算参照作物得蒸发蒸腾量或潜在蒸发蒸腾量,再根据不同作物得实际情况及土壤实际含水率状况计算实际作物得需水量得半经验方法。
农田水分状况和土壤水分运动 PPT课件
一、农田水分存在形式
农田水分状况：指农田地表水、土壤水 和地下水的多少及其在时间上的变化。
•地表水：地表积水。
•土壤水：存在于包气带中的水分。 •地下水：饱水带中的重力水。
汽态水、吸着水 汽态水、吸着水、薄膜水 毛细带表面 毛细水为主 地下水面（潜水面） 潜水土壤水分形态
质地 名称
重 吸湿 系数 — 1~2 1~2 2~3 2~3 — — — 凋萎 系数 — 4~6 4~9 6~10 6~13 15．0 12~17 —
量(%) 田间持 水量 16~22 22~30 22~28 22~28 22~28 28~32 25~35 30~35
紧沙土 沙壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 轻粘土 中粘土 重粘土
0.1-0.3个大 气压
吸湿系数（Ws）：干土壤在水汽
相对饱和的环境中（相对湿度 100%）吸持水分子可达到最大量 ，此时土壤的含水量称为最大吸湿量 或吸湿系数（大概有15—20层水分 子）。
31个大气压
不同土壤吸湿系数不一样： 一般，粘土 >壤土>砂土， 另外吸湿系数大小还 与测定时温度有关，温度高，吸湿系 数小。
土壤三相体示意图
2、土壤水分常数
（2）土壤水分常数
土壤饱和含水率(θs) ：当土体孔隙完全被 水充满时的土壤含水 率叫饱和含水率（也 称全持水量）。
VW s V
土壤三相体示意图
2、土壤水分常数
田间持水率（θfc）：悬着毛管水
达到最大时的土壤含水率叫田间持水 率。生产实践中，常将灌水两天后土 壤所能保持的含水率叫田间持水率。 一般为饱和含水率的50%左右。
土粒
2、土壤水分常数
凋萎系数(wp)：当作物产生 永久凋萎时的土壤含水率叫 凋萎系数。
第七章 土壤水水分移动与循环
干土重为50克，吸湿水含量为2.5%，则干土重量为多少克?
3、用土水势研究土壤水的优点是什么?土壤水总是从含水
多的地方向含水少地方运动，这种说法正确否?为什么 ?
4、冻后聚墒和夜潮作用的机理是什么? 5、在农业生产上，一次灌足比分次灌好，为什么?
三水动力弥散机械弥散和扩散在土壤中都引起了溶质浓度的混合和分散而且微观流速不易测定弥散与扩散结果也不易区分所以在实际应用中常将两者联合起来称为水动力弥散dzdcdzdc三土壤溶质的动态特性一土壤溶液的总浓度二土壤溶液中的养分浓度三土壤溶液中其它元素浓度一般情况下主要元素的浓度为102104moll微量元素浓度则在106moll以下
H q Ks L
饱和流导水率
(Saturated hydraulic conductivity) 土壤所有的孔隙都充满了水时，水分向土壤 下层或横向运动的速度。 影响饱和导水率的因素 • 质地 水通量与孔隙半径
4次方呈正比。
•结构 土壤结皮对土壤饱和 导水率有显著的影响。
饱和导水率的特点
田间蒸腾和蒸发很难截 然分开，常合在一起，统称 蒸散ET。 (evapotranspiration)-一定时 间内一定面积上土壤蒸发和 植物蒸腾的总和。
土壤水分平衡简化式为
W=P+I-ET-D
二、土壤水分有效性
（一）土壤—植物—大气连续体 (Soil-plant-atmosphere continuum)
由水势引起水由土壤进入植物体，再向大气扩散的体系。
沙漠植物 在—200 ～—800 万帕时仍 能生存。
（二）土壤水的有效性
土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利 用及其难易程度。 不能被植物吸收利用的水称为无效水，能被 植物吸收利用的水称为有效水。 通常把土壤萎蔫系数看作土壤有效水的下限， 当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤含 水量， 称为萎蔫系数或萎蔫点。
灌溉排水工程学习题集
灌溉排水工程学习题集编辑：迟道才夏桂敏张旭东孙仕军王丽学绪论思考题1.试述灌溉排水工程的基本任务。
2.试述我国水资源的特点。
3.试述我国灌溉排水分区特点。
4.排水工程学的主要研究内容有那些？5.什么叫农田水分状况和地区水情？第一章农田水分状况与土壤水分运动思考题1.土壤是由哪几部分物质组成的？2.农业土壤的剖面一般有哪几层？各层性质有何不同？3.什么是水分常数？常用的水分常数有哪几种？并分别说明其含义。
4.什么叫土壤的有效水？各类质地的土壤有效水范围是什么？5.如何确定土壤有效水的最大贮量？生产实践中灌水时，为什么不能以凋萎系数作灌水下限？6.分别说明土水势及各分势的基本概念。
7.什么是土壤水分特征曲线？在实践中如何应用？如何测定？8.作物体内水分存在的状态有哪两种、有何区别？它们在作物生理活动中起何作用？9.什么是渗透作用？10.作物吸收和运输水分的动力是什么？影响根系吸水的因素有哪些？11.作物是通过什么途径进行蒸腾的？气孔的开闭与水分状况的关系？12.水分不足和水分过多时对作物产生什么危害？13.根区土壤水分平衡方程有什么作用？计算题1.某农田1m深以内土壤质地为壤土，其孔隙率为47%，悬着毛管水的最大含水率为30%，凋萎系数为9.5%（以上各值皆按占整个土壤体积的百分数计），土壤容重为1.403 ，地下水面在地面以下7m处，土壤计划湿润层厚度定为0.8m。
要求：计算土壤计划湿润层中有效含水量的上、下限，并分别用m3/亩，m3和水深三种单位表示有效含水量的计算结果。
2.某土壤经试验测定，第一分钟末的入渗速率i1=6 ，α=0.4 。
要求：运用土壤入渗经验公式计算30 内的入渗水量及平均入渗速率，以及第30 分钟末的瞬时入渗速率。
3.土壤蒸发计算某质土壤1m土层内初始含水率θ 0=19%（体积，下同），小于临界含水率θc，蒸发处于强度递减阶段。
测得风干含水率θ6%，饱和含水率θ 48.9%。
农田水利复习题
绪论◇名词解释①农田土壤水分状况②地区水情③涝灾④渍灾⑤旱灾⑥洪灾◇问答题①农田水利学的性质和研究任务是什么？②我国的农田水利建设有何特点？③今后世界灌溉发展的趋势是什么？第一章农田水分状况和土壤水分运动◇名词解释①凋萎系数②田间持水率③吸湿水④薄膜水⑤吸湿系数◇选择题①土壤水分中与作物关系最密切的是（）A、膜状水B、毛管水C、重力水D、吸湿水②作物因缺水而产生凋萎，当作物产生永久性凋萎时的土壤含水率称（）A、吸湿系数B、田间持水率C、最大分子持水率D、凋萎系数③吸湿水最大时的土壤含水率称之为（）A、吸湿系数B、田间持水率C、毛管持水率D、凋萎系数④悬着毛管水达到最大时的土壤含水率称之为（）A、最大分子持水率B、毛管持水量C、田间持水率D、饱和含水率⑤由于降雨过大或降雨连绵造成地下水位抬高、土壤含水量过大，形成的灾害称（）A、洪灾B、涝灾C、渍灾D、洪涝灾害◇问答题①什么是旱作地区的适宜农田水分状况？②什么是水稻地区的适宜农田水分状况？③为什么要调节农田水分状况？第二章作物需水量和灌溉用水量◇名词解释①植株蒸腾②株间蒸发③深层渗漏④作物需水量⑤田间耗水量⑥作物需水临界期⑦灌水定额⑧灌溉定额⑨灌溉用水量⑩灌溉设计保证率○11灌水率○12灌水率图◇问答题①什么是农作物灌溉制度？其主要内容是什么？如何制定农作物灌溉制度？制定农作物灌溉制度有何意义？②什么是灌溉设计保证率？常用的灌溉设计标准有哪些？③什么是设计典型年？如何确定设计典型年？◇计算题①用“水面蒸发为参数的需水系数法”求水稻耗水量。
已知：（1）根据某地气象站观测资料，设计年4月至8月80cm口径蒸发皿的观测资料见表1；（2）水稻各生育阶段的需水系数α值及日渗漏量见表2。
要求：根据上述资料，推求该地水稻各生育阶段及全生育期的耗水量。
②用列表法推求南方某灌区晚稻灌溉制度。
已知：（1）晚稻各生育阶段水面蒸发量和需水系数见表1（稻田渗漏量为3.01mm/d）；表1 1963年晚稻逐日耗水量计算表（2）晚稻生育期降雨量见表2；表2 1963年7月～10月逐日降雨量表（mm）（3）晚稻各生育阶段设计水层见表3。
农田排水与土壤水分管理技术
农田排水与土壤水分管理技术农田排水与土壤水分管理技术是农业生产中至关重要的一项技术，它对于保证农作物的正常生长和提高农田产量具有重要作用。
本文将为您介绍农田排水与土壤水分管理技术的相关内容，并探讨其在农业生产中的应用。
一、农田排水技术农田排水技术是指通过合理的排水措施来调节农田内的水分状况，确保农作物的正常生长。
农田排水主要分为表面排水和地下排水两种类型。
1. 表面排水表面排水是指通过构建排水沟、排水沟渠等措施，将地表的多余水分导入排水系统中。
这样可有效防止农田积水和降低农田土壤含水量，避免水分过多对农作物生长的不良影响。
表面排水技术中，一种常见的方法是构建排水沟。
排水沟可根据农田地势和排水需求的不同进行设计，以确保排水效果最佳。
此外，还需注意排水沟的定期清理和维护，以保证其通畅。
2. 地下排水地下排水是指通过设置排水管道等设施，将土壤中过多的地下水引导出来，以维持农田的适宜水分环境。
地下排水技术通常适用于土壤渗透性差的情况下，帮助土壤排出多余的水分。
地下排水系统的设计和布局应根据具体农田的情况来确定，以确保排水的有效性和经济性。
排水管道的铺设应注意合理的坡度和排水口的设置，以便有效地引导地下水流动。
二、土壤水分管理技术土壤水分管理技术是指通过合理的水分供应和调控手段，使土壤中的水分处于适宜的状态，以满足作物的需水量。
土壤水分管理技术主要包括灌溉技术和保墒技术两方面。
1. 灌溉技术灌溉技术是指根据作物需水情况，通过供给合适数量的水分来满足农作物生长的需要。
灌溉技术分为传统灌溉和现代化灌溉两种类型。
传统灌溉是指利用渠道、池塘等方式将水分直接引入农田中。
现代化灌溉则主要依靠灌溉设备和技术，如喷灌、滴灌等，来实现对农田的精确供水。
灌溉技术的应用还需结合农作物的需水特点和土壤的水分状况来确定具体方案。
合理的灌溉方式和时间选择可以避免水分浪费和土壤盐碱化的问题。
2. 保墒技术保墒技术是指通过覆盖物、土壤改良等手段，减少土壤表面水分的蒸发和土壤内部水分的流失。
农田水分状况和土壤水分运动
2、压力势（ψp） 、压力势（ψ
毛管上升水的高度与孔隙的半径成反比。 但当孔隙过细时，管壁对水份运动的阻 力增加，因而上升高度反而变小。
4、重力水
当土壤水份超过田间持水量时，多余的水份不 能为毛管所保持而在重力作用下沿着大孔隙向 下渗漏，这部分水就称为重力水。 重力水对作物是有效的，但由于它渗漏很快， 不能被保持，所以对旱作而言是无效的。 当重力水达到饱和，即土壤孔隙全部充满水份 时，土壤的含水量就称为饱和持水量。
4、重力势（ψg） 、重力势（ψ
土壤水由于其所处的位置不同，因重力 影响而产生的势能也不同，有此而产生 的水势称为重力势。 重力势可正可负，它是与参照面相对而 言的。参照面以上的土壤水重力势为正 值，参照面以下的为负值。 通常选择剖面内部或底面边界。
土水势代表土壤水分总的能量水平。土 水势的绝对值越小，土壤水分的能量水 平就越高。 土壤水总是从土水势高（即绝对值）低 处移动。 如果只考虑土壤水分运动，而不考虑植 物对水的吸收，溶质势可以忽略。其余 三个分势和称为水力势： ψh = ψm+ ψp+ ψg
（1）水深（Dw） 指在一定厚度（h）和一定面积土壤中所 含水量相当于同面积水层的厚度。 Dw= θv.h 单位可以用cm或mm，
（2）绝对水体积（容量）
指一定面积一定厚度土壤所含水量的体 积，量纲为L3。 V方/公顷，
V方/亩
二、土壤水的能态
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二、土壤水分含量的表示方法
（一）质量含水量（θm）
θn
=
W1 − W2 W2
×100
（二）容积含水量（ θv）
θV=θn·ρ
（三）相对含水量（%）
土壤相对含水量＝ 土壤含水量 田间持水量
（三）土壤贮水量
1、水深（DW）
n
∑ DW=θV·h 或 Dw,100 = θ1 • h
指标。
在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管 悬着水。
田间持水量的大小，主要受质地、有机 质含量、结构、松紧状况等的影响。
灌水2－3天后，土壤所能保持的水量。量，也称为土壤全持水量。
• 重力水
– 土壤中超出毛管含水率的水分， 在重力的作用下易排除（根系活 动层）。
水。
从土壤水的能态来分析
土壤 A
砂土 10%
水
土壤 B
流 向 何
粘土
方
15%
嗧
从土壤水的能态来分析
• 土壤水的能量概念：
¾自然界的物体都具有能量，而且普遍的趋势是自发地 由能量高的状态向能量低的状态运动，最终达到能量 平衡。
¾任一物体所具有的能量由动能和势能组成，由于水分 在土壤孔隙中的运移速度很慢，其动能一般可忽略不 计。因此，土壤水分所具有的能量即只考虑势能－用 土水势来表示。 土水势决定了土壤水分的能态和运动！！
膜状水的移动方式：
• 毛管水
9在毛管作用下土壤所能保持的水分，或 在重力作用下，不易排除的水分超出吸 着水的部分
¾上升毛管水（地下水位的影响） ¾悬着毛管水（灌水入渗）
水
沿
毛管作用力范围：
着
0.1-1mm
毛
有明显的毛管作用
0.05-0.1mm
管
毛管作用较强
上
0.05-0.005mm
升
毛管作用最强
一、农田土壤水分存在的基本形式
从土壤水的形态来分析 • 汽态水：存在于土壤孔隙中的水汽，有利于
微生物的活动，数量少，可以忽略。
•吸着水：束缚于土壤表面，不能自由移动 或干土从空气中吸着水汽所保持的水。
吸湿系数
薄膜水：在吸湿水外部，沿土粒表面作极 小的移动。
最大分子持水率
B
C
A
水膜薄的土粒 水膜厚的土粒
– 重力势：由重力引起的水势，其正负与基准线有 关。
– 压力势：为静水压力引起，为正值。地下水位以下 才有压力势
– 渗透势（或溶质势）：由土壤溶液中的溶质所引 起。为负值。
水分子可通过，溶质离子不能通过 在盐碱土壤中，即是土壤很湿，作物任会因缺水而枯萎
或位能
负
正
基准线
水分运动达到稳定，所以各点得总势均为0
土壤水的能态与形态的关系
• 或土水势与土壤含水率之间的关系：
用土壤水分特征曲线表示 或称作PF曲线
• 用土壤水吸力表示土壤水分的方便性 （相同含水率，但土壤不同，土壤水分的
有效性不同）
• 几个关键含水率相应的土水势值：
永久凋萎点:－15bar 田间持水量：--0.3bar
土壤水的有效状态
15
干旱的原因
饱和土壤中水分的能量（水压）
• 水可从土壤中排 20cm
出，说明饱和土
10cm
壤中的水势（或
水压）大于大气
压，其水压或土
排水
水势为正值
非饱和土壤中水分的能量
• 非饱和土壤中水分不能自由排除，但可将自由 水吸取。说明非饱和土壤中的水压小于大气 压，其能量（土水势）为负值或负压，
• 或称为吸力（土水势的绝对值）。
面
(地下水位距地面较深时)
水
降雨或灌溉
与 地
土壤表层逐渐饱和
下
下层土壤含水率增加
水 的
超出田持的水在重力的 作用下向下移动
转
换
降雨停止后土壤水分再 分布
原
理
地 面
降雨或灌水后不同深度土层的湿润过程 （地下水埋深较小时）
水
与
地
下
水
的
转
换
原
理
可使地下水位上升，可能使耕层毛管水增加，
也可能造成渍害
二、旱作物对农田水分状况的要求 （续）
〈0.001mm
毛管作用消失
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
毛管悬着水
借助于毛管力保持在上层土壤的毛管 孔隙中的水分，它与来自地下水上升的 毛管水并不相连，好像悬挂在上层土壤 中一样，故称之为毛管悬着水。
悬着毛管水
田间持水量
毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量称 为田间持水量，通常作为灌溉水量定额的最高
• 土壤含水率越低，吸力越大（土水势越低）
土水势的单位：
• 可用压力的单位表示，即： 巴(bar)，千帕(KPa)，兆帕(MPa)
1巴(bar)＝0.987个大气压=10m＝100KPa 1MPa=1000KPa=10(bar)
土水势的构成
• 总水势＝基质势＋渗透势＋重力势＋压力势
– 基质势：由土壤基质的吸附力和毛管力所引起，为 负值。饱和土壤中的基质势为零，即只有非饱和土 壤中才存在。
i =1
i
2、水方（ m3） mm
V方 / 公顷 = 10 D w
V方/亩＝2/3Dw
土壤水的有效性
• 无效水
– 小于最大分子持水率的水分，即汽态水与吸 着水为无效水
– 凋萎系数：当土壤含水率降至吸湿系数的 1.5-2.0倍时，作物吸水很困难，将会凋 萎。此时的含水率称为凋萎系数
• 有效水：介于凋萎系数和田持之间的毛管
第二章 农田水分状况与土壤水分运动
T P＋M E
根区 ± ∆W
D
K
中国农业大学 李光永 黄兴法编
第一节 农田土壤水分状况
• 什么叫农田水分状况： 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变化。
• 农田水分状况是农田灌排系统规划、设计和管理 的基础
• 农田水利措施的目的： 通过使用各种手段，调节农田水分适应作物耗水 的要求。
0.3- 0.5
土壤水分特征与土壤质地的关系
二、旱作物对农田水分状况的要求
• 特点：
9根系层土壤的含水率要保持适当； 9允许的平均最大(不是适宜)含水率，一般
为根系吸水层土壤的田间持水率，最小含 水率不应低于作物适宜的土壤含水率下限 指标； 9通常地面不允许积水。
地
降雨或灌水后不同深度土层的湿润过程
¾ 地下水位不允许上升至根系吸水层内 ¾ 农田的地面水和地下水必须适时适量地转化为作物
根系吸水层的土壤水分，才能被作物吸收利用。 ¾ 因此地下水位必须维持在根系吸水层以下一定深度
处，此时地下水可通过毛细管作用上升至根系吸收 层，供作物利用。
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，便会使植物体内水分 不断减小，特别是叶片的水分迅速降 低，而影响植物体水分平衡和协调，这 种现象称为干旱