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1、 1 土壤含水量及农田作物需水量 一、土壤含水量的计算 1土壤重量含水量（重量百分数）指一定重量的土壤中水分重量占干土重的百分数。干土指在 105下烘干的土壤（干土风干土），通常要求烘干时间达 8 小时以上，准确则要求烘至衡重。它是普遍应用的一种表示方法，也是经典方法。一般情况下，如果文献中未做任何说明，则均表示“重量含水量”。如烘干法测定的结果，其含水量的重量百分数（水重%）可由下式求得：%100)%100%221gWgWgW（干土重（干土重）（湿土重干土重（克）水重（克）水重 例 1：测得湿土重为 95 克，烘干后重 79 克，求重量含水量。%3.20%100797995%水重 2土壤容积
2、含水量（水容积百分数）指一定土壤水的容积占土壤容积的百分数。它可以表明土壤水充满土壤孔隙的程度及土壤中水、气的比率。常温下如土壤的密度为 1 克/厘米3，因此土壤容积含水量或水容积百分数（水容积%）可由下式求得：容重水重水容积%/%221WWW 土壤容重 自然状态下，单位体积内干土重，单：g/cm3。容重是土壤的一个十分重要的基本参数，在土壤工作中用途较广，以下举例说明。（1）判断土壤的松紧程度 容重可用来表示土壤的松紧程度，疏蓊或有团粒结构的土壤容重小，紧实板结的土壤则容重大，如下表。容重（g/cm3）松紧程度 孔隙度（%）最松 60 松 6056 适合 5652 稍紧 5250 紧 50
3、2 （2）计算土壤重量 每公顷或每亩耕层土壤有多重，可用土壤的平均容重来计算，同样一定面积土壤（地）上的挖土或盆裁填土量，也要利用容重来计算。例 1：一个直径为 40cm，高为 50cm 的盆，如果按 g/cm3容重计算，问需装多少（干）土？解：(40/2)2 3.14 50 1.15=72220 克=72 公斤 如一亩地面积（106cm2）的耕层厚度为 20cm，容重为/cm3，其总重量为：6.67 106 20 1.15=1.5 108(g)=150(t)=150000kg=30 万斤土（3）计算土壤各组分的数量 根据土壤容重，可以计算单位面积土壤的水分、有机质含量、养分和盐分含量等，作为
4、灌溉排水、养分和盐分平衡计算和施肥的依据。如上例中的土壤耕层，现有土壤含水量为 5%，要求灌水后达到25%，则每亩的灌水定额为：6.67 106 20 1.15 (25%-15%)=30(m3)又如上例，土壤耕层的全 N 含量为 0.1%，则土壤耕层（020cm）含 N 素总量为:6.67 106 20 1.15%=150t%=150kg 例 2：如某土壤水含量（水重%）为 20.3%，土壤容重为 1.20(克/厘米3)，求土壤容积百分数（水容）水容%=20.3%1.2=24.4%（4）由容重计算土壤的饱和含水量 土壤总孔度=土壤容积饱和含水量%=比重容重1 100%（土壤比重为：2.65）又
5、如某土壤容重为 1.20，该土的总孔隙度为%10065.220.11=55%，则其土壤容积饱和含水量为 55%，饱和重量含水量为 37.7%，空气所占的容积为 55%-24.4%=30.6%3土壤水贮量（农田贮水深）以水层厚度（水毫米）表示。指一定厚度土层内土壤水的总贮量相当多少水层厚度（毫米）。它便于与气象资料降水量、蒸发量及作物耗水量等进行比较。土壤水贮深（水毫米）可同下式求得：3)%10%mmHMMH（）（水水）（水土重重土毫米 H土为土层厚度，单位：mm。M 为 1 亩地的面积。例 3：如某土层厚度为 100 厘米，土壤含水量（水重%）为 20%，容重为 1.20（克厘米3），得：（水
6、毫米）1000 20%1.20=240 毫米 4农田（土壤）水贮量（亩方）以水的体积（方/亩）表示：指一定深度内每亩土壤水的总贮量（以立方米计），即：水方/亩这是农田灌溉时计算水量常用的方法。其求法如下式：（水方/亩）=666.6(米2)深度(米)水重%容重 例 4：设土层深度为 1 米，水重为 20%，容重为 1.2，其贮水量（水方/亩）为：（水方/亩）=2 1 米 20%1.2 160 方/亩 例 5：可应用土壤水贮量（水方/亩）计算灌水量。如某土壤田间持水量为 20%（水重%），容重为 1.20(克/厘米3)，今测得土壤含水量为 10%，现要把每亩一米深的土层的含水量提高到田间持水量的水
7、平，问每亩应灌多少水（方/亩）？其求法如下：应灌水量（方/亩）=面积(米2)深度(米)容重 应灌水重%=666.6 1 1.2 (20%-10%)=80 方/亩 (水毫米)与(水方/亩)可作如下换算：3mm 水=2 方/亩 所以，降水 1.5mm 即相当于农田贮水量为 1 方/亩。即：农田贮水量（亩/方）=32 农田贮水深（mm）例 6：根据例 3 求例 4：农田贮水量（亩/方）=32 240(mm)=160(方/亩)水（mm/亩）与水（方/公顷）可作如下换算：水(mm/亩)水（方/亩）水（方/公顷）即：水（mm/亩）水（方/公顷）5相对含水量 15 亩 10 4 指土壤含水量占田间持水量的百
8、分数。它可以说明土壤毛管悬着水的饱和程度，有效性和水、气的比例等。是农业生产上常用的土壤含水量的表示方法。其求法如下：%100(%)(%)(%)田间持水量土壤含水量土壤相对含水量 例 7：如某土壤田间持水量为 24%，今测得土壤含水量为 12%，则：%50%100%24%12(%)土壤相对含水量 说明当时土壤含水量只占该土田间持水量的 50%，即一半，一般认为旱作土壤比较适耕、适播的土壤含水量大约为田间持水量的 70%左右为好。上述土壤含水量只占田间持水量的一半，这对一般作物生长，已感土壤水分不足了。例 8：实测资料如下，求土壤蒸发量。土层(cm)容重(g/cm3)3 月 31 水重(%)4
9、月 20 水重(%)蒸发量 水重(%)蒸发量 容积(%)蒸发量水(mm)日蒸发量(mm)05 510 1020 2040 4060 6080 80100 010cm 日蒸发量：（）10=0.25 10=080cm 日蒸发量：dmm/28.0804.78.64.56.155.07.020202010552037.02034.02027.01016.0511.0514.0 问：根据以上数据还可以得到什么结论？例 9：测得田持为 32.5%（容积%），2 米土层平均重量含水量为 16%；平均容量为 1.5，求 100mm 降水（或灌溉水）可湿润多深土层？5 解：mmmmmmmmmmmH11000%1
10、0100%5.22%5.32100)5.1%16(%5.32100%容积水土 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。其中因其吸收难易程度不同又可分为速效水（或易效水）和迟效水（或难效水）。通常把土壤萎蔫系数看作土壤有效水的下限。低于萎蔫系数的水分，作物无法吸收利用，所以属于无效水。所谓萎蔫系数是指植物发生永久萎蔫时的土壤含水量。这时的土水势（或土壤水吸力）约相当于根的吸水力（平均为 15 巴）或根水势(平均为-15 巴)。一般把田间持水量视为土壤有效水的上限。所以田间持水量与萎蔫系数之间的差
11、值即土壤有效水最大含量。土壤有效水最大含量（%）=田间持水量(%)-萎蔫系数(%)土壤有效水最大含量，因不同土壤和不同作物等而异（表 5-7）。表 5-7 土壤质地与有效水最大含量的关系 土壤质地 砂 土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 粘 土 田间持水量(%)12 18 22 24 26 28 萎蔫系数(%)3 5 6 6 13 18 有效水最大含量(%)9 13 16 15 13 10 随土壤质地由砂变粘，田间持水量和萎蔫系数也随之增高，但增高的比例不同。粘土的田间持水量虽高，但萎蔫系数也高。所以其有效水最大含量并不一定比壤土高。因而在相同条件下，壤土的抗旱能力反比粘土为强。一般情况下，土
12、壤含水量往往低于田间持水量。所以有效水含量就不是最大值，而只是当时土壤含水量与该土萎蔫系数之差。即：土壤有效水含量(%)=土壤含水量(%)-萎蔫系数(%)作物需水量的有关概念：（1）作物（田间）需水量 ET在一定条件下，作物在生育期内良好生长发育，达该品种最高产量时单位面积所需水量（方/亩、mm）。即理想条件下的耗水量。（2）作物（田间）耗水量 ET在具体农田条件下，作物生育期内，达某一产量时，单位面积上实际消耗水量（方/亩、mm）。6 注：旱地田间需（耗）水量不包括深层渗漏，水田作物则包括；需水量是理想条件下的耗水量。（3）日耗水量作物每日实际耗水量（相应有日需水量）（4）作物需水系数作物每
13、生产 1 公斤籽粒（籽棉）的耗水量(mm/kg)（5）作物需水模系数作物生育期内，各生育期耗水量占总耗水量的%，也叫阶段耗水百分数 （6）（作物）水分有效利用率 WUE作物每消耗单位水量（mm）所能生产的产量(kg/mm)（7）蒸腾系数作物每制造 1 克干物质所蒸腾水的克数（1251000g/g）（8）蒸腾强度单位叶面积上，单位时间内的蒸腾耗水量（g/m2/hr，白天 20250g 夜 120g）（9）蒸腾效率作物每蒸腾 1kg 水所能生产干物质的克数（18克）（10）影响耗水量的因素：作物种类、作物品种、作物产量、气象因素、灌水技术、农业技术、种植制度、施肥水平、管理水平等。土壤水有效性的实
14、质：土壤植物大气连续体系（SPAC）1927 年迈耶(Veihmeyer)指出，土壤水在田持萎蔫点之间对作物是同等有效的，进一步研究提出了土壤水三种有效性大小。（如图）现在研究表明，不同土壤的上、下限并不是常数（田持也不是常数），于是人们采用能量观点来研究土壤水，用水势代替含水量，通过测定土壤水势、植物水势（根、叶）、大气水势把植物从土中吸水直至蒸发可视为这样一个过程：水从一个容量有限，水势有变化的源头（即土壤）流向一个容量几乎无限的壑（即大气）中，当植物吸水速率等于蒸腾速率，则水流继续进行着，当土壤供水不足，小于蒸腾，则植物本身失水，直至萎蔫。因此，现在研究土壤水分有效性是从“土植大气”视为
15、一个系统即“SPAC”（1966,J.R.Philip）。在这个系统中，水从水势高的地方（土）流向水势低的地方（大气），土壤饱和时，土水势为 0，随着含水量的减少，土水势以基模势为主，至田持时，m巴，萎蔫点m=-15 巴，根水势-10 -30 巴，根一叶水势差约为-10 巴，水气水势为-1000 巴。三、土壤水平衡 土壤水平衡是指在一定时间和一定体积，土壤含水量变化（末期测定值与前期测定值之差）等于土壤水的收入（来水量）与土壤水的支出（耗水量）之差。7 土壤水的收入（水收）包括：（1）降水（水降），（2）灌溉水（水灌），（3）地下水的补给，（4）其它来源的水，如水气凝结、雪水、别处流来的径流等
16、等。对一般农田来说，水收主要是水灌和水降。即：水收 水降 水灌 土壤水的支出（水支）主要包括：（1）土面蒸发（水蒸），（2）植物蒸腾（水腾），（3）渗漏（水漏），（4）地表径流（水径）等等。所以：水支 水蒸 水腾 水漏 水径 农田水量平衡研究某一期间土壤水的变量（水）即该时段中终止时与起始时土壤含水量的差值。也就是这一期间土壤水的收入支出的差。所在：水 水收 水支 即 水 水降水灌水蒸水漏水径 水为正值，表示土壤水含量增加，水为负值，表示土壤水含量减少即短缺。如果还有其它收支的水，应加入上式中。土壤水平衡，在生产实践中很有用处。1 如前期测得水重 10%，而末期测得 15%，则水=15%-10
17、%=+5%，表示土壤水增加 5%（这表明这期间有灌溉来水或是降水补给）。2计算作物的日耗水量。如某麦地灌拔节水（4 月 20 日）前，根层土壤含水量为 90 毫米，然后灌水 45 毫米。到 4 月 28 日再测定同一根层土壤的含水量为 100 毫米，假设此间灌水后既无深层渗漏，又无降水，问这一时间小麦的日耗水量（水蒸水腾）是多少？其计算方法是：（90+45-100）3 确定灌溉时间。经测定某地块作物主要根层内土壤水含量为 100毫米，其中无效水为 60 毫米，这一时期降水很水，平均为 0.6 毫米/日，作物的耗水量为 2.6 毫米/日，如果在作物吸完有效水时再灌水，问这块地的含水量最多能维持几
18、天就必须灌溉？其计算方法如下：（100-60）（2.6-0.6）=20 天 4某地种植冬小麦，初步定土壤灌水后的含水率 Bmax=24%3，计划灌水土层深度 H=，冬小麦在该期的日耗水量为 3.0 毫米，试求冬小麦的灌水定额和灌水间隔时间。（答：75mm、25 天）5某灌溉试验，某一季节的土壤和气候资料收集如下：8 水循环各个部分 处理 A B C 灌溉(毫米)I 40 280 392 降水(毫米)R 59 59 59 排水(毫米)D 18 62 91 开始时的土壤水分(毫米)S1 450 450 450 结束时的土壤水分(毫米)S2 208 206 236 径流(毫米)r 0 0 0 试求每
19、一处理的蒸散量？（答：B 处理为：521mm）6 写出北京地区春地（裸地及冬小麦地）的农田水量平衡方程式。农田水量计算复习题 一、名词解释 1.凋萎系数(萎蔫系数)2.田间持水量 3.重量含水量 4.容积含水量 5.土壤贮水量 6.土壤含水量的计算公式 7.容重 8.深层渗漏 9.临界深度 二、填空题 1土壤含水量一般是用 来表示的，它是以 为基础，而不是以 为基础。2 土壤水分实际上是指在 温度下从土壤驱逐出来的 水。3测定土壤含水量的传统方法是 。4 土壤有 效水含 量为 和 之差值。5降雨 9mm 时，则相当于 万/亩。6粘土含水量为 15%，砂土含水量为 10%，请判断水的流向 。三、
20、判断题 1降水相当于农田灌水 1 方/亩 （）2土壤有效水含量一般是粘土壤土砂土 9 （）3农田灌溉指标制度的下限为凋萎含水量，而上限则为饱和含水量 （）4烘干土即为风干土 （）5土壤有效水最大含量即为土壤有效水含量 （）四、计算题 1某土壤含水量为 200gkg-1（即：20%），若同一土层平均容重为/cm3，则容积含水量为多少？(答：26.4%)；假使耕层厚为 30cm，则每hm2地耕层内贮水量深度为多少（毫米）？（答：528mm）；若灌水至土壤饱和之后，容积含水量是多少？（答：49.8%）；耕层灌水深度为多少（mm）？（答：mm）。2某地土壤 010cm 土层含水量为 150gkg-1，
21、容重为-3，1030cm土层含水量为 250gkg-1，容重为-3。问该土壤 030cm 土层共贮水多少mm？（答：83mm）；若该土壤耕层厚 30cm，则这种土壤耕层每hm2hm2）；达田持时的灌水量又为多少？（已知田间持水量为 300gkg-1）（答：112mm/亩或 750 方公顷）。3某土壤耕层 020cm 凋萎含水量为 110gkg-1，田间持水量为280gkg-1，容重为-3，问：（1）该土壤最大有效水含量是多少 mm？（答：mm）；每 hm2多少方？（答：425 方/hm2）。（2）某时刻土壤含水量为210gkg-1，那么，土壤有效水为多少 mm？（答：mm）（3）若此时进行灌水，每 hm2需灌水多少方？（答：175 方/hm2）；(4)该土壤饱和含水量为多少？