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： %10)%10221 gW（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。 %3.2010795水 重2土
2、壤容积含水量（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 %/%21W土壤容重自然状态下，单位体积内干土重，单：g/cm 3。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/cm 3）松紧程度孔隙度（ %）601.001.14 松 60561.141.26 适合
3、 56521.261.30 稍紧 52502 1.30 紧 50（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 1.15g/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（6.6710 6cm2）的耕层厚度为 20cm，容重为1.15g/cm3，其总重量为：6.67 106 20 1.15 = 1.5 108(g) = 150(t) = 150000kg = 3
4、0 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 0.1% = 150t 0.1% = 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
5、% = 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% = 100% （土比 重容 重1壤比重为：2.65）又如某土壤容重为 1.20，该土的总孔隙度为 = 55%，%065.2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%mHMH （）（ 水水）
6、（ 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 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 ）=
7、 666.6 米 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
8、贮水量（亩/方） = 农田贮水深32（mm）例 6：根据例 3 求例 4：农田贮水量（亩/方）= 240(mm)32= 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1.5 15 亩104指土壤含水量占田间持水量的百分数。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： %10()(%) 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： %
9、5010%241() 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 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 1.58 7.7 4.1 3.6 5.7 2.8 0.14510 1.48 9.9 6.9 3.0 4.4 2.2 0.111020 1.44 10.9 8.6 2
10、.3 3.3 3.3 0.162040 1.44 13.3 11.3 2.0 2.9 5.8 0.274060 1.44 15.1 12.6 2.5 3.6 7.2 0.346080 1.44 21.5 18.8 2.7 3.9 7.8 0.37801001.44 31.6 31.4 0.2 0.3 0.6 0.03010cm 日蒸发量：（ 0.14 + 0.11） 10 = 0.25 10 = 0.025mm080cm 日蒸发量： dm/28.0804.78.64.5.15.7. 20201 2037.34.0.014.0 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%（
11、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： mmmH 10%15.2.310)5.%16(5.320 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
12、 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
13、，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6期内，达某一产量时，单位面积上实际消耗水量（方/亩、mm） 。注： 旱地田间需（耗）水量不包
14、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/m 2/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
15、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
16、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 = -0.1 -0.3 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
17、水的收入（来水量）与土壤水的7支出（耗水量）之差。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
18、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% = + 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
19、麦的日耗水量（水 蒸 水 腾 ）是多少？其计算方法是：（90 + 45 - 100）（28 - 20）= 4.4 毫米/日 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%（占干土重百分数） ；灌水前的土壤含水量为 12%，其容重为 1.25 吨/米3，计划灌水土层
20、深度 H = 0.5 米，冬小麦在该期的日耗水量为 3.0 毫8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：处理水循环各个部分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
21、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 9。三、判断题1降水 1.5mm 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（ ）3农田灌溉指标制度的下限为凋萎含水量，而上
22、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 1.32g/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： 46.8mm） 。2某地土壤 010cm 土层含水量为 150gkg-1，容重为 1.2Mgm-3，1030cm 土层含水量为 250gkg-1，容重为 1.30Mgm-
23、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 hm2 多少方水？（答： 55.3 方/hm 2） ；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 1.25Mgm-3，问：（1）该土壤最大有效水含量是多少 mm？（答：42.5mm） ；每 hm2 多少方？（答：425 方/hm 2） 。 （2）某时刻土壤含水量为 210gkg-1，那么，土壤有效水为多少 mm？（答：25.0mm） （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？
