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

2、，又稱毛管 力。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)變動于 3.75%6.5%之間4。表 1-8 土

3、壤質(zhì)地與吸濕水量的關(guān)系（華北平原）土壤質(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)

4、據(jù)提供基礎(chǔ)。膜狀水 土粒吸收完大氣里的水分子達(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?？窟@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（每小時(shí)移動動 0.20.4mm）。當(dāng)根系和膜狀水接觸時(shí)，這部分能移動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，

5、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0.060.002mm）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

6、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

7、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

8、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）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，多余的水分就會受重力的 作用，沿著土壤中的大孔隙（直徑大

9、于0.06mm）向下移動。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，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含水率和相對含水率等方法表示。（一）絕對含水率 絕對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

10、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（%） =土壤含水率（%） =98818117x 100% =-81x 100% = 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（%） 容積含水率（%） =土壤水的體積土壤體積x 100%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（

11、%） = 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100 cm3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 （x 100）土壤比重上例的土壤孔隙度=100 （ 一1 x 100 ） = 100 47.17 =

12、 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）相對含水率相對含水量是指某一時(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含水量（%） = X 100%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%,向土壤相對含水量是多少？此時(shí)土壤是否干旱？適不適宜播種？21（%

13、）土壤相對含水量（） = 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)，土壤相對含水量處于40%50%之間；相應(yīng)的，相對含水量 為 35%40%時(shí)為大旱,相對含水量小于 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

14、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

15、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)

16、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） x 1.25 x 21% = 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（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）=666.7m2x 0.5m x 21% x 1.25 = 7.4畝 （注： 1 畝 = 666.7m2）

17、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有制氧能力的 水稻等水生作物有效，而對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)土壤對水分的吸持力達(dá)到 15 個(gè)大氣壓，是

18、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0.962.75.610.113.6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

19、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x 100 （%）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、水分重x 100 （%）烘干土重土壤含水量（%土壤含水量（%）X 100 （%）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

20、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)和控制水循環(huán)過程的進(jìn)行，以 便在作物根系活動層內(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

21、向下 或向四周側(cè)向流動的過程。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,200100

22、mm/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构嗨?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,這種土壤水的運(yùn)動過程,在土層深厚、 沒有地

23、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，叫土 壤的滲漏作用，或稱重力水移動。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

24、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：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

25、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 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

26、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，水氣運(yùn)動總是由溫度高、水氣壓力大的

27、地方向溫度 低、水氣壓力小的地方運(yùn)動，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，跑墑愈厲害。在較

28、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，只能由水膜厚的地方向水膜薄的地方流動，流動速度極 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)，表土就會很快出現(xiàn)干土層，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

29、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水分的需要。 而作物所需要的水分，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

30、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是一個(gè)連續(xù)的動態(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， 總是由勢能高的地方向勢能低的地方流動的。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 莖水勢 葉 水勢，所以土壤水不斷地由土 T

31、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 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，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 勢時(shí)，土壤水進(jìn)入

32、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

33、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

34、法播種）五種類型，田 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

35、深層的氣態(tài)水，使耕作層的含水量不斷增加，一般都增加3%左右，保蓄好這 一部分水分，對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?？梢猿^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

36、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，表土水分會迅速下降，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，

37、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

38、充足的底墑。五、作物發(fā)芽、出苗對土壤水的需求 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%80%，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

39、，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；水