灌排新的技術(shù)常見問題解答

1、灌溉排水新技術(shù)百問百答第一期）編者的話為了幫助做好中央廣播電視大學(xué)水利水電工程專業(yè) “灌溉排水新 技術(shù)”課程的教學(xué)工作，我們編寫了這份課程輔導(dǎo)材料，供學(xué)員和輔 導(dǎo)教師參考。材料采用問答方式，對課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容作了講解和提示。 課程輔導(dǎo)材料按照文字教材各章的順序編寫， 依課程進(jìn)度分為十 期發(fā)布，其中第一期對應(yīng)于文字教材緒論和第 1 章，第二期對應(yīng)文字 教材第 2 章，第三期和第四期對應(yīng)文字教材第 3 章，第五期第十期 分別對應(yīng)于文字教材的第 4 章至第 9 章。緒論1、今后世界灌溉發(fā)展的趨勢是什么？ 據(jù)預(yù)測，全世界人口到本世紀(jì)中葉，將增加 47%，而耕地只能增 加 4% ，為滿足未來對糧食

2、的需求，主要靠提高單位面積產(chǎn)量，因此， 發(fā)展灌溉仍將是今后發(fā)展農(nóng)業(yè)的重要措施之一。 今后世界灌溉發(fā)展的 趨勢是： 灌溉方面仍將以地面灌溉為主，噴灌、微灌等現(xiàn)代灌溉將有較大的發(fā)展； 為緩解水資源緊缺狀況，提高灌溉水的利用系數(shù)，管道輸水、 渠道防滲、 污水灌溉、雨水利用等可持續(xù)灌溉農(nóng)業(yè)和科學(xué)的灌溉方法 以及節(jié)水灌溉技術(shù)將日益發(fā)展； 改進(jìn)農(nóng)田水土管理，提高自動(dòng)控制技術(shù)； 激光平地技術(shù)、 紅外線遙測、遙控等新技術(shù)將廣泛地得到應(yīng)用。2、灌溉排水新技術(shù)的主要研究內(nèi)容有哪些？ 灌溉排水的基本任務(wù)是研究技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理的各種工程 技術(shù)措施， 調(diào)節(jié)和改變土壤水分狀況和有關(guān)地區(qū)水情的變化規(guī)律、 消 除水旱災(zāi)

3、害和高效利用水資源， 促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定的發(fā)展。 灌溉排水 新技術(shù)主要研究以下一些基本內(nèi)容。 土壤水分、鹽分的運(yùn)移規(guī)律，探求作物生長與土壤水分狀況、 鹽分狀況之間的內(nèi)在聯(lián)系； 作物水分生產(chǎn)函數(shù)及其變化規(guī)律； 作物傳統(tǒng)灌溉制度和非充分灌溉原理； 現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)的理論與設(shè)計(jì)方法； 低洼易澇區(qū)治理和鹽堿地改良的基本原理和工程技術(shù)措施； 灌區(qū)水資源優(yōu)化管理的基本原理和計(jì)算方法； 灌溉管理理論、配水原理和計(jì)算方法； 灌區(qū)現(xiàn)代化管理理論及計(jì)算機(jī)在灌排管理現(xiàn)代化中的應(yīng)用。第 1 章 水分與作物3、水對作物的生理作用主要表現(xiàn)在哪些方面？ 水是原生質(zhì)的主要成分。細(xì)胞作為植物的結(jié)構(gòu)單位及功能單位， 是由細(xì)胞壁和原

4、生質(zhì)體組成。 原生質(zhì)體外面是質(zhì)膜， 里面是無數(shù)顆粒 狀和膜狀的內(nèi)容物浸埋在襯質(zhì)中。 原生質(zhì)含水量一般在 80%以上才可 以保持溶膠狀態(tài)， 以保證各種生理生化過程的進(jìn)行。 如果含水量減少， 原生質(zhì)由溶膠狀態(tài)變成凝膠狀態(tài)， 細(xì)胞生命活動(dòng)將大大減緩 （例如休 眠種子）。如果原生質(zhì)失水過多，就會引起生物膠體的破壞，導(dǎo)致細(xì) 胞的死亡。 另外，細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)等生物大分子表面存在大量的親水 基團(tuán)，吸引著大量的水分子形成一種水膜， 正是由于這些水分子層的 存在，維系著膜分子以及其它生物大分子的正常結(jié)構(gòu)。水對作物的生理作用，主要表現(xiàn)在以下 5 個(gè)方面： 細(xì)胞原生質(zhì)的重要成分： 原生質(zhì)是細(xì)胞的主體， 很多生理過程

5、 都在原生質(zhì)中進(jìn)行。 在正常情況下， 原生質(zhì)內(nèi)含水量為 80以上。 如 果水分不足，原生質(zhì)內(nèi)的生理活動(dòng)便會減弱，甚至停止。 光合作用的重要原料： 作物在生長發(fā)育過程中， 能利用葉綠素 吸收太陽的能量，同二氧化碳和水， 制造出有機(jī)質(zhì)，這就是光合作用。 光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)主要是碳水化合物（糖、淀粉等） 。在光合 作用中，水是不可缺少的原料 ,水分不足，就會使光合作用受到抑制。 一切生化反應(yīng)的介質(zhì)：例如 CO2 進(jìn)入葉部后，只有溶于細(xì)胞 液轉(zhuǎn)成液相，才能參與光合作用。 各種有機(jī)質(zhì)的合成與分解也必須以 水為介質(zhì)，在水的參與下才能進(jìn)行。 溶解和輸送養(yǎng)分：作物所需的礦質(zhì)養(yǎng)分必須溶解于水中才能被 利用；

6、各種有機(jī)質(zhì)也只有溶于水才能輸送至植物的各個(gè)部位。 保持作物體處于一定形態(tài)： 作物體內(nèi)水分充足時(shí)， 細(xì)胞常保持 數(shù)個(gè)大氣壓的膨壓以維持細(xì)胞及作物的形態(tài)，使正常的生長、 生理活 動(dòng)得以進(jìn)行。例如，使葉片展開，以接受陽光和交換氣體；使根尖具 有剛性，能夠伸入土壤，使花朵開放，便于授粉等。4、水對作物的生態(tài)作用有哪些？作物從種子發(fā)芽到新種子成熟的一生中，其生長發(fā)育狀態(tài)與水有著十分密切的關(guān)系。 大多數(shù)休眠種子必須吸收足夠的水分才能恢復(fù)生 命活動(dòng)。種子萌發(fā)需要更多的水分使種皮軟化， 氧氣透入，呼吸加強(qiáng)。 同時(shí)水分能使種子內(nèi)凝膠狀態(tài)的原生質(zhì)向溶膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變， 使生理活性 增強(qiáng)，促進(jìn)種子萌發(fā)。土壤含水量的多少，

7、直接影響根系的發(fā)育。當(dāng)土壤含水量降低到 田間持水量以下時(shí)，根系生長速度顯著增快，根冠比率相應(yīng)增大。在 土壤較干的地方， 根系往往較發(fā)達(dá)， 主要的長度可比地上部分的高度 大幾倍甚至十幾倍， 并且根系擴(kuò)展的范圍廣， 以吸收更大范圍的土壤 水分。水稻在長期淹水、氧氣缺乏的土壤中，一般多長出生命力弱的 黃根，甚至出現(xiàn)很多黑根，而在水、氣較協(xié)調(diào)的稻田中，則能長出一 些生命力強(qiáng)的白根。土壤水分狀況也明顯地影響作物莖葉的生長。 當(dāng)土壤水分缺乏時(shí)， 莖葉生長緩慢， 水分過多時(shí)往往使作物莖稈細(xì)長柔弱， 后期容易倒伏。水分對作物生長有一個(gè)最高、最適和最低的基點(diǎn)。低于最低點(diǎn)， 作物生長停止，甚至枯死。高于最高點(diǎn)，根

8、系缺氧、窒息、爛根，植 株生長困難甚至死亡。 只有處于最適范圍內(nèi)， 才能維持作物的水分平 衡，保證作物生長發(fā)育良好。土壤含水量對各種生理活動(dòng)的影響是不一致的。大多數(shù)作物的生 長最適含水量較高， 蒸騰最適土壤含水量較低， 而同化的最適含水量 則更低。所以當(dāng)土壤有效水分減少時(shí)，對生長的影響最大，其次是蒸 騰，再次是同化。實(shí)驗(yàn)表明，在作物萎蔫前蒸騰量減少到正常的 65， 同化減少到 55，而此時(shí)呼吸卻增加 62%，從而導(dǎo)致生長基本停止。土壤含水量還影響作物的產(chǎn)品質(zhì)量。作物氮素和蛋白質(zhì)含量與土 壤含水量有直接關(guān)系。以小麥為例，在生長期土壤含水量較小時(shí)，小 麥的氮素和蛋白質(zhì)含量都有所增加，說明在大陸性氣

9、候的少雨地區(qū)， 有利于氮和蛋白質(zhì)的形成和積累。碳水化合物和土壤含水量的關(guān)系與蛋白質(zhì)不同。土壤含水量減少 時(shí)，淀粉含量相應(yīng)減少， 同時(shí)木質(zhì)素和半纖維有所增加， 纖維素不變， 果膠質(zhì)則減少。脂肪含量與蛋白質(zhì)的含量相反，土壤含水量增高時(shí)，脂肪含量和 油的碘價(jià)（每一百克植物油因其所含不飽和脂肪酸的種類多寡不同所 吸收碘的克數(shù)。碘價(jià)高則油質(zhì)好。 ）都有增高的趨勢。纖維作物的纖維似乎也是在較干旱的環(huán)境下才比較發(fā)達(dá)。棉花和 黃麻最適生長的土壤水分比纖維發(fā)育的最適水分要高。 在土壤含水量 較低的情況下，作物的導(dǎo)管發(fā)達(dá)。輸導(dǎo)組織充實(shí)，纖維質(zhì)量好。5、如何衡量作物蒸騰作用的強(qiáng)弱？ 衡量作物蒸騰強(qiáng)弱的表示方法有以下

10、三種方法： 蒸騰速率。是指作物在一定時(shí)間內(nèi)單位葉面面積蒸騰的水量， 一般用每小時(shí)每平方分米葉面蒸騰水量的克數(shù)表示。 通常白天的葉面 積蒸騰速率為 0.52.5g/（hdm2）；晚上在 0.1g/（h dm2）以下。 蒸騰系數(shù)。作物制造 1 克干物質(zhì)所需要的水分克數(shù)。 大部分作 物的蒸騰系數(shù)為 100500g/g。例如：小麥為 257774g/g；玉米為 174406g/g；水稻為 211 300g/g。作物蒸騰系數(shù)越大 ,其利用水分的 效率越低。 蒸騰效率。 作物每消耗 1kg 水所形式的干物質(zhì)克數(shù)， 大部分作 物的蒸騰效率是 2 10g/kg。蒸騰效率是蒸騰系數(shù)的倒數(shù)。6、如何理解土壤作物大

11、氣連續(xù)體（SPAC ）的水分運(yùn)動(dòng)？水分經(jīng)由土壤到達(dá)植物根系、進(jìn)入根系、通過細(xì)胞傳輸，進(jìn)入植 物莖，由植物木質(zhì)部到達(dá)葉片，再由葉氣孔擴(kuò)散到寧靜空氣層，最后 參與大氣的湍流交換。 這樣一個(gè)過程形成了一個(gè)統(tǒng)一的、 動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)， 即土壤作物大氣連續(xù)體（ Soil-Plant-Atmosphere Continuum，簡 稱 SPAC ）。菲利普（Philip ，1966 ）提出了系統(tǒng)的、較完整的關(guān)于 SPAC 的概念：認(rèn)為盡管介質(zhì)不同，界面不一，但在物理上都是一個(gè)統(tǒng)一的 連續(xù)體，水在該系統(tǒng)中的各種流動(dòng)過程就像鏈環(huán)一樣，互相銜接，而 且完全可以應(yīng)用統(tǒng)一的能量指標(biāo) “水勢” 來定量研究整個(gè)系統(tǒng)中各 個(gè)環(huán)節(jié)

12、能量水平的變化，并計(jì)算出水分通量?，F(xiàn)代農(nóng)田水分循環(huán)與水分平衡的研究是以連續(xù)的、系統(tǒng)的、動(dòng)態(tài) 的觀點(diǎn)和定量的方法為基礎(chǔ)的。即把土壤、植物、大氣作為一個(gè)物理 上的連續(xù)體，研究田間水分的循環(huán)過程和規(guī)律， 以及與農(nóng)田能量平衡 和轉(zhuǎn)化間的關(guān)系，揭示田間水循環(huán)工程的各個(gè)方面， 探討以土壤水和 作物關(guān)系為中心的農(nóng)田水分調(diào)控機(jī)理。在 SPAC 中，水分運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是水勢梯度，即從水勢高處向水 勢低處流動(dòng)，其流動(dòng)速度和水勢梯度成正比，與水流阻力成反比。象電容器一樣，水貯存在薄壁組織細(xì)胞中用于補(bǔ)充蒸騰喪失的水 分。在葉片和莖的薄壁組織細(xì)胞中的水量很大， 系統(tǒng)中任何部分單位 水勢變化所引起的細(xì)胞組織內(nèi)含水量 （ W

13、 ）的變化被定義為水容。 但 SPAC 中的水流過程是十分復(fù)雜的，在實(shí)際流動(dòng)過程中各點(diǎn)的流速是 不相等的， 即使在葉片也會因?yàn)椴课徊煌谌~尖、 葉中和葉基部有 不同的蒸騰速率，各個(gè)部分的含水量也不同而且隨時(shí)間產(chǎn)生變化。SPAC 中的水流阻力包括土壤阻力、土根接觸阻力、根系吸收阻 力、莖內(nèi)和枝條的木質(zhì)部阻力、 葉肉阻力和葉片氣孔阻力以及空氣邊 界層阻力。 SPAC 中主要的水流阻力發(fā)生在水分進(jìn)入植物根系和離開 植株葉片這兩個(gè)部分。植物根系吸收阻力和葉氣孔阻力是決定 SPAC 中液態(tài)水流與氣態(tài)水?dāng)U散的控制因素。7、如何讓對土壤水進(jìn)行分類？ 根據(jù)作用力的類型和被作物利用的難易程度，常把土壤水中的液

14、 態(tài)水劃分為以下幾種類型： 吸濕水與膜狀水（束縛水）由于土粒表面具有很大的吸附力，膠粒表面還有電場力和吸附離 子的水合力，故當(dāng)其與氣態(tài)水和液態(tài)水接觸時(shí)， 即可在其表面吸持水 分子而形成一定厚度的水膜。 根據(jù)膜內(nèi)水分子受力的強(qiáng)弱， 又可分為 吸濕水和膜狀水。 毛管水 當(dāng)土壤孔隙小到足以產(chǎn)生液氣界面的凹形彎月面時(shí)，便會發(fā)生 毛管現(xiàn)象。存在于毛細(xì)管中的水，稱為毛管水。它能抗拒重力作用而 不流失。毛管水所受的吸持力遠(yuǎn)小于植物根系的吸水力， 因而可全部 被吸收利用。同時(shí)，它的移動(dòng)速度也快于膜狀水。按照根系分布土層中的毛管水與地下水的關(guān)系，可將毛管水分為 兩種：若地形部位較高，地下水埋藏較深，根系分布層中

15、毛管水主要 來自降水或灌溉，而與地下水毫無聯(lián)系， 這種毛管水稱為毛管懸著水。 如果地下水埋藏較淺， 可借毛管作用上升至根區(qū)的水， 稱為毛管上升 水。毛管懸著水的最大含量，稱田間持水量，而毛管上升水的最大含 量，則稱為毛管持水量。 重力水 超過田間持水量的水分由于不能為毛管力保持，在重力作用下， 沿著土壤中大孔隙向下滲透至根區(qū)以下， 這種水分叫做重力水。 由于 它在根系分布層停留時(shí)間很短，所以對植物的吸收利用并無多大意 義。當(dāng)土壤全部孔隙都為水分所充滿時(shí)，土壤便處于水分飽和狀態(tài)， 這時(shí)土壤的含水量稱為飽和含水量或全持水量。8、何謂土壤水分的有效性？處于有效水上下限 之間的水分是否具有同等的有效性

16、？土壤水分的有效性是指土壤水分是否能被作物利用及其被利用 的難易程度。土壤水分有效性的高低，主要取決于它存在的形態(tài)、性質(zhì)和數(shù)量， 以及作物吸水力與土壤持水力之差。 傳統(tǒng)上認(rèn)為凋萎系數(shù) 是土壤中有效水的下限，田間持水量則是其上限，所以土壤最大有效水貯量 （%）= 田間持水量 （%） 凋萎系數(shù)（%） 土壤有效水貯量 （%）= 土壤自然含水量 （%） 凋萎系數(shù) （%） 土壤最大有效水貯量，受質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、容重和有機(jī)質(zhì)含量等的影 響。在有機(jī)質(zhì)含量低的土壤中，決定因素是土壤質(zhì)地。一般壤質(zhì)土的 有效含水量最多，砂質(zhì)土含量最少。質(zhì)地粘重，結(jié)構(gòu)不良的粘質(zhì)土， 其田間持水量雖高，但因其凋萎系數(shù)亦高，故有效水的含量

17、并不高。 處于有效水上下限之間的水分有效性是不同的， 被植物的利用有難易 區(qū)別，愈靠近凋萎系數(shù)（有效水下限）的水，則愈難吸收，有效性越 低；反之，愈靠近田間持水率（有效水上限）的水，則愈容易吸收， 有效性越高。9、土壤含水量有哪些表示方法？如何計(jì)算？ 自然條件下土壤保持的水分?jǐn)?shù)量，稱為土壤含水量或土壤濕度， 北方地區(qū)俗稱“墑”，其表示方法有以下幾種。（1）重量百分率（ W 水重 %，也稱絕對含水量）：指土壤中含水 的重量占絕對干土重的百分?jǐn)?shù)。如從田間采回的濕土重用 W 1表示， 在 105110烘干后的重量以 W 表示，那么W1 WW水重 %100%W（2）容積百分率（ W 水容 %） ：指土

18、壤水的容積占土壤容積 的百分?jǐn)?shù)， 它表明土壤水分在孔隙中充滿的程度。 在常溫下水的密度 約為 1g/cm3，水的重量值與容量值相當(dāng)，于是：W水容%V水V土壤100%W水/1W干土/W100W水 100% WW干土W水重 % W土壤孔隙度減去水容 %，便是土壤空氣所占的容積百分?jǐn)?shù)。（3）相對含水量：在農(nóng)田水量計(jì)算中，常用土壤自然含水量占 田間持水量或全持水量的百分?jǐn)?shù)來表示土壤水的相對含量。土壤含水量旱地土壤的相對含水量 （%） 土壤含水量 100%田間含水量土壤含水量水田土壤的相對含水量 （%） 土壤含水量 100%全持水量（4）土壤水貯量 ：指一定厚度土層內(nèi)水分的總貯量。為與氣象 資料比較，常用 mm 表示，即相當(dāng)于一定面積和土層厚度內(nèi)有多少mm 厚的水層，其計(jì)算公式為：mm面積 土層厚度（ cm） W水重 % W面積11W水重土層厚度（ cm）10 W100W水重土層厚度（ cm）W105）土壤水飽和度 （%）： 指土壤水分體積占土壤孔隙容積的百分?jǐn)?shù)，即飽和度（ %）土壤水分體積土壤孔隙容積100%10、何謂土壤水分特征曲線？有何特點(diǎn)？土壤水吸力或土水勢 （通常為基質(zhì)勢）是隨土壤含水量而變化的， 其關(guān)系曲線稱為土壤水分特征曲線或土壤持水曲線。隨土壤含水率的降低，土壤基質(zhì)勢呈較大下降（土壤水吸力負(fù) 值），這表明區(qū)間土壤水分對作物利用并非同等有效。土壤質(zhì)地