土壤水分是植物生活的基本條件，也是土壤的重要組成部分，在土壤肥力因素中是最為活躍的因素。“有收無收在于水，多收少收在于肥”，這說明了水在植物生產(chǎn)中的重要作用。
對植物進(jìn)行灌溉是必不可少的，水分在土壤中如何運移，對科學(xué)灌溉非常重要。下面我們以滴灌形式下水分如何運移進(jìn)行探討。
一、土壤孔隙
土壤是由固、液、氣三相構(gòu)成的多孔分散體系。土粒之間存在復(fù)雜的土壤孔隙，是液相和氣相共同存在的空間。
孔隙需按其孔徑大小及功能的不同，進(jìn)行分級。按孔徑大小及其作用可分為三類:
(1)無效孔隙?？讖皆?0.002 mm以下（接近黏粒大?。Ｊ峭寥揽紫吨凶罴?xì)微的部分，保持在此間的水分由于被土粒強烈吸附，水分移動極慢，同時植物的根與根毛均難以伸入其內(nèi)，故供水性極差（相當(dāng)于吸濕水和膜狀水，植物難以吸收）。同時，微生物也極難入侵，使該孔隙內(nèi)腐殖質(zhì)很難分解，可保存數(shù)百年以上而不能為植物利用。因此，又稱其為無效孔隙。土壤質(zhì)地越黏，土粒越分散，結(jié)構(gòu)性越差的土壤，非活性孔隙越多，無效水越多，通氣透水性極差，根系伸展困難，耕作阻力也越大。
(2)毛管孔隙?？讖綖?.02-0.002mm（接近粉粒大?。?。一般土壤孔徑小于0.06mm時，已有較明顯的毛管作用，當(dāng)孔徑為0.02-0.002mm 時，毛管作用強烈，水分易于貯存于其中，且毛管傳導(dǎo)率大，毛管中所貯水分極易被植物利用，可保證持續(xù)供水，故又稱之為貯水孔隙（毛管水是植物利用土壤水分的主要形態(tài)）。并因根毛與細(xì)菌均可在其間活動，故也有利于養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)化，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，在保證良好通氣性的前提下，毛管孔隙越多越好。（不要等到毛管水大量斷裂時，再灌溉，會影響?zhàn)B分的運移，導(dǎo)致肥料利用率下降；也不要高濃度施肥，會損傷根系）
(3)空氣孔隙?？讖酱笥?.02mm（接近砂粒大?。?。水分不受毛管力吸持作用，但受重力作用向下排出，因而成為通氣的過道。下雨或灌溉時，它可以大量吸收水分，滲水性好，但供水時間短，停止降雨或灌概后，水分不能貯存其間而讓位于空氣，成為空氣貯存地，故又稱其為空氣孔隙。其中孔徑0.3-0.2mm為大孔，排水迅速，植物根可伸入;0.2-0.02mm 為中孔，一般細(xì)根不能伸入，但根毛及某些原生動物和真菌可入內(nèi)。植物的根系也需要呼吸，所有根系通常在空氣孔隙中生長，長時間積水會使根系死亡腐爛。
不同土壤質(zhì)地，土壤孔隙度相差較大。
理想的土壤結(jié)構(gòu)中水分占到20-30%，水分主要分布在土壤的毛管孔隙中；空氣占到20-30%，土壤孔隙中水分和空氣約各占一半。
理想土壤
二、水分入滲
【概念】一般是指水自土表垂直向下進(jìn)入土壤的過程，但也不排除如溝灌中水分沿側(cè)向甚至向上進(jìn)入土壤的過程。
灌溉開始時，土壤含水量低，空氣孔隙幾乎不含水，毛管孔隙含有部分水，水分通過空氣孔隙快速進(jìn)入土壤，再通過基質(zhì)勢（在分子引力和毛管力作用下）進(jìn)入毛管孔隙。起初水分入滲速率較快，主要在基質(zhì)勢的作用下運移，隨著空氣孔隙被填滿，速率逐漸下降，接著毛管孔隙也被填充滿，在滴頭下方表層土壤形成局部的飽和水含量，入滲速率趨于穩(wěn)定，這時被稱為穩(wěn)定入滲速率（stable infiltration rate）。在水勢梯度下，不斷的向側(cè)方和下方移動。
開始土壤含水量越低，初始入滲速率越快。
土壤入滲速率隨時間變化
不同土壤質(zhì)地有效水含量及土壤入滲率
三、滴灌條件下的水分運移規(guī)律
滴灌屬于局部灌溉,其濕潤范圍小,濕潤深度淺,作物根系主要從濕潤體內(nèi)吸取水分,同時根系分布形狀又受濕潤體形狀的影響。
在單點源滴灌入滲情況下,濕潤體形狀和大小受初始含水率、土壤密度和灌水量的影響; 濕潤體的形狀近似為橢球體,濕潤鋒的水平、垂向入滲距離分別與入滲時間具有極顯著的冪函數(shù)關(guān)系。
入滲初期水分運移的主要驅(qū)動力是土壤基質(zhì)勢梯度,且在入滲初期形成地表積水,促使水平方向濕潤鋒的推進(jìn)速率大于垂向推進(jìn)速率; 隨著入滲時間的延長,重力作用驅(qū)動土壤水分運移的比例逐漸增大,此時地表積水的范圍已穩(wěn)定,從而導(dǎo)致濕潤鋒在垂直方向上的推進(jìn)速率接近甚至超過水平方向推進(jìn)速率。
滴灌入滲初期以點源入滲為主,隨著入滲時間的延長,濕潤半徑不斷增大,濕潤鋒形成交匯,滴孔附近的飽和區(qū)隨之不斷增大,且在濕潤鋒處的土壤含水率變化梯度最大。隨著距滴頭距離的增加,濕潤區(qū)土壤含水率降低。隨著入滲的進(jìn)行,濕潤體的范圍增大,在濕潤區(qū)前沿,濕潤鋒處含水率接近等于灌水前的土壤初始含水率。
試驗結(jié)果表明，濕潤體交界面處水分的水平擴散和垂直入滲速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同一時間滴頭下的速率（圖7），隨著入滲時間的延長濕潤體形狀也逐漸由橢球體向平行于毛管的帶狀分布過渡。
供水停止后,上層的水分逐漸遞減,而下層土壤的水分逐漸增加,且隨著時間的延長,水分變化的速率越來越慢。這是由于水分從濕潤層運移到干燥層后,濕潤層的水分減少,干燥層的水分增加,土壤中各個深度處的含水率趨于均勻,這使得濕干層之間的水勢梯度減小,其水力傳導(dǎo)度減小。
四、不同土壤質(zhì)地下水分運移情況
沙土：砂粒多，黏粒少，粒子間多為大孔隙，土壤通透性好，透水排水快，缺乏毛管孔隙，土壤持水量小，蓄水保水能力差。滴灌時橫向濕潤面積小，應(yīng)加大滴頭流量，或減少滴頭間距，使形成濕潤帶，避免鹽分聚集在根系區(qū)域。
壤土：土壤孔隙適宜，透氣性較好，保水保肥性較好，滴頭間距通常50cm，滴頭流量通常為2L/h，容易形成濕潤帶，適合于多數(shù)作物的種植。
粘土：土壤孔隙小，透氣性差，保水保肥性好，但容易板結(jié)，滴灌時水分難下滲，容易徑流，容易使土壤上部泥濘，下部干旱。滴頭間距應(yīng)增大，減少滴頭流量。
三種土壤濕潤體的地表濕潤距離如表2所示，在相同滴頭間距和灌水量條件下，隨著土壤種類的不同，地表濕潤體的濕潤距離從小到大依次為砂壤土、中壤土、重壤土，并且隨著滴頭流量的增加，3種土壤的地表濕潤距離均在增大。
3種土壤的入滲濕潤體沿滴灌帶方向均是交匯鋒處濕潤淺，滴頭下方濕潤深。
對于砂壤土，在相同滴頭間距和灌水量條件下，滴頭流量對濕潤體底部曲線彎曲影響不明顯，這是由于砂壤土滴灌時地表存在積水造成濕潤鋒水平運移速度快，相鄰濕潤鋒交匯程度大，使得交匯鋒處濕潤深度接近滴頭下方的濕潤深度。與砂壤土相比，在相同滴頭間距和灌水量條件下，重壤土的濕潤深度稍小，滴頭流量越小對濕潤體底部曲線彎曲影響越明顯，這是由于滴頭流量小時，地表滴水區(qū)范圍小，濕潤鋒水平運移速度慢，相鄰濕潤鋒交匯程度小。對于中壤土，情況介于砂壤土和重壤土之間。
沙壤土和中壤土在滴頭流量小時，垂直入滲深度越深，由于流量小，水平運移距離小，同樣灌溉量下，自然垂直下滲多。
垂直滴灌管方向的剖面圖在相同滴頭流量和灌水量條件下，3種土壤濕潤體在垂直滴灌帶方向的剖面(30 min)如圖2所示。隨著土壤種類的不同，濕潤體的形狀從大到小依次為砂壤土、中壤土、重壤土。這是由于隨著滴水時間的推移，土壤團粒結(jié)構(gòu)發(fā)生崩解。不同種類土壤，粘粒含量和大小孔隙存在數(shù)量和比例上的很大差別。所以，不同種類的土壤入滲能力不同，從而導(dǎo)致濕潤鋒的運移距離不同。隨著土壤粘粒的增加，土壤持水能力越強，垂直入滲速度越小，水平入滲速度增大。
濕潤鋒交匯處剖面圖在相同灌水量條件下，滴灌濕潤鋒交匯處剖面如圖3所示。由圖可知，對于砂壤土，在相同滴頭間距和灌水量條件下，由于砂壤土中水分受重力勢能影響較大，滴頭流量越大，交匯鋒處的水分主要向下運動，則交匯鋒寬度越小，垂直深度越大。對于重壤土，由于土壤水分向水平寬度方向分布，垂直入滲較慢。中壤土介于砂壤土和重壤土之間。
五、不同滴頭流量下濕潤峰的動態(tài)變化
從下圖中可以看出，滴水歷時相同時，滴頭流量越大，徑向濕潤峰距離越大；0～1 h 是徑向濕潤峰迅速增大的階段，之后濕潤峰緩慢增加。
從下圖中可以看出，滴水開始至1 h 是垂直濕潤峰迅速增加的時段，此階段不同流量滴頭的垂直濕潤峰沒顯著區(qū)別。之后不同流量滴頭的垂直濕潤峰出現(xiàn)差別，且大滴頭流量對應(yīng)大垂直濕潤峰。垂直濕潤峰隨滴水歷時的增加而呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢。
六、單滴頭和多滴頭下濕潤峰的動態(tài)變化
多滴頭等間距（d=28 cm）線性布置的徑向濕潤峰與單滴頭并沒有明顯差別。在0～4 h 內(nèi)，流量q=1.5 L/h 和q=1.7 L/h 的單滴頭的徑向濕潤峰與多滴頭差別不大，滴水歷時超過4 h后，多滴頭聯(lián)合滴水的徑向濕潤峰才開始逐步大于單滴頭。
在相同滴頭流量條件下，多滴頭聯(lián)合滴水時垂直濕潤峰在t=1 h 后明顯大于單滴頭。滴水1 h 后等間距（d=28 cm）線性布置的滴頭已屬于線源入滲條件，垂直入滲水量明顯高于點源垂直入滲水量，導(dǎo)致多滴頭等間距聯(lián)合滴水的垂直濕潤峰大于單滴頭點源入滲條件。
七、土壤水的再分布
概念：土壤水入滲過程結(jié)束后，水在重力和吸力梯度影響下在土壤中向下移動重新分布的過程。
灌溉結(jié)束后，土壤濕潤鋒面仍不斷向外部運移，土壤濕潤體不斷膨脹，這一過程大約要持續(xù)3h-5h。此后，土壤濕潤體不再擴展，土壤濕潤體的界線變得模糊，這一過程大約經(jīng)歷3-5d。最后的過程是土壤濕潤體消失，土壤水分回復(fù)到灌溉前狀況，需進(jìn)行再一次的灌溉，這一過程大約為3d左右。
滴灌條件下的土壤水分分布與降雨及漫灌等情況下的土壤水分分布大不一樣。據(jù)實測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滴灌后土壤含水率的最大值不在地表，一般在地面以下10cm左右深度處。土壤水分的再分布過程與降雨情況類同，在水分?jǐn)U散的初期階段與其潤體的濕潤鋒面擴張情況也一致。即在灌溉結(jié)束后，上部土壤水分向下部及周圍擴散，上部土壤水分含量減少，下部及周圍土壤水分含量增加，這一階段其上部大約可持續(xù)5h左右，其下部則持續(xù)的時間可更長。此后，土壤水分處短暫的平衡狀態(tài)，土壤水分的再分布過程完畢。接著土壤水分進(jìn)入蒸發(fā)階段，無論其上部土層還是其下部土層土壤含水量都逐步的減少，直至恢復(fù)到灌前狀態(tài)。
八、滴頭流量與間距的選取
滴頭流量對土壤濕潤體大小和形狀都有影響。它對濕潤寬度的影響比對濕潤深度的影響大。對于黏性土, 濕潤鋒水平推進(jìn)速率隨滴頭流量增加而增加,但垂直運動速率隨滴頭流量增加而減小 。滴頭流量越大, 土壤濕潤體越寬淺。
對砂土而言，土壤水分主要以垂直入滲為主，當(dāng)?shù)嗡窟_(dá)到4升/小時時，砂土濕潤深度可達(dá)60厘米，此時地表濕潤寬度為35厘米左右。因此，粘性土和中壤土滴頭流量不宜超過3升/小時，否則不增加入滲深度，地表形成積水。砂土地滴灌滴頭流量可選擇較大值，可取3-4升/小時。但不能太大，太大會形成徑流，深層滲漏，漏水、漏肥。
我們建議對于沙壤土地的滴灌，一次灌水時間以2～3 h為宜，不宜超過3 h，否則將出現(xiàn)深層滲透，導(dǎo)致灌溉水的無效損失而浪費。
滴頭流量趨于變小
滴頭流量選小，可增加滴灌帶、滴灌管的鋪設(shè)長度，可減少支管數(shù)量，可減少閥門數(shù)量，手動系統(tǒng)可減少管理成本，山地尤其如此。
無測試數(shù)據(jù)時，根據(jù)經(jīng)驗選取滴頭間距：
4升/小時滴頭流量時:
沙土地選 60cm
中壤土地選100cm
重壤土或粘土: 130cm
2 升/小時滴頭流量時:
沙土地選 30cm
中壤土地選60cm
重壤土或粘土: 100cm
寬行距、小株距作物滴灌，必須形成連續(xù)濕潤帶。密植作物滴灌，必須全面積濕潤。
九、施肥對土壤水分下滲量的影響
施用磷能增加下滲水?dāng)?shù)量，原因是由于磷的磷酸根離子對粘粒邊緣上的OH-的置換使土壤顆粒團聚, 土粒團聚的結(jié)果使粒徑增大, 大孔隙數(shù)量增加, 進(jìn)而使淋洗液的數(shù)量增加。
施用氮減少淋洗液數(shù)量是由于氮( 尿素) 施入土壤, 經(jīng)十幾天后轉(zhuǎn)化為NO3- , 由于土壤膠體以帶負(fù)電荷為主, NO3-濃度的增加必然使土壤顆粒的分散度增加, 使土壤小孔隙的比例增加, 進(jìn)而使淋洗液數(shù)量減少。有研究表明單施氮使土壤比表面增加, <0.001 mm 顆粒含量增加, 1 ～ 0.25 mm 團聚體含量大幅度減少, 由于<0.001 mm 顆粒主要是有機膠粒、無機膠粒和有機無機復(fù)合體, 這一級顆粒在水中呈懸濁狀態(tài), 粘著性大, 透水性低, 使土壤毛管水移動極慢, 而1 ～ 0.25 mm 團粒吸收水分的作用較小, 但釋放水分的能力較強。這一研究結(jié)果進(jìn)一步說明施用氮使土壤細(xì)顆粒部分增加, 比表面增加, 團粒結(jié)構(gòu)減少, 也是土壤下滲水量減少的原因。
適量施用氮能夠減少土壤下滲水總量, 單施磷增加了土壤的下滲水總量, 過量施用氮土壤下滲水總量減少, 過量施用磷土壤下滲水總量增加, 氮磷相比較, 氮對下滲水量起決定作用。氮磷肥對下滲水累積量存在交互作用, 隨著施氮水平的增加, 磷對土壤下滲水量的增加作用更加明顯。隨著磷用量的增加, 氮對土壤下滲水累積量的作用減弱。施用有機物料后氮對下滲水累積量的減小幅度變小, 而磷對土壤下滲水累積量的增加幅度變大。
十、灌溉后的土壤表面蒸發(fā)
土面蒸發(fā)過程區(qū)分為三個階段。
（一）大氣蒸發(fā)力控制階段
穩(wěn)定蒸發(fā)階段蒸發(fā)強度的大小主要由大氣蒸發(fā)能力決定，可近似為水面蒸發(fā)強度E0。此階段含水率的下限，一般認(rèn)為該值相當(dāng)于毛管水?dāng)嗔蚜康暮?，或田間持水量的50-70%。（通常說一個地區(qū)的蒸發(fā)量大于降水量，蒸發(fā)量指的是水面蒸發(fā)量，和土壤實際蒸發(fā)量是有區(qū)別的）
（二）表土蒸發(fā)強度隨含水率變化的階段
蒸發(fā)速率急劇降低，有利于土壤墑情的保持。
（三）水汽擴散階段
土壤輸水能力極弱，不能補充表土蒸發(fā)損失的水分，土壤表面形成干土層。在此階段，蒸發(fā)面不是在地表，而是在土壤內(nèi)部，蒸發(fā)強度的大小主要由干土層內(nèi)水汽擴散的能力控制，并取決于干土層厚度，一般來說，其變化速率十分緩慢而且穩(wěn)定。
土壤保墑措施在第一階段進(jìn)行效果最佳；第二階段次之?？梢圆捎冒砘蛞归g灌溉，減少蒸發(fā)，增加表面水分的下滲時間；表面鋪設(shè)保水性差的材料，例如沙子，使表土蒸發(fā)很快進(jìn)入第二階段；濕潤的面積和作物冠層相匹配，減少濕潤區(qū)域的陽光直射。
