土壤水分空氣和熱量狀況1

1、第六章第六章 土壤水分、空氣和熱量狀況土壤水分、空氣和熱量狀況 所有的水只有進(jìn)入土壤轉(zhuǎn)化為土壤水，才有利于植物吸收利用。土壤水是作物吸水的最主要來源。p 土壤水是土壤的最重要組成部分之一。土壤水是土壤的最重要組成部分之一。p 土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑；土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑； p 土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實(shí)際土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實(shí)際 上是指在上是指在105溫度下從土壤中驅(qū)逐出來的水。溫度下從土壤中驅(qū)逐出來的水。第一節(jié) 土壤水分 水分進(jìn)入土壤后，受三種力的作用被保持在土壤中： 一是土粒和水界面上的吸附力 二是水和空氣界面上的彎月面力 三是地心引力（重力）

2、 土粒和水界面上的吸附力由兩種力所組成：土粒和水界面上的吸附力由兩種力所組成： 一是水分子與土粒間的分子吸力：包括固相表面剩余表面能對鄰近水分子的作用、范德華力、氫鍵。 二是膠體表面對極性水分子的靜電引力。 兩種力作用的結(jié)果，使水分子牢固地被吸附在土壤顆粒的表面上。一、土壤水分的保持和類型一、土壤水分的保持和類型1. 土壤水的保持土壤水的保持 水和空氣界面上的彎月面力水和空氣界面上的彎月面力 水進(jìn)入土壤，土粒對水分子的吸附力超過水分子之間的吸力，因而在土粒構(gòu)成的毛管孔隙中形成凹形彎月面，彎月面使液面產(chǎn)生壓力差，形成彎月面力。彎月面力（t）的大小與曲率半徑（r）和水的表面張力（）及濕潤角（）的關(guān)

3、系是：rtrtrt20cos2如果 濕潤角rtr2、土壤水的類型和性質(zhì)、土壤水的類型和性質(zhì) 水分進(jìn)入土壤后，受土粒吸附力、彎月面力和重力吸附力、彎月面力和重力的作用，或保持在土壤中，或發(fā)生滲透流出土體。由于土壤水分受到不同類型和大小力的作用，反映出不同的水分性質(zhì)，依據(jù)水分在土壤中存在的形態(tài)，可將土壤分為吸濕水、膜狀水、毛管水和重力水吸濕水、膜狀水、毛管水和重力水。（1 1）吸濕水）吸濕水 干土從空氣中吸著水汽所保持的水稱為吸濕水。吸濕水達(dá)最大量時的土壤含水量百分?jǐn)?shù)，稱為最大吸濕量或吸濕系數(shù)。 為什么土壤有吸收水汽的“力”: 分子吸力表面能 靜電引力電荷土土粒粒hhhhhhhhhhhhhh最大吸

4、濕量hhhhhh土土粒粒hhhhhhhhhhhhhh最大吸濕量hhhhhh109 pa (1萬大氣壓) 3106 pa (31大氣壓) 土壤吸濕水所受吸力？土壤吸濕水所受吸力？影響吸濕水的數(shù)量的因素：影響吸濕水的數(shù)量的因素：u質(zhì)地質(zhì)地比表面比表面u有機(jī)質(zhì)數(shù)量有機(jī)質(zhì)數(shù)量沙土0.510gkg-1 (0.5-1%)壤土2050gkg-1 (2-5%)粘土5065gkg-1 (5-6.6%)腐殖土120200gkg-1 (12-20%吸濕水的性質(zhì)： 密度大，溶解性差，冰點(diǎn)低，無移動（2 2）膜狀水）膜狀水膜狀水的保持力膜狀水的保持力：為土粒吸附最大吸濕量后所剩余的分子引力，它不能吸附 吸濕水層外動能較

5、大的水汽分子，但能吸附動能較小的液 態(tài)水分子。因此，水分子所受吸力比吸濕水小，一般在 31066105 pa左右。膜狀水膜狀水：土粒與液態(tài)水接觸時，被吸附在吸濕水膜之外的水分。土土粒粒hhhhhhhhhhhhhh最大吸濕量hhhhhhhhhhhhhhhhhh最大分子持水量3106 pa (31大氣壓) 6.2105 pa (6.2大氣壓) 15105 pa (15大氣壓) 植物可吸收膜狀水的性質(zhì)：同液態(tài)水相似，但粘滯性較高，密度在1.25gcm-3），溶 解能力較小，移動慢（一般在0.20.4mmh-1），只能從 水膜厚處向水膜薄處移動，作物根毛與它接觸時才能被吸 收，遠(yuǎn)不能滿足根系大量吸水需

6、求。 最大分子持水量：膜狀水達(dá)到最大量時的土壤含水量百分?jǐn)?shù)稱為最大分 子持水量。一般為最大吸濕量的24倍。膜狀水示意圖永久萎蔫點(diǎn)：膜狀水部分可被作物利用，但由于移動很慢，補(bǔ)充不及時，在 可利用水還未消耗完前，作物就會因膜狀水補(bǔ)給不及而萎蔫。 當(dāng)作物呈現(xiàn)永久萎蔫時的土壤含水量稱為永久萎蔫點(diǎn)（或稱萎 蔫濕度、臨界水分）。 粗砂土細(xì)砂土砂質(zhì)壤土壤土粘壤土水稻小麥玉米高粱豌豆番茄9.68.810.79.410.211.127333136333359636559596910110399100124117130145155144166153表表61 各種作物的土壤萎蔫含水量各種作物的土壤萎蔫含水量(gkg

7、-1)生育期土層(cm)質(zhì)地萎蔫含水量苗期拔節(jié)期抽雄期020050050輕壤中壤輕壤中壤輕壤中壤4070501005090表表62 玉米不同生育期的土壤萎蔫含水量玉米不同生育期的土壤萎蔫含水量(gkg-1)毛管水的特點(diǎn)：毛管水的特點(diǎn)： 第一，它是既能被土壤保持又能被作物利用的有效水分。所受引力為7.9102pa6105pa，比作物根的吸水力（1.5106pa）小。 第二，有溶解養(yǎng)分的能力，能在毛管力作用下，向各個方向移動，且速度快（1030mmh-1），可迅速將養(yǎng)分輸送到作物根部。 （3 3）毛管水）毛管水毛管水毛管水：在毛管力作用下，保存于土壤毛管孔隙中的水分。 根據(jù)毛管水是否與地下水銜接，

8、可將毛管水分為根據(jù)毛管水是否與地下水銜接，可將毛管水分為毛管上升水毛管上升水和和毛毛管懸著水管懸著水兩類。兩類。毛管上升水：毛管上升水： 與地下水相連，由地下水補(bǔ)給的毛管水為毛管上升水。毛管上升水上升高度（h）服從茹林公式：cm0.15rh 此式表明：孔徑愈細(xì)，水分上升愈高，孔徑愈粗，水分上升愈低。 例如：當(dāng)r = 0.1cm時 h = 0.15/0.1 = 1.5cm； 當(dāng)r =0.00015cm時， h = 0.15/0.00015 = 1000cm = 10 m。(式中：r為孔隙半徑，單位為cm) 毛管水上升高度在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有重要意義。與地下水能否供給作物利用和土壤鹽漬化有關(guān)。在地下水位

9、13m的情況下，毛管上升水是供給植物的主要水分。當(dāng)?shù)叵滤贿_(dá)到臨界深度（引起土壤表層開始鹽漬化的地下水埋藏深度）時，在干旱和半干旱的地區(qū)可能有鹽漬化的危險。 毛管上升水達(dá)到最大量時的土壤含水量稱毛管持水量或持水當(dāng)量毛管持水量或持水當(dāng)量。 土土 粒粒毛管上升水示意圖地下水位田間持水量的意義：田間持水量的意義：田間持水量是土壤在田間條件下所能保持的最大水量（但一般略低于毛管持水量），是直接關(guān)系到作物的生長發(fā)育有效水量。 田間持水量是是一個相對穩(wěn)定的水分常數(shù)。它不同與土壤自然含水量，后者是土壤的實(shí)際含水量，是隨時變化而變化的，不是常數(shù)。田間持水量可作為土壤灌水定額的最高指標(biāo)，用簡式表示： 灌水定額

10、= 田間持水量 灌水前土壤實(shí)際含水量 + 灌水期間水分的蒸發(fā)量和渠道滲漏損失量。毛管懸著水毛管懸著水 借助于毛管力保持在上層土壤毛管孔隙中的水分，它與來自地下水并不相連，好像懸掛在上層土壤中一樣，故稱之為毛管懸著水。土土 粒粒毛毛管管懸懸著著水水示示意意圖圖 當(dāng)毛管懸著水達(dá)到最大量時的土壤含水量，稱為田間持水量。田間持水量。在數(shù)量上它包括吸濕水、膜狀水和毛管懸著水。影響田間持水量的大小的因素主要有：質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、松緊狀況等。當(dāng)土壤含水量降低到一定程度時，較粗毛管中懸著水的連續(xù)狀態(tài)出現(xiàn)斷裂，蒸發(fā)速率明顯降低，此時土壤含水量稱為毛管水?dāng)嗔蚜棵芩當(dāng)嗔蚜?。大約相當(dāng)于該土壤田間持水量的75左

11、右。（4 4）重力水）重力水 當(dāng)進(jìn)入土壤中的水分超過毛管力保持的田間持水量時，多余的水分受重力作用沿非毛管孔隙向下移動，這種受重力作用，能夠從土壤中排除出去的水分叫重力水重力水。 重力水的意義：重力水的意義： 在水田，重力水是水稻的有效水分，但需經(jīng)常排水換氣。 在旱田，重力水雖可為作物利用，但長期滯留土壤中會妨礙通氣，迅速滲漏又易造成養(yǎng)分流失，所以重力水經(jīng)常是多余水分。 當(dāng)土壤孔隙全部被水分充滿時的土壤含水量稱為飽和含水量或全蓄水量飽和含水量或全蓄水量?？勺鳛橥寥廊菟芰蚪邓疂B透量的指標(biāo)。在水田可作為計算灌水量的依據(jù)。二、土壤水分含量的有效性二、土壤水分含量的有效性 1.1. 土壤含水量的表

12、示方法 (1) 重量含水量（質(zhì)量含水量） 指單位重量的烘干土中水分含量的百分?jǐn)?shù)。單位為gkg-1，常用符號m表示。 (kg) 烘干土重(g)水重土壤重量含水量(gkg-1) = m = (2) 容積含水量 單位容積的土壤中, 水分容積所占的百分?jǐn)?shù)，無量綱，常用符號v表示。土壤容積含水量() = v =%1001000/1)k(1)(%100容重烘干土重水分重土壤容積水分容積gg =重量含水量（gkg-1） 1/1000 100% 容重 (3)3)水層厚度（水層厚度（mmmm） 為了便于和大氣降水、蒸發(fā)和作物耗水量之間進(jìn)行比較，土壤貯水量常用mm水層深度表示。水層厚度（水mm）= 土層深度（mm

13、） 土壤容積含水量() = 土層深度（mm） 土壤含水量（gkg-1） 1/1000 容重 為了和灌水、排水、計算灌水量一致，常用m3畝或噸畝來表示土壤中的含水量： 土壤貯水量（m3畝）= 水層厚度（mm） 1/1000 2000/3 = 2/3水層（mm） （式中 1/1000是將 mm變成 m ，2000/3是一畝地面積 666.7m2） (4)4)水的體積（水的體積（m m3 3） (5)5)相對含水量相對含水量 指土壤的實(shí)際含水量占田間持水量或飽和含水量的百分?jǐn)?shù)。%100飽和含水量自然含水量相對含水量（%）= %100田間含水量自然含水量相對含水量（%）= 一般農(nóng)作物適宜的相對含水量為

14、田間持水量的7080。以飽和含水量表示的相對含水量，多用于水利部門，在研究土壤微生物時也能用到它。2、土壤含水量的測定方法烘干法 有經(jīng)典烘干法（105110下烘68h）和快速烘干法（紅外線烘干法、微波爐烘干法、酒精燃燒法等）。 (2) 中子法圖圖6-5 中子儀工作原理中子儀工作原理 此法是把一個快速中子源和慢中子探測器置于套管中，埋入土內(nèi)。中子源（如鐳、镅、鈹）以很高速度放射出快中子，當(dāng)它們與水中的氫原子碰撞時，就會改變運(yùn)動方向，失去部分能量而變成慢中子。土壤水愈多，產(chǎn)生的慢中子就愈多。慢中子被探測器量出，經(jīng)過校正可求出土壤水的含量。此法雖較精確，但只能測出較深土層中的水，不能用于表土含水量測

15、定。 tdr系統(tǒng)類似一個短波雷達(dá)系統(tǒng)。依據(jù)電磁波理論，電磁脈沖在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時，其傳播速度與介質(zhì)的介電常數(shù)的平方根成反比。 一般土壤中，土粒和空氣的介電常數(shù)均較低（分別約為5和1），而自由水的介電常數(shù)高達(dá)80.36（20）。故土壤介電常數(shù)(a)與土壤v有很好的相關(guān)性。 由tdr系統(tǒng)測定電磁脈沖在波導(dǎo)棒中的傳播時間t再換算成a， 即可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式求得土壤的含水量： v 5.3 10-2 + 2.92 10-2 a 5.5 10-4 a2 + 4.3 10-6 a3 (3) tdrtdr法（法（時域反射儀）timedomainreflectometry3 3、土壤水分的有效性、土壤水分的有效

16、性 土土粒粒hhhhhhhhhhhhhh最大吸濕量hhhhhhhhhhhhhhhhhh最大分子持水量3106 pa 6.2105 pa遲效水15105 pa凋萎含水量hhhhhhhhhhhhhh0.3105 pa田間持水量hhhhhhhh0 pa吸濕水膜狀水毛管水重力水速效水毛管斷裂含水量土壤最大有效水范圍(%) = 田間持水量萎蔫濕度。土壤實(shí)際有效水范圍(%) =土壤實(shí)際含水量 萎蔫濕度。三、土壤水的能量概念三、土壤水的能量概念 土壤水的形態(tài)分類存在很多不足之處。首先，不同形態(tài)之間往往沒有截然的界限；其次，不能正確反映土壤植物大氣連續(xù)體（spac）中水分變化。為此，人們開始運(yùn)用“能量”觀點(diǎn)來

17、研究土壤水分。由于水在土壤中的運(yùn)動很慢，所以它的動能一般可以忽略不計，而由位置和內(nèi)部條件造成勢能對水分運(yùn)動起著支配作用。最先用“勢值”能態(tài)研究土壤水的是白金漢（1907年），1950年以后，這方面的研究有了長足進(jìn)展。土壤土壤a砂土砂土10%土壤土壤b粘土粘土15%水流向何方水流向何方？1、土水勢及其分勢、土水勢及其分勢（1 1）土水勢的概念）土水勢的概念 土水勢是指土壤水的勢能。其定義為在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，等溫可逆地把 一定高度的無限少量的純水移動到土壤中所需作的功（指單位重量的 水所需的功，用t表示）。土水勢的絕對值無法求得，通常是假定標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下純水的自由能為 零，而將某一點(diǎn)土壤水的自由能與純水

18、的自由能的差值作為土水勢。在自然狀態(tài)下，土壤水受吸附力、毛管力、重力、氣壓、滲透壓等力 的作用，其勢能必然要降低，所以，土水勢的值要小于純水。 根據(jù)土壤水所受作用力的來源不同，可將其分解為基質(zhì)勢、壓力勢、重力勢及溶質(zhì)勢四個分勢： 基質(zhì)勢基質(zhì)勢（m） 由吸附力、毛管力所引起的土水勢的變化，稱為基質(zhì)勢（m） ，由于它小于純水故為負(fù)值，土壤含水量越高，基質(zhì)勢也越高。當(dāng)土壤水分飽和時基質(zhì)勢最大，m 0。壓力勢（壓力勢（ p p） 在土壤水分飽和情況下，土壤水受壓力（靜水壓、氣壓）作用所發(fā)生的勢能的變化，稱為壓力勢（p）。 只有當(dāng)土壤水分飽和時才有壓力勢，在水分不飽和的土壤中，壓力勢為0。土表水僅受大氣

19、壓， p為零，內(nèi)部的水還受靜水壓作用而大于零， p通常為正值。對于飽和土壤水位以下深度位h處，體積為v的土壤水的壓力勢為： p= w ghv 溶質(zhì)勢（溶質(zhì)勢（ s s） 土壤水中溶質(zhì)的存在引起的勢能的變化，稱為溶質(zhì)勢或滲透勢（s）。由于他的存在束縛水分運(yùn)動，故一般為負(fù)值。溶質(zhì)勢的大小等于滲透壓，但符號相反。 土壤溶質(zhì)濃度越高，溶質(zhì)勢越低。溶質(zhì)勢只有對半透膜的水分運(yùn)動起作用。對水分運(yùn)動影響較小，但對根系吸水有重要影響。重力勢（重力勢（ g g） 由重力作用而引起的土水勢變化。稱為重力勢（g）。重力勢驅(qū)動土壤水運(yùn)動，任何時后重力勢都存在。高于參比面時為正，反之為負(fù)，參比面處重力勢為零。 單位質(zhì)量土

20、壤水的重力勢為：g=gz 爾格/克 單位容積土壤水的重力勢為： g=wgz 達(dá)因/厘米 單位重量土壤水的重力勢為：g=z 厘米總水勢總水勢 t = m + p + s + g 在不同的情況下，土壤總水勢的各分勢組成是不同的。在飽和條件下， t = p + g ，在不飽和條件下，t = m + g 考察根吸水時，t = m + s。土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)，簡稱吸力，但并不是情況下所處的能態(tài)，簡稱吸力，但并不是指土壤對水的吸力。指土壤對水的吸力。s s m + s 如何用水吸力和水勢判斷如何用水吸力和水勢判斷水分運(yùn)動的方向？請回答水

21、分運(yùn)動的方向？請回答。絕對正值絕對正值2、土壤水吸力 一般談及的吸力是指基質(zhì)吸力，其值與一般談及的吸力是指基質(zhì)吸力，其值與 m相等，但符號相反。相等，但符號相反。3、土水勢的優(yōu)點(diǎn)及定量表示方法可以用來比較不同的土壤水分的運(yùn)動方向。 如某砂土的含水量為100gkg-1，土水勢為 104pa，另一粘土的含水量為150gkg-1，土水勢為 1.5106pa，當(dāng)這兩個土壤接觸時，水分可由含水量低的砂土流向含水量高的粘土。因?yàn)樵谏鲜銮闆r下，砂土的土水勢高于粘土，只有在土水勢達(dá)到平衡后，土壤水才停止運(yùn)動?？杀碚鱯pac的水分運(yùn)動。能提供一些更為精確的測定手段。（1）土水勢來說明土壤水分問題的優(yōu)點(diǎn)）土水勢來

22、說明土壤水分問題的優(yōu)點(diǎn)（2 2）土壤水能量的表示方法）土壤水能量的表示方法常用“單位數(shù)量土壤水的勢能值“定量表示土水勢。單位數(shù)量可單位數(shù)量可以是以是單位質(zhì)量單位質(zhì)量、單位容積單位容積或或單位重量單位重量，最常用的是單位容積和單位重量。，最常用的是單位容積和單位重量。 單位質(zhì)量單位質(zhì)量 由由g = mgh gh (功) 單位容積單位容積 由由p = wghv wgh（壓強(qiáng)） 單位重量單位重量 由由g = mgh h （水柱高） 土水勢的標(biāo)準(zhǔn)單位：帕土水勢的標(biāo)準(zhǔn)單位：帕（pa） 1 pa=0.0102厘米水柱厘米水柱 1 atm=1033厘米水柱厘米水柱=1.0133bar 1 bar=0.989

23、6atm=1020厘米水柱厘米水柱 1 bar=100000 pa pf=log(|) 單位： cm水柱 由于基質(zhì)吸力高到上萬大氣壓，表示很不方便，曾用厘米水柱對數(shù)表示，稱pf,如基質(zhì)吸力為10000厘米水柱則pf = 4。4、土水勢的測定圖圖 6-7 張力計測基質(zhì)勢張力計測基質(zhì)勢 土水勢的測定方法很多，主要有用于基質(zhì)勢測定的張力計法、壓力模儀法和總水勢測定的蒸氣壓法等。（1）張力計測基質(zhì)勢法）張力計測基質(zhì)勢法 平衡水汽壓法是把含水土樣放在一密閉容器內(nèi)，讓土壤水分自然蒸發(fā)，經(jīng)二周時間后，使空氣中的水汽和土壤水達(dá)平衡，平衡后各部自由能相等，用熱電偶濕度計測定汽態(tài)水相對濕度（p/p0）就可算出土壤

24、總水勢值。g=3.1701102logp/p0（jkg-1）水汽壓測定法測定的水勢范圍低于 3106pa。（2）土壤總水勢的水汽壓測定法）土壤總水勢的水汽壓測定法（3 3）壓力模儀法）壓力模儀法 5、土壤水分特征曲線 土壤水分含量與土壤水吸力作成的關(guān)系曲線，稱為土壤水分特征曲線。土壤由濕變干和由干變濕得到的脫水曲線和吸水曲線不是重合的，這種現(xiàn)象稱為“滯后現(xiàn)象”。沙土比粘土明顯沙土比粘土明顯水分特征曲線的用途：水分特征曲線的用途：第四，應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方法對土壤中的水運(yùn)動進(jìn)第四，應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方法對土壤中的水運(yùn)動進(jìn)行定量分析時，水分特征曲線是必不可少的重行定量分析時，水分特征曲線是必不可少的重要參數(shù)。

25、要參數(shù)。首先，可利用它進(jìn)行土壤水吸力首先，可利用它進(jìn)行土壤水吸力s和含水率和含水率 之之間的換算。間的換算。其次，土壤水分特征曲線可以間接地反映出土其次，土壤水分特征曲線可以間接地反映出土壤孔隙大小的分布。壤孔隙大小的分布。第三，水分特征曲線可用來分析不同質(zhì)地土壤第三，水分特征曲線可用來分析不同質(zhì)地土壤的持水性和土壤水分的有效性。的持水性和土壤水分的有效性。(1) (1) 土壤水的飽和流運(yùn)動土壤水的飽和流運(yùn)動 飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度，服從飽和狀態(tài)下多孔介質(zhì)的達(dá)西力勢梯度，服從飽和狀態(tài)下多孔介質(zhì)的達(dá)西定律。定律。 即即：單位時間內(nèi)通過單位面積

26、土壤的水單位時間內(nèi)通過單位面積土壤的水量，土壤水通量與土水勢梯度成正比。量，土壤水通量與土水勢梯度成正比。 qkhls 四、土壤水分運(yùn)動1、液態(tài)水運(yùn)動 式中：式中：k為飽和流導(dǎo)水率為飽和流導(dǎo)水率飽和導(dǎo)水率的特點(diǎn)：飽和導(dǎo)水率的特點(diǎn)： 飽和率是常數(shù)飽和率是常數(shù) 是土壤導(dǎo)水率的是土壤導(dǎo)水率的maxmax 主要取決于土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)。主要取決于土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)。 沙質(zhì)土沙質(zhì)土 壤質(zhì)土壤質(zhì)土 粘質(zhì)土影響飽和導(dǎo)水率的因素影響飽和導(dǎo)水率的因素質(zhì)地：水通量與孔隙半徑4次方呈正比。結(jié)構(gòu)：土壤結(jié)皮對土壤飽和導(dǎo)水率有顯 著影響。有機(jī)質(zhì)含量和粘土礦物種類。(2)(2)土壤水的非飽和流運(yùn)動土壤水的非飽和流運(yùn)動 土壤非飽

27、和流的推動力主要是基質(zhì)勢梯度和重力勢梯度土壤非飽和流的推動力主要是基質(zhì)勢梯度和重力勢梯度。它也可用達(dá)西定律來描述，對一維垂向非飽和流，其表。它也可用達(dá)西定律來描述，對一維垂向非飽和流，其表達(dá)式為：達(dá)式為：qkddxm ()(mk式中： 為非飽和導(dǎo)水率，亦稱作水力傳導(dǎo)度，d/dx為總水勢梯度。)(mk)(mk2、氣態(tài)水運(yùn)動土壤氣態(tài)水運(yùn)動表現(xiàn)為土壤氣態(tài)水運(yùn)動表現(xiàn)為水汽擴(kuò)散水汽擴(kuò)散和和水汽凝結(jié)水汽凝結(jié)兩種現(xiàn)象。兩種現(xiàn)象。水汽擴(kuò)散運(yùn)動的推動力是水汽壓梯度：水汽擴(kuò)散運(yùn)動的推動力是水汽壓梯度：dxdpdqvvv（1）“夜潮夜潮”現(xiàn)象現(xiàn)象 多出現(xiàn)于地下水埋深度較淺的多出現(xiàn)于地下水埋深度較淺的“夜潮地夜潮地”

28、。（2）“凍后聚墑凍后聚墑”現(xiàn)象現(xiàn)象 冬季表土凍結(jié)，水汽壓降低，而凍層以下土層的水汽壓較高，于是下層水汽不斷向凍層集聚、凍結(jié)、使凍層不斷加厚，其含水量有所增加，這就是“凍后聚墑”現(xiàn)象。 五、入滲、土壤水的再分布五、入滲、土壤水的再分布1、土壤入滲、土壤入滲 指水自土表垂直向下進(jìn)入土壤的過程，但也不排斥如溝灌中水指水自土表垂直向下進(jìn)入土壤的過程，但也不排斥如溝灌中水分沿側(cè)向甚至向上進(jìn)入土壤的過程。分沿側(cè)向甚至向上進(jìn)入土壤的過程。 影響因素：一是供水速率，二是土壤的入滲能力 (入滲速率）。2、土壤水的再分布、土壤水的再分布 土壤水的再分布土壤水的再分布 ：土壤水入滲過程結(jié)束后，水在重力和吸力梯度影

29、響 下在土壤中向下移動重新分布的過程。土壤水的再 分布是土壤水的不飽和流。 六 土壤植物大氣連續(xù)體(spac) (soil-plant-atmosphere continuum) 由水勢引起水由土壤進(jìn)入植物體，再向大氣擴(kuò)散的體系。沙漠植物在200800萬帕?xí)r仍能生存。105pa 七、土壤水分與作物生長 指一定容積土壤內(nèi)水分收入和支出的平衡。在農(nóng)田，主要是指根層12m 深度以內(nèi)土壤水的平衡。根層內(nèi)含水量的變化（水），等于這階段內(nèi)土壤水收入（水收）與支出(水支)的差。即： 水 = 水收 水支 （水收主要是降水和灌水、地表徑流水和毛管上升水等。水支主要有地表徑流、滲漏、土面蒸發(fā)和植物蒸騰。1、土壤水

30、分平衡2、作物生長對水分的要求 不同作物的蒸騰系數(shù)（不同作物的蒸騰系數(shù)（gkg-1）作物蒸騰系數(shù)作物蒸騰系數(shù)谷子311馬鈴薯636高粱322棉花646玉米368紫苜蓿831小麥513南瓜834大麥534一、土壤空氣的組成和特點(diǎn)一、土壤空氣的組成和特點(diǎn) 土壤空氣與大氣組成的比較（容積土壤空氣與大氣組成的比較（容積% %）第二節(jié)第二節(jié) 土壤空氣和熱量狀況土壤空氣和熱量狀況表表69 土壤空氣與大氣組成的比較（容積）土壤空氣與大氣組成的比較（容積）氣體oco2n2其它氣體近地區(qū)大氣20.940.0378.08ar、ne、he、kr等土填空氣20.0318.000.1500.6578.080.24ch4

31、、h2s、nh3等土壤空氣和進(jìn)地面大氣空氣組成的差異土壤空氣和進(jìn)地面大氣空氣組成的差異 1土壤空氣中的co2含量高于大氣 2土壤空氣中的o2含量低于大氣 3土壤空氣中的水汽含量一般高于大氣 4土壤空氣中含有較高量的還原性氣體（ch4等）土壤空氣組成顯然不是固定不變的。 深度深度/cm/cm覆覆 膜膜露露 地地05-0107-2905-0107-29co2o2co2o2co2o2co2o200.9150.0560.05650.15820.4971.00620.4390.7020.6490.21120.653100.42020.3971.06020.2750.10420.5130.27920.66

32、8150.25020.4860.86519.9530.13420.8570.38520.506200.48320.4781.34820.0600.15020.1210.40620.634300.57319.8651.15920.0050.31320.1811.15720.362500.92219.9291.52019.6980.40220.1981.28119.873平均平均0.61520.1241.26819.9530.26920.3290.84720.022 覆膜和裸露棉田在不同生長期內(nèi)土壤空氣含量(%) 土壤空氣的變化規(guī)律：土壤空氣的變化規(guī)律：隨著土層深度的增加，土壤空氣中co2含量增大

33、，o2含量減少，無論在膜地或露地均是如此； 氣溫和土溫升高，根系呼吸加加強(qiáng)，微生物活動加快，土壤空氣中co2含量增加，夏季co2含量最高； 覆膜田塊的co2含量明顯高于未覆稻草原露地，而o2則反之； 土壤空氣中的co2和o2的含量是相互消長的，二者的總和維持在1922%之間。 二、土壤空氣的運(yùn)動二、土壤空氣的運(yùn)動 土壤空氣的運(yùn)動主要有對流和擴(kuò)散兩種方式。在表層土壤中，對流和擴(kuò)散兩種方式同時存在。下層土壤中，空氣的運(yùn)動主要是擴(kuò)散。（一）對流（一）對流 對流，又稱質(zhì)流。指土壤與大氣間由總氣壓梯度推動的氣體整體流動。驅(qū)動力是總氣壓梯度，對流總是由高壓區(qū)向低壓區(qū)運(yùn)動。 土壤空氣的對流可用如下方程來描述

34、：土壤空氣的對流可用如下方程來描述： qv=-（k/）p qv為單位時間內(nèi)通過單位橫截面積的空氣容積；k為通氣孔隙透氣率；空氣粘度系數(shù)；p空氣壓力的三維梯度。引發(fā)引發(fā)氣壓梯度氣壓梯度變化的主要因素有：變化的主要因素有：1 1、氣候變化：、氣候變化： 氣壓升高，大氣進(jìn)入土壤；氣壓升高，大氣進(jìn)入土壤；反之反之土壤空氣土壤空氣進(jìn)入進(jìn)入 大氣。氣溫高于土溫，大氣。氣溫高于土溫，大氣進(jìn)入土壤，大氣進(jìn)入土壤，反之土壤空氣進(jìn)入大氣。風(fēng)力也可使大氣進(jìn)入反之土壤空氣進(jìn)入大氣。風(fēng)力也可使大氣進(jìn)入土壤。土壤。2 2、降水、灌溉和土面蒸發(fā)：、降水、灌溉和土面蒸發(fā)： 降水、灌溉可使降水、灌溉可使土壤空氣進(jìn)入大氣。土壤空

35、氣進(jìn)入大氣。土面土面蒸發(fā)蒸發(fā)可使大氣進(jìn)入土壤?？墒勾髿膺M(jìn)入土壤。（二）、土壤空氣擴(kuò)散擴(kuò)散（二）、土壤空氣擴(kuò)散擴(kuò)散 氣體擴(kuò)散氣體擴(kuò)散是指氣體分子由分壓大處向分壓小處的運(yùn)動，是由氣體分子的熱運(yùn)動（或稱布朗運(yùn)動）引起的。土壤中氣體擴(kuò)散過程也可用fick第一定律表示。 式中：q表示體積擴(kuò)散通量lt-1； ds表示土壤中氣體表觀擴(kuò)散系數(shù)l2t-1 c表示氣體容積分?jǐn)?shù)(濃度)l3l3 x表示擴(kuò)散距離 ldxdcdqs若用擴(kuò)散氣體的分壓若用擴(kuò)散氣體的分壓(p)(p)代替濃度，方程為：代替濃度，方程為：dxdpdqs)/( 式中式中 表示濃度與分壓的換算常數(shù)（比值）。表示濃度與分壓的換算常數(shù)（比值）。 由于土

36、壤空氣是在孔隙中擴(kuò)散，故土壤空氣的由于土壤空氣是在孔隙中擴(kuò)散，故土壤空氣的擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)d d 遠(yuǎn)比大氣的遠(yuǎn)比大氣的d d0 0小，兩者的關(guān)系為：小，兩者的關(guān)系為： d/dd/d0 0 = a va= a va a a為常數(shù)，指土層厚度和真實(shí)擴(kuò)散途徑的比值。一般取為常數(shù)，指土層厚度和真實(shí)擴(kuò)散途徑的比值。一般取0.66-0.670.66-0.67；vava為氣相率。為氣相率。（三）土壤通氣性的指標(biāo)（三）土壤通氣性的指標(biāo) 土壤通氣性土壤通氣性是泛指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴(kuò)是泛指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴(kuò)散和通氣的能力。散和通氣的能力。 1氣相率（容積分?jǐn)?shù)或充

37、氣孔隙度） 2、土壤的空氣組成（分析co2和o2等的含量）3、土壤氧擴(kuò)散率odr（oxygen diffusion rate） 4、土壤通氣量 指在單位時間內(nèi)，單位壓力下，進(jìn)入單位體積土壤中的 氣體總量（co2和o2），常用單位是毫升 厘米-2 秒-1。5、呼吸商 rq=co2/o2（四）土壤通氣性的調(diào)節(jié)2、土壤通氣性土壤通氣性的調(diào)節(jié) (1)調(diào)節(jié)土壤水分含量 （2)改良土壤結(jié)構(gòu) （3）通過各種耕作手段來調(diào)節(jié)土壤通性 對旱作土壤，有中耕松土，深耙勤鋤，打破土表結(jié)殼，疏松耕層等措施；對于水田土壤，可通過落水曬田、曬垡，擱田及合理的下滲速率等措施。1、土壤通氣性于作物生長、土壤通氣性于作物生長 （1

38、）影響根系發(fā)育 （2）影響種籽萌發(fā) （3）影響作物抗病性 （4）影響土壤微生物活動和養(yǎng)分狀況 第三節(jié) 土壤熱狀況一、土壤熱量的來源和平衡（一）土壤熱量的來源（一）土壤熱量的來源 1 1、太陽的輻射能、太陽的輻射能 垂直于太陽光下一平方厘米的黑體表面垂直于太陽光下一平方厘米的黑體表面在一分鐘內(nèi)吸收的輻射能常數(shù)），稱作太陽在一分鐘內(nèi)吸收的輻射能常數(shù)），稱作太陽常數(shù)，一般為常數(shù)，一般為1.9k/cm1.9k/cm2 2/min/min。 9999的太陽能包含在的太陽能包含在0.3-4.00.3-4.0微米的波長微米的波長內(nèi)，這一范圍的波長通常稱為內(nèi)，這一范圍的波長通常稱為短波輻射短波輻射。 當(dāng)太陽輻

39、射通當(dāng)太陽輻射通過大氣層時，其熱過大氣層時，其熱量一部分被大氣吸量一部分被大氣吸收散射，一部分被收散射，一部分被云層和地面反射，云層和地面反射，土壤吸收其中的一土壤吸收其中的一少部分。少部分。hiea2、生物熱、生物熱 據(jù)估算，含有機(jī)質(zhì)4的土壤，每英畝耕層有機(jī)質(zhì)的潛能為6.281096.99109kj，相當(dāng)于2050噸無煙煤的熱量。 生產(chǎn)實(shí)踐中，可通過施用熱性有機(jī)肥料的措施來提高地溫。 3、地球內(nèi)熱、地球內(nèi)熱 地面從地球內(nèi)部獲得的熱量為地面從地球內(nèi)部獲得的熱量為223 j/cm223 j/cm2 2yy，數(shù)量很小，數(shù)量很小，但在一些地?zé)岙惓５貐^(qū)（溫泉、火山附近），地?zé)岬淖饔貌坏谝恍┑責(zé)岙惓５?/p>

40、區(qū)（溫泉、火山附近），地?zé)岬淖饔貌豢珊鲆??？珊鲆暋＃ǘ┩寥罒崃科胶猓ǘ┩寥罒崃科胶馔寥罒崃科胶馐侵敢荒曛型寥罒崃康氖罩闆r?？捎霉奖硎緸椋簊 = w1 + w2 + w3 + r 式中：s為土壤表面接收的太陽輻射能量； w1地面熱輻射損失的熱量； w2用于土壤增溫的的熱量； w3土壤表面水分蒸發(fā)消耗的熱量； r其它方面消耗的熱量 在太陽輻射能量為一固定量的情況下，如果能減少w1、w3 和r等方面的熱量消耗，土壤溫度就可以增加，反之，土壤溫度就會降低。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，常采用中耕松土、地面覆蓋、設(shè)置風(fēng)障、塑料大棚等措施來調(diào)節(jié)土壤的溫度狀況 。 指單位質(zhì)量（重量）或容積的土壤溫度每升高（或降低）

41、1所需要（或放出的）熱量。 c代表質(zhì)量（重量）熱容量，單位是jg-1-1。 cv代表容積熱容量，單位是（jcm-3-1）。 cv = c 土壤的容積熱容量（cv）可用下式表示： cv = mcvvm + ocvvocv = mcvvm + ocvvowcvvw + acvvawcvvw + acvva 因空氣的熱容量很小，可忽容不計，故土壤熱容量可簡化為：cv = 1.9vm + 2.5vo + 4.2vw (jcmcv = 1.9vm + 2.5vo + 4.2vw (jcm-3-3 c c-1-1) )二、土壤熱性質(zhì)二、土壤熱性質(zhì)1、土壤熱容量、土壤熱容量3 土壤不同組分的熱容量土壤組成物

42、質(zhì)重量熱容量（jg-1c-1）容積熱容量(jcm-3c-1)粗石英砂0.7452.163高 嶺 石0.9752.410石 灰0.8952.435fe2o30.682al2o30.908腐 殖 質(zhì)1.9962.515土壤空氣1.0041.25510-3土壤水分4.1844.184表表6-1 6-1 不同土壤組分的熱容量不同土壤組分的熱容量2 2、土壤導(dǎo)熱率、土壤導(dǎo)熱率 土壤的熱傳導(dǎo)性質(zhì)，稱為土壤的熱傳導(dǎo)性質(zhì)，稱為導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱量（。導(dǎo)熱量（q q）與面）與面積（積（a a）和時間（）和時間（t t）及溫度梯度）及溫度梯度 （t t1 1-t-t2 2）/d/d成正比，可成正比，可用下式表示：

43、用下式表示： q=at（t1-t2）/d 式中：為導(dǎo)熱率，指單位厚度土層d（1cm），溫差（t1-t2）為1時，每秒鐘通過單位斷面（1厘米2）的熱量。其單位是j.cm-2.s-1.-1。 )(/)(/2121ttatqddttatq或表 6-4 土壤不同組成分的導(dǎo)熱率（焦耳/厘米秒度）土壤組成分導(dǎo)熱率石英4.42710-2濕砂粒1.67410-2干砂粒1.67410-3泥炭6.27610-4腐殖質(zhì)1.25510-2土壤水5.02110-3土壤空氣2.09210-4 當(dāng)土壤干燥缺水時，土粒間的土壤孔隙被空氣當(dāng)土壤干燥缺水時，土粒間的土壤孔隙被空氣占領(lǐng)，導(dǎo)熱率就小。當(dāng)土壤濕潤時，土粒間的孔占領(lǐng)，導(dǎo)

44、熱率就小。當(dāng)土壤濕潤時，土粒間的孔隙被水分占領(lǐng)，導(dǎo)熱率增大。隙被水分占領(lǐng)，導(dǎo)熱率增大。濕土熱傳導(dǎo)示意圖干土熱傳導(dǎo)示意圖 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，在土層垂直方向上每厘米距離內(nèi)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，在土層垂直方向上每厘米距離內(nèi)，11的溫度梯度下，每秒流入的溫度梯度下，每秒流入1cm1cm2 2土壤斷面的熱量，使單土壤斷面的熱量，使單位體積（位體積（1cm1cm3 3）土壤所發(fā)生的溫度變化。其大小等于土壤）土壤所發(fā)生的溫度變化。其大小等于土壤導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率/ /容積熱容量之比值。容積熱容量之比值。)/(2秒厘米cvd上式中:為土壤導(dǎo)熱率， cv為土壤容積熱容量。3、土壤的熱擴(kuò)散率、土壤的熱擴(kuò)散率1 1、土壤溫度的季、

45、月變化、土壤溫度的季、月變化三、土壤溫度的變化三、土壤溫度的變化土壤溫度的日變化土壤溫度的日變化 (1 (1）海拔高度對土壤溫度的影響）海拔高度對土壤溫度的影響 在山區(qū)隨著高度的增加，土溫比平地的土溫低。在山區(qū)隨著高度的增加，土溫比平地的土溫低。（2 2）坡向與坡度對土壤溫度的影響）坡向與坡度對土壤溫度的影響 坡地接受的太陽輻射因坡向和坡度而不同；坡地接受的太陽輻射因坡向和坡度而不同； 不同的坡向和坡度上，土壤蒸發(fā)強(qiáng)度不一樣，土壤水和植物覆蓋度不同的坡向和坡度上，土壤蒸發(fā)強(qiáng)度不一樣，土壤水和植物覆蓋度有差異，土溫高低及變幅也就迥然不同。南坡的土壤溫度和水分狀況可以有差異，土溫高低及變幅也就迥然

46、不同。南坡的土壤溫度和水分狀況可以促進(jìn)早發(fā)、早熟。促進(jìn)早發(fā)、早熟。（3 3）土壤的顏色和地表覆蓋對土壤溫度的影響）土壤的顏色和地表覆蓋對土壤溫度的影響 土壤顏色深的，吸收的輻射熱量多，紅色、黃色的次之，淺色的土壤土壤顏色深的，吸收的輻射熱量多，紅色、黃色的次之，淺色的土壤吸收的輻射熱量小而反射率較高。在極端情況下，土壤顏色的差異可以使吸收的輻射熱量小而反射率較高。在極端情況下，土壤顏色的差異可以使不同土壤在同一時間的土表溫度相差不同土壤在同一時間的土表溫度相差2 244，園藝栽培中或農(nóng)作物的苗床，園藝栽培中或農(nóng)作物的苗床中，有的在表面覆蓋一層爐碴、草木灰或土雜肥等深色物質(zhì)以提高土溫。中，有的在表面覆蓋一層爐碴、草木灰或土雜肥等深色物質(zhì)以提高土溫。2、影響土溫變化的環(huán)境條件 植物生長要求一定的溫度范圍，一般植物生長的最低溫度約在05左右，并隨著溫度的升高而加強(qiáng)。植物生長最適溫度2030，超過3540生長迅速下降，以至停止，甚至?xí)馃岷Α?、土溫與種子發(fā)芽、出苗、土溫與種子發(fā)芽、出苗四、土壤溫度與作物生長四、土壤