土壤學第七章-土壤水分移動與循環(huán)課件

§7土壤水分移動與循環(huán)學習目標

掌握有關(guān)“土壤液態(tài)水運動”、“土壤氣態(tài)水運動”、“土壤水循環(huán)”、“土壤溶質(zhì)運移”等的重要概念、基本原理，以及有關(guān)“農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控”等的計算方法，了解土壤溶液中的養(yǎng)分濃度和其他元素濃度。2022/12/201§7土壤水分移動與循環(huán)學習目標掌握有關(guān)“

§7土壤水分移動與循環(huán)

§7-1土壤液態(tài)水運動一、土壤飽和流

二、土壤非飽和流

三、土壤水分入滲與再分布§7-2土壤氣態(tài)水運動一、土壤水分蒸發(fā)

二、土壤內(nèi)部的水汽運動§7-3土壤水循環(huán)、平衡及有效性

一、農(nóng)田土壤水分循環(huán)及平衡

二、土壤水分有效性三、土壤水分的空間變異性

§7-4農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控一、土壤水分的動態(tài)特性二、農(nóng)田灌溉與灌溉量計算三、農(nóng)田排水§7-5土壤中的溶質(zhì)運移一、溶質(zhì)的對流運移二、分子擴散與溶質(zhì)彌散

三、土壤溶質(zhì)的動態(tài)特性2022/12/202§7土壤水分移動與循環(huán)§7-1土壤§7土壤水分移動與循環(huán)“黃河之水天上來，滾滾東流能復(fù)回”自然界的水循環(huán)“黃河之水天上來，奔騰到海不復(fù)回”2022/12/203§7土壤水分移動與循環(huán)“黃河之水天上來，滾滾東流能復(fù)回”自§7土壤水分移動與循環(huán)陸地水文循環(huán)地表水2022/12/204§7土壤水分移動與循環(huán)陸地水文循環(huán)地表水2022/12/1

§7土壤水分移動與循環(huán)

自然界的水循環(huán)：水循環(huán)是指自然界的水在水圈、大氣圈、巖石圈、生物圈四大圈中通過各個環(huán)節(jié)連續(xù)運動的過程。類型：

〈1〉海陸間循環(huán)

〈2〉內(nèi)陸間循環(huán)

〈3〉海上內(nèi)循環(huán)2022/12/205§7土壤水分移動與循環(huán)自然界的水循環(huán)：水循環(huán)是§7土壤水分移動與循環(huán)

海陸間循環(huán)：是指海洋水與陸地水之間通過一系列過程所進行的相互轉(zhuǎn)換運動。這種循環(huán)又稱為大循環(huán)。2022/12/206§7土壤水分移動與循環(huán)海陸間循環(huán)：是指海洋水與陸地水

§7土壤水分移動與循環(huán)

陸地內(nèi)循環(huán)：降落到大陸上的水，其中一部分或全部(指內(nèi)流區(qū)域)通過陸面、水面蒸發(fā)和植物蒸騰形成水汽，被氣流帶到上空，冷卻凝結(jié)形成降水，仍降落到大陸上，這就是內(nèi)陸循環(huán)。發(fā)生的領(lǐng)域：陸地及其上空。2022/12/207§7土壤水分移動與循環(huán)陸地內(nèi)循環(huán)：降落到大陸§7土壤水分移動與循環(huán)海上內(nèi)循環(huán)：就是海洋面上的水蒸發(fā)成水汽，進入大氣后在海洋上空凝結(jié)，形成降水，又降到海面。發(fā)生領(lǐng)域：海洋及其上空2022/12/208§7土壤水分移動與循環(huán)海上內(nèi)循環(huán)：就是海洋面上的水蒸發(fā)成水

§7土壤水分移動與循環(huán)水循環(huán)的意義1.水循環(huán)運動使自然界的水連續(xù)不斷地運動、轉(zhuǎn)化，使地球上各種水體處于不斷更新狀態(tài)。2022/12/209§7土壤水分移動與循環(huán)水循環(huán)的意義1.

§7土壤水分移動與循環(huán)

2.水循環(huán)是地球上最活躍的能量交換和物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程。（1）緩解了高低緯之間熱量收支不平衡；（2）把陸地的泥沙、有機物和無機鹽類輸送到海洋。2022/12/2010§7土壤水分移動與循環(huán)2.水循環(huán)是地球上最活躍的§7土壤水分移動與循環(huán)3.水循環(huán)是自然界最富動力作用的循環(huán)運動，不斷雕塑地表形態(tài)。2022/12/2011§7土壤水分移動與循環(huán)3.水循環(huán)是自然界最富動力作用的循§7土壤水分移動與循環(huán)§7-1土壤液態(tài)水運動一、土壤飽和流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)的達西定律：土壤水通量(q)-單位時間內(nèi)通過單位面積土壤的水量(cm/h)，q與土水勢梯度(△H)成正比。L-水流路徑的直線長度(cm)；“—”水流方向與土水梯度方向相反；Ks(cm/h)-

土壤飽和導(dǎo)水率(土壤所有的孔隙都充滿水時，水分向土壤下層或橫向運動的速度）。土柱的水通量(Q-cm3／h)：Q=q.AA為此土柱的橫截面積(cm2)土壤飽和導(dǎo)水率的特點：①土壤飽和導(dǎo)水率是常數(shù)②是土壤導(dǎo)水率的最大值③主要取決于土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)。砂質(zhì)土>壤質(zhì)土>粘質(zhì)土(表7-1)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)構(gòu)對土壤飽和導(dǎo)水率有顯著的影響。有機質(zhì)含量。粘土礦物種類。2022/12/2012§7土壤水分移動與循環(huán)§7-1土壤液態(tài)水運動飽§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤非飽和流

非飽和土壤中的水流簡稱為非飽和流或不飽和流，即土壤中只有部分孔隙中有水時的水流，這主要是毛管水和膜狀水的運動。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。也可用達西定律來描述：

K(Ψm)為非飽和導(dǎo)水率；為總水勢梯度。非飽和條件下土壤水流的數(shù)學表達式與飽和條件下的類似，二者的區(qū)別在于：A.飽和條件下的總水勢可用差分形式，而非飽和條件下則用微分形式；B.飽和條件下的土壤導(dǎo)水率(K)對特定土壤為一常數(shù)，而非飽和導(dǎo)水率是土壤含水量或基質(zhì)勢的函數(shù)。土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系（如右圖）土壤水吸力為零或接近于零，飽和導(dǎo)水率最大。2022/12/2013§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤非飽和流2022/12/1§7土壤水分移動與循環(huán)三、土壤水分入滲與再分布

水進入土壤包括兩個過程：入滲(滲吸、滲透)和再分布。(一)水分入滲入滲過程一般是指水自土表垂直向下進入土壤的過程，但也不排斥如溝灌中水分沿側(cè)向甚至向上進入土壤的過程。水進入土壤的情況是由兩方面因素決定的：一是供水速度;二是土壤的入滲能力。2022/12/2014§7土壤水分移動與循環(huán)三、土壤水分入滲與再分布2022/

§7土壤水分移動與循環(huán)(二)土壤水再分布在地面水層消失后，入滲過程終止。土內(nèi)的水分在重力、吸力梯度和溫度梯度的作用下繼續(xù)運動和分布，這個過程(在土壤剖面深度沒有地下水出現(xiàn)的情況下)稱為土壤水的再分布。(三)土壤水的滲漏土壤水再分布至地下水，地下水位抬高或隨地下水流側(cè)向流動—“內(nèi)排水”，而垂直向下的水分運動稱為土壤水的滲漏。2022/12/2015§7土壤水分移動與循環(huán)(二)土壤水再分布2022/1§7土壤水分移動與循環(huán)§7-2土壤氣態(tài)水運動土壤中：液態(tài)水氣態(tài)水一、土面水分蒸發(fā)

土面水分蒸發(fā)：土壤水不斷以水汽的形態(tài)由表土向大氣擴散而逸失的現(xiàn)象稱為土面水分蒸發(fā)。

大氣蒸發(fā)能力：土面蒸發(fā)的形成及蒸發(fā)強度受到輻射、氣溫、濕度和風速等外界條件的影響，綜合起來稱為大氣蒸發(fā)能力。

土壤的供水能力：土壤水分向上輸送會受到土壤含水率的大小和分布的影響，即土壤的供水能力。

潛在蒸發(fā)強度：當土壤供水充分時，由大氣蒸發(fā)能力決定的最大可能蒸發(fā)強度稱為潛在蒸發(fā)強度。土壤水分蒸發(fā)過程持續(xù)進行的三個前提條件：①不斷有熱能到達土壤表面，以滿足水的汽化熱需要(在15oC時，1g水的汽化熱約為3.47kJ)；②土壤表面的水汽壓須高于大氣的水汽壓，以保證水汽不斷進入大氣；③表層土壤須能不斷地從下層得到水的補給。2022/12/2016§7土壤水分移動與循環(huán)§7-2土壤氣態(tài)水運動2022/§7土壤水分移動與循環(huán)(一)大氣蒸發(fā)力控制階段在蒸發(fā)的起始階段，當?shù)乇砗屎芨邥r，盡管含水率有所變化，但地表處的水汽壓仍維持或接近于飽和水汽壓。結(jié)果含水率的降低并不影響水汽的擴散通量，土壤能向地表充分供水。在這種情況下，表土的蒸發(fā)強度不隨土壤含水率降低而變化，稱為穩(wěn)定蒸發(fā)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Eo。(二)表土蒸發(fā)強度隨含水率變化的階段當表土含水率低于臨界含水率θk時，土壤導(dǎo)水率隨土壤含水率的降低或土壤水吸力的增高而不斷減小，導(dǎo)致土壤水分流向地表的土壤水通量(即土壤的供水能力)減小,表層土壤消耗的水分得不到補充，導(dǎo)致地表含水率進一步減小。隨著表土含水率的降低，地表處的水汽壓也降低，蒸發(fā)強度隨之減弱。(三)水汽擴散階段當表土含水率很低，低于凋萎系數(shù)時，土壤表面形成干土層。土壤水分在干土層下汽化，然后以水汽擴散的方式穿過干土層而進入大氣。大氣蒸發(fā)條件下變時土面蒸發(fā)過程示意圖表土蒸發(fā)強度保持穩(wěn)定的階段表土蒸發(fā)強度隨含水率變化的階段土體內(nèi)水汽擴散階段2022/12/2017§7土壤水分移動與循環(huán)(一)大氣蒸發(fā)力控制階段大氣蒸發(fā)條件§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤內(nèi)部的水汽運動“夜潮”現(xiàn)象--夜晚，水汽由暖處向冷處擴散便可凝結(jié)成液態(tài)水?！皟龊缶蹓劇爆F(xiàn)象--我國北方冬季土壤凍結(jié)后的聚水作用。由于冬季表土凍結(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聚集、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。2022/12/2018§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤內(nèi)部的水汽運動2022/12§7土壤水分移動與循環(huán)§7-3土壤水循環(huán)、平衡及有效性

一、農(nóng)田土壤水分循環(huán)及平衡田間土壤水分平衡--數(shù)學表達式為：ΔW=P+I+U-E-T-R-In-D

ΔW表示計算時段末與時段初土體儲水量之差(mm)；P表示計算時段內(nèi)降水量(mm)；I表示計算時段內(nèi)灌水量(mm)；U表示計算時段內(nèi)上行水總量(mm)；E表示計算時段內(nèi)土面蒸發(fā)量(mm)；T表示計算時段內(nèi)植物葉面蒸騰量(mm)；R表示計算時段內(nèi)地面徑流損失量(mm)；In表示計算時段內(nèi)植物冠層截留量(mm)；D表示計算時段內(nèi)下滲水量(mm)。2022/12/2019§7土壤水分移動與循環(huán)§7-3土壤水循環(huán)、平衡及有效性§7土壤水分移動與循環(huán)

二、土壤水分有效性(一)土壤一植物一大氣連續(xù)體中的水分運動

植物從土壤中吸水然后又經(jīng)葉面蒸騰到大氣中去，可以看做是一個統(tǒng)一物理過程的連續(xù)體系，把這個體系稱為土壤一植物一大氣連續(xù)體(SPAC)

SPAC連續(xù)體中水流總是由水勢高處流向水勢低處，其通量與水勢差成正比，與相應(yīng)的阻力成反比。當土壤供水充足，能滿足植物蒸騰的需要時，蒸騰強度是由大氣蒸發(fā)力決定的。但在土壤供水不足或土水勢降低，不能滿足植物蒸騰消耗時，葉水勢降低，膨壓下降，葉片氣孔關(guān)閉，蒸騰減弱。

土水勢>根水勢>葉水勢，植物能順利地從土壤中吸水，并滿足蒸騰耗水時，植物就不會萎蔫。土水勢<根水勢<葉水勢，水通過植物的阻力加大，植物吸不到水，植物就會發(fā)生萎蔫。(二)土壤水的有效性(表7-3)三、土壤水分的空間變異性(表7-4)造成土壤水分在空間上分布不同的原因：①影響土壤水分運動的各個土壤因子存在空間變異性(土壤水分特征曲線、土壤導(dǎo)水率等存在較大的空間變異性)②影響土壤水分平衡的各個量，在空間上也存在著差異(灌溉水量在空間上分布不均，植物的根系在土體內(nèi)分布也不可能是均一化的,某一類型的植物，其根系有它的空間分布模式)

2022/12/2020§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤水分有效性2022/12/§7土壤水分移動與循環(huán)2022/12/2021§7土壤水分移動與循環(huán)2022/12/1721§7土壤水分移動與循環(huán)§7-4農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控一、土壤水分的動態(tài)特性二、農(nóng)田灌溉與灌溉量計算三、農(nóng)田排水(一)土壤灌溉計劃濕潤層深度確定(二)土壤含水量上下限的確定(三)灌溉日期與灌溉量的確定2022/12/2022§7土壤水分移動與循環(huán)§7-4農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控二、農(nóng)§7土壤水分移動與循環(huán)§7-5土壤中的溶質(zhì)運移一、溶質(zhì)的對流運移

土壤中溶質(zhì)對流：指土壤溶質(zhì)隨土壤水分運動而運移的過程。單位時間內(nèi)通過土壤單位橫截面積的溶質(zhì)質(zhì)量稱為溶質(zhì)通量，通過對流運移的稱為溶質(zhì)對流通量(Jc)。單位體積土壤水溶液中所含有的溶質(zhì)質(zhì)量，稱為溶質(zhì)的濃度(C)。溶質(zhì)的對流通量(Jc)為溶質(zhì)溶度(c)和土壤水通量(q)的乘積:

Jc=qc土壤水溶液的平均空隙流速v=q/θ

q=vθ

Jc=vθc

溶質(zhì)穿過土層深度L時所需的時間：tb=L/vtb=Lθ/q二、分子擴散與溶質(zhì)彌散

(一)分子擴散溶質(zhì)由濃度高處向濃度低處運移，以求最后達到濃度的均勻。自由水溶質(zhì)的分子擴散通量符合Fick第一定律:

J-溶質(zhì)在自由水體中的分子擴散通量，Do-溶質(zhì)在自由水體中的擴散系數(shù)，-溶質(zhì)的濃度梯度。2022/12/2023§7土壤水分移動與循環(huán)§7-5土壤中的溶質(zhì)運移2022/§7土壤水分移動與循環(huán)

土壤中的溶質(zhì)分子擴散規(guī)律也符合Fick第一定律：

Jd-溶質(zhì)在土壤中的分子擴散通量，Ds(θ)-土壤含水量為θ時相應(yīng)的擴散系數(shù)(Ds﹤Do)溶質(zhì)在土壤中的分子擴散系數(shù)為含水率的函數(shù)，與溶質(zhì)濃度無關(guān)。經(jīng)驗公式為：a和b均為經(jīng)驗常數(shù)

b=10，a值：0.001～0.005，土壤黏性愈大，a值愈小。(二)機械彌散

泊肅葉方程(定律)：流體在水平圓管中作層流運動時，Q-體積流量與管子兩端的壓強差△P，管子半徑r,管子長度，以及流體的粘滯系數(shù)η存在關(guān)系：

Q=πr4△P/(8ηL)

機械彌散:土壤顆粒和孔隙在微觀尺度上不均勻，溶液在流動過程中，溶質(zhì)不斷被分細后進入更為纖細的通道(每個細孔中流速方向、大小不一)，使溶質(zhì)在隨水流動過程中逐漸分散并占有越來越大的滲流區(qū)域范圍,溶質(zhì)的這種運移現(xiàn)象稱為機械彌散。由機械彌散引起的溶質(zhì)通量也是符合Fick第一定律:(三)水動力彌散(分子擴散與機械彌散的綜合)水動力彌散引起的土壤中溶質(zhì)分子的擴散規(guī)律同樣符合Fick第一定律。2022/12/2024§7土壤水分移動與循環(huán)土壤中的溶質(zhì)分子擴散規(guī)律也符§7土壤水分移動與循環(huán)三、土壤溶質(zhì)的動態(tài)特性(一)土壤溶液的總濃度(二)土壤溶液中的養(yǎng)分濃度(三)土壤溶液中其他元素養(yǎng)分濃度

潮土(發(fā)育于富含碳酸鹽或不含碳酸鹽的河流沖積物土，受地下潛水作用，經(jīng)過耕作熟化而形成的一種半水成土壤)、鹽化潮土(在潮土的基礎(chǔ)上，具有附加的鹽化過程，土壤表層具有鹽積現(xiàn)象的土壤)和鹽土(含水溶性鹽類較多的低產(chǎn)土壤)，其土壤溶液濃度隨土層深度和時間的變化:2022/12/2025§7土壤水分移動與循環(huán)三、土壤溶質(zhì)的動態(tài)特性2022/1精品課件！2022/12/2026精品課件！2022/12/1726精品課件！2022/12/2027精品課件！2022/12/1727思考題（作業(yè)）：1．估算在地面無積水，且土壤水分為飽和的情況下，土壤水分運動從表層開始穿過1m質(zhì)地為砂土、壤土和黏土分別所需要的時間。2．某—平原地區(qū)，年降水量1000mm，實際年蒸散量為750mm，不發(fā)生徑流，地下水位埋深為10m，在地下水位以上的非飽和帶，假定土壤的體積含水量恒定不變?yōu)?.25。現(xiàn)在土壤表面施入一濃度為5mol/L的溶質(zhì)，該溶質(zhì)的化學性質(zhì)是不和土壤固體、植物及大氣環(huán)境發(fā)生任何交互作用。試求①該溶質(zhì)在非飽和帶的淋洗速率；②溶質(zhì)達到地下水位的時間；③溶質(zhì)的通量。

§7土壤水分移動與循環(huán)2022/12/2028思考題（作業(yè)）：§7土壤水分移動與循環(huán)2022/12/1§7土壤水分移動與循環(huán)學習目標

掌握有關(guān)“土壤液態(tài)水運動”、“土壤氣態(tài)水運動”、“土壤水循環(huán)”、“土壤溶質(zhì)運移”等的重要概念、基本原理，以及有關(guān)“農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控”等的計算方法，了解土壤溶液中的養(yǎng)分濃度和其他元素濃度。2022/12/2029§7土壤水分移動與循環(huán)學習目標掌握有關(guān)“

§7土壤水分移動與循環(huán)

§7-1土壤液態(tài)水運動一、土壤飽和流

二、土壤非飽和流

三、土壤水分入滲與再分布§7-2土壤氣態(tài)水運動一、土壤水分蒸發(fā)

二、土壤內(nèi)部的水汽運動§7-3土壤水循環(huán)、平衡及有效性

一、農(nóng)田土壤水分循環(huán)及平衡

二、土壤水分有效性三、土壤水分的空間變異性

§7-4農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控一、土壤水分的動態(tài)特性二、農(nóng)田灌溉與灌溉量計算三、農(nóng)田排水§7-5土壤中的溶質(zhì)運移一、溶質(zhì)的對流運移二、分子擴散與溶質(zhì)彌散

三、土壤溶質(zhì)的動態(tài)特性2022/12/2030§7土壤水分移動與循環(huán)§7-1土壤§7土壤水分移動與循環(huán)“黃河之水天上來，滾滾東流能復(fù)回”自然界的水循環(huán)“黃河之水天上來，奔騰到海不復(fù)回”2022/12/2031§7土壤水分移動與循環(huán)“黃河之水天上來，滾滾東流能復(fù)回”自§7土壤水分移動與循環(huán)陸地水文循環(huán)地表水2022/12/2032§7土壤水分移動與循環(huán)陸地水文循環(huán)地表水2022/12/1

§7土壤水分移動與循環(huán)

自然界的水循環(huán)：水循環(huán)是指自然界的水在水圈、大氣圈、巖石圈、生物圈四大圈中通過各個環(huán)節(jié)連續(xù)運動的過程。類型：

〈1〉海陸間循環(huán)

〈2〉內(nèi)陸間循環(huán)

〈3〉海上內(nèi)循環(huán)2022/12/2033§7土壤水分移動與循環(huán)自然界的水循環(huán)：水循環(huán)是§7土壤水分移動與循環(huán)

海陸間循環(huán)：是指海洋水與陸地水之間通過一系列過程所進行的相互轉(zhuǎn)換運動。這種循環(huán)又稱為大循環(huán)。2022/12/2034§7土壤水分移動與循環(huán)海陸間循環(huán)：是指海洋水與陸地水

§7土壤水分移動與循環(huán)

陸地內(nèi)循環(huán)：降落到大陸上的水，其中一部分或全部(指內(nèi)流區(qū)域)通過陸面、水面蒸發(fā)和植物蒸騰形成水汽，被氣流帶到上空，冷卻凝結(jié)形成降水，仍降落到大陸上，這就是內(nèi)陸循環(huán)。發(fā)生的領(lǐng)域：陸地及其上空。2022/12/2035§7土壤水分移動與循環(huán)陸地內(nèi)循環(huán)：降落到大陸§7土壤水分移動與循環(huán)海上內(nèi)循環(huán)：就是海洋面上的水蒸發(fā)成水汽，進入大氣后在海洋上空凝結(jié)，形成降水，又降到海面。發(fā)生領(lǐng)域：海洋及其上空2022/12/2036§7土壤水分移動與循環(huán)海上內(nèi)循環(huán)：就是海洋面上的水蒸發(fā)成水

§7土壤水分移動與循環(huán)水循環(huán)的意義1.水循環(huán)運動使自然界的水連續(xù)不斷地運動、轉(zhuǎn)化，使地球上各種水體處于不斷更新狀態(tài)。2022/12/2037§7土壤水分移動與循環(huán)水循環(huán)的意義1.

§7土壤水分移動與循環(huán)

2.水循環(huán)是地球上最活躍的能量交換和物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程。（1）緩解了高低緯之間熱量收支不平衡；（2）把陸地的泥沙、有機物和無機鹽類輸送到海洋。2022/12/2038§7土壤水分移動與循環(huán)2.水循環(huán)是地球上最活躍的§7土壤水分移動與循環(huán)3.水循環(huán)是自然界最富動力作用的循環(huán)運動，不斷雕塑地表形態(tài)。2022/12/2039§7土壤水分移動與循環(huán)3.水循環(huán)是自然界最富動力作用的循§7土壤水分移動與循環(huán)§7-1土壤液態(tài)水運動一、土壤飽和流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)的達西定律：土壤水通量(q)-單位時間內(nèi)通過單位面積土壤的水量(cm/h)，q與土水勢梯度(△H)成正比。L-水流路徑的直線長度(cm)；“—”水流方向與土水梯度方向相反；Ks(cm/h)-

土壤飽和導(dǎo)水率(土壤所有的孔隙都充滿水時，水分向土壤下層或橫向運動的速度）。土柱的水通量(Q-cm3／h)：Q=q.AA為此土柱的橫截面積(cm2)土壤飽和導(dǎo)水率的特點：①土壤飽和導(dǎo)水率是常數(shù)②是土壤導(dǎo)水率的最大值③主要取決于土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)。砂質(zhì)土>壤質(zhì)土>粘質(zhì)土(表7-1)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)構(gòu)對土壤飽和導(dǎo)水率有顯著的影響。有機質(zhì)含量。粘土礦物種類。2022/12/2040§7土壤水分移動與循環(huán)§7-1土壤液態(tài)水運動飽§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤非飽和流

非飽和土壤中的水流簡稱為非飽和流或不飽和流，即土壤中只有部分孔隙中有水時的水流，這主要是毛管水和膜狀水的運動。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。也可用達西定律來描述：

K(Ψm)為非飽和導(dǎo)水率；為總水勢梯度。非飽和條件下土壤水流的數(shù)學表達式與飽和條件下的類似，二者的區(qū)別在于：A.飽和條件下的總水勢可用差分形式，而非飽和條件下則用微分形式；B.飽和條件下的土壤導(dǎo)水率(K)對特定土壤為一常數(shù)，而非飽和導(dǎo)水率是土壤含水量或基質(zhì)勢的函數(shù)。土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系（如右圖）土壤水吸力為零或接近于零，飽和導(dǎo)水率最大。2022/12/2041§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤非飽和流2022/12/1§7土壤水分移動與循環(huán)三、土壤水分入滲與再分布

水進入土壤包括兩個過程：入滲(滲吸、滲透)和再分布。(一)水分入滲入滲過程一般是指水自土表垂直向下進入土壤的過程，但也不排斥如溝灌中水分沿側(cè)向甚至向上進入土壤的過程。水進入土壤的情況是由兩方面因素決定的：一是供水速度;二是土壤的入滲能力。2022/12/2042§7土壤水分移動與循環(huán)三、土壤水分入滲與再分布2022/

§7土壤水分移動與循環(huán)(二)土壤水再分布在地面水層消失后，入滲過程終止。土內(nèi)的水分在重力、吸力梯度和溫度梯度的作用下繼續(xù)運動和分布，這個過程(在土壤剖面深度沒有地下水出現(xiàn)的情況下)稱為土壤水的再分布。(三)土壤水的滲漏土壤水再分布至地下水，地下水位抬高或隨地下水流側(cè)向流動—“內(nèi)排水”，而垂直向下的水分運動稱為土壤水的滲漏。2022/12/2043§7土壤水分移動與循環(huán)(二)土壤水再分布2022/1§7土壤水分移動與循環(huán)§7-2土壤氣態(tài)水運動土壤中：液態(tài)水氣態(tài)水一、土面水分蒸發(fā)

土面水分蒸發(fā)：土壤水不斷以水汽的形態(tài)由表土向大氣擴散而逸失的現(xiàn)象稱為土面水分蒸發(fā)。

大氣蒸發(fā)能力：土面蒸發(fā)的形成及蒸發(fā)強度受到輻射、氣溫、濕度和風速等外界條件的影響，綜合起來稱為大氣蒸發(fā)能力。

土壤的供水能力：土壤水分向上輸送會受到土壤含水率的大小和分布的影響，即土壤的供水能力。

潛在蒸發(fā)強度：當土壤供水充分時，由大氣蒸發(fā)能力決定的最大可能蒸發(fā)強度稱為潛在蒸發(fā)強度。土壤水分蒸發(fā)過程持續(xù)進行的三個前提條件：①不斷有熱能到達土壤表面，以滿足水的汽化熱需要(在15oC時，1g水的汽化熱約為3.47kJ)；②土壤表面的水汽壓須高于大氣的水汽壓，以保證水汽不斷進入大氣；③表層土壤須能不斷地從下層得到水的補給。2022/12/2044§7土壤水分移動與循環(huán)§7-2土壤氣態(tài)水運動2022/§7土壤水分移動與循環(huán)(一)大氣蒸發(fā)力控制階段在蒸發(fā)的起始階段，當?shù)乇砗屎芨邥r，盡管含水率有所變化，但地表處的水汽壓仍維持或接近于飽和水汽壓。結(jié)果含水率的降低并不影響水汽的擴散通量，土壤能向地表充分供水。在這種情況下，表土的蒸發(fā)強度不隨土壤含水率降低而變化，稱為穩(wěn)定蒸發(fā)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Eo。(二)表土蒸發(fā)強度隨含水率變化的階段當表土含水率低于臨界含水率θk時，土壤導(dǎo)水率隨土壤含水率的降低或土壤水吸力的增高而不斷減小，導(dǎo)致土壤水分流向地表的土壤水通量(即土壤的供水能力)減小,表層土壤消耗的水分得不到補充，導(dǎo)致地表含水率進一步減小。隨著表土含水率的降低，地表處的水汽壓也降低，蒸發(fā)強度隨之減弱。(三)水汽擴散階段當表土含水率很低，低于凋萎系數(shù)時，土壤表面形成干土層。土壤水分在干土層下汽化，然后以水汽擴散的方式穿過干土層而進入大氣。大氣蒸發(fā)條件下變時土面蒸發(fā)過程示意圖表土蒸發(fā)強度保持穩(wěn)定的階段表土蒸發(fā)強度隨含水率變化的階段土體內(nèi)水汽擴散階段2022/12/2045§7土壤水分移動與循環(huán)(一)大氣蒸發(fā)力控制階段大氣蒸發(fā)條件§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤內(nèi)部的水汽運動“夜潮”現(xiàn)象--夜晚，水汽由暖處向冷處擴散便可凝結(jié)成液態(tài)水?！皟龊缶蹓劇爆F(xiàn)象--我國北方冬季土壤凍結(jié)后的聚水作用。由于冬季表土凍結(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聚集、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。2022/12/2046§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤內(nèi)部的水汽運動2022/12§7土壤水分移動與循環(huán)§7-3土壤水循環(huán)、平衡及有效性

一、農(nóng)田土壤水分循環(huán)及平衡田間土壤水分平衡--數(shù)學表達式為：ΔW=P+I+U-E-T-R-In-D

ΔW表示計算時段末與時段初土體儲水量之差(mm)；P表示計算時段內(nèi)降水量(mm)；I表示計算時段內(nèi)灌水量(mm)；U表示計算時段內(nèi)上行水總量(mm)；E表示計算時段內(nèi)土面蒸發(fā)量(mm)；T表示計算時段內(nèi)植物葉面蒸騰量(mm)；R表示計算時段內(nèi)地面徑流損失量(mm)；In表示計算時段內(nèi)植物冠層截留量(mm)；D表示計算時段內(nèi)下滲水量(mm)。2022/12/2047§7土壤水分移動與循環(huán)§7-3土壤水循環(huán)、平衡及有效性§7土壤水分移動與循環(huán)

二、土壤水分有效性(一)土壤一植物一大氣連續(xù)體中的水分運動

植物從土壤中吸水然后又經(jīng)葉面蒸騰到大氣中去，可以看做是一個統(tǒng)一物理過程的連續(xù)體系，把這個體系稱為土壤一植物一大氣連續(xù)體(SPAC)

SPAC連續(xù)體中水流總是由水勢高處流向水勢低處，其通量與水勢差成正比，與相應(yīng)的阻力成反比。當土壤供水充足，能滿足植物蒸騰的需要時，蒸騰強度是由大氣蒸發(fā)力決定的。但在土壤供水不足或土水勢降低，不能滿足植物蒸騰消耗時，葉水勢降低，膨壓下降，葉片氣孔關(guān)閉，蒸騰減弱。

土水勢>根水勢>葉水勢，植物能順利地從土壤中吸水，并滿足蒸騰耗水時，植物就不會萎蔫。土水勢<根水勢<葉水勢，水通過植物的阻力加大，植物吸不到水，植物就會發(fā)生萎蔫。(二)土壤水的有效性(表7-3)三、土壤水分的空間變異性(表7-4)造成土壤水分在空間上分布不同的原因：①影響土壤水分運動的各個土壤因子存在空間變異性(土壤水分特征曲線、土壤導(dǎo)水率等存在較大的空間變異性)②影響土壤水分平衡的各個量，在空間上也存在著差異(灌溉水量在空間上分布不均，植物的根系在土體內(nèi)分布也不可能是均一化的,某一類型的植物，其根系有它的空間分布模式)

2022/12/2048§7土壤水分移動與循環(huán)二、土壤水分有效性2022/12/§7土壤水分移動與循環(huán)2022/12/2049§7土壤水分移動與循環(huán)2022/12/1721§7土壤水分移動與循環(huán)§7-4農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控一、土壤水分的動態(tài)特性二、農(nóng)田灌溉與灌溉量計算三、農(nóng)田排水(一)土壤灌溉計劃濕潤層深度確定(二)土壤含水量上下限的確定(三)灌溉日期與灌溉量的確定2022/12/2050§7土壤水分移動與循環(huán)§7-4農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控二、農(nóng)§7土壤水分移動與循環(huán)§7-5土壤中的溶質(zhì)運移一、溶質(zhì)的對流運移

土壤中溶質(zhì)對流：指土壤溶質(zhì)隨土壤水分運動而運移的過程。單位時間內(nèi)通過土壤單位橫截面積的溶質(zhì)質(zhì)量稱為溶質(zhì)通量，通過對流運移的稱為溶質(zhì)對流通量(Jc)。單位體積土壤水溶液中所含有的溶質(zhì)質(zhì)量，稱為溶質(zhì)的濃度(C)。溶質(zhì)的對流通量(Jc)為溶質(zhì)溶度(c)和土壤水通量(q)的乘積:

Jc=qc土壤水溶液的平均空隙流速v=q/θ

q=vθ

Jc=vθc

溶質(zhì)穿過土層深度L時所需的時間：tb=L/v