土壤學(xué)土壤水

土壤學(xué)土壤水第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質(zhì)1.土壤吸濕水固相土粒靠其表面的分子引力和靜電引力從大氣和土壤空氣中吸附氣態(tài)水，附著于土粒表面成單分子或多分子層，稱為吸濕水。第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質(zhì)PoreSpaces:locationofairandwaterSoilParticles:MineralandOrganicNowaterremainsattachedtosoilparticles第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質(zhì)WateronsoilparticlesurfacePoreSpace第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質(zhì)吸濕水的特點(diǎn)：水分子呈定向緊密排列、密度1.2~2.4g/cm3、無溶解能力、不能以液態(tài)水自由移動(dòng)，也不能被植物吸收。吸濕水達(dá)到最大值，此時(shí)的土壤吸濕水量就叫做最大吸濕量。第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質(zhì)2.膜狀水吸濕水達(dá)到最大后，土粒還有剩余的引力吸附液態(tài)水，在吸濕水的外圍形成一層水膜，這種水分稱為膜狀水。當(dāng)膜狀水達(dá)到最大厚度時(shí)的土壤含水量稱為最大分子持水量。第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質(zhì)WateronsoilparticlesurfacePoreSpace第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質(zhì)2.膜狀水膜狀水能從膜厚的地方向薄的部位移動(dòng)，這部分能移動(dòng)的水可被作物吸收利用。作物無法從土壤中吸收水分而呈現(xiàn)永久凋萎，此時(shí)的土壤含水量就稱為凋萎系數(shù)。第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質(zhì)3.毛管水靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分稱為土壤毛管水。毛管水的特點(diǎn)：這種水可以在土壤毛管中上下左右移動(dòng)、具有溶解養(yǎng)分的能力、作物可以吸收利用。毛管水的數(shù)量主要取決于土壤質(zhì)地、腐殖質(zhì)含量和土壤結(jié)構(gòu)狀況。第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分3.毛管水根據(jù)土層中毛管水與地下水有無連接，通常將毛管水分為：毛管支持水和毛管懸著水毛管懸著水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水量稱為田間持水量。田間持水量的變化范圍：砂土為：160~220g/kg；壤土為：220~300g/kg；粘土為：280~350g/kg。第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分4.重力水土壤重力水是指土壤水分含量超過田間持水量之后，過量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿著大孔隙向下滲漏成為多余的水。土壤所有孔隙都充滿水分時(shí)的含水量稱為土壤全蓄水量或飽和持水量。第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分PoreSpacesarefilledwithwater第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法1.土壤質(zhì)量含水量土壤質(zhì)量含水量是指土壤中保持的水分質(zhì)量占土壤質(zhì)量的分?jǐn)?shù),單位g/kg(也曾用%表示)。θm=[(m1-m2)/m2]×1000式中θm為土壤質(zhì)量含水量（g/kg）、m1為濕土質(zhì)量（g）、m2為干土質(zhì)量（g）。第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法2.

土壤容積含水量土壤容積含水量是指土壤水分容積與土壤容積之比，常用θv表示單位為cm3/cm3。θv（%）=（土壤水分容積/土壤容積）×100θv（%）=土壤質(zhì)量含水量×容重/1000×100第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法3.土壤相對(duì)含水量在生產(chǎn)實(shí)際中常以某一時(shí)刻土壤含水量占該土壤田間持水量的百分?jǐn)?shù)作為相對(duì)含水量來表示土壤水分的多少。土壤相對(duì)含水量=（土壤含水量/土壤田間持水量）×100%第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法4.水層厚度這是指一定深度（mm）土層中水分總量相當(dāng)于若干水層厚度（mm）。水層厚度=（土壤質(zhì)量含水量×土壤容重×土層深度）/1000第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法烘干法水分張力計(jì)法中子法時(shí)域反射儀（TDR）法：time-domain-reflectometry第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢(shì)土水勢(shì)表示土壤水分在土—水平衡體系中所具有的能態(tài)。它是指將單位水量從一個(gè)土—水系統(tǒng)移到溫度和氣壓完全相同的純水池時(shí)所做的功。常用（Ψ）來表示。土水勢(shì)主要由以下幾個(gè)分勢(shì)組成：基質(zhì)勢(shì)（Ψm）；壓力勢(shì)（Ψg）；溶質(zhì)勢(shì)（Ψs）；重力勢(shì)（Ψg）。第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢(shì)基質(zhì)勢(shì)（Ψm）：它是指將單位水量從一個(gè)平衡的土-水體系統(tǒng)移到另一個(gè)沒有土壤基質(zhì)(純水)，而其它狀態(tài)完全相同的水池時(shí)所做的功。或由吸附力和毛管力所制約的土水勢(shì)?；|(zhì)勢(shì)隨土壤含水量的增加而增加，在非飽和含水量情況下為負(fù)值，飽和水時(shí)達(dá)最大，為0。第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢(shì)壓力勢(shì)（Ψg）：它是指將單位水量從一個(gè)土-水體系移到另一個(gè)壓力不同，而溫度、基質(zhì)、溶質(zhì)等狀態(tài)完全相同的參比系統(tǒng)時(shí)所做的功?；蛟谕寥里柡退那闆r下，由于受壓力而產(chǎn)生土水勢(shì)變化。不飽和水土壤條件下，土壤水的壓力勢(shì)一般與參比標(biāo)準(zhǔn)相同，等于0。壓力勢(shì)一般為正值。第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢(shì)

溶質(zhì)勢(shì)（Ψs）：它是指將單位水量從一個(gè)平衡的土-水體系統(tǒng)中移到另一個(gè)沒有溶質(zhì)而其它狀態(tài)均相同的水池時(shí)所做的功。或指土壤水中溶解的溶質(zhì)而引起的土水勢(shì)的變化。

土壤中溶解的溶質(zhì)愈多，溶質(zhì)勢(shì)愈低。溶質(zhì)勢(shì)一般為負(fù)值。第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢(shì)重力勢(shì)（Ψg）：它是指由于重力場位置不同于參比狀態(tài)水平面而引起的勢(shì)能變化。總水勢(shì)（ψt）：ψt=ψm+ψp+ψs+

ψg第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)2.土壤水吸力土壤水吸力是指土壤水承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)，是指土壤水的負(fù)壓力。由于基質(zhì)勢(shì)和溶質(zhì)勢(shì)一般為負(fù)值，在使用中不太方便，所以將基質(zhì)勢(shì)和溶質(zhì)勢(shì)的相反數(shù)定義為吸力（S），稱之為基質(zhì)吸力和溶質(zhì)吸力。其值與基質(zhì)勢(shì)和溶質(zhì)勢(shì)相等，但符號(hào)相反。第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)3.土壤水能態(tài)定量表示方法土水勢(shì)的定量表示是以單位數(shù)量土壤水的勢(shì)能值為準(zhǔn)。單位數(shù)量可以是單位質(zhì)量、單位容積或單位重量。單位容積土壤水的勢(shì)能值用壓力單位，標(biāo)準(zhǔn)單位：帕（Pa）也可用千帕（kPa）和兆帕（MPa），習(xí)慣上也是曾用巴（bar）和大氣壓（atm）表示；單位重量土壤水的勢(shì)能值用相當(dāng)于一定壓力的水柱高厘米數(shù)表示。第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)3.土壤水能態(tài)定量表示方法1Pa=0.0102厘米水柱1atm=1033厘米水柱=1.0133bar1bar=0.9896atm=1020厘米水柱由于土水勢(shì)的范圍很寬，由零到上萬個(gè)大氣壓，故有人建議使用土水勢(shì)的水柱高度厘米數(shù)（負(fù)）的對(duì)數(shù)表示，稱為pF。例如土水勢(shì)為-1000厘米水柱則pF=3。第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)4.土壤水分特征曲線土壤水分特征曲線又稱土壤持水曲線。它是指土壤水的基質(zhì)勢(shì)或土壤水吸力與含量水量的關(guān)系曲線。第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)土壤水分特征曲線影響土壤水分特征曲線的因素：A、土壤質(zhì)地，b、土壤結(jié)構(gòu)，c、溫度，d、土壤中水分變化的過程（滯后現(xiàn)象）第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)土壤水分特征曲線第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分4.土壤水分特征曲線第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)土壤水分特征曲線土壤水分特征曲線的用途：A、可利用它進(jìn)行土壤水吸力和含水率之間的換算；B、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；C、土壤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；D、應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方法對(duì)土壤中的水運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量分析時(shí),水分特征曲線是必不可少的重要參數(shù)。第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)在土壤中存在三種類型的水分運(yùn)動(dòng)，即：飽和水流、非飽和水流和水汽運(yùn)動(dòng)。1.飽和土壤中的水流飽和土壤中的水流，簡稱為飽和流，即土壤孔隙全部充滿水時(shí)的水流，這主要是重力水的運(yùn)動(dòng)。飽和流可分為垂直向下流、垂直向上流和水平流。第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)飽和土壤中的水流飽和流的推動(dòng)力主要是重力勢(shì)梯度和壓力勢(shì)梯度。飽和流服從達(dá)西定律：即單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積土壤的水通量與土水勢(shì)梯度成正比。式中，q表示土壤水流通量；ΔH表示總水勢(shì)差；L為水流路徑的直線長度；K為土壤飽和導(dǎo)水率。第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)飽和土壤中的水流土壤飽和導(dǎo)水率反映了土壤的飽和滲透性能，任何影響土壤孔隙大小和形狀的因素都會(huì)影響飽和導(dǎo)水率。第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)2.非飽和土壤中的水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(shí)的水流，這主要是毛管水和膜狀水的運(yùn)動(dòng)。土壤非飽和流的推動(dòng)力主要是基質(zhì)勢(shì)梯度和重力勢(shì)梯度。也可用達(dá)西定律來描述：第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)2.非飽和土壤中的水流式中K（Ψm）為非飽和導(dǎo)水率；為總水勢(shì)梯度。非飽和條件下土壤水流的數(shù)學(xué)表達(dá)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(shì)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(duì)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(shì)的函數(shù)。土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系（如圖5-11）土壤水吸力為零或接近于零，飽和導(dǎo)水率最大。第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)3.土壤中的水汽運(yùn)動(dòng)土壤氣態(tài)水的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為水汽擴(kuò)散和水汽凝結(jié)兩種現(xiàn)象。水汽擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力是水汽壓梯度，這是由土壤水勢(shì)梯度或由土壤水吸力梯度和溫度梯度所引起的。土壤水不斷以水汽的形式由表土向大氣擴(kuò)散而逸失的現(xiàn)象稱為土面蒸發(fā)。第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)3.土壤中的水汽運(yùn)動(dòng)水汽凝結(jié)的兩種現(xiàn)象：一是“夜潮”現(xiàn)象；二是“凍后聚墑”現(xiàn)象。第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)4.入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā)水進(jìn)入土壤包括兩個(gè)過程即入滲（也稱滲吸、滲透）和再分布。（一）入滲：入滲過程一般是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。水進(jìn)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。第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)4.入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā)第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二入滲后，水在均一質(zhì)地的土壤剖面上的分布情況如圖5-13所示。第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)4.入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā)（二）土壤水的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(yùn)動(dòng)。這個(gè)過程，在土壤剖面深厚，沒有地下水出現(xiàn)的情況下，稱為土壤水的再分布。第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二土壤水的再分布是土壤水的不飽和流。第四十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二Chap.6土壤水分§5土壤水運(yùn)動(dòng)4.入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā)（三）土面蒸發(fā)：即單位時(shí)間內(nèi)單位面積地面上所蒸發(fā)的水量。土面蒸發(fā)的形成及蒸發(fā)強(qiáng)度的大小主要取決于兩方面：一是受輻射、氣溫、濕度和風(fēng)速等氣象因素的影響。二是受土壤含水率的大小和分布的影響。土面蒸發(fā)過程可區(qū)分為3個(gè)階段：第四十五頁，共四十九頁，編輯于202