第六章土壤水森林土壤

第六章土壤水森林土壤課件第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)土壤水分的類型及有效性一、土壤水的重要性：

所有的水只有進(jìn)入土壤轉(zhuǎn)化為土壤水，才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的最主要來源。

土壤水是土壤的最重要組成部分之一。土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑；

土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實(shí)際上是指在105℃溫度下從土壤中驅(qū)逐出來的水。第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1、吸濕水(hydroscopicwater)干土從空氣中吸著水汽所保持的水，稱為吸濕水。又稱為緊束縛水，屬于無效水分。

2、膜狀水（薄膜水）(membraneouswater)指由土壤顆粒表面吸附所保持的水層，膜狀水的最大值叫最大分子持水量。薄膜水對(duì)植物生長發(fā)育來說屬于弱有效水分，又稱為松束縛水分。二、土壤水分的類型和性質(zhì)水汽土壤膜狀水第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月膜狀水示意圖土粒膜狀水第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3、毛管水(capillarywater)毛管水是靠土壤中毛管孔隙所產(chǎn)生的毛管引力所保持的水分，稱為毛管水。毛管水是土壤中最寶貴的水分。

毛管水又可以分為兩種類型。第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月●毛管懸著水(capillarysupportingwater)土體中與地下水位無聯(lián)系的毛管水稱毛管懸著水?！衩苤С炙苌仙?capillarysuspendingwater)土體中與地下水位有聯(lián)系的毛管水稱毛管支持水。地下水位高地下水位低第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月水沿著毛管上升毛管作用力范圍：

0.1-1mm有明顯的毛管作用0.05-0.1mm

毛管作用較強(qiáng)0.05-0.005mm毛管作用最強(qiáng)〈0.001mm

毛管作用消失毛管作用第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒地下水位毛管懸著水示意圖第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒毛管上升水示意圖地下水位第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月土壤毛管水從地下水吸取水分的示意圖Ⅰ.自地下水面向上供水的毛管水的網(wǎng)Ⅱ.充水的粗毛管供水⒈土粒⒉細(xì)毛管⒊排除毛管水的大孔隙⒋束縛水占的孔隙⒌充水的大孔隙第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月***毛管水上升高度從地下水面到毛管上升誰所能達(dá)到的相對(duì)高度，叫毛管水上升高度。

h水柱高度（cm)，d孔隙直徑（mm）第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月土壤質(zhì)地毛管水上升高度土壤質(zhì)地毛管水上升高度砂土0.5～1.0中壤土，重壤土1.2～2.0砂壤土，輕壤土1.5粘土0.8～1.0

不同土壤質(zhì)地毛管水上升高度第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4、重力水(gravitationalwater)

又稱多余水，是指土壤中充滯于充氣孔隙中的水分。存在于土壤中的時(shí)間短，很快會(huì)因?yàn)橹亓ψ饔枚鴿B入或流出。河流第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、土壤水分含量的表示方法（一）質(zhì)量含水量（

m）（二）容積含水量（

v）

V=

m·

（三）相對(duì)含水量（%）

第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）土壤貯水量

2、水方（m3）V方/畝＝2/3Dw1、水深（DW）

DW=

V·h或mm第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）土壤水分常數(shù)(soilmoistureconstant)在一定條件下的土壤特征性含水量稱土壤水分常數(shù)?！裎鼭裣禂?shù)(hygroscopiccoefficient)

最大吸濕水量●凋萎系數(shù)(wiltingcoefficient)

萎蔫含水量又稱穩(wěn)定凋萎含水量。植物因缺水凋萎并不能復(fù)原時(shí)的土壤含水量，又稱萎蔫含水量。四、土壤水分常數(shù)及土壤水分有效性

第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月●田間持水量(fieldcapacity)

***：

毛管懸著水達(dá)到最大值時(shí)的土壤含水量稱為田間持水量，通常作為灌溉水量定額的最高指標(biāo)。

在數(shù)量上它包括吸濕水、膜狀水和毛管懸著水?！耧柡秃?saturatedwatercontent)

飽和含水量是指土壤中孔隙都充滿水時(shí)的含水量。以干土質(zhì)量或容積的百分量表示。第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）土壤水的有效性(availability)土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其難易程度。不能被植物吸收利用的水稱為無效水,能被植物吸收利用的水稱為有效水。最大有效水含量是凋萎系數(shù)至田間持水量的水分。第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月土壤水分有效性的三種假設(shè)★土壤水分在上限（田間持水量）和下限（凋萎系數(shù)）之間同等有效?！镌谏鲜龇秶鷥?nèi)隨土壤水分減少而降低?！飩鹘y(tǒng)的土壤水分有效范圍第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月●土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地的影響主要是由土壤的表面積和孔隙系統(tǒng)的性質(zhì)引起的。●土壤結(jié)構(gòu)

團(tuán)聚體土壤孔隙度大，含水量高，持水孔隙發(fā)達(dá)，故有效水分含量高。如團(tuán)聚體發(fā)育好的東北黑土?！裼袡C(jī)質(zhì)含量

有機(jī)質(zhì)本身的持水量很大，更能促進(jìn)良好土壤結(jié)構(gòu)的形成，所以多施有機(jī)質(zhì)，可以擴(kuò)大有效水范圍。(三)影響土壤水分有效性的因素第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

土壤質(zhì)地對(duì)有效水范圍的影響

土壤質(zhì)地田間持水量萎蔫系數(shù)有效含水范圍松砂土4.51.82.7砂壤土12.06.65.4中壤土20.77.812.9輕粘土23.817.46.4第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

有機(jī)質(zhì)對(duì)有效水范圍的影響

類型持水當(dāng)量

萎蔫含水量

有效含水范圍

壤土20.07.113.l

泥炭16682.383.71/2壤土＋1/2泥炭3114.516.54/5壤土十1/5泥炭21.6

8.513.l返回第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)土壤水的能態(tài)土壤A砂土10%土壤B粘土15%水流向何方？第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

土水勢是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，極小單位水量從一個(gè)平衡的土一水系統(tǒng)可逆地移到和它溫度相同，處于參比狀態(tài)水池時(shí)所做的功。一、土水勢概念土作功水第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月●滲透勢ψs

滲透勢又稱溶質(zhì)勢，負(fù)值。土壤溶質(zhì)濃度越高，溶質(zhì)勢越低。

溶質(zhì)勢只有對(duì)半透膜的水分運(yùn)動(dòng)起作用。二、土水勢的組成

●基質(zhì)勢ψm

負(fù)值，當(dāng)土壤飽和時(shí)最大＝0.土壤含水量越高，基質(zhì)勢也越高。第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月●壓力勢ψp

正值。只有當(dāng)土壤水分飽和時(shí)才有壓力勢在不飽和土壤中壓力勢為0.飽和土層越深，壓力勢越高。

p=

wghV

●重力勢ψg

重力勢（

g）是指由重力作用而引起的土水勢變化。任何時(shí)候重力勢都存在。高于參比面時(shí)為正，反之為負(fù)，參比面處重力勢為0.第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月總水勢：

t=

m+

p+

s+

g

請注意：在不同的情況下，土壤總水勢的各分勢組成是不同的。切記。第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月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，但并不是指土壤對(duì)水的吸力。T＝

-

m

如何用水吸力和水勢判斷水分運(yùn)動(dòng)的方向？請回答。絕對(duì)正值三、土壤水吸力***

一般談及的吸力是指基質(zhì)吸力，其值與

m相等，但符號(hào)相反。第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、土壤水勢的定量測定土水勢的標(biāo)準(zhǔn)單位：帕（Pa）

1Pa=0.0102厘米水柱

1atm=1033厘米水柱=1.0133bar1bar=0.9896atm=1020厘米水柱

1bar=100000Pa第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一般只能測定8萬帕以下的土壤水吸力。第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月五、土壤水分特征曲線***：指土壤水分含量與土壤水吸力的關(guān)系曲線。目前尚無法從理論上推導(dǎo)出土壤含水率與土壤水吸力或基質(zhì)勢之間小關(guān)系，只能用實(shí)驗(yàn)方法獲得水分特征曲線。

S=a

bS=a(/s)b

S=A(s-)n/m第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月010203040506070土壤水吸力黏土壤土砂土土壤含水量%影響因素質(zhì)地結(jié)構(gòu)溫度滯后現(xiàn)象第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)理：滯后現(xiàn)象沙土比粘土明顯第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月水分特征曲線的用途：第四，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)。首先，可利用它進(jìn)行土壤水吸力S和含水率

之間的換算(圖3.7)。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。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。第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)土壤水分運(yùn)動(dòng)※土壤水流動(dòng)※水分蒸發(fā)※水分入滲※水分再分配第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、飽和流(SaturatedSoilWaterFlow)飽和流的推動(dòng)力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度，基本上服從飽和狀態(tài)下多孔介質(zhì)的達(dá)西定律(Darcy’slaw)***單位時(shí)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。

第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

土壤所有的孔隙都充滿了水時(shí)，水分向土壤下層或橫向運(yùn)動(dòng)的速度。飽和流導(dǎo)水率(Saturatedhydraulicconductivity)飽和導(dǎo)水率的特點(diǎn)①飽和率是常數(shù)②是土壤導(dǎo)水率的MAX③主要取決于土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)。沙質(zhì)土>壤質(zhì)土>粘質(zhì)土影響飽和導(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(duì)土壤飽和導(dǎo)水率有顯著的影響。有機(jī)質(zhì)含量。粘土礦物種類。第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、土壤非飽和流***（unsaturtedsoilwaterflaw)

土壤非飽和流的推動(dòng)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(duì)一維垂向非飽和流，其表達(dá)式為：第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月非飽和流導(dǎo)水率(unsaturatedhydrolicconductivity)

土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系

第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月飽和條件下的總水勢梯度可用差分形式，而非包和條件下則用微分形式；飽和條件下的土壤導(dǎo)水率Ks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（

m）的函數(shù)。

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：第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、土壤水氣運(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，主要由土水勢梯度或水吸力梯度和溫度梯度引起。第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1、“夜潮”現(xiàn)象多出現(xiàn)于地下水埋深度較淺的“夜潮地”。第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、“凍后聚墑”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。

“凍后聚墑”的多少，主要決定于該土壤的含水量和凍結(jié)的強(qiáng)度。含水量高凍結(jié)強(qiáng)度大，“凍后聚墑”就比較明顯。一般對(duì)土壤上層增水作用為2－4％左右。第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)土壤水分平衡一、土壤水分的來源土壤水分大氣降水灌溉水

地下水上升和大氣中水汽的凝結(jié)也是土壤水分的來源。第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、土壤水分的消耗

●滲漏、側(cè)向徑流和下滲徑流第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、土壤水分的消耗

●滲漏、側(cè)向徑流和下滲徑流地下水河流第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月●土壤蒸發(fā)土壤水汽進(jìn)入大氣的過程?！裰参镎趄v第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、土壤—植物—大氣連續(xù)體(SPAC)

(Soil-plant-atmospherecontinuum)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—200～—800萬帕?xí)r仍能生存。第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、土壤水分在土壤肥力中的作用

土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，它一方面直接供給植物吸收利用；另一方面又影響土壤的其