土壤学（第五章） 土壤水.ppt

第五章 土壤水,教学目标与要求,,,1.土壤水的类型划分及土壤水分含量的测定 2.土壤水的能态 3.土壤水的运动 4.土壤中的溶质运移,1.掌握土壤水的各种概念、各种水分常数； 2.弄清土水势的定义及其各分势； 3.重点掌握土壤水分运动规律; 4.弄清饱和流和非饱和流的区别主要内容,第一节 土壤水的类型划分 及土壤水分含量的测定 一、土壤水的类型划分及有效性 （一）土壤水的类型划分 1. 吸湿水(hydroscopic water) （紧束缚水） 土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分 吸附力很强，可达31至10000atm，因而水的密度增大，可达1.5g/cm3，无溶解能力，不移动，通常在105～110℃条件下烘干除去对植物无效4,只含有吸湿水的土壤称为风干土； 除去吸湿水的绝对干土称为烘干土 风干土重 烘干土重= ——————— 1+吸湿水% 风干土重=烘干土重× （1+吸湿水%） 土壤吸湿水含量受土壤质地的影响，粘质土吸附力强，保持的吸湿水多，砂质土则吸湿水含量低 吸湿水含量还受空气湿度的影响，空气相对湿度高，吸湿水含量高，反之则吸湿水含量低膜 状 水 示 意 图,,2. 膜状水 (membraneous water) 土粒吸附力所保持的液态水，在土粒周围形成连续水膜。

6,保持的力较吸湿水低，6.25～31atm，密度较吸湿水小，无溶解性；移动缓慢，由水膜厚的地方往水膜薄的地方移动，速度仅0.2～0.4mm/hr膜状水对植物有效性低，仅部分有效 3. 毛管水 (capillary water) 存在于毛管孔隙(capillary pore)中为弯月面力所保持的水分水沿 着毛 管上 升,毛管作用力范围： 0.1—1mm 有明显的毛管作用 0.05—0.1mm 毛管作用较强 0.05—0.005mm 毛管作用最强 0.001mm 毛管作用消失,,,,,,,,,,,土 粒,毛管 上升 水示 意图,,,,,,,地下水位,,,(1) 毛管上升水(capillary supporting water) 与地下水有联系，随毛管上升保持在土壤中的水分土 粒,毛管 悬着 水示 意图,,(2) 毛管悬着水(capillary suspending water) 与地下水无联系，由毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水分，好象悬在土壤中一样10,4. 重力水 (gravitational water) 受重力作用可以从土壤中排出的水分，主要存在于土壤通气孔隙中二）土壤水分常数(soil moisture constant) 土壤中某种水分类型的最大含量，随土壤性质而定，是一个比较固定的数值，故称水分常数。

1. 吸湿系数 (hygroscopic coefficient) 吸湿水的最大含量，也称最大吸湿量吸湿水的含量受空气相对湿度影响，测定吸湿系数是在空气相对湿度98%(或99%)条件下，让土壤充分吸湿(通常为一周时间)，达到稳定后在105℃～110℃条件下烘干测定得到吸湿系数13,土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大 土 壤 紫色土 黄 壤 潮 土 砂 土 质 地 粘 土 重 壤 中 壤 砂壤 吸湿系数（%） 7.53 4.11 2.52 0.8,2. 凋萎系数 (wilting coefficient) 植物永久凋萎时的土壤最大含水量 土壤凋萎系数的大小，通常用吸湿系数的1.5～2.0倍来衡量质地愈粘重，凋萎系数愈大 （非活性孔度＝凋萎系数×容重）,14,3. 田间持水量(field capacity) 毛管悬着水达最大量时的土壤含水量它是反映土壤保水能力大小的一个指标 计算土壤灌溉水量时以田间持水量为指标，既节约用水，又避免超过田间持水量的水分作为重力水下渗后抬高地下水位土壤 学,4. 毛管持水量(capillary capacity) 毛管上升水达最大量时的土壤含水量。

15,毛管上升水与地下水有联系，受地下水压的影响，因此毛管持水量通常大于田间持水量毛管持水量是计算土壤毛管孔隙度的依据 （毛管孔度＝毛管持水量 ×容重） （通气孔度＝总孔度－非活性孔度－毛管孔度）,5. 饱和持水量(saturated water content) 土壤孔隙全部充满水时的含水量称为饱和持水量16,（三）土壤水的有效性(availability) 土壤水的有效性(availability)是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度 不能被植物吸收利用的水称为无效水,能被植物吸收利用的水称为有效水 最大有效水含量是凋萎系数至田间持水量的水分表5-1 土壤质地与有效水最大含量的关系,17,土壤含水量(soil water content),(hygroscopic coefficient),(wilting coefficient),(field capacity),(saturated water content),18,二、土壤水含量的表示方法 1. 重量百分数(weight percent)(水w %) Mw 水w %= ———×100 Ms 计算土壤含水量时，是以干土重为计算基础，这样才能反映土壤的水分状况。

2. 容积百分数(bulk volume percent)(水v%) 水v%=水w%×土壤容重,19,3. 水层厚度（水mm） 即在一定厚度的土层中，水分的厚度毫米数 水 mm=水v% × 土层厚度 优点:与气象资料和作物耗水量所用的水分表示方法一致，便于互相比较和互相换算 例： 容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为10%，田间持水量为30%，降雨10mm，若全部入渗，可使多深土层达田间持水量？ 解：先将土壤含水量水w%换算为水v% 初始含水量 水v%=10%×1.2=12%,20,田间持水量 水v%=30%×1.2=36% 因水mm= 水v% ×土层厚度 土层厚度=水mm/水v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm）4. 水贮量(方/亩) 1亩地土壤水贮量(方/亩)的计算公式为： 方/亩 =2/3水mm 方/亩=水mm×1/1000×10000/15=2/3水mm 作用：与灌溉水量的表示方法一致，便于计算库容 和灌水量21,例：一容重为1g/cm3的土壤，初始含水量为12%，田间持水量为30%，要使30cm土层含水量达田间持水量的80%，需灌水多少（方/亩）？,解：田间持水量的80%为：30%×80%=24% 30cm土层含水达田间持水量80%时 水mm=(0.24-0.12)×1×300 =36(mm) 2/3×36=24(方/亩),22,5. 相对含水量(relative moisture) 指土壤自然含水量占某种水分常数的百分数。

一般是以田间持水量为基数，土壤自然含水量占田间持水量的百分数为相对含水量 通常相对含水量的60%至80%，是适宜一般农作物以及微生物活动的水分条件三、水分含量的测定 1. 经典烘干法,在105～110℃条件下，烘至恒重，为烘干土重，以此为基础计算水分重(蒸发损失量)的百分比(%) 改进快速法——红外线烘干法、微波炉烘干法、 酒精烘干法、酒精烧失法等风干土— 烘干土 水分= ————————×100% 烘干土,2.中子法 简便、较精确但只能用于较深土层水分测定，不能用于土表薄层土有机质中的氢也会影响H2O的测定结果3.TDR法（时域反射仪法）,第二节 土壤水的能态 一、土水势及其分势 1. 土水势(soil water potential) 土壤水的自由能与标准状态水自由能的差值 以标准状态水的自由能为零，土壤水自由能与其比较差值一般为负值差值大，表明水不活跃，能量低；差值小，表明土壤水与自由水接近，活跃，能量高水流动方向：土水势高(负值小)→低(负值大)2. 土水势分势 （1）基模势 (matric potential)Ψm 也称基质势，是由土粒吸附力和毛管力所产生的在土壤水不饱和的情况下，非盐碱化土壤的土水势以基模势为主。

2）溶质势（渗透势）(osmotic potential) Ψs 由溶质对水的吸附所产生土壤水不是纯水，其中有溶质，而水分子是极性分子，与溶质之间可产生静电吸附，产生溶质势3）重力势 (gravitational potential)Ψg 由重力作用产生的水势如果土壤水在参照面之上，则重力势为正，反之，重力势为负 （4）压力势 (pressure potential)Ψp 标准状态水的压力为1个大气压，但在土壤中的水所受到的压力，在局部地方就不一定为1个大气压 如果土壤中有水柱或水层，就有一定的静水压；悬浮于水中的物质也会产生一定的荷载压若存在上述状况则Ψp为正值土水势Ψt=Ψm+Ψs+Ψg+Ψp,二、土壤水吸力(soil moisture suction) 土壤水承受一定吸附力情况下的能态 水吸力只相当于土水势的基膜势和溶质势，数值相等，符号相反 基膜势和溶质势一般为负值，使用不方便，故将其取为正数，定义为吸力（S），分别称为基质吸力和溶质吸力 在土壤水分的保持和运动中，不考虑ψs，故一般所说的水吸力是指基质吸力，其值与ψm相等，符号相反溶质吸力只在根系吸水(有半透膜存在)时才表现出来。

三、水分能量的表示方法 土水势或水吸力的表示方法，以使用水柱高度的厘米数来表示最简便，最易理解 现在国际计量统一使用的单位为帕(Pa)，与厘米的换算关系为：1 Pa=10-2cm 1cm水=102帕=1hPa pF：水柱高度厘米数的对数表5－2 各种方法的换算关系,四、土水势的测定 张力计法、压力膜法、冰点下降法和水气压法等 张力计(tensiometer)，又名负压计或湿度计，测定水不饱和土壤的基质势或基质吸力张力计适用范围800/850hPa以下，超过此范围，就有空气进入陶土管而失效 旱地作物可吸水的吸力范围多在1000hPa以下，故张力计有一定实用价值压力膜法：根据土壤在不同压力下排水的原理测定，可测水吸力1~20bar五、土壤水分特征曲线 (soil water characteristic curve) 土壤水分特征曲线是土壤水的能量指标（水吸力）与数量指标（含水量）的关系曲线随着土壤含水量的减少其水吸力增大，基质势降低，植物根系吸水难度增大，水分有效性降低 土壤水吸力（S）与含水量 的经验公式： S= aθb 或 S=a(θ/θs)b S=A（θs-θ）n/θm 式中： S——水吸力（Pa）；θ——含水量（%）； θs——饱和含水量（%）； a、b、A、n、m为相应的经验常数。

1. 土壤质地 假定土壤水吸力为300cm（水柱高），各种质地的对应土壤的含水量（容积%）约为：细砂土 8%，砂壤土15%，壤土34%，粘土42% soil water characteristic curve,（一）土壤水分特征曲线的影响因素,2. 土壤结构和紧实度（容重） 在同一吸力值下，容重愈大的土壤，含水量愈高 3. 温度 影响水的粘滞性和表面张力土温升高，水的基质势增大，有效性提高 4. 水分滞后现象 土壤吸湿过程中，水吸力随含水量增加而降低的速度较快土壤脱湿过程中，水吸力随含水量减少而增大的速度较慢同一土壤的两种水分特征曲线不重合砂质土的滞后现象比粘质土更明显Water sorption curve,soil water hysteresis,（二）土壤水分特征曲线的应用 1. 用于土壤水吸力与含水量之间的换算 不同土壤的水吸力相同，水分有效性相同，但含水量不同，因而有效水的数量不同 2.用于各级孔径、孔隙及其容积（V，%）的计算 D=3/T 3.计算水容量（又称比水容） 指水吸力变化1个单位土。