2章3节土壤水分空气与热量环境土壤学.ppt

第三节第三节 土壤水分、空气与热量状土壤水分、空气与热量状况况 q土壤水分、空气和热量是作物正常生长土壤水分、空气和热量是作物正常生长发育所必需的基本条件，和土壤养分一发育所必需的基本条件，和土壤养分一起，共同构成土壤肥力的四个基本要素起，共同构成土壤肥力的四个基本要素q它们相互联系、相互制约，经常处在动它们相互联系、相互制约，经常处在动态变化之中，使土壤表现出不同的肥力态变化之中，使土壤表现出不同的肥力特征特征 q一、土壤水分一、土壤水分q二、土壤空气二、土壤空气q三、土壤热量三、土壤热量q四、土壤水、气、热的关系及其调节四、土壤水、气、热的关系及其调节一、土壤水分一、土壤水分 q我们通常所说的土壤水分是指在我们通常所说的土壤水分是指在105105～～110℃110℃下能下能从土壤中驱逐出来的水分，而不包括化合水和结从土壤中驱逐出来的水分，而不包括化合水和结晶水q土壤水分是重要的土壤肥力要素土壤水分是重要的土壤肥力要素v是作物生长发育所需水分的主要来源是作物生长发育所需水分的主要来源v是作物吸收养分的重要条件是作物吸收养分的重要条件v参与土壤中许多物理、化学和生物学过程参与土壤中许多物理、化学和生物学过程v自然界重要自然界重要““水库水库””和水循环重要环节，环境的重要组分和水循环重要环节，环境的重要组分q（一）、土壤水分含量及表示方法（一）、土壤水分含量及表示方法 q（二）、土壤水分类型与水分常数（二）、土壤水分类型与水分常数 q（三）、土壤水分能量状态（三）、土壤水分能量状态 q（四）、土壤水运动及田间循环（四）、土壤水运动及田间循环 q（五）、土壤水分状况及其调节（五）、土壤水分状况及其调节（一）、土壤水分含量及表示方法（一）、土壤水分含量及表示方法qA A 土壤含水量的表示方法土壤含水量的表示方法 q土壤中所含水分的数量即为土壤含水量土壤中所含水分的数量即为土壤含水量( (soil water content)soil water content)，，也称土壤湿度也称土壤湿度( (wetness) wetness) 1. 1. 质量含水量质量含水量( (mass water content)mass water content)　　也称也称重量含水量，指单位质量土壤中水分所占的重量含水量，指单位质量土壤中水分所占的比例，无量纲，常用比例，无量纲，常用θθm m表示。

表示q也可用单位也可用单位g g•㎏㎏-1-1，，无需再注明质量含水量无需再注明质量含水量 需要注意的问题：质量含水量的表示必须以烘干土重为基数，其原因为：1.自然条件下，土壤含水量在时间、空间变化着，湿土是一种瞬时状态，为了使各地或各时期土壤含水量有一个可比性，只有烘干土壤才是一种稳定状态2.用烘干土作基数表示土壤水分含量变化过程较为直观例如：某土壤湿时重为120g，烘干后为100g，分别用烘干土和湿土作基数，计算土壤水分丢失1半后含水量变化：以烘干土为基数以烘干土为基数以湿土为基数以湿土为基数水分丢失前水分丢失前水分丢失后水分丢失后已知含水量，湿土、干土折算公式 2. . 容容( (体体) )积含水量积含水量( (volumetric water volumetric water content)content)q指单位容积土壤中水分所占的比例，无量纲，指单位容积土壤中水分所占的比例，无量纲，常用常用θθv v表示q也可以用也可以用cmcm3 3•cmcm-3-3的形式，无需再注明容积含的形式，无需再注明容积含水量 三相比的计算三相比的计算q通过实验测定土壤容重、比重通过实验测定土壤容重、比重( (也可以取也可以取平均值平均值2.65)2.65)和土壤质量含水量可以计算和土壤质量含水量可以计算土壤孔隙和土壤三相比土壤孔隙和土壤三相比 q3.3.相对含水量相对含水量( (relative water content) relative water content) q指土壤的自然含水量占田间持水量或土壤饱和含指土壤的自然含水量占田间持水量或土壤饱和含水量的百分数。

水量的百分数 q反映土壤水分的有效程度一般农作物适宜的相反映土壤水分的有效程度一般农作物适宜的相对含水量为田持对含水量为田持70%70%～～80%80%例：测得土壤含水量为例：测得土壤含水量为18%18%，有效水分？，有效水分？ 很难确定有效水分的多少，但如果测得田持为很难确定有效水分的多少，但如果测得田持为24%24%，则相对含水量为，则相对含水量为75%75%，比较适于作物生长，比较适于作物生长q4.水层厚度水层厚度 q为了使土壤实际含水量与降雨量、蒸发量进行为了使土壤实际含水量与降雨量、蒸发量进行比较，将一定厚度土层中所含的水分换算成水比较，将一定厚度土层中所含的水分换算成水层厚度来表示，单位多采用㎜层厚度来表示，单位多采用㎜水层厚度公式的应用：（1）与气象资料进行互相加减（2）计算土体中水分的总储量（3）计算土壤水分动态变化情况------水分平衡模型的基础q5.5.土壤水分贮量土壤水分贮量 q指一定面积一定厚度土层水分的总贮量，指一定面积一定厚度土层水分的总贮量，可用体积或重量表示，为和灌水量、排水可用体积或重量表示，为和灌水量、排水量相一致，多采用量相一致，多采用m m3 3/ /亩或亩或m m3 3•hmhm-2-2 表示表示 土壤含水量的测定技术TDR法B B 土壤水分含量的测定土壤水分含量的测定q烘干法、电阻法、中子法、烘干法、电阻法、中子法、γγ射线法、射线法、TDRTDR法法 q1. 1. 经典烘干法经典烘干法 q将土样放入已知重量将土样放入已知重量w w0 0的铝盒的铝盒( (或最后再称或最后再称) )中，中，迅速盖上盒盖迅速盖上盒盖( (防止水分散失防止水分散失) )，称重，记为，称重，记为w w1 1，，打开盒盖，放在烘箱中，于打开盒盖，放在烘箱中，于105105～～110110下烘至恒重下烘至恒重（（6 6～～8 8小时以上），再称重，记为小时以上），再称重，记为w w2 2。

q2. 2. 快速烘干法　如红外线烘干快速烘干法　如红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃烧法法、微波炉烘干法、酒精燃烧法等，测定时间大大缩短等，测定时间大大缩短 （（一）烘干法：一）烘干法：oven drying methodoven drying method1.1.烘箱烘干法烘箱烘干法(gravimetry with Oven Drying): (gravimetry with Oven Drying): 缺点：缺点：( (1)1)采样干扰田间土壤水分连续性采样干扰田间土壤水分连续性 (2)(2)不能在同一地点连续进行观测土壤水分动态变不能在同一地点连续进行观测土壤水分动态变化化, ,多点采样必然会因为土壤时空变异性造成测试误差多点采样必然会因为土壤时空变异性造成测试误差 (3)(3)采样、运输及多次称量会产生不必要的误差采样、运输及多次称量会产生不必要的误差 (4)(4)费力、费时，不能快速得到结果；烘干过程中费力、费时，不能快速得到结果；烘干过程中一些有机物质在这样温度情况下有可能氧化分解给测一些有机物质在这样温度情况下有可能氧化分解。

给测定结果带来误差定结果带来误差 烘干法是土壤含水量测定的经典方法，是其他方法烘干法是土壤含水量测定的经典方法，是其他方法矫正的基础和标准方法矫正的基础和标准方法B B 土壤水分含量的测定土壤水分含量的测定2.酒精燃烧法（gravimetry with Drying by Burning Alcohol） 原理：利用酒精与水相溶解以及酒精易燃的特性，使酒精在样品中燃烧生热，将水分迅速蒸发干燥酒精燃烧时，火焰距土面2-3cm，样品温度约70-80 ℃，当火苗熄灭前的几秒钟，火焰下降，土壤温度上升到180~200 ℃，然后很快下降到85~90 ℃，并缓慢冷却 应用条件：本方法由于高温阶段时间短，，样品中有机质及盐类损失甚微，但有机质含量高于5%的样品，也不适用 特点：快速，20分钟左右适用于在田间进行快速测定允许误差<1%B B 土壤水分含量的测定土壤水分含量的测定q3. TDR法法 θv＝－5.3×10-2＋2.9×10-2εr　　　　　　－5.5×10-4εr2＋4.3×10-6εr3 TDR仪器探头土土壤壤水水分分测测定定(TDR)( (二二) )、土壤水分类型与水分常数、土壤水分类型与水分常数 q水分进入土壤后，或者保持在土壤中，水分进入土壤后，或者保持在土壤中，或者发生深层渗漏或侧向渗漏而流出土或者发生深层渗漏或侧向渗漏而流出土体。

体q土壤水分受到的来自土壤中的不同性质、土壤水分受到的来自土壤中的不同性质、大小和方向的作用力大小和方向的作用力v一是土壤颗粒对水分子的吸附力，它又包括土壤颗一是土壤颗粒对水分子的吸附力，它又包括土壤颗粒表面的吸附力和电荷的静电引力；粒表面的吸附力和电荷的静电引力；v二是水和空气界面上的弯月面力，即毛管力；二是水和空气界面上的弯月面力，即毛管力；v三是地心引力三是地心引力( (重力重力) )q土壤水分的存在形态、性质以及对作物土壤水分的存在形态、性质以及对作物的有效性都有所不同的有效性都有所不同A A土壤水分的类型与性质土壤水分的类型与性质r按土壤水分所受力的类型，划分为：吸按土壤水分所受力的类型，划分为：吸附水附水(或束缚水或束缚水)、毛管水、重力水、毛管水、重力水土土壤壤水水分分类类型型受受土土粒粒分分子子引引力（吸附力）力（吸附力）受毛管力作用受毛管力作用受重力作用受重力作用吸湿水（紧结合水）吸湿水（紧结合水）膜状水（松结合水）膜状水（松结合水）毛管悬着水毛管悬着水毛管上升水毛管上升水重力水重力水土壤水的形态示意图土壤水的形态示意图1－土粒　－土粒　2－吸湿水　－吸湿水　3－膜状水　－膜状水　4－毛管水－毛管水5－孔隙中的气态水　－孔隙中的气态水　6－毛管弯月面－毛管弯月面7－土壤大孔隙中的重力水－土壤大孔隙中的重力水1.1.吸湿水吸湿水 p干燥的土粒靠分子引力从土壤空气中吸持的汽态水称为吸湿干燥的土粒靠分子引力从土壤空气中吸持的汽态水称为吸湿水水。

p受力受力＞＞＞＞3 3 3 3.1.1.1.1MPa, MPa, 土粒表面可达土粒表面可达1 1GPaGPa以上p性质：与常态水不同的特性，密度大（平均性质：与常态水不同的特性，密度大（平均1.51.5g/cmg/cm3 3），），冰冰点低（点低（-7.8℃-7.8℃），不能移动，没有溶解性，类固态水不能移动，没有溶解性，类固态水pp当空气湿度接近饱和时，土壤的吸湿水达到最大值，叫当空气湿度接近饱和时，土壤的吸湿水达到最大值，叫当空气湿度接近饱和时，土壤的吸湿水达到最大值，叫当空气湿度接近饱和时，土壤的吸湿水达到最大值，叫最大最大最大最大吸湿水量或吸湿系数吸湿水量或吸湿系数吸湿水量或吸湿系数吸湿水量或吸湿系数pp在土壤分析中，要测定风干土吸湿量，以换算为烘干土在土壤分析中，要测定风干土吸湿量，以换算为烘干土在土壤分析中，要测定风干土吸湿量，以换算为烘干土在土壤分析中，要测定风干土吸湿量，以换算为烘干土 2.2.膜状水膜状水 p土粒表面的分子引力吸持的液态水，在土粒吸湿水外围形成薄土粒表面的分子引力吸持的液态水，在土粒吸湿水外围形成薄的水膜，称为的水膜，称为膜状水膜状水膜状水达到最大量时的含水量，称为。

膜状水达到最大量时的含水量，称为土土壤最大分子持水量壤最大分子持水量p吸持力：吸持力：0.625-30.625-3.lMpa.lMpap性质：密度性质：密度1.251.25g/cm3g/cm3冰点冰点-4℃-4℃，溶解力弱移动速度慢，，溶解力弱移动速度慢，0.2-0.40.2-0.4mm/hmm/hp有效性：作物根系的平均吸水力有效性：作物根系的平均吸水力1.51.5MPaMPa，，因此，只能吸收利用因此，只能吸收利用膜状水的一部分膜状水的一部分p当植物因不能吸收水分而发生永久萎蔫时的土壤含水量称为当植物因不能吸收水分而发生永久萎蔫时的土壤含水量称为萎萎蔫系数蔫系数( (或凋萎含水量或凋萎含水量) )植物可以利用的土壤有效水的下限，植物可以利用的土壤有效水的下限，制订灌溉定额的下限制订灌溉定额的下限凋萎系数凋萎系数(permanent wilting percentage, permanent (permanent wilting percentage, permanent wilting coefficient) wilting coefficient) 测定方法: (1) 幼苗发：农业上常用向日葵作为直接测定凋萎系数的植物。

2）测定15bar含水量：农业上就大多数农作物来讲，土壤含水量等于凋萎系数时，其水吸力大约为1.5Mpa（15bar)，这是因为大多数农作物叶片的渗透压在1.5-2.0Mpa，以土壤水的形态而言，大致相当于全部吸湿水以及部分膜状水需要特别指出的是在林业上，大多数树木在此水吸力下正常生长，一些树种的渗透压多为2.5-3左右，有的甚至更高，此外针叶树的针叶在土壤供水不足时没有明显的凋萎症状，当有外观症状（如针叶干黄而枯萎时）可能早已死亡，有些阔叶树如刺槐当遇到干旱胁迫时，叶子凋萎脱落后，在水分条件好时重新出芽生长影响萎蔫系数因子：土壤因子和植物因子 不同质地土壤的萎蔫系数（%）土壤质地土壤质地粗砂壤土粗砂壤土细砂土细砂土砂壤土砂壤土壤土壤土粘壤土粘壤土萎蔫系数萎蔫系数0.96~1.112.7~3.65.6~6.99.0~12.413.0~16.6粘质盐渍土的萎蔫系数（%）盐分盐分盐分含量（盐分含量（%））0.000.100.200.300.500.751.00NaClNa2SO424.4524.4525.39--26.1325.4226.30-26.9228.3627.3442.4427.443.3.毛管水毛管水 p靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水称为毛管水。

靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水称为毛管水p引力：引力：0.08-0.6250.08-0.625Mpa(0.1-6.25atm)Mpa(0.1-6.25atm)之间，可全部被作物所之间，可全部被作物所吸收利用吸收利用p性质：基本同自由水，移动速度快，可达性质：基本同自由水，移动速度快，可达10-30010-300mm/hmm/h，，毛管毛管水溶有各种养分，有效水分水溶有各种养分，有效水分p影响主要因素：土壤孔隙的大小和数量影响主要因素：土壤孔隙的大小和数量p分类：根据毛管水与地下水是否相连接，可分成毛管悬着水分类：根据毛管水与地下水是否相连接，可分成毛管悬着水与毛管上升水与毛管上升水1 1）毛管悬着水）毛管悬着水 r土壤上层的毛管水与地下水不直接相连，不受地下水源的补土壤上层的毛管水与地下水不直接相连，不受地下水源的补给，好像悬着在上层土壤的毛管孔隙中，给，好像悬着在上层土壤的毛管孔隙中，称为称为毛管悬着水毛管悬着水地形部位高，地下水位较深地形部位高，地下水位较深r毛管悬着水达最大量时的土壤含水量称为毛管悬着水达最大量时的土壤含水量称为田间持水量田间持水量；是旱；是旱地土壤有效水的上限，确定灌水量的重要依据。

大小，主要地土壤有效水的上限，确定灌水量的重要依据大小，主要决定于土壤质地、有机质含量、结构、松紧状况和土体构造决定于土壤质地、有机质含量、结构、松紧状况和土体构造等r毛管孔隙中连续运动的水分发生断裂时的土壤含水量称为毛管孔隙中连续运动的水分发生断裂时的土壤含水量称为毛毛管断裂含水量管断裂含水量( (毛管水断裂量毛管水断裂量) )吸力值约为吸力值约为0.040.04～～0.08 0.08 MPaMPa，，运动速度缓慢，植物根系吸收困难，因此又称运动速度缓慢，植物根系吸收困难，因此又称生长阻滞含生长阻滞含水量水量，一般为田持的，一般为田持的70%70% 给土壤充分灌水后，及时覆盖地表，防止蒸发，让其平衡2-3天，到土壤湿度基本稳定后测得的土壤含水量 特点：降雨或灌溉后，大孔隙中的重力水已经排除，渗透水流已降至很低或基本停止时土壤所吸持的水量所吸持的水相当于吸湿水、膜状水和悬着水的全部此时的土壤含水量约为吸湿系数的2.5倍，水吸力在0.3大气压之间也有人叫1/3bar含水量 影响因素：田间持水量的大小与土壤孔隙状况及有机质含量有关，粘质土壤、结构良好或富含有机质的土壤，田间持水量大。

大多数土壤只在降水后达到田间持水量 以相当于重力1,000倍的离心力排去饱和土壤中多余的水后，土壤所吸持的水量称为持水当量其数值近似于田间持水量，水吸力约为1/3大气压 意义：制定灌溉定额的上限 表示土壤水分有效性的上限值问题：田间持水量的容积含水量与毛管孔度关系如何？2)2)田间持水量（田间持水量（field capacity): field capacity): 3 3）毛管上升水）毛管上升水 r在地下水位较浅的地方，当表层土壤水分被蒸发、蒸在地下水位较浅的地方，当表层土壤水分被蒸发、蒸腾而消耗后，地下水可沿毛管上升，使地表水不断得腾而消耗后，地下水可沿毛管上升，使地表水不断得到补充这种到补充这种借助于毛管力上升到一定高度并保持在借助于毛管力上升到一定高度并保持在上层土壤中的水分称为上层土壤中的水分称为毛管上升水毛管上升水r毛管上升水达最大量时的土壤含水量称为毛管上升水达最大量时的土壤含水量称为毛管持水量毛管持水量r毛管持水量的数值一般大于田间持水量，在地下水位毛管持水量的数值一般大于田间持水量，在地下水位高的低洼地区，田间持水量接近于毛管持水量。

高的低洼地区，田间持水量接近于毛管持水量4 4) ). .重力水重力水 r土壤含水量超过田间持水量以后，多余的水分由于不能为毛土壤含水量超过田间持水量以后，多余的水分由于不能为毛管力所保持，受重力作用而沿土壤中的大孔隙向下移动，这管力所保持，受重力作用而沿土壤中的大孔隙向下移动，这种水分叫做种水分叫做重力水重力水r所受的吸力为0.1（0.3）-0barr水田中的重力水可以利用的，旱地，很快渗透到根层以下，水田中的重力水可以利用的，旱地，很快渗透到根层以下，如长期滞留在土壤中，阻碍空气供应，不利植物生长如长期滞留在土壤中，阻碍空气供应，不利植物生长r土壤全部孔隙都充满水时的土壤含水量，称为土壤全部孔隙都充满水时的土壤含水量，称为饱和含水量或饱和含水量或称全持水量称全持水量当土壤水分饱和时，土壤空气及时排除，植物当土壤水分饱和时，土壤空气及时排除，植物窒息死亡窒息死亡r问题：饱和含水量（容积）与土壤孔度关系？（条件；非胀缩性土壤）B B 土壤水分常数与有效性土壤水分常数与有效性 q1. 1. 土壤水分常数土壤水分常数 q不同性质和形态的水分之间存在一定的界线，这是不同性质和形态的水分之间存在一定的界线，这是水分受力由量变引起质变的标志，这些分界线所对水分受力由量变引起质变的标志，这些分界线所对应的土壤水分含量称为土壤水分常数。

应的土壤水分含量称为土壤水分常数 q如土壤最大吸湿水量、萎篶系数、最大分子持水量、如土壤最大吸湿水量、萎篶系数、最大分子持水量、毛管断裂含水量、田间持水量、毛管持水量、全持毛管断裂含水量、田间持水量、毛管持水量、全持水量等水量等 q由于土壤组成和性质的复杂性，以及测定条件和测由于土壤组成和性质的复杂性，以及测定条件和测定方法的差异，使土壤水分常数并不是一个常数值，定方法的差异，使土壤水分常数并不是一个常数值，而是一个比较固定的数值范围而是一个比较固定的数值范围q2. 2. 土壤水分的有效性土壤水分的有效性 q土壤水分的有效性是指土壤水分能否被植物吸收土壤水分的有效性是指土壤水分能否被植物吸收利用以及难易程度利用以及难易程度 q不能被植物直接吸收利用的水称为不能被植物直接吸收利用的水称为““无效水无效水””；；q能被植物直接吸收利用的水称为能被植物直接吸收利用的水称为““有效水有效水””q土壤有效水的最大含量土壤有效水的最大含量(%)=(%)=田间持水量田间持水量(%)(%)－萎蔫－萎蔫系数系数(%)(%)q土壤有效水的实际含量土壤有效水的实际含量(%)=(%)=土壤自然含水量土壤自然含水量(%)(%)－－萎蔫系数萎蔫系数(%) (%) B B 土壤水分常数与有效性土壤水分常数与有效性 B B 土壤水分常数与有效性土壤水分常数与有效性 q土壤有效水的最大含量受土壤和作物因素的影响。

土壤有效水的最大含量受土壤和作物因素的影响q选用根系优良的作物品种，培育健壮的根系，抗旱，提高土选用根系优良的作物品种，培育健壮的根系，抗旱，提高土壤水分的利用率壤水分的利用率q质地质地 砂质土萎蔫系数的值较低，但保持的水分少砂质土萎蔫系数的值较低，但保持的水分少( (田间持水田间持水量低量低) )；黏质土虽然保持的水分多，但萎蔫系数高；而壤质；黏质土虽然保持的水分多，但萎蔫系数高；而壤质土保持的水分量多，无效水的量又较少，所以壤质土最大有土保持的水分量多，无效水的量又较少，所以壤质土最大有效水含量最多效水含量最多 土壤质地土壤质地 砂土砂土 砂壤土砂壤土 轻壤土轻壤土 中壤土中壤土 重壤土重壤土 黏土黏土 田间持水量田间持水量(%) 12 18 22 24 26 30 萎蔫系数萎蔫系数(%) 3 5 6 9 11 15 有效水最大含量有效水最大含量(%) 913 16 15 15 15  土壤水分形态学 优点：比较直观，对土壤水分的保蓄机制阐述的比较明白 存在的问题有：很难界定他们之间的明显得界限，人为性比较强，难于准确地表示土壤水分流动方向和水分的有效性 如何解决这些问题？----能量学的观点诞生q根据水分被植物吸收的难易程度可以分为速效根据水分被植物吸收的难易程度可以分为速效水水( (易效水易效水) )和迟效水和迟效水( (难效水难效水) )。

q不同土壤水分形态与土壤水分常数、土壤对水不同土壤水分形态与土壤水分常数、土壤对水的吸力以及有效性之间存在密切的关系的吸力以及有效性之间存在密切的关系( (三三) )、土壤水分能量状态、土壤水分能量状态 q土壤水的能量状态就是指土壤中的水分受到各种力的土壤水的能量状态就是指土壤中的水分受到各种力的作用后，自由能的变化状态作用后，自由能的变化状态q土壤水的能量主要表现为由位置和内部状况不同所产土壤水的能量主要表现为由位置和内部状况不同所产生的势能生的势能. . q土壤水分的运动也主要是由土壤中不同部位水分势能土壤水分的运动也主要是由土壤中不同部位水分势能的差异驱动的，土壤水分总是由势能高处向低处运动；的差异驱动的，土壤水分总是由势能高处向低处运动；土壤水分运动后，其自由能也要降低土壤水分运动后，其自由能也要降低 A A 土水势（土水势（Soil water Soil water potentialpotential））概念概念 q国际土壤学会术语委员会：单位数量纯水可逆地等温地无限小国际土壤学会术语委员会：单位数量纯水可逆地等温地无限小量从标准大气压下规定水平的水池移至土壤中某一地点（成为量从标准大气压下规定水平的水池移至土壤中某一地点（成为土壤水）所必须做的功。

土壤水）所必须做的功 q标准状态下纯自由水的势能值通常假定为零，土壤水受各种力标准状态下纯自由水的势能值通常假定为零，土壤水受各种力作用，势能比纯自由水低，一般为负值作用，势能比纯自由水低，一般为负值q使用土水势的优点使用土水势的优点v第一，作为表征土壤水分存在状态的统一的标准第一，作为表征土壤水分存在状态的统一的标准 v第二，可以在土壤－植物－大气统一体（第二，可以在土壤－植物－大气统一体（SPACSPAC））中统一应用，以比较水势、判中统一应用，以比较水势、判断水分的运动方向以及有效性断水分的运动方向以及有效性 v第三，对土壤水分研究提供某些更为精确快捷的测定手段第三，对土壤水分研究提供某些更为精确快捷的测定手段B.B.土水势的分势土水势的分势 q1. 1. 基质势基质势( (matric potential, matric potential, ψψm m) )：：是由于土是由于土壤固相颗粒（基质）对土壤水分的吸附力和毛壤固相颗粒（基质）对土壤水分的吸附力和毛管力造成的土水势的变化管力造成的土水势的变化q基质势总是负值基质势总是负值q基质势与土壤含水量密切相关，土壤含水量越基质势与土壤含水量密切相关，土壤含水量越小，基质势越小（即基质势的绝对值越大）；小，基质势越小（即基质势的绝对值越大）；土壤含水量越大，基质势越大（即基质势的绝土壤含水量越大，基质势越大（即基质势的绝对值越小）；当土壤水分达到饱和时，土壤的对值越小）；当土壤水分达到饱和时，土壤的基质势为零。

基质势为零 q2. 2. 压力势压力势( (pressure potential, pressure potential, ψψp p) )：：是由是由于土壤水在饱和状态下承受静水压力而引起的于土壤水在饱和状态下承受静水压力而引起的水势的变化水势的变化q压力势分为静水压力势和压力势分为静水压力势和气压势气压势q在不饱和土壤中，土壤水压力势为零在水分在不饱和土壤中，土壤水压力势为零在水分饱和的土壤中，在土壤表面以下的水分压力势饱和的土壤中，在土壤表面以下的水分压力势大于参比标准下的压力势，因而压力势为正值大于参比标准下的压力势，因而压力势为正值qψψp p＝＝ρρw wVghVgh per unit mass ψper unit mass ψp p=gh=ghper unit volume ψper unit volume ψp p= ρ= ρw wgh gh per unit weight ψper unit weight ψp p=h =h B.B.土水势的分势土水势的分势 q3. 3. 溶质势溶质势( (solute potential, solute potential, ψψs s) )：：是由于是由于土壤中溶解的溶质引起的水势的变化。

土壤中溶解的溶质引起的水势的变化 q溶质势为负值，其数值等于土壤溶液的渗透压，溶质势为负值，其数值等于土壤溶液的渗透压，所以溶质势也称为渗透势所以溶质势也称为渗透势( (osmotic potential)osmotic potential)q溶质越多，溶质势越低溶质越多，溶质势越低q溶质势大小依赖于溶质类型溶质势大小依赖于溶质类型(μ)(μ)和浓度和浓度C C，依据，依据van’t Hoff van’t Hoff 方程方程q土壤溶液均匀一致，所以溶质势对土壤水分的土壤溶液均匀一致，所以溶质势对土壤水分的运动基本没有作用，但对于植物根系吸水有重运动基本没有作用，但对于植物根系吸水有重要影响，如盐碱土中要影响，如盐碱土中 B.B.土水势的分势土水势的分势 q4. 4. 重力势重力势( (gravitational potential, gravitational potential, ψgψg) )：：是由于土壤水是由于土壤水分位置不同导致水分的重力不同引起的水势的变化分位置不同导致水分的重力不同引起的水势的变化qψψg g＝＝±M±Mgzgz vper unit mass ψg=mgZ/m=gZ (J/kg)per unit mass ψg=mgZ/m=gZ (J/kg)vper unit volume ψg =mgZ/v=ρwgZ (N/m2) per unit volume ψg =mgZ/v=ρwgZ (N/m2) vper unit weight ψg=mgZ/mg=Z (m) per unit weight ψg=mgZ/mg=Z (m) (1) (1) 与土壤性质毫无关系与土壤性质毫无关系 (2) (2) 其值的大小等于待测点到参考面的其值的大小等于待测点到参考面的垂直垂直高度高度(Z),(Z),单位为单位为(L)(L) (3) (3) 规定特测点在参考面值上取正值（规定特测点在参考面值上取正值（+ +）（重力相对大），）（重力相对大），在参考面之下取负值（一）（重力相对小）在参考面之下取负值（一）（重力相对小） (4)(4)规定参考面处为零，它的选择不影响空间任意两点间重力规定参考面处为零，它的选择不影响空间任意两点间重力势差值势差值 (5)(5)无需特别测量仪器和设备无需特别测量仪器和设备 一般以地下水面作为参比面（重力势为零），水分在参比面一般以地下水面作为参比面（重力势为零），水分在参比面以上时，重力势为正值；水分在参比面以下时，重力势为负以上时，重力势为正值；水分在参比面以下时，重力势为负值。

值B.B.土水势的分势土水势的分势 1.(1.(总）土水势总）土水势: ψ: ψt t= ψ= ψg g + ψ + ψo o+ ψ+ ψp p + ψ + ψm m 2.2.水势（水势（water potentialwater potential）） ψψw w = ψ = ψo o + ψ + ψp p + ψ + ψm m 描述植物从土壤中吸水能力时或者土壤水分有效性时用描述植物从土壤中吸水能力时或者土壤水分有效性时用1) (1) 饱和情况下饱和情况下 ψψw w = ψ = ψo o + ψ + ψp p(2) (2) 非饱和情况下非饱和情况下 ψψw w = ψ = ψo o + ψ + ψm m3. 3. 水力势水力势(hydraulic potential)(hydraulic potential)（仅涉及液态水流）（仅涉及液态水流）ΨΨh h= ψ= ψg g + ψ + ψp p + ψ + ψm m 表示土壤中水分的移动能力时使用，即水分移动的推动表示土壤中水分的移动能力时使用，即水分移动的推动力1)(1)饱和情况下饱和情况下 ΨΨh h= ψ= ψg g + ψ + ψp p （也叫（也叫水头高度水头高度 hydraulic headhydraulic head））(2) (2) 非饱和情况下非饱和情况下 ΨΨh h= ψ= ψg g + ψ + ψm m 几种特殊情况下土水势几种特殊情况下土水势C.C.土水势的定量表示土水势的定量表示 q土水势可以用单位数量（单位质量、容积或重量）土水势可以用单位数量（单位质量、容积或重量）土壤水的势能来定量表示。

土壤水的势能来定量表示 q压力势压力势ψψp＝＝ρρwVgh，，推导出单位质量、单位容积推导出单位质量、单位容积和单位重量土壤水分压力势分别为和单位重量土壤水分压力势分别为gh、、ρρwgh和和gh q重力势公式重力势公式ψψg＝＝±±Mgz，，推导出单位质量、容积和推导出单位质量、容积和重量的土壤水分重力势重量的土壤水分重力势±±gz、、±±ρρwgz和和±±z q单位容积土水势用压力的单位帕单位容积土水势用压力的单位帕(Pa)、、千帕千帕(kPa)或兆帕或兆帕(MPa)表示，习惯上也用巴表示，习惯上也用巴(bar)和大气压和大气压(atm)表示 q单单位位重重量量土土水水势势用用相相当当于于一一定定压压力力的的水水柱柱高高度度(厘米水柱，厘米水柱，cmH2O)来表示 q1Pa＝＝0.0102 cmH2Oq1atm＝＝1033 cmH2O ＝＝1.0133barq1bar＝＝0.9896atm＝＝1020 cmH2O q用厘米水柱的对数来表示土水势，称用厘米水柱的对数来表示土水势，称pF 常用土水势单位换算常用土水势单位换算D D 土壤水吸力土壤水吸力 q土壤水吸力土壤水吸力(soil water suction)是指土壤水在承是指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态，简称吸力。

受一定吸力的情况下所处的能态，简称吸力q其意义并不是指土壤对水的有一定大小和方向的其意义并不是指土壤对水的有一定大小和方向的具体吸力，而是表示在各种因素作用下土壤水的具体吸力，而是表示在各种因素作用下土壤水的能态，与土水势的意义一致能态，与土水势的意义一致q将土水势绝对值定义为吸力将土水势绝对值定义为吸力 ，分别称为基质吸力，分别称为基质吸力( (matric suction)matric suction)和溶质吸力和溶质吸力( (solute suction) solute suction) E E 土水势的测定土水势的测定 q土水势的测定方法土水势的测定方法q张力计法张力计法( (又称负压计法又称负压计法) )：测定土壤水分吸力低于：测定土壤水分吸力低于8.5×108.5×104 4PaPa的土壤基质势的土壤基质势q压力膜法：可测定的土水势范围为压力膜法：可测定的土水势范围为0.010.01～～2.02.0MPaMPaq水气压法水气压法( (又称吸湿法又称吸湿法) )：测定吸湿水对应的土水势：测定吸湿水对应的土水势q冰点下降法：冰点下降法：q砂型漏斗法砂型漏斗法( (又称毛管计法又称毛管计法) )：可测定饱和含水量至毛管断裂：可测定饱和含水量至毛管断裂量间对应的土水势量间对应的土水势q若要测定从吸湿水到饱和含水量间的土水势，应选择不同的若要测定从吸湿水到饱和含水量间的土水势，应选择不同的测定方法配合使用。

测定方法配合使用 q1. 张力计法　张力计法用来测张力计法　张力计法用来测定土壤水分的基质势定土壤水分的基质势A.多孔陶瓷杯（porous ceramic cup）：是张力计关键部件，也是张力计的探头，即土壤湿度感应元件它的质量决定着张力计的测量的量程范围仪器的灵敏度它的孔径小于2.8m，漏气值大于1巴，它的透水速率约为8×10-4 cm/分制作张力计一定要进行陶瓷杯质量检验陶瓷杯有不同大小、形状和规格B.连接管（connecting tube）：用塑料管、铜管、玻璃管等材质要求质地坚硬，耐腐蚀材料其长度依赖于所要测定的土层深度，长度会影响仪器的量程C.集气管(air trap):必须透明，常用玻璃D. 测压计（pressure-measuring device）：决定仪器的测量精度常用的有汞压计（mercury manometer）、真空表头（vacuum gauge）、气阻势测压计等（（3 3）张力计的基本类型：主要依据压力测定设备有许多类型）张力计的基本类型：主要依据压力测定设备有许多类型：：张力计类型与使用张力计类型与使用真空表头式空气膨胀式（测水笔）汞压计式（有机溶剂）示差式张力计张力计使用张力计使用（4）仪器使用技术A.埋设前准备外观检查：各部件是否老化漏气，连接部分是否牢固。

装水（无气水）：煮沸过并冷却后的水，或经过抽气的水除气和密封性检查：用注射器进行B.仪器埋设：张力计陶瓷杯与土壤密切接触C.观测读数：一般一早晨8时为宜，此时温度变化较小，吸力值相对稳定，且能反映前一天的水分消耗情况5)基质势计算：真空表示张力计 ψm土=-表盘读数（换算成cmH2O高）-表头到陶瓷杯中心线距离汞压计式张力计ψm土=汞柱高×ρHg/ρw-汞柱面到陶瓷杯中心线距离张力张力计测计测定土定土水势水势q2. 压力膜法压力膜法 　　土壤所土壤所能保持的水分的土水势能保持的水分的土水势与所施加的压力数值相与所施加的压力数值相等 q多孔板根据所能承受的多孔板根据所能承受的压力常分为压力常分为1巴、巴、3巴、巴、6巴、巴、15巴等几种巴等几种 3.压压力力膜膜（板）（板）仪仪土样Pressure plate apparatus出水孔压力调控压力室优点：测量范围大（0~20个大气压）缺点：平衡时间长，需要恒温条件S.J Richards,1931设计注意：不同吸力范围选用不同压力室和膜或板 压力膜仪用以测定土壤持水特性湿土样被放在压力膜仪中，外加一已知的压力，此压力可以使低压下保持在土壤中的任何水分被压出土壤。

通过在几个不同的压力下分析样品，则可确定土壤含水量与压力之间的关系各种不同的压力膜仪用以分析不同大小和数量的土样，且在不同的压力范围下分析土样所有的压力膜仪都要求在一个可以提供调节的压力源下进行操作压缩机或者高压氮瓶提供系统压力 4.土壤水分离心机Moisture Equivalent CentrifugeMax Speed____14,000rpmMax R.C.F____25,220×gMax Capacity____3,000mlControl____Microcomputer&InverterPower Source____AC200V 20A 7KVANo. of Memories____3 MemoriesPower Source____AC200V 3Φ 30A 10KVADimensions____W700×D686×H1190(980)mmWeight____300kgPrice____￥￥2,460,000顶盖出水孔底盒 环刀离心盒转子结构放入离心机中技术参数原理： pF=2logn+logh+log(r1-h/2)-4.95N:转速；h：土壤样品高度的一半；r1：离心机转子半径 由Schofield（1935）年设计提出优点：快速、量程大缺点：土壤容重变化大。

使用时先要探索离心平衡时间离心过程中水土分为两个室其它测定方法悬挂水柱法吸力平板仪简易毛管仪F F土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线 q土壤水分吸力（或基质势）与土壤含水量间的土壤水分吸力（或基质势）与土壤含水量间的关系曲线称为土壤水分特征曲线关系曲线称为土壤水分特征曲线( (soil water soil water characteristic curve)characteristic curve) 土壤水分特征曲线通常是土壤水分特征曲线通常是用实验方法测定不同吸力用实验方法测定不同吸力下土壤的含水量，然后以下土壤的含水量，然后以含水量为横座标，以土壤含水量为横座标，以土壤水分吸力为纵标绘制出来水分吸力为纵标绘制出来图：土壤水分特征曲线图：土壤水分特征曲线1000010001010.10.010102030405060黏土黏土黏土黏土壤土壤土壤土壤土砂土砂土砂土砂土土土土土壤壤壤壤水水水水吸吸吸吸力力力力（（（（ b ba ar r ））））水分含量（克水分含量（克水分含量（克水分含量（克/100/100克干土）克干土）克干土）克干土）70影响因素影响因素q土壤水分特征曲线主要受土壤质地、结构、温土壤水分特征曲线主要受土壤质地、结构、温度和水分变化过程的影响。

度和水分变化过程的影响q不同质地的土壤，水分特征曲线有较大的差异不同质地的土壤，水分特征曲线有较大的差异砂土在较低的吸力范围下，曲线比较平缓，而砂土在较低的吸力范围下，曲线比较平缓，而在较高吸力范围内，比较陡直；黏土随着吸力在较高吸力范围内，比较陡直；黏土随着吸力的提高，含水量逐渐减少的提高，含水量逐渐减少q在土壤水分吸力相同时，砂土的水分含量低于在土壤水分吸力相同时，砂土的水分含量低于黏土，而在土壤水分含量相同时，砂土的水分黏土，而在土壤水分含量相同时，砂土的水分吸力低于黏土吸力低于黏土 滞后现象滞后现象q土壤由湿变干和由干变湿土壤由湿变干和由干变湿的过程不同，土壤水分特的过程不同，土壤水分特征曲线也不同这种现象征曲线也不同这种现象称为滞后现象称为滞后现象( (hysteresis)hysteresis)滞后现象滞后现象的产生可能是由于土壤的的产生可能是由于土壤的胀缩性和土壤孔隙的性质胀缩性和土壤孔隙的性质( (如存在封闭孔隙、孔隙的如存在封闭孔隙、孔隙的不规则性等不规则性等) )所致 土壤水分特性曲线土壤水分特性曲线土壤滞后现象产生的原因：（（1 1）墨水瓶颈效应（）墨水瓶颈效应（ink-bottle effect)ink-bottle effect)（（2 2）接触角效应（）接触角效应（contact angle effect)contact angle effect)（（3 3）封闭空气作用（）封闭空气作用（Entrapped airEntrapped air）：）： Entrapped airEntrapped air，，which decreases the water content in wetted soils.which decreases the water content in wetted soils.降低了重新湿润过程中土壤含水量，达不到真正平衡。

降低了重新湿润过程中土壤含水量，达不到真正平衡4 4）） 土壤胀缩性影响（土壤胀缩性影响（swelling and shrinkingswelling and shrinking，，which change the which change the structure of the soil.structure of the soil. 土壤的滞后现象进一步表明了土壤的保水特性土壤的滞后现象进一步表明了土壤的保水特性温度的影响温度的影响温度影响水的密度、温度影响水的密度、表面张力和粘质系表面张力和粘质系数等数等实用价值（一般了解）实用价值（一般了解）q可以进行土壤水分吸力可以进行土壤水分吸力(或基质势或基质势)与土壤含水量间与土壤含水量间的换算如，利用张力计监测土壤水分吸力的动态的换算如，利用张力计监测土壤水分吸力的动态变化，换算出初始含水量，计算灌水定额变化，换算出初始含水量，计算灌水定额q可以间接反映土壤孔隙的分布状况由土壤水分吸可以间接反映土壤孔隙的分布状况由土壤水分吸力可以换算为土壤孔隙的当量孔径力可以换算为土壤孔隙的当量孔径q可以用来帮助分析土壤的持水性　水分的有效性。

可以用来帮助分析土壤的持水性　水分的有效性如，一般砂土的水分有效性较高，而黏土的水分有如，一般砂土的水分有效性较高，而黏土的水分有效性较低效性较低q第四，是应用数学物理方法研究土壤水分运动时的第四，是应用数学物理方法研究土壤水分运动时的重要参数如，土壤水分特征曲线的斜率重要参数如，土壤水分特征曲线的斜率(C0，，定定义为比水容量义为比水容量)是计算水力扩散的重要参数是计算水力扩散的重要参数 S=ab S=a(/s)b S=A(s-)n/m 土土壤壤水水分分特特性性曲曲线线制制作作在不同吸力段采用不同的测定方法，最后进行数学拟合在不同吸力段采用不同的测定方法，最后进行数学拟合( (四四) )、土壤水运动及田间循环、土壤水运动及田间循环 qA A土壤水分的运动土壤水分的运动 q1. 1. 土壤水分的饱和流动土壤水分的饱和流动 q土壤中所有孔隙始终充满水时的水分运动称土壤中所有孔隙始终充满水时的水分运动称为饱和流动为饱和流动q重力势和压力势梯度是水分饱和流动的主要重力势和压力势梯度是水分饱和流动的主要推动力q在生产实际中，大量持续灌水或降水，造成在生产实际中，大量持续灌水或降水，造成土壤饱和；泉水沿孔隙向上涌出，向上；水土壤饱和；泉水沿孔隙向上涌出，向上；水体向下渗水，向下；水库向周围渗水，水平。

体向下渗水，向下；水库向周围渗水，水平 q土壤水分饱和流动遵循达西定律土壤水分饱和流动遵循达西定律( (Darcy’s law)Darcy’s law)，，即单位时间内通过单位面积土壤的水量即单位时间内通过单位面积土壤的水量( (土壤水土壤水通量通量) )与土水势梯度成正比与土水势梯度成正比 q为土壤水通量，为土壤水通量，ΔHΔH为饱和水流两端土水势差；为饱和水流两端土水势差；L L为水流两端的直线长度；为水流两端的直线长度；ΔHΔH/ /L L为水势梯度；为水势梯度；KsKs为为土壤饱和导水率土壤饱和导水率( (单位水势梯度下的水流通量单位水势梯度下的水流通量) ) qKsKs受质地、结构和孔隙状况的影响质地越粗，受质地、结构和孔隙状况的影响质地越粗，KsKs值越大；质地越细，值越大；质地越细，KsKs值越小具有稳定团粒值越小具有稳定团粒结构的土壤比不稳定团粒结构的土壤结构的土壤比不稳定团粒结构的土壤KsKs值大KsKs是设计水渠、排水沟，制定灌溉制度的重要参数是设计水渠、排水沟，制定灌溉制度的重要参数q2. 2. 土壤水分的非饱和流动土壤水分的非饱和流动 q土壤中部分孔隙充满水时的水分运动称为非饱土壤中部分孔隙充满水时的水分运动称为非饱和流动。

推动力主要是基质势推动力主要是基质势q膜状水由水膜厚处向水膜薄处运动；毛管水由膜状水由水膜厚处向水膜薄处运动；毛管水由毛管弯月面曲率半径大处向小处运动毛管弯月面曲率半径大处向小处运动q非饱和流动也可用达西定律描述，一维垂向：非饱和流动也可用达西定律描述，一维垂向：qK K( (ψψm m) )为非饱和导水率；为非饱和导水率；dψ/dxdψ/dx为非饱和水流为非饱和水流两端总水势梯度两端总水势梯度q毛管水的运动对水分的再分配、水分向植物根毛管水的运动对水分的再分配、水分向植物根际运动、表层土壤水分的蒸发都有重要作用际运动、表层土壤水分的蒸发都有重要作用 q3. 3. 气态水运动气态水运动 q表现为两种现象：水汽扩散和水汽凝结表现为两种现象：水汽扩散和水汽凝结 q土壤中水汽扩散遵循一般气体的扩散规律土壤中水汽扩散遵循一般气体的扩散规律 q式中，式中，q qv v为水汽扩散量为水汽扩散量( (水汽通量水汽通量) )；；D Dv v为水汽扩为水汽扩散系数散系数( (单位时间单位水汽压梯度下，通过单位单位时间单位水汽压梯度下，通过单位面积的水汽扩散量面积的水汽扩散量) )；；dpdpv v/ /dxdx为水汽压梯度为水汽压梯度( (单位单位距离水汽压差距离水汽压差) )。

负号表示水汽向水汽压减小的负号表示水汽向水汽压减小的方向运动方向运动 q““夜潮夜潮””现象现象 在夏、秋季节，天气晴朗时，昼在夏、秋季节，天气晴朗时，昼夜温差较大的情况下，夜间表土温度低，含水量夜温差较大的情况下，夜间表土温度低，含水量小，而下层土壤温度高，水汽压大，引起水汽向小，而下层土壤温度高，水汽压大，引起水汽向表土层运动，并在温度较低的地表凝结，形成凌表土层运动，并在温度较低的地表凝结，形成凌晨的露水，使表土潮湿在干旱地区一昼夜能增晨的露水，使表土潮湿在干旱地区一昼夜能增加加4 4～～8 8㎜水分，对缓解干旱的危害有很大的作用㎜水分，对缓解干旱的危害有很大的作用 q““冻后聚墒冻后聚墒””　冬季土壤表层冻结，水汽压急剧　冬季土壤表层冻结，水汽压急剧下降，下层土壤水汽不断向冻层运动、冻结，使下降，下层土壤水汽不断向冻层运动、冻结，使表层土壤含水量不断增加通过冻后聚墒能使上表层土壤含水量不断增加通过冻后聚墒能使上层土壤水分增加层土壤水分增加2 2～～4%4%，对于缓解春旱、及时春，对于缓解春旱、及时春播提供了必要条件播提供了必要条件 B B 田间水分的循环田间水分的循环 q1. 1. 水分的入渗水分的入渗 q入渗过程是指外界水分渗入土壤的过程，入渗过程是指外界水分渗入土壤的过程，一般是指地表水垂直向下渗入土壤的过一般是指地表水垂直向下渗入土壤的过程，沟灌时水分的侧渗过程和地下灌溉程，沟灌时水分的侧渗过程和地下灌溉时水分向上的过程也是入渗过程。

时水分向上的过程也是入渗过程 q入渗过程的情况主要由两方面因素决定，入渗过程的情况主要由两方面因素决定，一是供水速率，一是土壤的入渗能力一是供水速率，一是土壤的入渗能力 q土壤入渗能力的强弱通常用入渗速率表土壤入渗能力的强弱通常用入渗速率表示，单位时间吸收水分的厚度，单位是示，单位时间吸收水分的厚度，单位是毫米毫米/ /秒或厘米秒或厘米/ /日日 q入渗开始后，土壤初始入渗速率会因土入渗开始后，土壤初始入渗速率会因土壤的干湿程度不同而不同，但都会随时壤的干湿程度不同而不同，但都会随时间的延长而逐渐减小，最后达到一个比间的延长而逐渐减小，最后达到一个比较稳定的数值，这个稳定的入渗速率称较稳定的数值，这个稳定的入渗速率称为为透水率或渗透系数透水率或渗透系数，常用来表示土壤，常用来表示土壤渗水能力的强弱渗水能力的强弱 入入渗渗速速率率入渗时间土壤入渗曲线图土壤入渗曲线图K1tDt1KDK0KK0——最初入渗速率K1——入渗开始单位时间后速率KD——最后或稳定入渗速率时间时间 T入渗土壤水分剖面入渗土壤水分剖面q2. 2. 土壤水分的再分布土壤水分的再分布 q水分在土壤剖面的不停运动，使土壤中水分进行水分在土壤剖面的不停运动，使土壤中水分进行重新分配的过程称为土壤水的再分布。

重新分配的过程称为土壤水的再分布 q在水势梯度的作用下，水分由供水开始的层次在水势梯度的作用下，水分由供水开始的层次( (对地面灌溉而言即为土壤上部的层次对地面灌溉而言即为土壤上部的层次) )向水势较向水势较低的层次运动，这个过程持续时间很长，有时达低的层次运动，这个过程持续时间很长，有时达1 1～～2 2年时间或更长年时间或更长q土壤水分再分布的结果是使土壤剖面各点间土水土壤水分再分布的结果是使土壤剖面各点间土水势梯度减小势梯度减小q土壤水分再分布对于提高灌溉的质量和效果，满土壤水分再分布对于提高灌溉的质量和效果，满足不同层次植物根系对土壤水分的需求，具有重足不同层次植物根系对土壤水分的需求，具有重要意义 q3. 3. 土面蒸发土面蒸发 q土壤水分以气态的形式由土表扩散到大气而损土壤水分以气态的形式由土表扩散到大气而损失的过程称为土面蒸发失的过程称为土面蒸发 q土面蒸发的形成的基本条件：土面蒸发的形成的基本条件：q一是大气蒸发能力，包括辐射、气温、湿度、一是大气蒸发能力，包括辐射、气温、湿度、风速等因素，是形成蒸发的外部条件，决定着风速等因素，是形成蒸发的外部条件，决定着土面蒸发过程中用于蒸发水分的能量；土面蒸发过程中用于蒸发水分的能量；q二是土壤供水能力，包括土壤含水量、土壤导二是土壤供水能力，包括土壤含水量、土壤导水率等因素，是土壤向地表输送水分的能力。

水率等因素，是土壤向地表输送水分的能力 蒸发强度蒸发强度q蒸发强度　即单位时间单位土壤表面上蒸蒸发强度　即单位时间单位土壤表面上蒸发的水量发的水量q土面蒸发强度的大小主要取决于大汽蒸发土面蒸发强度的大小主要取决于大汽蒸发力和土壤供水能力的大小，在土壤供水能力和土壤供水能力的大小，在土壤供水能力相同时，大气蒸发能力越大，蒸发强度力相同时，大气蒸发能力越大，蒸发强度越大，反之，蒸发强度越小一般砂土蒸越大，反之，蒸发强度越小一般砂土蒸发快，黏土蒸发慢；孔隙大、坷垃多的土发快，黏土蒸发慢；孔隙大、坷垃多的土壤蒸发快，结构好、孔隙小的土壤蒸发慢壤蒸发快，结构好、孔隙小的土壤蒸发慢q当土壤供水充足时，由大气蒸发能力决定当土壤供水充足时，由大气蒸发能力决定的最大可能蒸发强度称为的最大可能蒸发强度称为潜在蒸发强度潜在蒸发强度 土面蒸发的阶段土面蒸发的阶段q1 1）大气蒸发能力控制阶段）大气蒸发能力控制阶段 当灌溉或降水停止当灌溉或降水停止后，至含水量大于某一临界值时，蒸发强度与自后，至含水量大于某一临界值时，蒸发强度与自由水面的蒸发强度由水面的蒸发强度E E0 0相似，主要受大气蒸发能力相似，主要受大气蒸发能力的决定，所以又称为稳定蒸发阶段的决定，所以又称为稳定蒸发阶段q一般认为临界土壤含水量相当于毛管断裂含水量，一般认为临界土壤含水量相当于毛管断裂含水量，或田间持水量的或田间持水量的50%50%～～70%70%。

q在大气蒸发能力控制阶段，土壤水分以很大的蒸在大气蒸发能力控制阶段，土壤水分以很大的蒸发强度通过土面蒸发持续散失，水量损失很大，发强度通过土面蒸发持续散失，水量损失很大，因此，在降雨或灌溉后，要及时进行中耕或地面因此，在降雨或灌溉后，要及时进行中耕或地面覆盖，以减少土壤水分的大量损失覆盖，以减少土壤水分的大量损失 q2 2）土壤导水率控制阶段　当土壤含水量低于临）土壤导水率控制阶段　当土壤含水量低于临界含水量时，下层土壤向表层输送的水分减少到界含水量时，下层土壤向表层输送的水分减少到已不能满足大气蒸发能力所能蒸发的水量，土面已不能满足大气蒸发能力所能蒸发的水量，土面蒸发的水量取决于土壤供水能力而土壤的供水蒸发的水量取决于土壤供水能力而土壤的供水能力主要取决于土壤不饱和导水率的大小，随着能力主要取决于土壤不饱和导水率的大小，随着土壤不饱和导水率的逐渐降低，蒸发强度也不断土壤不饱和导水率的逐渐降低，蒸发强度也不断减小q这个阶段维持的时间，直至土面的水汽压与大气这个阶段维持的时间，直至土面的水汽压与大气的水汽压达到平衡，土面成为风干状态的土层为的水汽压达到平衡，土面成为风干状态的土层为止。

止q通过中耕及早使表土干燥是减少这一阶段土面蒸通过中耕及早使表土干燥是减少这一阶段土面蒸发的有效措施发的有效措施q3 3）扩散控制阶段　土面成为干土层后，土）扩散控制阶段　土面成为干土层后，土壤向干土层的导水率降至近于零，液态水壤向干土层的导水率降至近于零，液态水已不能运行至地表，干土层以下稍湿润的已不能运行至地表，干土层以下稍湿润的土层中的水分只能以水汽分子的形态，通土层中的水分只能以水汽分子的形态，通过干土层的孔隙扩散到大气中，蒸发强度过干土层的孔隙扩散到大气中，蒸发强度已降至很低，蒸发的水量主要受水汽扩散已降至很低，蒸发的水量主要受水汽扩散通量的控制，这样散失的水量已很少通量的控制，这样散失的水量已很少q一般情况下，只要土表有一般情况下，只要土表有1 1～～2 2mmmm干土层就干土层就能显著降低蒸发强度能显著降低蒸发强度q压实表层，减少大孔隙是防止水汽向大气压实表层，减少大孔隙是防止水汽向大气扩散的有效措施扩散的有效措施 t~I关系曲线关系曲线蒸发速率时间（t)土壤水分蒸发阶段过程图土壤水分蒸发阶段过程图t1t2t3It1—大气蒸发力控制阶段t2—土壤导水率控制阶段t3—扩散控制阶段q4. 4. 田间土壤水分的平衡田间土壤水分的平衡 q收入项目有降水收入项目有降水( (P P) )、、灌溉灌溉( (I)I)、、上上行水行水( (U U)()(地下水补给土壤水地下水补给土壤水) ) q支出项目有：地表径流支出项目有：地表径流( (R R) )、、下渗水下渗水( (D D) )、、土面蒸发土面蒸发( (E E) )、、植物叶面蒸腾植物叶面蒸腾( (T T) )、、植物冠层截留量植物冠层截留量( (InIn) ) qΔWΔW＝＝P P＋＋I I＋＋U U――D D――R R－－E E－－T T－－InIn qΔWΔW＝＝P P＋＋U U－－ETET－－D D 5. 5. 土壤－植物－大气连续系统土壤－植物－大气连续系统 q( (soil-plant-atmosphere continuum, SPAC)soil-plant-atmosphere continuum, SPAC)q水分在水分在SPACSPAC中的运动的推动力是不同环节间的水中的运动的推动力是不同环节间的水势梯度，即土水势、根水势、茎水势、叶水势及势梯度，即土水势、根水势、茎水势、叶水势及大气间水势的差值，水分由水势高的地方流向水大气间水势的差值，水分由水势高的地方流向水势低的地方，其流速与水势差成正比。

一般土壤势低的地方，其流速与水势差成正比一般土壤与植物间的水势差较小，从与植物间的水势差较小，从1 1MPaMPa到几到几MPaMPa，，土壤与土壤与大气间的水势差较大，为几十大气间的水势差较大，为几十MPaMPa到上百到上百MPaMPa ( (五五) )、土壤水分状况及其调节、土壤水分状况及其调节 qA A土壤水分状况土壤水分状况 q土壤水分状况是指周年中土壤剖面上下各层的土壤水分状况是指周年中土壤剖面上下各层的含水量及其变化情况含水量及其变化情况 q北方地区的土壤水分状况通常分为以下几个时北方地区的土壤水分状况通常分为以下几个时期：期： v冬季至早春土壤湿度相对稳定期冬季至早春土壤湿度相对稳定期( (即冻结稳墒期即冻结稳墒期) )大约在每年每年1111月中旬到第二年月中旬到第二年3 3月月v春夏之间强烈蒸发干旱期春夏之间强烈蒸发干旱期( (即春旱跑墒期即春旱跑墒期) )大约在4 4～～6 6月月v夏秋之间土壤水分收集期夏秋之间土壤水分收集期( (即雨季收墒期即雨季收墒期) )大约在7 7～～9 9月月份份 v晚秋至冬初的土壤失水期大约在晚秋至冬初的土壤失水期大约在1010～～1111月份月份q““春旱、夏涝、晚秋旱春旱、夏涝、晚秋旱” ” B B 土壤水分状况的调节土壤水分状况的调节 q1. 1. 加强农田基本建设，改良土壤质地和加强农田基本建设，改良土壤质地和结构，增强土壤水分的保蓄能力。

结构，增强土壤水分的保蓄能力v合理轮作与耕作，深耕深耙，晒垡和冻融交替合理轮作与耕作，深耕深耙，晒垡和冻融交替 q2. 2. 增加土壤水分入渗，减少土壤水分损增加土壤水分入渗，减少土壤水分损失 v修筑梯田、等高种植、地面覆盖、深耕深松、秋后耕修筑梯田、等高种植、地面覆盖、深耕深松、秋后耕翻、初春顶凌耙地、中耕翻、初春顶凌耙地、中耕 v农谚有农谚有““锄头底下有水锄头底下有水” ” q3. 3. 合理灌溉排水，及时增减土壤水分合理灌溉排水，及时增减土壤水分v变漫灌、畦灌、沟灌等地面灌溉方式为波涌灌、膜下变漫灌、畦灌、沟灌等地面灌溉方式为波涌灌、膜下灌等改良的灌溉方式，有条件的可采用较为先进的滴灌等改良的灌溉方式，有条件的可采用较为先进的滴灌、喷灌和渗灌灌、喷灌和渗灌 二二 土壤空气土壤空气 q土壤空气是土壤肥力的四大所重要因素土壤空气是土壤肥力的四大所重要因素之一，对作物的生长发育、土壤微生物之一，对作物的生长发育、土壤微生物的活动、各种养分的形态与转化、养分的活动、各种养分的形态与转化、养分和水分的吸收，热量状况等土壤的物理和水分的吸收，热量状况等土壤的物理化学性质和生物化学过程都有重要的影化学性质和生物化学过程都有重要的影响。

响q（一）、土壤空气的来源及组成特点（一）、土壤空气的来源及组成特点 q（二）、土壤通气性及其调节（二）、土壤通气性及其调节 氧扩散率（ODR与不同植物状况之间关系植植 物物土壤类型土壤类型3 3种土壤深度内的种土壤深度内的ODRODR生长表现生长表现10cm10cm20cm20cm30cm30cm茎叶菜茎叶菜莴苣莴苣菜豆菜豆甜菜甜菜草莓草莓棉花棉花柑橘柑橘壤土壤土粉砂壤土粉砂壤土壤土壤土壤土壤土砂壤土砂壤土粘壤土粘壤土砂壤土砂壤土535349492727585836367 76464313126262727606032329 9454538383232252516163434- -3939生长良好生长良好生长好生长好植物黄化植物黄化主根发育不良主根发育不良植物黄化植物黄化植物黄化植物黄化根系生长迅速根系生长迅速引自Stolzy及Letey（一）、土壤空气的来源及组成特点（一）、土壤空气的来源及组成特点 q土壤空气来源：大气、生物活动、化学过程土壤空气来源：大气、生物活动、化学过程q与近地表大气的组成和数量相似，也有差异与近地表大气的组成和数量相似，也有差异v土壤空气中的土壤空气中的COCO2 2含量高于大气含量高于大气v土壤空气中土壤空气中O O2 2含量低于大气含量低于大气v土壤空气中的水汽含量高于大气土壤空气中的水汽含量高于大气v土壤空气中有时含有少量还原性气体土壤空气中有时含有少量还原性气体 v土壤空气的组成不稳定土壤空气的组成不稳定 v土壤空气存在形态与大气不同土壤空气存在形态与大气不同 气体成分气体成分 氧气氧气 二氧化碳二氧化碳 氮气氮气 水汽（相对湿度）水汽（相对湿度） 惰性气体惰性气体 土壤空气土壤空气 18.00～～20.03 0.15～～0.65 78.80～～80.29 100 痕量痕量 近地表大气近地表大气 20.99 0.03 78.05 60～～90 0.9389 （二）、土壤通气性及其调节（二）、土壤通气性及其调节 qA A土壤通气性及其机制土壤通气性及其机制 q土壤通气性土壤通气性( (Soil aeration)Soil aeration)是指土壤空气与是指土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和流大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和流通的性能。

通的性能q通过土壤与大气的气体交换，土壤空气中的氧通过土壤与大气的气体交换，土壤空气中的氧气不断得到补充，二氧化碳得到排除，土体内气不断得到补充，二氧化碳得到排除，土体内部各部分的气体组成趋向于均一部各部分的气体组成趋向于均一有资料表明：如果土壤不具备通气性，那么，土壤空气中O2仅能够作物根系呼吸消耗12-40个小时，土壤气体更新是多么重要土壤是如何通气的呢？土壤通气的机制主要有两种：气体对流和气体扩散土壤通气的机制主要有两种：气体对流和气体扩散 q1. 1. 气体对流气体对流 Gaseous convectionGaseous convection））又称质流，又称质流，是指土壤空气与大气之间在总气压梯度推动下气是指土壤空气与大气之间在总气压梯度推动下气流总质量由高压区向低压区的整体流动流总质量由高压区向低压区的整体流动 q总气压梯度是由于温度和大气气压的变化、风的总气压梯度是由于温度和大气气压的变化、风的抽吸作用，以及降雨与灌溉水入渗、植物根系吸抽吸作用，以及降雨与灌溉水入渗、植物根系吸水等作用的影响而产生的水等作用的影响而产生的 vq qv v————是是空空气气的的容容积积对对流流量量（（单单位位时时间间通通过过单单位位横横截截面面积积的的空空气气容积）；容积）；vk k————通气孔隙透气率；通气孔隙透气率；vηη————土壤空气的粘滞度；土壤空气的粘滞度；v▽▽p p————土壤空气压力的三维梯度。

土壤空气压力的三维梯度 q2. 2. 气体扩散气体扩散 Gaseous diffusionGaseous diffusion））是指气体分子从分压高是指气体分子从分压高处（或浓度大处）向分压低处（或浓度低处）的运动处（或浓度大处）向分压低处（或浓度低处）的运动q土壤从大气中吸收土壤从大气中吸收O O2 2，，排出排出COCO2 2的气体扩散过程，通常称为的气体扩散过程，通常称为土壤呼吸土壤呼吸soil respiration) q费克（费克（FickFick））定律定律 qd d————扩散通量（单位时间通过单位面积扩散的质量）；扩散通量（单位时间通过单位面积扩散的质量）；qD D————扩扩散散系系数数（（量量纲纲为为面面积积/ /时时间间）），，指指气气体体在在单单位位分分压压( (或或浓浓度度) )梯梯度度下下，，单单位位时时间间内内通通过过单单位位面面积积土土体体断断面面的的气气体体量；量；qc c————某种气体的浓度（单位容积扩散物质的质量）；某种气体的浓度（单位容积扩散物质的质量）；qx x————扩散距离；扩散距离；dcdc/ /dxdx————浓度梯度。

浓度梯度 B B土壤通气性指标土壤通气性指标 q1. 1. 土壤呼吸强度土壤呼吸强度（（Soil respiratory intensitySoil respiratory intensity））是指单位时间内、是指单位时间内、单位面积土壤上扩散出来的二氧化碳数量（单位面积土壤上扩散出来的二氧化碳数量（mg·mmg·m-2-2·h·h-1-1）q2.2.土壤呼吸商土壤呼吸商( (Soil respiratory quotientSoil respiratory quotient，，RQ)RQ)一定时间内、一定一定时间内、一定面积产生的二氧化碳与消耗氧气的体积比面积产生的二氧化碳与消耗氧气的体积比RQRQ＞＞1 1，通气差q3.3.土壤氧扩散率土壤氧扩散率( (Soil oxygen diffusion rateSoil oxygen diffusion rate，，ODR)ODR)是指每分钟扩是指每分钟扩散通过每平方厘米土层氧气的克数在散通过每平方厘米土层氧气的克数在30×1030×10-8-8－－40×1040×10- -8 8g/(cmg/(cm2 2·min)·min)以上时，植物生长正常；以上时，植物生长正常；20×1020×10-8-8g/(cmg/(cm2 2·min)·min)以下，根系停止生长。

以下，根系停止生长q4.4.土壤通气量土壤通气量( (Soil aeration quantity)Soil aeration quantity) 单位时间内，进入单位单位时间内，进入单位体积土壤中的气体总量（体积土壤中的气体总量（COCO2 2+O+O2 2），），单位为单位为ml/(cmml/(cm3 3·S)·S)q5. 5. 土壤氧化还原电位土壤氧化还原电位( (Soil oxidation-reduction potentialSoil oxidation-reduction potential，，Eh)Eh)土壤土壤EhEh值高，值高，O O2 2含量高，土壤通气良好一般旱田土壤的含量高，土壤通气良好一般旱田土壤的EhEh值值在在200200－－700700mVmV之间时，通气良好之间时，通气良好q6. 6. 土壤通气孔隙度土壤通气孔隙度( (Soil air-space porosity)Soil air-space porosity) 通气孔隙度＜通气孔隙度＜10%10%为通气不良，为通气不良，1010－－15%15%为中等，为中等，1515－－20%20%为良好 C C土壤通气性的调节土壤通气性的调节 q1.1.改良土壤质地与结构。

这是改善土壤通气性的根本措施改良土壤质地与结构这是改善土壤通气性的根本措施 q2.2.加强耕作管理加强耕作管理对于旱地：中耕松土、深耙勤锄、破除地表板结；对于水田：干耕、晒垡、搁田、烤田等深耕深耕作用明显（表）作用明显（表）q3.3.排除积水和适时合理灌溉排除积水和适时合理灌溉 q4.4.科学施肥科学施肥q紫花苜蓿、果树、森林树木及其它深根性植物需要深厚的通气良好的土壤禾本科牧草、杂三叶草及三叶草等浅根作物可惜在心土通气不良条件下生长土壤层土壤层次次(cm)深耕深耕25cm 深耕深耕50cm 总孔隙度总孔隙度(%) 空气孔隙度空气孔隙度(%) 总孔隙度总孔隙度(%) 空气孔隙度空气孔隙度(%)0－－10 48.3 17.3 51.9 14.7 10－－25 49.2 13.1 50.4 20.0 25－－50 44.6 15.3 53.8 20.0 三三 土壤热量土壤热量 q土壤热量是土壤肥力的重要因素之一土壤热量是土壤肥力的重要因素之一 q影响植物的生长发育影响植物的生长发育q影响土壤微生物的活性影响土壤微生物的活性q影响土壤有机质的分解，矿物的风化，养影响土壤有机质的分解，矿物的风化，养分形态的转化，土壤水分和空气状况及其分形态的转化，土壤水分和空气状况及其运动变化，土壤的形成过程和土壤性状。

运动变化，土壤的形成过程和土壤性状 q( (一一) )、土壤热量的来源和平衡、土壤热量的来源和平衡 q( (二二) )、土壤的热特性及其调节、土壤的热特性及其调节 (一一)、土壤热量的来源和平衡、土壤热量的来源和平衡qA A土壤热量的来源土壤热量的来源 q太阳辐射能：最主要的来源，称太阳辐射能：最主要的来源，称““基本热源基本热源””v当地球与太阳间距离为日地间平均距离时，在地球大气当地球与太阳间距离为日地间平均距离时，在地球大气圈顶部所测得的太阳辐射强度（即圈顶部所测得的太阳辐射强度（即1 1cmcm2 2的黑体表面在太的黑体表面在太阳光直射下阳光直射下1 1minmin内吸收的辐射能）平均为内吸收的辐射能）平均为8.1224×108.1224×104 4J/J/(m(m2 2·min)·min)，，此值称太阳常数此值称太阳常数q生物热：施用热性物质，如易分解的马粪、生物热：施用热性物质，如易分解的马粪、羊粪、棉籽屑与粪水等厩肥，提高地温羊粪、棉籽屑与粪水等厩肥，提高地温q地球内热：地球内热：<226<226J.cmJ.cm-2-2.a.a-1-1地热异常地区，地热异常地区，如温泉、火山口附近，不可忽视。

如温泉、火山口附近，不可忽视 B B土壤表面的辐射平衡土壤表面的辐射平衡 qR R＝（＝（收入的短波辐射－支出的短波辐射）＋收入的短波辐射－支出的短波辐射）＋（收入的长波辐射－支出的长波辐射）（收入的长波辐射－支出的长波辐射）q＝＝[ [（（I I+ +H H）－（）－（I I+ +H H））×α]×α]＋（＋（E E－－G G）） q＝（＝（I I+ +H H）（）（1 1－－αα）－）－r r q白天白天R R为正值，地面增温；夜间为正值，地面增温；夜间R R为负值，降温为负值，降温 太阳直接辐射（太阳直接辐射（I）） 天空辐射（天空辐射（H））反射率反射率αα长波辐射长波辐射E E 长波逆辐射长波逆辐射G G C C土壤的热量平衡土壤的热量平衡 qQ Q= =R R±±P P±±L LE E±±B B vQ Q为土壤在单位时间获得或失掉的实际能量；为土壤在单位时间获得或失掉的实际能量；vR R为地面辐射平衡；为地面辐射平衡；vP P为土壤与大气层之间的湍流交换量；为土壤与大气层之间的湍流交换量；vL LE E为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加的量；加的量；vB B为土壤表面与下层之间的热交换量。

为土壤表面与下层之间的热交换量q各项之前的加减号，表示它们在不同的情况各项之前的加减号，表示它们在不同的情况下有不同的方向，指向地面时为正，相反为下有不同的方向，指向地面时为正，相反为负 ( (二二) )、土壤的热特性及其调节、土壤的热特性及其调节 qA A土壤热性质土壤热性质 q1. 1. 土壤热容量土壤热容量 ( (Soil heat capacity)Soil heat capacity)是指单位质量是指单位质量或重量或容积的土壤每升高或降低或重量或容积的土壤每升高或降低1℃1℃所需要吸收或所需要吸收或放出的热量以放出的热量以C C代表质量或重量热容量，单位为代表质量或重量热容量，单位为J/(g·℃)J/(g·℃)，，C Cv v代表容积热容量，单位是代表容积热容量，单位是J/(cmJ/(cm3 3·℃)·℃)换算关系为：换算关系为：C Cv v＝＝C C××容重容重 q土壤是三相物质组成，不同的组分，热容量差异较大土壤是三相物质组成，不同的组分，热容量差异较大 土壤组分土壤组分 土壤水分土壤水分 土壤空气土壤空气 腐殖质腐殖质 粗石英砂粗石英砂 高岭石高岭石 C　　J/(g·℃℃) 4.184 1.004 1.996 0.745 0.975 Cv　　J/(cm3·℃℃) 4.184 1.255××10-3 2.515 2.163 2.410 q土壤热容量主要是决定于土壤水分的含量？土壤热容量主要是决定于土壤水分的含量？v一个固定的土壤，矿物质和有机质含量基本变化不大，而土壤一个固定的土壤，矿物质和有机质含量基本变化不大，而土壤水分和土壤空气则是经常发生变化的因素，土壤空气水分和土壤空气则是经常发生变化的因素，土壤空气C Cv v可以忽略可以忽略不计不计q通常砂土含水比黏土少，热容量小，春季气温升通常砂土含水比黏土少，热容量小，春季气温升高时，砂土升温比黏土快，因此农民群众把砂性高时，砂土升温比黏土快，因此农民群众把砂性土称为土称为热性土热性土，把黏土称为，把黏土称为冷性土冷性土，而把温度变，而把温度变化比较缓慢的壤土称为化比较缓慢的壤土称为暖性土暖性土。

q例：农业常用增减土壤水分的方法来调节土温例：农业常用增减土壤水分的方法来调节土温如如涝洼地排水、松土散墒涝洼地排水、松土散墒等措施来提高土温相等措施来提高土温相反，反，夏季用灌水夏季用灌水来降低土温来降低土温 q2. 2. 土壤导热性土壤导热性 ( (Soil heat conductance)Soil heat conductance)指土壤传指土壤传导热量的性能导热量的性能q土壤导热率（土壤导热率（Soil heat conductivitySoil heat conductivity））是指在单是指在单位厚度土层位厚度土层(1(1cm)cm)，，两端温差为两端温差为1℃1℃时，每秒钟通过时，每秒钟通过单位土壤断面（单位土壤断面（1 1cmcm2 2））的热量，通常用的热量，通常用λλ表示，其表示，其单位是单位是J/(cm·S·℃)J/(cm·S·℃)q土壤导热率的大小，也决定于土壤固、液、气三相土壤导热率的大小，也决定于土壤固、液、气三相组成的比例及其各自的导热率组成的比例及其各自的导热率 土壤组分土壤组分 土壤水分土壤水分 土壤空气土壤空气 腐殖质腐殖质 干砂粒干砂粒 湿砂粒湿砂粒 石英石英 导热率导热率J/(cm·S·℃℃) 5.021××10-3 2.092××10-4 1.255××10-2 1.674××10-3 1.674××10-2 4.427××10-2 q影响导热率大小的主要因素是土壤质地、土壤含水影响导热率大小的主要因素是土壤质地、土壤含水量、松紧度和孔隙状况等，如何影响？量、松紧度和孔隙状况等，如何影响？ q导热率不同，对土壤温度有什么影响？导热率不同，对土壤温度有什么影响？v导热率低的土壤导热率低的土壤Ø升温升温? ?Ø降温降温? ?v导热率大的土壤导热率大的土壤q在冬小麦越冬前常灌在冬小麦越冬前常灌““冻水冻水””？？白天受热后，热量不易传给下层土壤，表土升温白天受热后，热量不易传给下层土壤，表土升温快；夜间降温时，下层土壤的热量也不易补给表快；夜间降温时，下层土壤的热量也不易补给表层，温度下降快，昼夜温差大；层，温度下降快，昼夜温差大；冬季麦田干旱时，土壤导热率小，昼夜温差大，夜晚土冬季麦田干旱时，土壤导热率小，昼夜温差大，夜晚土温低，易形成冻害。

灌水以增加土壤热容量和导热率，温低，易形成冻害灌水以增加土壤热容量和导热率，提高土壤温度，减小昼夜温差，减轻冻害提高土壤温度，减小昼夜温差，减轻冻害q3. 3. 土壤热扩散性土壤热扩散性 q土壤热扩散率是指在土层的垂土壤热扩散率是指在土层的垂直方向上，每厘米距离内土温直方向上，每厘米距离内土温相差相差1℃1℃时，每秒通过时，每秒通过1 1cmcm2 2截面截面的热量，使的热量，使1 1cmcm3 3土壤发生的温土壤发生的温度变化，单位用度变化，单位用cmcm2 2/S/Sq春季适量灌水，可以加速提高春季适量灌水，可以加速提高耕作层土温，但如果灌水过多，耕作层土温，但如果灌水过多，土壤增温缓慢，就会出现土壤增温缓慢，就会出现““冷冷浆浆””现象B B土壤温度土壤温度 q土壤温度是土壤热量状土壤温度是土壤热量状况的衡量指标，是土壤况的衡量指标，是土壤热量平衡和土壤热性质热量平衡和土壤热性质共同作用的结果共同作用的结果 q1. 1. 土壤温度的变化规土壤温度的变化规律律 q日变化日变化q年变化年变化2. 土壤温度的影响因素土壤温度的影响因素 q（（1 1）环境因素对土壤温度的影响）环境因素对土壤温度的影响 v海拔高度与纬度海拔高度与纬度 v坡向与坡度坡向与坡度 　北半球南坡为阳坡、北坡　北半球南坡为阳坡、北坡? ? v地面覆盖　秸秆覆盖在冬季利于保温，夏季利于降温；地面覆盖　秸秆覆盖在冬季利于保温，夏季利于降温；地膜覆盖早春增温和保水地膜覆盖早春增温和保水 q（（2 2）土壤性质对土壤温度的影响）土壤性质对土壤温度的影响 v土壤质地土壤质地 v土壤颜色土壤颜色 v土壤孔隙状况与松紧度土壤孔隙状况与松紧度 C C 土壤热量状况的调节土壤热量状况的调节 q1.1.灌溉排水灌溉排水v夏季气温和土温较高时，灌大水夏季气温和土温较高时，灌大水 ；冬季冻前灌水；冬季冻前灌水 ；低洼地排出积水；低洼地排出积水 q2.2.施用有机肥施用有机肥 ：马粪、羊粪等有机肥：马粪、羊粪等有机肥 q3.3.中耕与镇压中耕与镇压 v农谚讲农谚讲““锄头底下有火锄头底下有火” ” q4.4.向阳作畦与设置风障向阳作畦与设置风障 q5.5.覆盖：利用秸秆、杂草、地膜或增温覆盖：利用秸秆、杂草、地膜或增温剂等覆盖剂等覆盖四四 土壤水气热的生态功能土壤水气热的生态功能q（一）土壤水气热的关系及其相互影（一）土壤水气热的关系及其相互影响响 v土壤水分和空气共同处于土壤孔隙中，水多气土壤水分和空气共同处于土壤孔隙中，水多气少，水少气多，二者互为消长。

少，水少气多，二者互为消长 v土壤水、气状况和二者的比例关系在一定程度土壤水、气状况和二者的比例关系在一定程度上决定着土壤的热性质，影响土壤温度的变化上决定着土壤的热性质，影响土壤温度的变化 v土壤热量状况反过来也影响土壤的水、气状况土壤热量状况反过来也影响土壤的水、气状况 （二）、土壤水、气、热的调节（二）、土壤水、气、热的调节 q土壤水、气、热状况的调节通常是以土壤水分调控为土壤水、气、热状况的调节通常是以土壤水分调控为核心的，通过土壤水分调控，达到核心的，通过土壤水分调控，达到““以水调温以水调温””、、““以水调气以水调气””、、““以水促肥以水促肥””、、““综合调控综合调控””的目的 q（一）加强农田基本建设，改善土壤水、气、热状况（一）加强农田基本建设，改善土壤水、气、热状况 q（二）合理灌排，调控水分，调节气热（二）合理灌排，调控水分，调节气热 q（三）加强田间管理，精耕细作（三）加强田间管理，精耕细作 v1. 1. 合理耕翻耙耱合理耕翻耙耱 v2. 2. 及时中耕及时中耕 v3. 3. 镇压镇压 q（四）重视有机肥施用，提高土壤自身调节能力（四）重视有机肥施用，提高土壤自身调节能力 q（五）重视地面覆盖和保护性耕作（五）重视地面覆盖和保护性耕作 思考题思考题1 1. .土土壤壤水水分分有有哪哪些些表表示示方方法法？？各各种种方方法法之之间间如何转换？如何转换？2 2. .土壤水分的形态、特性及有效性如何？土壤水分的形态、特性及有效性如何？3 3. .什什么么是是土土壤壤水水分分常常数数？？它它是是否否一一定定是是常常数数？各种土壤水分常数的意义是什么？？各种土壤水分常数的意义是什么？4 4. .什什么么是是土土水水势势？？应应用用土土水水势势有有什什么么？？它它包包括哪些分势？如何表示土水势？括哪些分势？如何表示土水势？5 5. .什么是土壤水分特征曲线？有什么意义？什么是土壤水分特征曲线？有什么意义？6 6. .何谓土壤饱和流和不饱和流？其推动力分何谓土壤饱和流和不饱和流？其推动力分别是什么？其导水率受哪些因素影响？别是什么？其导水率受哪些因素影响？思考题思考题7 7. .土土壤壤为为什什么么会会发发生生夜夜潮潮和和返返浆浆现现象象？？在在生生产产上上有什么意义？有什么意义？8 8. .土土面面蒸蒸发发的的分分几几个个阶阶段段？？各各个个阶阶段段有有什什么么特特点点？在农业生产中如何控制？？在农业生产中如何控制？9 9. .不同质地土壤持水性和水分有效性如何？不同质地土壤持水性和水分有效性如何？1010. .什什么么是是土土壤壤水水分分状状况况？？结结合合自自己己所所在在的的地地区区，，说说土壤水分状况的特点和调节措施。

说说土壤水分状况的特点和调节措施1111. .土土壤壤空空气气的的组组成成有有哪哪些些特特点点？？为为什什么么会会有有这这些些特点？特点？1212. .土壤通气性的机制是什么？用什么指标来表示土壤通气性的机制是什么？用什么指标来表示土壤通气性？如何调节土壤空气状况？土壤通气性？如何调节土壤空气状况？思考题思考题13、、土土壤壤的的热热性性质质有有哪哪些些？？分分别别受受哪哪些些因因素素影影响响？？试比较不同质地的土壤热特性？试比较不同质地的土壤热特性？14、、土土壤壤温温度度受受哪哪些些因因素素影影响响？？结结合合自自己己所所在在的的地地区，说明土壤温度的变化规律和调节措施区，说明土壤温度的变化规律和调节措施15、、越越冬冬作作物物临临冬冬灌灌水水的的目目的的是是什什么么？？炎炎热热的的夏夏天天作物大量灌水的目的是什么？作物大量灌水的目的是什么？16、为什么称砂土为热性土，黏土为冷性土？、为什么称砂土为热性土，黏土为冷性土？17、为什么说、为什么说“锄头底下有水，锄头底下有火锄头底下有水，锄头底下有火”？？18、土壤水、气、热状况的相互关系如何？如何进、土壤水、气、热状况的相互关系如何？如何进行综合调控？行综合调控？ q必做题：必做题：土壤水分、土壤水分、 空气、热量变化的空气、热量变化的生态效应有哪些生态效应有哪些？？。