第四章 土壤水分

1、水：自然界最奇異的物質(zhì)水：自然界最奇異的物質(zhì)水：液態(tài)金子水：液態(tài)金子水對(duì)人類本身的重要性：水對(duì)人類本身的重要性：例：人的身體一年大約需要一噸水來維持健康和生命。例：人的身體一年大約需要一噸水來維持健康和生命。水是農(nóng)業(yè)之本：水是農(nóng)業(yè)之本：每生產(chǎn)一噸糧食約需每生產(chǎn)一噸糧食約需10001000噸水，近年來世界糧食產(chǎn)量噸水，近年來世界糧食產(chǎn)量下降，干旱和水源不足是其中的重要原因之一下降，干旱和水源不足是其中的重要原因之一民以食為天民以食為天民以水為天民以水為天地球上水分貯量及其嚴(yán)峻性地球上水分貯量及其嚴(yán)峻性地球上的總水量地球上的總水量“缸缸”，淡水，淡水“瓢瓢”，可利用水，可利用水“勺勺”地球上的淡水

2、總貯量約為地球上的淡水總貯量約為0.39億億km3，淡水占全球水量，淡水占全球水量的的0.014%。其中被冰雪封存和埋藏在地殼深層的水有。其中被冰雪封存和埋藏在地殼深層的水有0.349億億km3可供人類生活和生產(chǎn)的循環(huán)水總貯量只有可供人類生活和生產(chǎn)的循環(huán)水總貯量只有0.041億億km3，僅占總淡水量的僅占總淡水量的10.5%。在。在0.041億億km3的淡水中，除循的淡水中，除循環(huán)地下水（占環(huán)地下水（占95.12%)和湖泊水和湖泊水(占占2.95%)超過土壤水超過土壤水(1.59%)外，土壤貯水量明顯大于江河水外，土壤貯水量明顯大于江河水(0.03%)和大氣和大氣水水(0.34%)的貯量。的貯

3、量。聯(lián)合國糧農(nóng)組織聯(lián)合國糧農(nóng)組織1995年指出，到年指出，到2000年全球各大洲人年全球各大洲人均占有水資源最少的是均占有水資源最少的是亞洲，只有亞洲，只有3300m3。我國水資源總量豐富，我國水資源總量豐富，為為2.8萬億萬億m3，居世界第，居世界第6位。位。但因人口過多，但因人口過多，人均占有量只有人均占有量只有2300m3（1998年年10月月24日的結(jié)束的日的結(jié)束的21世紀(jì)城市水資源國際學(xué)術(shù)研討會(huì)：世紀(jì)城市水資源國際學(xué)術(shù)研討會(huì)：中國年人均用水量為中國年人均用水量為2200m3），），在世界上排名在世界上排名121位，是全世界人口平均用水量的位，是全世界人口平均用水量的1/4；聯(lián)合國根據(jù)

4、此資料，將我國列為全球聯(lián)合國根據(jù)此資料，將我國列為全球13個(gè)缺水的國家個(gè)缺水的國家之一。之一。我省黃淮海地區(qū)：平均用水量是全國用水量的我省黃淮海地區(qū)：平均用水量是全國用水量的1/3則是世界平均用水量的則是世界平均用水量的1/12植物營養(yǎng)在土壤中的轉(zhuǎn)化、植物營養(yǎng)在土壤中的轉(zhuǎn)化、遷移及功能的發(fā)揮離不開水分。遷移及功能的發(fā)揮離不開水分。 第一節(jié)第一節(jié) 土壤水分的形態(tài)、數(shù)量和能態(tài)土壤水分的形態(tài)、數(shù)量和能態(tài)The forms, amount and potential of soil water一、土壤水分的形態(tài)一、土壤水分的形態(tài) 根據(jù)水分所處的狀態(tài)、所受力的種類及勢(shì)值大小進(jìn)行根據(jù)水分所處的狀態(tài)、所受力

5、的種類及勢(shì)值大小進(jìn)行分類。可分三種：分類。可分三種：吸附水，毛管水，重力水。吸附水，毛管水，重力水。 (一一)吸附水（吸附水（adsorbed moisture）1、定義：受土粒吸附力作用而保持在土粒表面的水分。、定義：受土粒吸附力作用而保持在土粒表面的水分。2、吸附力范圍：、吸附力范圍：6.25 105108pa(6.25104bar)3、吸附水分：吸濕水和膜狀水。吸附水分：吸濕水和膜狀水。 4、吸濕水（、吸濕水（hygroscopic water） 干燥土粒藉其表面的分子引力和靜電引力從大氣和土壤空干燥土粒藉其表面的分子引力和靜電引力從大氣和土壤空氣中吸收一些水汽分子附著在土粒表面，這部分

6、水分稱氣中吸收一些水汽分子附著在土粒表面，這部分水分稱 吸力范圍：吸力范圍：31 105109pa 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 對(duì)植物無效；密度大，甚至不導(dǎo)電。對(duì)植物無效；密度大，甚至不導(dǎo)電。受到土粒的吸力大，水分子呈定向緊密排列，密度受到土粒的吸力大，水分子呈定向緊密排列，密度1.2-2.4 g/cm3，平均為，平均為1.5g/cm3，無溶解能力，不能以液態(tài)水自由移動(dòng)，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，為無效水。也不能被植物吸收，為無效水。 土壤吸濕水含量的高低主要取決于土粒的比表面積土壤吸濕水含量的高低主要取決于土粒的比表面積和大氣的相對(duì)濕度；和大氣的相對(duì)濕度； 土壤質(zhì)地愈粘重和有機(jī)質(zhì)

7、含量愈高，其比表面積愈土壤質(zhì)地愈粘重和有機(jī)質(zhì)含量愈高，其比表面積愈大，吸濕水含量愈高；大，吸濕水含量愈高； 大氣相對(duì)濕度愈大，吸濕水含量愈高，當(dāng)空氣相對(duì)大氣相對(duì)濕度愈大，吸濕水含量愈高，當(dāng)空氣相對(duì)濕度為濕度為94-98%時(shí)，吸濕水達(dá)到最大值，此時(shí)的土壤時(shí)，吸濕水達(dá)到最大值，此時(shí)的土壤吸濕水量就叫吸濕水量就叫最大吸濕水量最大吸濕水量。土土壤壤質(zhì)質(zhì)地地 砂砂土土 輕輕壤壤土土 中中壤壤土土 粉粉砂砂質(zhì)質(zhì)粘粘壤壤土土 泥泥碳碳 吸吸濕濕水水(g/kg) 5-15 15-30 25-40 60-80 180-220 最最大大吸吸濕濕量量(g/kg) 15 30-50 50-60 80-100 - 表

8、土壤質(zhì)地與土壤吸濕水和最大吸濕量5、膜狀水（、膜狀水（membranous water） 在吸濕水層外，土粒剩余力場(chǎng)還可吸附一部分液態(tài)水形成在吸濕水層外，土粒剩余力場(chǎng)還可吸附一部分液態(tài)水形成連續(xù)水膜，稱連續(xù)水膜，稱 吸力范圍：吸力范圍：31 105 6.25 105 pa 特點(diǎn)特點(diǎn) （1）對(duì)植物部分有效：對(duì)植物部分有效：6.25-15巴有效，大于巴有效，大于15巴無效；巴無效； （2）水分移動(dòng)性仍差：供水能力差，作物易受旱；）水分移動(dòng)性仍差：供水能力差，作物易受旱； （3）影響因素：質(zhì)地愈粘，有機(jī)質(zhì)含量愈高，鹽分含量）影響因素：質(zhì)地愈粘，有機(jī)質(zhì)含量愈高，鹽分含量愈少，則膜狀水含量愈高。愈少，則

9、膜狀水含量愈高。 6、凋萎系數(shù)、凋萎系數(shù)（wilting coefficient） 當(dāng)土壤水吸力大于等于當(dāng)土壤水吸力大于等于15巴，作物根系難于從土壤中吸巴，作物根系難于從土壤中吸水而發(fā)生永久性萎焉時(shí)的土壤含水量。是土壤有效水下限。水而發(fā)生永久性萎焉時(shí)的土壤含水量。是土壤有效水下限。凋萎系數(shù)主要與質(zhì)地，植物種類有關(guān)。（見下表）凋萎系數(shù)主要與質(zhì)地，植物種類有關(guān)。（見下表）土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地 粗粗砂土砂土 細(xì)細(xì)砂砂土土 砂砂壤土壤土 壤土壤土 粘粘壤壤土土 凋凋萎萎系數(shù)系數(shù)(g/kg) 9-11 27-36 56-69 90-124 130-166 不同質(zhì)地土壤的凋萎系數(shù)不同質(zhì)地土壤的凋萎系數(shù)（二）

10、毛管水（二）毛管水（capillary water）1、定義：、定義：土壤毛管孔隙中由毛管引力而保持的水分。土壤毛管孔隙中由毛管引力而保持的水分。2、作用力：、作用力：0.15 1056.25 105 pa(6.25-0.1bar)3、特點(diǎn)：、特點(diǎn)：移動(dòng)速度大，移動(dòng)速度大，1030mm/hr，補(bǔ)水迅速。全為有效水，補(bǔ)水迅速。全為有效水，易被作物吸收。易被作物吸收。4、毛管水含量的影響因素：、毛管水含量的影響因素：（1）質(zhì)地：砂壤，輕壤含量多，毛管水多；）質(zhì)地：砂壤，輕壤含量多，毛管水多；（2）結(jié)構(gòu)：團(tuán)粒結(jié)構(gòu)多，保水性高；）結(jié)構(gòu)：團(tuán)粒結(jié)構(gòu)多，保水性高；（3）地下水位：地下水位高，則毛管水含量越高

11、；）地下水位：地下水位高，則毛管水含量越高；（4）腐殖質(zhì)含量：含量愈高，則毛管水含量愈高。）腐殖質(zhì)含量：含量愈高，則毛管水含量愈高。5、毛管上升水和毛管懸著水、毛管上升水和毛管懸著水（capillary rising water and capillary hanging water）（1）毛管懸著水）毛管懸著水定義：地形部位高，地下水位深的地方，灌水或降水定義：地形部位高，地下水位深的地方，灌水或降水后，借著毛管引力而保持在上層土壤中的水分。后，借著毛管引力而保持在上層土壤中的水分。特點(diǎn)：與對(duì)下水位一般無關(guān)。特點(diǎn)：與對(duì)下水位一般無關(guān)。這些土壤稱這些土壤稱旱地或雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)旱地或雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。旱作農(nóng)業(yè)

12、旱作農(nóng)業(yè)（upland farming）雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)（rainfed agriculture） 采取各種措施增加土壤入滲，并通過耕作，熟化，采取各種措施增加土壤入滲，并通過耕作，熟化，增強(qiáng)土壤水庫功能，使入滲水分更多地保存于土壤，增強(qiáng)土壤水庫功能，使入滲水分更多地保存于土壤，避免徑流和淋失的發(fā)生，保持較多水分，滿足作物生避免徑流和淋失的發(fā)生，保持較多水分，滿足作物生長需要。長需要。 田間持水量田間持水量（field moisture capacity)：土壤毛：土壤毛管懸著水達(dá)到最大值時(shí)的土壤含水量。是自管懸著水達(dá)到最大值時(shí)的土壤含水量。是自然狀況下土壤所能保持水分的最大數(shù)量。是然狀況下土

13、壤所能保持水分的最大數(shù)量。是農(nóng)田灌水的上限。農(nóng)田灌水的上限。田間持水量的作用：田間持水量的作用：（1）是旱地作物灌溉水含量的上限：）是旱地作物灌溉水含量的上限： 灌水定額灌水定額= 田間持水量田間持水量土壤含水量土壤含水量（2）計(jì)算：土壤中最大有效水分含量）計(jì)算：土壤中最大有效水分含量 田間持水量凋萎系數(shù)田間持水量凋萎系數(shù)（2 2）毛管支持水（毛管上升水）毛管支持水（毛管上升水）指地下水層籍毛管力支持上升進(jìn)入并保持在土壤中的水指地下水層籍毛管力支持上升進(jìn)入并保持在土壤中的水分。分。影響因素：影響因素：地下水位的高低：地下水位上升，則毛管支持水上升；地下水位的高低：地下水位上升，則毛管支持水上升

14、；土壤質(zhì)地：砂土最低，粘土居中，壤土最高。土壤質(zhì)地：砂土最低，粘土居中，壤土最高。毛管持水量：毛管持水量：當(dāng)毛管支持水達(dá)到最大時(shí)土壤的含水量，當(dāng)毛管支持水達(dá)到最大時(shí)土壤的含水量，它實(shí)質(zhì)上是吸濕水、膜狀水和毛管上升水的總和。它實(shí)質(zhì)上是吸濕水、膜狀水和毛管上升水的總和。當(dāng)?shù)叵滤贿m當(dāng)時(shí)，毛管支持水當(dāng)?shù)叵滤贿m當(dāng)時(shí)，毛管支持水可達(dá)到植物根系，是作物所需水可達(dá)到植物根系，是作物所需水分的重要來源之一；分的重要來源之一；當(dāng)?shù)叵滤缓苌顣r(shí)，毛管支持水當(dāng)?shù)叵滤缓苌顣r(shí)，毛管支持水達(dá)不到根系，不能發(fā)揮補(bǔ)水作用；達(dá)不到根系，不能發(fā)揮補(bǔ)水作用；若地下水位過淺，易發(fā)生漬害，若地下水位過淺，易發(fā)生漬害，可能引起土壤鹽

15、漬化可能引起土壤鹽漬化（三）自由水（三）自由水（free water）1、定義：、定義：當(dāng)土壤含水量達(dá)田間持水量以后，多余的水當(dāng)土壤含水量達(dá)田間持水量以后，多余的水分稱為自由水。分稱為自由水。土壤重力水土壤重力水(gravitational water)：大孔隙中受重力作用大孔隙中受重力作用向下滲漏的水分。是地下水的主要來源。當(dāng)重力水達(dá)到向下滲漏的水分。是地下水的主要來源。當(dāng)重力水達(dá)到飽和，即土壤所有孔隙都充滿水分時(shí)的含水量稱為飽和，即土壤所有孔隙都充滿水分時(shí)的含水量稱為土壤土壤全蓄水量或飽和持水量全蓄水量或飽和持水量。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：可被作物吸收，由于下滲作用，多為無效，但在可被作物吸收，由于

16、下滲作用，多為無效，但在水田例外。水田例外。 在旱地，重力水下滲入下層土壤，轉(zhuǎn)變?yōu)槊芩?，在旱地，重力水下滲入下層土壤，轉(zhuǎn)變?yōu)槊芩?，供深層根系吸收。供深層根系吸收。二、土壤水分的?shù)量表示二、土壤水分的數(shù)量表示amount expression of soil water(一一)土壤含水量（土壤含水量（soil water content,%）1、質(zhì)量含水量：、質(zhì)量含水量：土壤中水分的重量與土壤中水分的重量與土壤干重土壤干重的百分比值，的百分比值，單位：單位：g/kg（也曾用百分率表示）。（也曾用百分率表示）。 土壤水分重量土壤水分重量 W，% = 100 土壤干重土壤干重注意應(yīng)用注意應(yīng)用干土

17、重干土重為基數(shù)進(jìn)行計(jì)算。為基數(shù)進(jìn)行計(jì)算。測(cè)定方法：烘干法測(cè)定方法：烘干法2、容積含水量、容積含水量(volumetric water content)：土壤中水分的容積土壤中水分的容積與土壤總?cè)莘e的百分比值。與土壤總?cè)莘e的百分比值。 土壤水分容積土壤水分容積 W，% = 100=重量含水量重量含水量土壤容重土壤容重 土壤容積土壤容積利用土壤容積含水量可以反映土壤水分在土壤孔隙利用土壤容積含水量可以反映土壤水分在土壤孔隙容積含水量的比例，或水、氣容積的比例。容積含水量的比例，或水、氣容積的比例。W，% = 重量含水量重量含水量土壤容重土壤容重如土壤質(zhì)量含水量為如土壤質(zhì)量含水量為200g kg-1

18、，容重為，容重為1.2g cm-3，則土壤的容積含水率為則土壤的容積含水率為24%。若知土壤的總孔隙度，。若知土壤的總孔隙度，則通過總孔隙度減去容積含水率，則得空氣所占的則通過總孔隙度減去容積含水率，則得空氣所占的容積，這樣土壤的固氣液三相比可以求得容積，這樣土壤的固氣液三相比可以求得3、相對(duì)含水量（、相對(duì)含水量（relative humidity,%）：）：某一時(shí)刻土壤含水量某一時(shí)刻土壤含水量占該土壤田間持水量的百分?jǐn)?shù)來表示土壤水分的多少。占該土壤田間持水量的百分?jǐn)?shù)來表示土壤水分的多少。 土壤含水量土壤含水量 RH,% = 100 田間持水量田間持水量相對(duì)含水量可以衡量各種土壤持水性能，能更

19、好地反映土壤水相對(duì)含水量可以衡量各種土壤持水性能，能更好地反映土壤水分的有效性和土壤水氣狀況，是評(píng)價(jià)不同土壤供給作物水分的分的有效性和土壤水氣狀況，是評(píng)價(jià)不同土壤供給作物水分的統(tǒng)一尺度。統(tǒng)一尺度。通常旱地作物生長適宜的相對(duì)含水量是田間持水量的通常旱地作物生長適宜的相對(duì)含水量是田間持水量的7080，而成熟期則宜保持在，而成熟期則宜保持在60左右。左右。 （二）土壤水層厚度：（二）土壤水層厚度：指一定深度指一定深度(mm)土層中的水土層中的水分總量相當(dāng)于若干水層厚度分總量相當(dāng)于若干水層厚度(mm)。它便于將土壤含。它便于將土壤含水量與降雨量、蒸發(fā)散失量和作物耗水量等相比較，水量與降雨量、蒸發(fā)散失量

20、和作物耗水量等相比較，以便確定灌溉定額。以便確定灌溉定額。 土壤面積土壤面積厚度厚度容重容重重量含水量重量含水量% 水層厚度水層厚度 = 土壤面積土壤面積 = 厚度厚度容重容重重量含水量重量含水量%10 。二、土壤水分的能態(tài)二、土壤水分的能態(tài)(potential of soil water)(一一)土水勢(shì)土水勢(shì)(soil water potential) w 1、定義：土壤水與同樣條件下純自由水自由能的差值。、定義：土壤水與同樣條件下純自由水自由能的差值。 純自由水能態(tài)最高，為純自由水能態(tài)最高，為0，土壤水由于受各種力的作用，能態(tài)，土壤水由于受各種力的作用，能態(tài)降低，為負(fù)值。降低，為負(fù)值。 為

21、了可逆地等溫地在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下從在指定高度的純水體中為了可逆地等溫地在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下從在指定高度的純水體中移動(dòng)無窮小量的水到土壤水分中去，每單位數(shù)量的純水所需作移動(dòng)無窮小量的水到土壤水分中去，每單位數(shù)量的純水所需作功的數(shù)量。功的數(shù)量。土壤中水分的有效性以及運(yùn)動(dòng)的方向受水分的能態(tài)支配，與水土壤中水分的有效性以及運(yùn)動(dòng)的方向受水分的能態(tài)支配，與水分含量無關(guān)。分含量無關(guān)。 2 2、水分運(yùn)動(dòng)方向：、水分運(yùn)動(dòng)方向：高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)動(dòng)。高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)動(dòng)。土水勢(shì)是判土水勢(shì)是判斷土壤水分運(yùn)動(dòng)方向和有效性的唯一可靠指標(biāo)。斷土壤水分運(yùn)動(dòng)方向和有效性的唯一可靠指標(biāo)。3 3、土水勢(shì)的分勢(shì)、土水勢(shì)的分勢(shì) 土水勢(shì)是土壤中各種

22、力共同作用的結(jié)果，各種土水勢(shì)是土壤中各種力共同作用的結(jié)果，各種力所產(chǎn)生的勢(shì)能、具可加和性，彼此獨(dú)立，故土水力所產(chǎn)生的勢(shì)能、具可加和性，彼此獨(dú)立，故土水勢(shì)可以分為以下分勢(shì)。勢(shì)可以分為以下分勢(shì)。 w = g + p + m + s 土水勢(shì)土水勢(shì)=基質(zhì)勢(shì)基質(zhì)勢(shì)+壓力勢(shì)壓力勢(shì)+溶質(zhì)勢(shì)溶質(zhì)勢(shì)+重力勢(shì)重力勢(shì)（1）基質(zhì)勢(shì)）基質(zhì)勢(shì) matric potential m土壤水分不飽和時(shí)，水分受土壤吸附力和毛管引力作用土壤水分不飽和時(shí)，水分受土壤吸附力和毛管引力作用而產(chǎn)生的勢(shì)能值，為負(fù)值；而產(chǎn)生的勢(shì)能值，為負(fù)值；而飽和的土壤水不受基質(zhì)吸持，其基質(zhì)勢(shì)為而飽和的土壤水不受基質(zhì)吸持，其基質(zhì)勢(shì)為0。（2）重力勢(shì)）重力勢(shì)

23、gravitational potential g土壤水受重力作用而產(chǎn)生的勢(shì)能土壤水受重力作用而產(chǎn)生的勢(shì)能 。參照面以上為正，。參照面以上為正，以下為負(fù)。以下為負(fù)。 g=gh: ：水密度；：水密度； g：重力常數(shù)；：重力常數(shù)； h：高度：高度（3）壓力勢(shì)）壓力勢(shì) pressure potential p 指將單位水量從一個(gè)土水體系移動(dòng)另外一個(gè)壓力不同，指將單位水量從一個(gè)土水體系移動(dòng)另外一個(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，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，參比系統(tǒng)一般設(shè)定為當(dāng)?shù)氐拇髿鈮海释寥浪膲毫?shì)以其受參比系統(tǒng)一般設(shè)定為當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，故?/p>

24、壤水的壓力勢(shì)以其受到的壓力與大氣壓力之差計(jì)算。到的壓力與大氣壓力之差計(jì)算。 不飽和土壤中，其孔隙與大氣相通，水受到的壓力同大氣不飽和土壤中，其孔隙與大氣相通，水受到的壓力同大氣壓相等，其壓力勢(shì)為壓相等，其壓力勢(shì)為0；飽和土壤中，水柱產(chǎn)生的壓力高于參比大氣壓，故地下水位以飽和土壤中，水柱產(chǎn)生的壓力高于參比大氣壓，故地下水位以下的土壤水壓力勢(shì)為正值，下的土壤水壓力勢(shì)為正值， p=-gh（4）滲透勢(shì)）滲透勢(shì)(溶質(zhì)勢(shì)溶質(zhì)勢(shì) osmatic potential s 由于水中的溶質(zhì)所引起的勢(shì)能（滲透壓），由于水中的溶質(zhì)所引起的勢(shì)能（滲透壓），對(duì)于具有一定鹽分濃度的土壤，溶質(zhì)分子對(duì)水分的吸對(duì)于具有一定鹽分濃

25、度的土壤，溶質(zhì)分子對(duì)水分的吸持，需要環(huán)境對(duì)它做功，故為負(fù)值。持，需要環(huán)境對(duì)它做功，故為負(fù)值。若土壤水不含溶質(zhì)，為若土壤水不含溶質(zhì)，為0。在土壤中溶質(zhì)隨水流動(dòng)，滲透勢(shì)不起什么作用，但在在土壤中溶質(zhì)隨水流動(dòng)，滲透勢(shì)不起什么作用，但在又半透膜（如根系）時(shí)或有蒸發(fā)面時(shí)，應(yīng)該考慮。又半透膜（如根系）時(shí)或有蒸發(fā)面時(shí)，應(yīng)該考慮。（二）土壤水分能態(tài)觀點(diǎn)的應(yīng)用意義（二）土壤水分能態(tài)觀點(diǎn)的應(yīng)用意義1、反映土壤水分能態(tài)水平，與水分?jǐn)?shù)量指標(biāo)結(jié)合，可使不同土、反映土壤水分能態(tài)水平，與水分?jǐn)?shù)量指標(biāo)結(jié)合，可使不同土壤的水分有效性在同一尺度上進(jìn)行比較。壤的水分有效性在同一尺度上進(jìn)行比較。土壤土壤 凋萎系數(shù)凋萎系數(shù)% 能態(tài)（巴

26、）能態(tài)（巴） 當(dāng)土壤含水當(dāng)土壤含水%時(shí)時(shí) 能態(tài)（巴）能態(tài)（巴） 有效性有效性 方向方向粉砂土粉砂土 6.6 -15 10 -0.5 有效有效粉粘土粉粘土 17.4 -15 15 -18 無效無效 2、判斷土壤水分運(yùn)動(dòng)的方向、判斷土壤水分運(yùn)動(dòng)的方向3、可使土壤、植株、大氣之間的水分運(yùn)動(dòng)在同一的能態(tài)尺度上、可使土壤、植株、大氣之間的水分運(yùn)動(dòng)在同一的能態(tài)尺度上進(jìn)行系統(tǒng)研究。進(jìn)行系統(tǒng)研究。總的原則：水分從高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)流動(dòng)?？偟脑瓌t：水分從高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)流動(dòng)。SPAC-soil, plant, atmosphere continum(chain)土壤植株大氣連續(xù)體中，一般土壤植株大氣連續(xù)體中，一般 土

27、壤水分土壤水分 -0.3-15巴巴 植株植株 -20巴左右巴左右 大氣大氣 -300巴左右巴左右4、在研究手段上提供了更精確、更科學(xué)、更有效的、在研究手段上提供了更精確、更科學(xué)、更有效的方法和技術(shù)。方法和技術(shù)。 易于用數(shù)學(xué)模擬以及儀器定量反映土壤水分狀況易于用數(shù)學(xué)模擬以及儀器定量反映土壤水分狀況變化，為今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科學(xué)化、機(jī)械化、自動(dòng)化開變化，為今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科學(xué)化、機(jī)械化、自動(dòng)化開辟了廣闊的前景。辟了廣闊的前景。如農(nóng)田水分自動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化灌溉。如農(nóng)田水分自動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化灌溉。（三）土壤水吸力（三）土壤水吸力（soil water suction）1、定義：、定義：指土壤水承受一定吸力情

28、況下所處的指土壤水承受一定吸力情況下所處的能態(tài)能態(tài)。是土壤水能態(tài)的又一表達(dá)方式。是土壤水能態(tài)的又一表達(dá)方式。2、需要說明的是：、需要說明的是：（1）不是指土壤對(duì)水的吸引力，而是能態(tài)。）不是指土壤對(duì)水的吸引力，而是能態(tài)。（2）意義與土水勢(shì)相同，但符號(hào)相反。）意義與土水勢(shì)相同，但符號(hào)相反。S= w（3）土壤水吸力通常在不飽和土壤中存在，主要包括）土壤水吸力通常在不飽和土壤中存在，主要包括基質(zhì)吸力和滲透吸力兩部分?；|(zhì)吸力和滲透吸力兩部分。（4） 水流方向是從低吸力區(qū)向高吸力區(qū)流動(dòng)。水流方向是從低吸力區(qū)向高吸力區(qū)流動(dòng)。在應(yīng)用上，土壤水吸力更方便一些。在應(yīng)用上，土壤水吸力更方便一些。 三、土壤水分測(cè)定

29、方法三、土壤水分測(cè)定方法Measurement of soil moisture1、取土烘干法（經(jīng)典方法）、取土烘干法（經(jīng)典方法） 田間用土鉆取土，室內(nèi)烘箱內(nèi)田間用土鉆取土，室內(nèi)烘箱內(nèi)105110度烘度烘68小時(shí)至衡重。小時(shí)至衡重。測(cè)出含水量。測(cè)出含水量。2、酒精燃燒法、酒精燃燒法3、中子儀法、中子儀法4、電阻塊法、電阻塊法5、負(fù)壓計(jì)法（張力計(jì)法）、負(fù)壓計(jì)法（張力計(jì)法）6、壓力膜法、壓力膜法7、時(shí)域反射儀法（、時(shí)域反射儀法（TDR， time dimension reflection）四、土壤水分?jǐn)?shù)量與能態(tài)間的關(guān)系四、土壤水分?jǐn)?shù)量與能態(tài)間的關(guān)系土壤水分特征曲線土壤水分特征曲線soil wate

30、r characteristic curve(一一)定義：土壤水分?jǐn)?shù)量指標(biāo)與能態(tài)指標(biāo)間所作的關(guān)系定義：土壤水分?jǐn)?shù)量指標(biāo)與能態(tài)指標(biāo)間所作的關(guān)系曲線。也稱持水曲線（曲線。也稱持水曲線（soil water retention curve）。）。（二）土壤水分特征曲線的用途（意義）（二）土壤水分特征曲線的用途（意義）1、進(jìn)行土壤水分?jǐn)?shù)量和能態(tài)間的互算。、進(jìn)行土壤水分?jǐn)?shù)量和能態(tài)間的互算。 W = aS-b2、研究土壤水儲(chǔ)量與水分的有效性。、研究土壤水儲(chǔ)量與水分的有效性。 土壤有效水貯量土壤有效水貯量 = 0.3巴時(shí)含水量巴時(shí)含水量 - 15巴時(shí)含水量。巴時(shí)含水量。土壤有效水含量土壤有效水含量 = 土壤

31、含水量土壤含水量 - 15巴時(shí)含水量。巴時(shí)含水量。3、利于說明不同質(zhì)地土壤水分特性的差異。、利于說明不同質(zhì)地土壤水分特性的差異。土壤土壤 15巴時(shí)巴時(shí)% 0.3巴時(shí)巴時(shí)% 有效貯量有效貯量%砂土砂土 4 10 6壤土壤土 10 27 17粘土粘土 17 35 18所以，所以，9%含水量時(shí)，壤土和粘土都干旱，砂土正常；含水量時(shí)，壤土和粘土都干旱，砂土正常； 15%含水量時(shí)，壤土正常，粘土干旱，砂土漬水；含水量時(shí)，壤土正常，粘土干旱，砂土漬水； 30%含水量時(shí)，粘土正常，壤土、砂土過飽和而漬水。含水量時(shí)，粘土正常，壤土、砂土過飽和而漬水。丨同一含水量的能態(tài)（水吸力），粘土同一含水量的能態(tài)（水吸力）

32、，粘土壤土壤土 砂土；砂土；土水勢(shì)：砂土土水勢(shì)：砂土壤土壤土 粘土。粘土。同一能態(tài)的含水量：粘土同一能態(tài)的含水量：粘土 壤土壤土 砂土。砂土。4、了解土壤當(dāng)量孔徑的分布情況。、了解土壤當(dāng)量孔徑的分布情況。D= 3/T= 3/S. S0=0cmH2O, = 74% S1=5cm, 1= 60% S2=10cm. 2= 37% 0 -1=14%, 是從是從 大于大于 D1=3/5=0.6mm的的孔隙中流出的?？紫吨辛鞒龅?。 2-1=23%，是從，是從0.60.3mm 孔隙中流出孔隙中流出的。的。五、土壤水分狀況與作用生長五、土壤水分狀況與作用生長（一）、作物對(duì)水分的需求（一）、作物對(duì)水分的需求1、

33、水分是作物的重要組成部分、水分是作物的重要組成部分一般作物體內(nèi)含水約一般作物體內(nèi)含水約6080，蔬菜瓜果的含，蔬菜瓜果的含水量高達(dá)水量高達(dá)90以上；以上；光合作用，光合產(chǎn)物的運(yùn)移需要水分的參與新陳光合作用，光合產(chǎn)物的運(yùn)移需要水分的參與新陳代謝；代謝；葉面蒸騰散熱，維持體溫等葉面蒸騰散熱，維持體溫等2、土壤水分是影響作用出苗率的重要因素、土壤水分是影響作用出苗率的重要因素3 3、作物不同生育期對(duì)土壤水分的要求不同、作物不同生育期對(duì)土壤水分的要求不同總體來說，苗期需水較少，隨生長發(fā)育需水量加大，成熟期減少?？傮w來說，苗期需水較少，隨生長發(fā)育需水量加大，成熟期減少。需水臨界期：若某一生育期土壤缺水，

34、對(duì)作物產(chǎn)量影響最為嚴(yán)重需水臨界期：若某一生育期土壤缺水，對(duì)作物產(chǎn)量影響最為嚴(yán)重的時(shí)期。的時(shí)期。 麥類：抽穗期灌漿期；麥類：抽穗期灌漿期； 玉米：抽雄期；玉米：抽雄期； 高梁：花序形成至灌漿期；高梁：花序形成至灌漿期； 棉花：花鈴期棉花：花鈴期 豆類、花生：開花期；豆類、花生：開花期； 水稻：孕穗期抽穗期；水稻：孕穗期抽穗期； 馬鈴薯：開花至塊莖形成期；馬鈴薯：開花至塊莖形成期； 向日葵：花盤形成到開花期向日葵：花盤形成到開花期（二）、土壤水分影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收（二）、土壤水分影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收1 1、有機(jī)養(yǎng)分的分解礦化；、有機(jī)養(yǎng)分的分解礦化；2 2、化學(xué)肥料的溶解；、化學(xué)肥料的溶解；3 3

35、、養(yǎng)分離子的遷移；、養(yǎng)分離子的遷移；4 4、作物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收、作物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收第二節(jié)第二節(jié) 土壤水分的運(yùn)動(dòng)和田間循環(huán)土壤水分的運(yùn)動(dòng)和田間循環(huán)Transportation and circulation of water in soil一、液態(tài)水的運(yùn)動(dòng)一、液態(tài)水的運(yùn)動(dòng) 是土壤水運(yùn)動(dòng)的主要形式。包括飽和流和不飽和流，共同點(diǎn)：是土壤水運(yùn)動(dòng)的主要形式。包括飽和流和不飽和流，共同點(diǎn)：1.符合達(dá)西定律（符合達(dá)西定律（Darcys law）, 即在水勢(shì)梯度方向上，單位即在水勢(shì)梯度方向上，單位時(shí)間內(nèi)通過單位橫截面積的水量。時(shí)間內(nèi)通過單位橫截面積的水量。2.水流驅(qū)動(dòng)力：土水勢(shì)梯度水流驅(qū)動(dòng)力：土水勢(shì)梯度3

36、.水流運(yùn)動(dòng)方向：高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)動(dòng)，即又低吸力區(qū)向高吸水流運(yùn)動(dòng)方向：高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)動(dòng)，即又低吸力區(qū)向高吸力區(qū)運(yùn)動(dòng)。力區(qū)運(yùn)動(dòng)。達(dá)西公式：達(dá)西公式： Q= -K d/dx = q/T.S d/dx: water potential gradient K: conductivity of soil water “-” shows the direction of water flow.( 一一)飽和流飽和流(saturated flow)1. 定義：所有孔隙都充滿水時(shí)所發(fā)生的水流。定義：所有孔隙都充滿水時(shí)所發(fā)生的水流。2. 驅(qū)動(dòng)力：重力勢(shì)驅(qū)動(dòng)力：重力勢(shì)+壓力勢(shì)（壓力勢(shì)（g+p）3. K(s)飽和導(dǎo)

37、水率，對(duì)某飽和導(dǎo)水率，對(duì)某 種土壤來說，是種土壤來說，是一個(gè)常數(shù)一個(gè)常數(shù)(constant)，主要取決于土壤導(dǎo)水的，主要取決于土壤導(dǎo)水的難易。涉及土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)性、孔隙數(shù)量與難易。涉及土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)性、孔隙數(shù)量與質(zhì)量、松緊度、裂隙等。其次是水分自身的質(zhì)量、松緊度、裂隙等。其次是水分自身的性質(zhì)：如粘滯性、密度等（隨溫度變化）。性質(zhì)：如粘滯性、密度等（隨溫度變化）。4. 水流方向：高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)動(dòng)。水流方向：高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)動(dòng)。5. 三種飽和流。三種飽和流。wat7-1.tif（1）垂直向下水流(vertical downward flow) 在水田、灌渠及在降雨、灌溉時(shí)常見。 am=o q=-

38、Ks.d/dx H ag=L = -Ks(H+L)/L ap=H L ref.level Darcys model bg=0 bp=bm=0（2）垂直向上水流）垂直向上水流(vertical upward flow) 主要在地下泉水流出的田塊（冷浸田），或土體主要在地下泉水流出的田塊（冷浸田），或土體下部有不透水層并且有坡降的地方，在低平地常有下部有不透水層并且有坡降的地方，在低平地常有向上浸水現(xiàn)象，稱向上浸水現(xiàn)象，稱“上浸田上浸田”。屬低產(chǎn)土壤，需改。屬低產(chǎn)土壤，需改良。良。（3）水平飽和流）水平飽和流（horizontal saturated flow） 在河流、水渠側(cè)向水流（側(cè)滲在河流、

39、水渠側(cè)向水流（側(cè)滲side seepage）發(fā)生。剖面中下部有不透水層時(shí)，下滲水發(fā)生滯留發(fā)生。剖面中下部有不透水層時(shí)，下滲水發(fā)生滯留形成滯水層，其水分側(cè)向流動(dòng)，產(chǎn)生上層土壤形成滯水層，其水分側(cè)向流動(dòng)，產(chǎn)生上層土壤“白白漿化漿化”，鐵錳還原淋洗，土壤白化、粉沙化。，鐵錳還原淋洗，土壤白化、粉沙化。輸水過程中水分主要損失途徑輸水過程中水分主要損失途徑water（二）不飽和流（二）不飽和流（ unsaturated water flow in soil）1. 定義：土壤中部分孔隙充滿水時(shí)發(fā)生的水定義：土壤中部分孔隙充滿水時(shí)發(fā)生的水流，即土壤水分不飽和時(shí)的水流。在土壤流，即土壤水分不飽和時(shí)的水流。在土

40、壤水分運(yùn)動(dòng)的主要形式，旱地中水流多為不水分運(yùn)動(dòng)的主要形式，旱地中水流多為不飽和流。飽和流。2. 驅(qū)動(dòng)力：土壤基質(zhì)勢(shì)為主，驅(qū)動(dòng)力：土壤基質(zhì)勢(shì)為主， m+ g3. 不飽和導(dǎo)水率不飽和導(dǎo)水率K，是一個(gè)變量（，是一個(gè)變量（variable）,是土壤含水量和土水勢(shì)的函數(shù)，同時(shí)又受是土壤含水量和土水勢(shì)的函數(shù)，同時(shí)又受土壤質(zhì)地及其層次性的影響。土壤質(zhì)地及其層次性的影響。 隨著土壤水由飽和變?yōu)椴伙柡?，隨著土壤水由飽和變?yōu)椴伙柡?，K值急劇下降，值急劇下降，下降速度沙土下降速度沙土 壤土壤土 粘土。原因：部分孔隙充水，粘土。原因：部分孔隙充水，使導(dǎo)水面積減少；充水孔隙均較細(xì)，含水量和土水勢(shì)使導(dǎo)水面積減少；充水孔隙

41、均較細(xì)，含水量和土水勢(shì)越低，導(dǎo)水孔隙越細(xì)，依普氏原理越低，導(dǎo)水孔隙越細(xì)，依普氏原理u R2, 導(dǎo)水速率導(dǎo)水速率變慢；由通氣孔隙產(chǎn)生的阻隔作用。變慢；由通氣孔隙產(chǎn)生的阻隔作用。 當(dāng)當(dāng)m=0，即土壤水分飽和時(shí)，即土壤水分飽和時(shí)，K=Ks m=-1/3bar , K 1/100Ks 1/1000Ks m=-1.0bar, K 1/10000Ks 4、不飽和流仍然服從達(dá)西定理，水流方向仍是高、不飽和流仍然服從達(dá)西定理，水流方向仍是高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)流動(dòng)。勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)流動(dòng)。Q=-K(w,)d/dX =-K(w,)d(m+ g)/dX二、水汽運(yùn)動(dòng)二、水汽運(yùn)動(dòng)( water vapor movement )1、

42、氣態(tài)水在土壤中的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是水分漬的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。服、氣態(tài)水在土壤中的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是水分漬的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。服從一般氣體的擴(kuò)散定律，既費(fèi)克定律：從一般氣體的擴(kuò)散定律，既費(fèi)克定律：Ficks law qv = - Dv dP/dx Dv_diffusion coefficient dP/dx _gradient of vapor pressure2、Dv 比空氣中比空氣中D值小的多，只有中等濕度土壤中才具有較值小的多，只有中等濕度土壤中才具有較高的高的D值（考慮水汽量和擴(kuò)散空間）值（考慮水汽量和擴(kuò)散空間）3、 dP/dx 主要由土水勢(shì)梯度和溫度梯度決定，且溫度的影主要由土水勢(shì)梯度和溫度梯度決定，且溫度的影響

43、要比土水勢(shì)的影響大得多。響要比土水勢(shì)的影響大得多。4、方向：高溫區(qū)向低溫區(qū)；高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)動(dòng)。、方向：高溫區(qū)向低溫區(qū)；高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)動(dòng)。5、影響因素：土壤因素：含水量，土水勢(shì)，土溫，質(zhì)地，、影響因素：土壤因素：含水量，土水勢(shì)，土溫，質(zhì)地，孔隙，結(jié)構(gòu)，容重，積鹽，裂隙；孔隙，結(jié)構(gòu)，容重，積鹽，裂隙； 大氣因素：氣溫、大氣因素：氣溫、RH%、風(fēng)速、太陽輻射等。、風(fēng)速、太陽輻射等。三、水分向土壤中入滲及其再分布三、水分向土壤中入滲及其再分布Water infiltration and redistribution in soils （一）入滲過程（一）入滲過程1、定義：指水分自地表垂直向下進(jìn)入土

44、壤的過程。、定義：指水分自地表垂直向下進(jìn)入土壤的過程。漫灌、滴灌、滲灌、降雨過程中都發(fā)生有這一過程。漫灌、滴灌、滲灌、降雨過程中都發(fā)生有這一過程。入滲情況決定著水分進(jìn)入土壤的數(shù)量，生產(chǎn)中我們常入滲情況決定著水分進(jìn)入土壤的數(shù)量，生產(chǎn)中我們常采取許多措施增加入滲，減少徑流（采取許多措施增加入滲，減少徑流（runoff），以有），以有效蓄積、利用水分。效蓄積、利用水分?！笆諌?、蓄墑收墑、蓄墑”water harvesting.2 、入滲速率（、入滲速率（infiltration rate）：當(dāng)土壤表面有水）：當(dāng)土壤表面有水層時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積土壤的水量。層時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積土壤的水量。L3/L2.T=L/T, mm/min3、入滲特點(diǎn)：、入滲特點(diǎn)： 入滲速率隨時(shí)間延長由高變低，最后入滲速率隨時(shí)間延長由高變低，最后降到一個(gè)穩(wěn)定的水平。降到一個(gè)穩(wěn)定的水平。5、影響因素：、影響因素：（1）土壤水分含量和基質(zhì)吸力：入滲時(shí)驅(qū)動(dòng)力有基質(zhì)勢(shì)、重）土壤水分含量和基質(zhì)吸力：入滲時(shí)驅(qū)動(dòng)力有基質(zhì)勢(shì)、重力勢(shì)和壓力勢(shì)，初始階段主要取決于基質(zhì)勢(shì)。以后與重力勢(shì)和力勢(shì)和壓力勢(shì)，初始階段主要取決于基質(zhì)勢(shì)。以后與重力勢(shì)和壓力勢(shì)有關(guān)。壓力勢(shì)有關(guān)。 I土壤越干燥，基質(zhì)勢(shì)越低，土壤越干燥，基質(zhì)勢(shì)越低，dm/dX 越大，入滲越快。越大，入滲越快。