土壤水水分移動與循環(huán)

關(guān)于土壤水水分移動與循環(huán)第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)土壤液態(tài)水運(yùn)動

第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三一、土壤飽和流(Soil

SaturatedWaterFlow)

飽和流的推動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3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

土壤所有的孔隙都充滿了水時，水分向土壤下層或橫向運(yùn)動的速度。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5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三二、土壤非飽和流（unsaturtedsoilwaterflow)

土壤非飽和流的推動力主要是基質(zhì)勢梯度和重力勢梯度。它也可用達(dá)西定律來描述，對一維垂向非飽和流，其表達(dá)式為：第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三非飽和流導(dǎo)水率(unsaturatedhydraulicconductivity) 土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系

第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三K(m)為非飽和導(dǎo)水率，d/dx為總水勢梯度

(waterpotentialgradient)

非飽和導(dǎo)水率是土壤基質(zhì)勢的函數(shù)。第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

飽和條件下的總水勢梯度可用差分形式，而非飽和條件下則用微分形式：飽和條件下的土壤導(dǎo)水率Ks對特定土壤為一常數(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9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三三、土壤水分入滲與再分布

（一）水分入滲（infiltration)

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。

影響因素：一是供水速率，二是土壤的入滲能力

(入滲速率—infiltrationrate)第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三幾種不同質(zhì)地土壤的最后穩(wěn)定入滲速率(毫米/小時)土壤砂砂質(zhì)和粉質(zhì)土壤壤土粘質(zhì)土壤堿化黏質(zhì)土壤最后入滲速率>2010-205-101-5<1最初入滲速率：Initialinfiltrationrate穩(wěn)定入滲速率：Stableinfiltrationrate

所以無論表土下是砂土層還是細(xì)土層，在不斷入滲中最初能使上層土壤先積蓄水，以后才下滲。第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三（二）土壤水再分布

(soilwaterredistribution)概念：土壤水

入滲過程結(jié)束后，水在重力和吸力梯度影響下在土壤中向下移動重新分布的過程。土壤水的再分布是土壤水的不飽和流。

(三)土壤水的滲漏（Soilwaterpercolation)

把通過土壤某一深度處,如通?？紤]某一植物的最大扎根深度處,向下的水分運(yùn)動稱為土壤水的滲漏。第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)土壤氣態(tài)水運(yùn)動土面蒸發(fā)過程區(qū)分為三個階段。1、大氣蒸發(fā)力控制階段

穩(wěn)定蒸發(fā)階段蒸發(fā)強(qiáng)度的大小主要由大氣蒸發(fā)能力決定，可近似為水面蒸發(fā)強(qiáng)度E0。此階段含水率的下限，一般認(rèn)為該值相當(dāng)于田間持水量的50-70%

。概念：土壤水汽進(jìn)入大氣的過程。當(dāng)土壤供水充分時，由大氣蒸發(fā)能力決定的最大可能蒸發(fā)強(qiáng)度稱為潛在蒸發(fā)強(qiáng)度。(Soilpotentialevaporation)一、土面水分蒸發(fā)第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三2、表土蒸發(fā)強(qiáng)度隨含水率變化的階段蒸發(fā)速率急劇降低，有利于土壤墑情的保持

3、水汽擴(kuò)散階段土壤輸水能力極弱，不能補(bǔ)充表土蒸發(fā)損失的水分，土壤表面形成干土層。在此階段，蒸發(fā)面不是在地表，而是在土壤內(nèi)部，蒸發(fā)強(qiáng)度的大小主要由干土層內(nèi)水汽擴(kuò)散的能力控制，并取決于干土層厚度，一般來說，其變化速率十分緩慢而且穩(wěn)定。

土壤保墑措施在蒸發(fā)的第一階段進(jìn)行效果最佳；第二階段次之。第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三二、土壤內(nèi)部的水氣運(yùn)動土壤氣態(tài)水的運(yùn)動表現(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)動的推動力是水汽壓梯度，這是由于土壤水勢梯度或土壤水吸力梯度和溫度梯度所引起的。第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三1、“夜潮”現(xiàn)象多出現(xiàn)于地下水埋深較淺的“夜潮地”。第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三2、“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，于是下層水汽不斷地向凍層集聚、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。一般對土壤上層增水作用為2－4％左右。第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)土壤水循環(huán)、平衡及有效性田間土壤水分平衡示意圖，據(jù)此可列出其土壤水分平衡的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

W=P+I+U-ET-R-In-D

田間蒸騰和蒸發(fā)很難截然分開，常合在一起，統(tǒng)稱蒸散ET。

(evapotranspiration)-一定時間內(nèi)一定面積上土壤蒸發(fā)和植物蒸騰的總和。土壤水分平衡簡化式為

W=P+I-ET-D

一、農(nóng)田土壤水分循環(huán)及平衡第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三（一）土壤—植物—大氣連續(xù)體(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。二、土壤水分有效性第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三（二）土壤水的有效性

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。

通常把土壤萎蔫系數(shù)看作土壤有效水的下限，當(dāng)植物因根無法吸水而發(fā)生永久萎蔫時的土壤含水量，稱為萎蔫系數(shù)或萎蔫點(diǎn)。第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三一般把田間持水量視為土壤有效水的上限。所以田間持水量與萎蔫系數(shù)之間的差值即土壤有效水最大含量。第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三三、土壤水分的空間變異性下圖為兩個不同大小范圍內(nèi)的土壤表層水分變異特征圖第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)、農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控

一、土壤水分的動態(tài)特性

對于一具體田塊，土壤類型和作物種類一般來講是相同的，因此影響土壤水分動態(tài)變化的主要是氣候因子和農(nóng)田管理措施。第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三二、農(nóng)田灌溉與灌溉量計算一、土壤灌溉計劃濕潤層深度確定二、土壤含水量上、下限的確定土壤含水量上限應(yīng)滿足以下兩個條件：既不產(chǎn)生深層滲漏，又要滿足作物對土壤空氣含量的要求，故一般取田間持水量。土壤含水量下限一般以占田間持水量的百分?jǐn)?shù)計。第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三（三）灌溉日期與灌溉量的確定

灌溉量與灌溉日期確定的原理，主要是依據(jù)農(nóng)田土壤水平衡方程式：W=P+I+U-ET-R-In-D

和土壤水分平衡簡化式：W=P+I-ET-D

進(jìn)行計算。

三、農(nóng)田排水

農(nóng)田排水的目的：（1）除澇；（2）防漬；（3）防鹽。

生產(chǎn)實(shí)踐中一般采用排水溝（明溝）、排水管（暗管）或“鼠道”排水洞進(jìn)行農(nóng)田排水。第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)土壤中溶質(zhì)運(yùn)移一、溶質(zhì)的對流運(yùn)移

土壤溶質(zhì)隨運(yùn)動著的土壤水而移動的過程稱為對流。對流引起的溶質(zhì)通量與土壤水通量和水的濃度有關(guān)，可用下式表示：

Jc=q·C

式中:Jc為溶質(zhì)的對流通量(密度),mol·m-2·s-1;q為水通量(密度),m·s-1;C為濃度,mol·m-3或kg·m-3(也常用mmol·L-1,g·L-1)第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三二、分子擴(kuò)散與溶質(zhì)彌散（一）分子擴(kuò)散

擴(kuò)散是指由于分子的不規(guī)則熱運(yùn)動即布朗運(yùn)動引起的運(yùn)動,是一個不可逆過程。擴(kuò)散作用常用費(fèi)克第一定律來表示:

式中Js為溶質(zhì)的擴(kuò)散通量,mol·m-2s-1或kg·m-2s-1；D0為溶質(zhì)的有效擴(kuò)散系數(shù)m2·s-1；dC/dx為濃度梯度。第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三（二）機(jī)械彌散

溶質(zhì)的機(jī)械彌散作用是由于土壤孔隙中水的微觀流速的變化而引起的：機(jī)械彌散雖然在機(jī)制上與分子擴(kuò)散不同，但可以用相似的表達(dá)式：（三）水動力彌散

機(jī)械彌散和擴(kuò)散在土壤中都引起了溶質(zhì)濃度的混合和分散，而且微觀流速不易測定，彌散與擴(kuò)散結(jié)果也不易區(qū)分，所以在實(shí)際應(yīng)用中常將兩者聯(lián)合起來，稱為水動力彌散，第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三三、土壤溶質(zhì)的動態(tài)特性（一）土壤溶液的總濃度第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三（二）土壤溶液中的養(yǎng)分濃度（三）土壤溶液中其它元素濃度一般情況下，主要元素的濃度為10-2~10-4mol/L，微量元素濃度則在10-6mol/L以下。第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

一、水分高效利用的途徑：合理開采、分配和管理；減少輸水損失；提高灌溉效率。第六節(jié)、土壤水的調(diào)控第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三二、土壤水的調(diào)控措施

主要包括土壤水的保蓄和調(diào)節(jié)。

1、耕作措施秋耕中耕鎮(zhèn)壓等

2、地面覆蓋薄膜覆蓋秸稈覆蓋

3、灌溉措施噴灌、滴灌、滲灌

4、生物節(jié)水第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三以色列塑料壩以色列花農(nóng)第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三以色列沙地優(yōu)質(zhì)土豆第37頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三本章小結(jié)(一)名詞解釋土水勢吸濕水吸濕量膜狀水毛管水毛管斷裂持水量田間持水量土壤水吸力土壤水分特征曲線夜潮作用進(jìn)氣值凍后聚墑土壤蒸發(fā)萎蔫系數(shù)土壤水入滲土壤水再分布第38頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三問答題：1、研究土壤水有何重大