土壤學土壤水

土壤學土壤水第1頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質1.土壤吸濕水固相土?？科浔砻娴姆肿右挽o電引力從大氣和土壤空氣中吸附氣態(tài)水，附著于土粒表面成單分子或多分子層，稱為吸濕水。第2頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質PoreSpaces:locationofairandwaterSoilParticles:MineralandOrganicNowaterremainsattachedtosoilparticles第3頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質WateronsoilparticlesurfacePoreSpace第4頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質吸濕水的特點：水分子呈定向緊密排列、密度1.2~2.4g/cm3、無溶解能力、不能以液態(tài)水自由移動，也不能被植物吸收。吸濕水達到最大值，此時的土壤吸濕水量就叫做最大吸濕量。第5頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質2.膜狀水吸濕水達到最大后，土粒還有剩余的引力吸附液態(tài)水，在吸濕水的外圍形成一層水膜，這種水分稱為膜狀水。當膜狀水達到最大厚度時的土壤含水量稱為最大分子持水量。第6頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質WateronsoilparticlesurfacePoreSpace第7頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質2.膜狀水膜狀水能從膜厚的地方向薄的部位移動，這部分能移動的水可被作物吸收利用。作物無法從土壤中吸收水分而呈現永久凋萎，此時的土壤含水量就稱為凋萎系數。第8頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§2土壤水分的類型和性質3.毛管水靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分稱為土壤毛管水。毛管水的特點：這種水可以在土壤毛管中上下左右移動、具有溶解養(yǎng)分的能力、作物可以吸收利用。毛管水的數量主要取決于土壤質地、腐殖質含量和土壤結構狀況。第9頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分3.毛管水根據土層中毛管水與地下水有無連接，通常將毛管水分為：毛管支持水和毛管懸著水毛管懸著水達到最大時的土壤含水量稱為田間持水量。田間持水量的變化范圍：砂土為：160~220g/kg；壤土為：220~300g/kg；粘土為：280~350g/kg。第10頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分4.重力水土壤重力水是指土壤水分含量超過田間持水量之后，過量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿著大孔隙向下滲漏成為多余的水。土壤所有孔隙都充滿水分時的含水量稱為土壤全蓄水量或飽和持水量。第11頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分PoreSpacesarefilledwithwater第12頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法1.土壤質量含水量土壤質量含水量是指土壤中保持的水分質量占土壤質量的分數,單位g/kg(也曾用%表示)。θm=[(m1-m2)/m2]×1000式中θm為土壤質量含水量（g/kg）、m1為濕土質量（g）、m2為干土質量（g）。第13頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法2.

土壤容積含水量土壤容積含水量是指土壤水分容積與土壤容積之比，常用θv表示單位為cm3/cm3。θv（%）=（土壤水分容積/土壤容積）×100θv（%）=土壤質量含水量×容重/1000×100第14頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法3.土壤相對含水量在生產實際中常以某一時刻土壤含水量占該土壤田間持水量的百分數作為相對含水量來表示土壤水分的多少。土壤相對含水量=（土壤含水量/土壤田間持水量）×100%第15頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法4.水層厚度這是指一定深度（mm）土層中水分總量相當于若干水層厚度（mm）。水層厚度=（土壤質量含水量×土壤容重×土層深度）/1000第16頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§3土壤水分含量的表示和測定方法烘干法水分張力計法中子法時域反射儀（TDR）法：time-domain-reflectometry第17頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢土水勢表示土壤水分在土—水平衡體系中所具有的能態(tài)。它是指將單位水量從一個土—水系統(tǒng)移到溫度和氣壓完全相同的純水池時所做的功。常用（Ψ）來表示。土水勢主要由以下幾個分勢組成：基質勢（Ψm）；壓力勢（Ψg）；溶質勢（Ψs）；重力勢（Ψg）。第18頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢基質勢（Ψm）：它是指將單位水量從一個平衡的土-水體系統(tǒng)移到另一個沒有土壤基質(純水)，而其它狀態(tài)完全相同的水池時所做的功?；蛴晌搅兔芰λ萍s的土水勢。基質勢隨土壤含水量的增加而增加，在非飽和含水量情況下為負值，飽和水時達最大，為0。第19頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢壓力勢（Ψg）：它是指將單位水量從一個土-水體系移到另一個壓力不同，而溫度、基質、溶質等狀態(tài)完全相同的參比系統(tǒng)時所做的功?；蛟谕寥里柡退那闆r下，由于受壓力而產生土水勢變化。不飽和水土壤條件下，土壤水的壓力勢一般與參比標準相同，等于0。壓力勢一般為正值。第20頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢

溶質勢（Ψs）：它是指將單位水量從一個平衡的土-水體系統(tǒng)中移到另一個沒有溶質而其它狀態(tài)均相同的水池時所做的功。或指土壤水中溶解的溶質而引起的土水勢的變化。

土壤中溶解的溶質愈多，溶質勢愈低。溶質勢一般為負值。第21頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第22頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)1.土水勢重力勢（Ψg）：它是指由于重力場位置不同于參比狀態(tài)水平面而引起的勢能變化?？偹畡荩é譼）：ψt=ψm+ψp+ψs+

ψg第23頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)2.土壤水吸力土壤水吸力是指土壤水承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)，是指土壤水的負壓力。由于基質勢和溶質勢一般為負值，在使用中不太方便，所以將基質勢和溶質勢的相反數定義為吸力（S），稱之為基質吸力和溶質吸力。其值與基質勢和溶質勢相等，但符號相反。第24頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)3.土壤水能態(tài)定量表示方法土水勢的定量表示是以單位數量土壤水的勢能值為準。單位數量可以是單位質量、單位容積或單位重量。單位容積土壤水的勢能值用壓力單位，標準單位：帕（Pa）也可用千帕（kPa）和兆帕（MPa），習慣上也是曾用巴（bar）和大氣壓（atm）表示；單位重量土壤水的勢能值用相當于一定壓力的水柱高厘米數表示。第25頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)3.土壤水能態(tài)定量表示方法1Pa=0.0102厘米水柱1atm=1033厘米水柱=1.0133bar1bar=0.9896atm=1020厘米水柱由于土水勢的范圍很寬，由零到上萬個大氣壓，故有人建議使用土水勢的水柱高度厘米數（負）的對數表示，稱為pF。例如土水勢為-1000厘米水柱則pF=3。第26頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)4.土壤水分特征曲線土壤水分特征曲線又稱土壤持水曲線。它是指土壤水的基質勢或土壤水吸力與含量水量的關系曲線。第27頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)土壤水分特征曲線影響土壤水分特征曲線的因素：A、土壤質地，b、土壤結構，c、溫度，d、土壤中水分變化的過程（滯后現象）第28頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)土壤水分特征曲線第29頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分4.土壤水分特征曲線第30頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§4土壤水分能態(tài)土壤水分特征曲線土壤水分特征曲線的用途：A、可利用它進行土壤水吸力和含水率之間的換算；B、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；C、土壤水分特征曲線可用來分析不同質地土壤的持水性和土壤水分的有效性；D、應用數學物理方法對土壤中的水運動進行定量分析時,水分特征曲線是必不可少的重要參數。第31頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動在土壤中存在三種類型的水分運動，即：飽和水流、非飽和水流和水汽運動。1.飽和土壤中的水流飽和土壤中的水流，簡稱為飽和流，即土壤孔隙全部充滿水時的水流，這主要是重力水的運動。飽和流可分為垂直向下流、垂直向上流和水平流。第32頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動飽和土壤中的水流飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度。飽和流服從達西定律：即單位時間內通過單位面積土壤的水通量與土水勢梯度成正比。式中，q表示土壤水流通量；ΔH表示總水勢差；L為水流路徑的直線長度；K為土壤飽和導水率。第33頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動飽和土壤中的水流土壤飽和導水率反映了土壤的飽和滲透性能，任何影響土壤孔隙大小和形狀的因素都會影響飽和導水率。第34頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動2.非飽和土壤中的水流非飽和土壤中的水流簡稱為非飽和流或不飽和流，即土壤中只有部分孔隙中有水時的水流，這主要是毛管水和膜狀水的運動。土壤非飽和流的推動力主要是基質勢梯度和重力勢梯度。也可用達西定律來描述：第35頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動2.非飽和土壤中的水流式中K（Ψm）為非飽和導水率；為總水勢梯度。非飽和條件下土壤水流的數學表達式與飽和條件下的類似，二者的區(qū)別在于：A.飽和條件下的總水勢可用差分形式，而非飽和條件下則用微分形式；B.飽和條件下的土壤導水率（K）對特定土壤為一常數，而非飽和導水率是土壤含水量或基質勢的函數。土壤水吸力和導水率之間的關系（如圖5-11）土壤水吸力為零或接近于零，飽和導水率最大。第36頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第37頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動3.土壤中的水汽運動土壤氣態(tài)水的運動表現為水汽擴散和水汽凝結兩種現象。水汽擴散運動的推動力是水汽壓梯度，這是由土壤水勢梯度或由土壤水吸力梯度和溫度梯度所引起的。土壤水不斷以水汽的形式由表土向大氣擴散而逸失的現象稱為土面蒸發(fā)。第38頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動3.土壤中的水汽運動水汽凝結的兩種現象：一是“夜潮”現象；二是“凍后聚墑”現象。第39頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動4.入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā)水進入土壤包括兩個過程即入滲（也稱滲吸、滲透）和再分布。（一）入滲：入滲過程一般是指水自土表垂直向下進入土壤的過程，但也不排斥如溝灌中水分沿側向甚至向上進入土壤的過程。水進入土壤的情況是由兩方面因素決定的，一是供水速度;二是土壤的入滲能力。第40頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動4.入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā)第41頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六入滲后，水在均一質地的土壤剖面上的分布情況如圖5-13所示。第42頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動4.入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā)（二）土壤水的再分布在地面水層消失后，入滲過程終止。土內的水分在重力、吸力梯度和溫度梯度的作用下繼續(xù)運動。這個過程，在土壤剖面深厚，沒有地下水出現的情況下，稱為土壤水的再分布。第43頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六土壤水的再分布是土壤水的不飽和流。第44頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六Chap.6土壤水分§5土壤水運動4.入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā)（三）土面蒸發(fā)：即單位時間內單位面積地面上所蒸發(fā)的水量。土面蒸發(fā)的形成及蒸發(fā)強度的大小主要取決于兩方面：一是受輻射、氣溫、濕度和風速等氣象因素的影響。二是受土壤含水率的大小和分布的影響。土面蒸發(fā)過程可區(qū)分為3個階段：第45頁，共49頁，2023年，