第四章 土壤水、土壤空氣和熱量

第四章

土壤水、土壤空氣和熱量

第一節(jié)土壤水一、土壤水的定義：在105℃溫度下從土壤中驅(qū)逐出來的水，是一種稀薄的溶液，存在于土粒的表面和土粒間孔隙中。二、土壤水分存在的形態(tài)

固態(tài)水—土壤水凍結(jié)時(shí)形成的冰晶。

汽態(tài)水—存在于土壤空氣中的水蒸汽。

束縛水—又分為吸濕水（緊束縛水）和膜狀水（松束縛水）。

自由水—又分為毛管水、重力水和地下水，其中毛管水又分為懸著水和支持毛管水。

受土壤吸附力作用，分為吸濕水和膜狀水。

吸濕水：土粒通過分子引力的作用，從空氣中吸持氣態(tài)水分，使之在土壤表面形成的水膜。特點(diǎn)：由分子引力，靜電引力吸附。不能溶解溶質(zhì)，不能呈液態(tài)移動(dòng)。

植物不能利用（水分吸持力大于植物根系的吸水力）在105-110℃下汽化逸失。

1.吸附水（束縛水）

膜狀水：當(dāng)土壤含水量超過最大吸濕量時(shí)，土粒分子對(duì)周圍水分子還具有強(qiáng)大的引力，在吸濕水層上再吸附一層新的液態(tài)水膜。特點(diǎn)：主要是分子引力的作用呈液態(tài)，能溶解溶質(zhì)，可移動(dòng)，但速度慢部分可被植物利用（根系與之接觸時(shí)）

依靠毛細(xì)管引力保持在土壤毛管孔隙的水，具有自由水的特性。分為毛管上升水和毛管懸著水。特點(diǎn)：

依受毛管力的作用。

液態(tài)，溶解多種溶質(zhì)，

可自由移動(dòng)，速度較快。2.毛管水懸著毛管水：由于降雨或灌水使土壤毛管填充的水分，與地下水沒有聯(lián)系。支持毛管水：由于地下水的上升作用而保持在毛管中的水分。

當(dāng)大氣降水或灌溉強(qiáng)度超過土壤吸持水分的能力時(shí)，土壤的剩余引力基本上已經(jīng)飽和，多余的水就由于重力的作用通過大孔隙向下流失，這種形態(tài)的水稱為重力水。存在于土壤大孔隙（通氣孔隙）中，與土壤養(yǎng)分的淋失有關(guān)。特點(diǎn)

移動(dòng)速率快，難以保持在土壤中

可被根系吸收

占據(jù)大孔隙，影響通氣性

對(duì)旱作屬多余水3.重力水

土壤或母質(zhì)中有不透水層存在時(shí)，向下滲漏的重力水會(huì)在其上的土壤孔隙中聚積起來，形成一定厚度的水分飽和層，其中的水可以流動(dòng)，稱為地下水。4.地下水三、土壤水分常數(shù)及土壤有效含水范圍

吸濕系數(shù)：干土從相對(duì)濕度接近飽和的空氣中吸收水汽的最大量，即吸濕水的最大量與烘干土重量的百分率。

田間持水量：毛管懸著水達(dá)到最大值時(shí)的土壤含水量。通常作為灌溉水量定額的最高指標(biāo)（相當(dāng)于吸濕水、膜狀水和懸著水的全部）。

凋萎系數(shù)（萎蔫系數(shù)）：根系因無法吸收水分而發(fā)生萎蔫時(shí)的土壤含水量，是土壤有效水下限。

土壤有效含水范圍：指土壤所含植物可以利用水的范圍。最大范圍：田間持水量－凋萎系數(shù)

有效水儲(chǔ)量＝當(dāng)前含水量－凋萎系數(shù)

四、影響有效含水范圍的因素

土壤質(zhì)地：壤水的有效含水范圍大，而粘土和砂土的有效含水范圍則較小。

土壤結(jié)構(gòu)：具有團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)的土壤，由于田間持水量增大，從而擴(kuò)大土壤的有效含水范圍。

土壤有機(jī)質(zhì)含量：有機(jī)質(zhì)在一定程度上通過改善土壤結(jié)構(gòu)和增大滲透性的作用，使土壤有效含水范圍擴(kuò)大。

五、土壤水分的保蓄和調(diào)節(jié)1、合理灌溉排水；2、合理耕作

如合理中耕松土、鎮(zhèn)壓以減少地面蒸發(fā)；合理耕作結(jié)合施有機(jī)肥等。3、改良土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)4、地面覆蓋5、因地植宜6、選擇合適的種植時(shí)期如：雨季造林7、創(chuàng)造良好的土層構(gòu)造：上砂下粘或上松下緊等

六、土壤水分平衡1.土壤水的來源與消耗

土壤水的來源是大氣降水、凝結(jié)水、地下水和人工灌溉。其中大氣降水是主要的來源，凝結(jié)水在干旱地區(qū)以及粗質(zhì)土壤上也有一定意義。而地下水和人工灌溉水，實(shí)際上主要也是從大氣降水和部分地從凝結(jié)水轉(zhuǎn)變而來。

大氣降水除了植被（特別是林冠）截流和地面徑流外，其余部分便進(jìn)入土壤中成為土壤水。土壤水的消耗有以下途徑：（1）向下滲漏、側(cè)向徑流和地下徑流；（2）蒸發(fā)；（3）蒸騰。所以，土壤的含水量就是這些水分收入和支出的差額。

2.土壤水分平衡W=P+I+U-E-T-R-In-D

第二節(jié)土壤空氣一、土壤空氣的數(shù)量與組成1、土壤空氣的數(shù)量

土壤空氣與土壤水分存在于土體孔隙內(nèi)，在一定容積的土壤中，在孔隙度不變的情況下，兩者所占的容積比數(shù)量，土壤空氣隨土壤水分而變化，而且呈相應(yīng)的消長(zhǎng)關(guān)系。

2、土壤空氣組成

氣體O2(%)CO2(%)N2水汽還原性氣體近地面大氣20.940.0378.05多數(shù)情況不飽和無土壤空氣18-20.030.15-0.6578.8-80.24飽和有時(shí)含CH4、H2S、H2等土壤空氣與大氣組成差異①O2略低于大氣；②CO2是大氣的幾十倍；③水汽處于飽和狀態(tài)；④有部分還原性氣體：CH4、H2S、SO2、H23.土壤空氣的重要性（1）影響植物養(yǎng)分的有效性（2）土壤空氣組成變化對(duì)作物的影響①O2要求＞10%，過低抑制根系呼吸好養(yǎng)性微生物的活動(dòng)，影響發(fā)芽出苗，嚴(yán)重時(shí)可使生物窒息死亡。②CO2根吸收，提供地上部光合作用，過多會(huì)產(chǎn)生毒害，一般<1%即可③還原性氣體過多對(duì)作物有毒害作用二、土壤空氣的運(yùn)動(dòng)

土壤空氣運(yùn)動(dòng)的方式有兩種：對(duì)流和擴(kuò)散。

對(duì)流（整體交換）：土壤與大氣間總壓力梯度驅(qū)動(dòng)氣體的整體流動(dòng)。由氣壓、風(fēng)、溫度、降水或灌溉等農(nóng)耕措施引起；僅對(duì)表層10cm左右的土壤空氣起作用。

擴(kuò)散：個(gè)別氣體成分（如O2）由于與大氣間存在濃度差而產(chǎn)生的移動(dòng)。如：O2大氣→土壤；CO2土壤→大氣（土壤呼吸）旱地、水田空氣交換方式不一樣–旱地以擴(kuò)散為主–水田空氣溶解、排水空氣進(jìn)入四、影響土壤通氣性的因素土壤水分狀況：曬田、水旱輪作

土壤緊實(shí)程度：孔隙、容重、結(jié)構(gòu)等

微生物的活性：土壤中易分解有機(jī)物質(zhì)的含量五、土壤空氣狀況的調(diào)節(jié)1、調(diào)節(jié)土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)以改善土壤孔隙2、深耕結(jié)合施用有機(jī)肥料；3、合理排灌4、適時(shí)中耕第三節(jié)土壤熱量一、土壤熱量的來源太陽(yáng)輻射能：土壤熱量的最基本來源。生物熱：微生物分解有機(jī)質(zhì)的過程是放熱的過程。

釋放的熱量，一部分被微生物自身利用，而大部分可用來調(diào)節(jié)土溫。地球內(nèi)熱中國(guó)年太陽(yáng)總輻射量分布圖

干燥土壤熱傳導(dǎo)示意圖

濕潤(rùn)土壤熱傳導(dǎo)示意圖士壤吸熱：受士壤顏色、含水量及地表狀況等多種因素的影響。土壤散熱：地面長(zhǎng)波輻射、土面蒸發(fā)、士壤熱傳導(dǎo)和空氣對(duì)流等。二、不同土壤熱量狀況產(chǎn)生原因

1.水分蒸發(fā)

2.風(fēng)速、大氣、土溫

3.土壤上下層的溫度梯度，土壤熱導(dǎo)率

4.晝夜和季節(jié)變化

5.地理位置、海拔高度、坡向、坡度土壤溫度

受大氣輻射能量變化控制

土壤溫度滯后于氣溫的變化

表層土溫變幅較大，深層土溫變幅較小三、影響因素1.緯度和海拔低緯度＞高緯度：低海拔＞高海拔2.地形陽(yáng)坡>陰坡3.土壤性質(zhì)(顏色、質(zhì)地，結(jié)構(gòu)、緊實(shí)度、濕度等)4.覆蓋植被、積雪、其它覆蓋(如地膜、塑料大棚）中國(guó)土壤分類系統(tǒng)土壤溫度劃分標(biāo)準(zhǔn)土壤溫度狀況年均土壤溫度T/℃?zhèn)渥⒂纼鐾寥馈?包括濕凍和干凍寒凍土壤≤0凍結(jié)時(shí)有濕凍和干凍寒性土壤0-8冷性土壤<8但良季土壤溫度較高溫性土壤8-15熱性土壤15-22高熱土壤≥22資料來源：據(jù)龔子同，1999四、土溫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響1.直接影響：種子萌發(fā)，生根、植物生長(zhǎng)發(fā)育。2.間接影響：微生物活動(dòng)、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化、土壤水分的保蓄供應(yīng)、土壤養(yǎng)分的溶解擴(kuò)散。五、土溫調(diào)節(jié)1.適時(shí)播種

冷性土春播宜晚，秋播宜早：暖性土春播宜早，秋播宜晚。2.地面覆蓋和設(shè)施調(diào)控

地膜、大棚、秸稈、風(fēng)障等。3.以水調(diào)溫、適時(shí)灌排4.耕作和施肥5.噴灑土面保墑增溫劑第四節(jié)土壤水、氣、熱的調(diào)節(jié)一、土壤水、氣、熱的關(guān)系土壤水、氣、熱是組成土壤肥力的重要因素，三者是互為矛盾，又互相制約的統(tǒng)一體。

1.土壤含水量達(dá)到全容水量時(shí)，其大小孔隙往往充滿水，造成土壤的通氣狀況不良。當(dāng)土壤含水量達(dá)到田間持水量時(shí)，其大多數(shù)大孔隙充滿了空氣。當(dāng)土壤含水量進(jìn)一步降低，有許多毛管孔隙也為空氣充滿。這時(shí)容易造成土壤水的供應(yīng)不良，形成植物的旱害。

2.濕土溫度上升慢，下降也慢，不同土層深度的溫度梯度也比較?。桓赏翜囟壬仙?，下降也快，而且不同