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1、 主要内容 重点 教学目标与要求 1 土壤水的类型2 土壤含水量表示和测定方法3 土壤水分能量4 土壤水分的运动基本类型5 土壤水分循环6 土壤水分平衡与调控 掌握土壤水的各种概念弄清土水势的定义及其各分势的计算重点掌握土壤水分运动的定量描述弄清饱和流和非饱和流的区别掌握土壤水平衡模型及其应用 第三节土壤水 土壤水的重要性 所有的水只有进入土壤转化为土壤水 才能被植物吸收利用 土壤水是作物吸水的最主要来源 土壤水是土壤的最重要组成部分之一 土壤水是土壤形成发育的催化剂 土壤水并非纯水 而是稀薄的溶液 土壤水实际上是指在105 温度下从土壤中驱逐出来的水 土壤水的类型 吸湿水膜状水毛管水重力水
2、土壤吸湿水 干土从空气中吸着水汽所保持的水称为吸湿水 土壤水的类型 最大吸湿量 干土在近于水汽饱和的大气中吸附水汽 并在土粒表面凝结成液态水的数量 吸湿系数 当土壤固相颗粒的表面吸附作用与解吸作用达到平衡后 土壤的含水量 吸湿水主要依靠的是土壤固相颗粒表面的分子引力对土壤空气中水汽的吸附作用 因此吸力大 排列紧密 无溶解能力 也不能移动和被植物吸收 是无效水 土壤膜状水达到最大值时的土壤含水量称为土壤最大分子持水量 作物无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎时的土壤含水量称为凋萎系数 它是植物可利用土壤水分的下限 也是制定灌溉制度的下限 土壤水的类型 土壤水的类型 土壤水的类型 土壤水的类型 毛管
3、断裂含水量 毛管水分运行速度很快 当地表蒸发时 下层水分沿毛管向上移动 补充地表水分损失 当含水量降低到一定水平 毛管水分就失去了连续性 在一些较大孔隙充有空气阻隔水分移动 这时的土壤含水量叫毛管断裂含水量 毛管断裂含水量相当于田间持水量的60 70 左右 也是人们常说的水分胁迫点 土壤水的类型 地下水沿毛管隙上升而被毛管力保持在土壤中的与地下水直接联系的水分 称为毛管支持水 土壤水的类型 毛管上升水达到最大量的土壤含水量 称为毛管持水量 从地下水面到毛管上升水所能达到的相对高度 称为毛管水上升高度h水柱高度 cm d孔隙直径 mm 主要发生在地势低洼的河谷地区及泛滥平原地区 土壤发生次生盐渍
4、化的前提条件之一 土壤饱和含水量土壤所有孔隙都充满水时的含水量 也称为土壤全持水量 土壤水的类型 重力水 土壤水分含量超过田间持水量之后 过量的水分不能被毛管吸持 而在重力作用下沿着大孔隙向下渗漏的多余水分 特点 主要发生在大孔隙中植物的临时有效水 保存时间短容易产生养分淋失 污染地下水 土壤含水量表示与测定方法 土壤含水量表示方法 x100 4 土壤贮水量 一定面积和厚度土壤中土壤水的总贮量 1 水深 水深 mm 2 绝对水体积 容量 m3 土壤含水量表示与测定方法 土壤含水量测定方法 土壤含水量表示与测定方法 水分测定仪器 土水势及其分势 土壤B粘土15 水流向何方 土壤A砂土10 土壤水
5、分能量 土水势及其分势基质势 m 负值 当土壤饱和时最大 0 土壤含水量越高 基质势也越高 压力势 p 正值 只有当土壤水分饱和时才有压力势在不饱和土壤中压力势为0 饱和土层越深 压力势越高 p wghV 土壤水分能量 溶质势 S 负值 土壤溶质浓度越高 溶质势越低 溶质势只有对半透膜的水分运动起作用 土壤水分能量 重力势 g 重力势 g 是指由重力作用而引起的土水势变化任何时后重力势都存在 高于参比面时为正 反之为负 参比面处重力势为0 总水势 t m p s g 注意 在不同的情况下 土壤总水势的各分势组成是不同的 土壤水分能量 当土壤水分饱和时 总水势 t p s g m 0 总水势 t
6、 m s g p 0 当土壤水分不饱和时 土壤水吸力 土壤水吸力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 但并不是指土壤对水的吸力 T m 一般谈及的吸力是指基质吸力 其值与 m相等 但符号相反 绝对正值 土壤水分能量 土壤水势单位及定量测定土水势的标准单位 帕 Pa 1Pa 0 0102cm水柱1atm 1033cm水柱 1 0133bar1bar 0 9896atm 1020cm水柱1bar 100000Pa 土壤水分能量 土水势的测定张力计法和压力膜法 土壤水分能量 土壤水分特征曲线 指土壤水分含量与土壤基质势或水吸力的关系曲线 目前尚无法从理论上推导出土壤含水率与土壤水吸力
7、或基质势之间小关系 只能用实验方法获得水分特征曲线 土壤水分能量 010203040506070 土壤水吸力 cm 黏土 壤土 砂土 土壤含水量 土壤水分能量 影响因素 结构性质地温度 土壤水分能量 水分特征曲线的用途 可利用它进行土壤水吸力S和含水率 之间的换算 土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布 水分特征曲线可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性 应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时 水分特征曲线是必不可少的重要参数 土壤水分能量 土壤水分运动基本类型 饱和水运动饱和水运动是指土壤水分处于完全饱和状态下的水分运动 饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯
8、度运动通道是通气孔隙 饱和流导水率 Saturatedhydraulicconductivity 土壤所有的孔隙都充满了水时 水分向土壤下层或横向运动的速度 影响饱和导水率的因素 质地结构有机质含量无机胶体性质 土壤水分运动基本类型 非饱和水运动 unsaturtedsoilwaterflaw 非饱和水运动是指土壤水分处于不饱和状态下的水分运动 自然界土壤中的水分运动类型推动力主要是基质势梯度和重力势梯度水分运动的通道主要是毛管孔隙同一种土壤的非饱和导水率因土壤含水量不同而异 土壤水分运动基本类型 土壤水分运动基本类型 d dx为总水势梯度非饱和导水率是土壤基质势的函数 土壤水汽运动 土壤水分
9、运动基本类型 土壤中的水汽总是由温度高 水汽压高处向温度低 水汽压低运动 当水汽由暖处向冷处扩散遇冷时便会凝结成液态水 这就是水汽凝结 水汽扩散 水汽凝结 土壤水分运动基本类型 冻后聚墒 现象 冬季表土冻结 水汽压降低 而冻层以下土层的水汽压较高 于是下层水汽不断向冻层集聚 冻结 使冻层不断加厚 其含水量有所增加 这就是 冻后聚墒 现象 冻后聚墒 的多少 主要决定于该土壤的含水量和冻结的强度 含水量高冻结强度大 冻后聚墒 就比较明显 一般对土壤上层增水作用为2 4 左右 夜潮 现象多出现于地下水埋深度较浅的 夜潮地 白天土壤表层晒干 夜间降温 底土温度高于表土 水汽向上运动 遇冷凝结 使表土恢
10、复潮湿 水分入渗水分再分布水分蒸发土壤向植物供水 土壤水分循环 土壤 植物 大气连续体 SPAC 影响因素 供水速率土壤的入渗能力 入渗速率 土壤水分循环 一 土壤入渗 指地面供水 降水或灌溉 期间 水分自土表垂直向下渗入土壤的运动过程 但也不排斥如沟灌中水分沿侧向甚至向上进入土壤的过程 最初入渗速率 Initialinfiltrationrate稳定入渗速率 stableinfiltrationrate 几种不同质地土壤的稳定入渗速率 毫米 小时 所以无论表土下是砂土层还是细土层 在不断入渗中最初能使上层土壤先积蓄水 以后才下渗 土壤水分循环 概念 土壤水入渗过程结束后 水在重力和吸力梯度影
11、响下在土壤中向下移动重新分布的过程 特点 土壤水的再分布 soilwaterredistribution 土壤水分循环 是一个无休止的过程是非饱和水的运动随时间延长 水分再分布过程逐渐减弱 土面蒸发 Soilpotentialevaporation 概念 土壤水分经过土表以水汽扩散方式进入大气的过程 衡量指标 蒸发强度 土壤水分循环 土面蒸发过程区分为三个阶段 1 表土蒸发强度保持稳定的阶段2 表土蒸发强度随含水率变化的阶段3 水汽扩散阶段 土壤水分循环 土壤向植物供水 主动吸水和被动吸水 被动吸水为主要方式 其动力是从植物叶面到茎到根到土壤的水势梯度 主动吸水一般不超过植物只水量的10 土壤水分平衡与调控 田间土壤水分平衡 Soilwaterbalance 田间土壤水分平衡示意图 据此可列出其土壤水分平衡的数学表达式 W P I U E T R In D 田间蒸腾和蒸发很难截然分开 常合在一起 统称蒸散 是一定时间内一定面积上土壤蒸发和植物蒸腾的总和 土壤水分平衡简化式为 W P I ET D 土壤水分平衡与调控 U 土壤水的调控措施主要包括土壤水的保蓄和调节 耕作措施秋耕中耕镇压等地面覆盖薄膜覆盖秸秆覆盖灌溉措施喷灌 滴灌 渗灌生物节水 土壤水分平衡与调控 以色列沙地优质土豆 以色列塑料坝
