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1、 第七章 土壤水 1（1）掌握土壤水分类型、特点及相应的水分常数； （2）掌握土壤土水势、土水吸力、水分特征曲线概念，利用水吸力和土水势判断水分运动 的方向； （3）掌握土壤水分质量、容积、相对含水量和贮水量的计算方法，学习土壤水分的有效性 分析； 教学目标： 2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。 土壤水的重要性： 3第一节 土壤水含量及其表示方法重量百分数 容积百分数 相对含水量 水层
2、厚度 41、重量百分数(水 w %) 计算土壤含水量时，以干土重为计算基础，这样才能反映土壤的水分状况。2、容积百分数(水 v%) 土壤所含水分的容积总量占土壤总容积的百分数根据水分的容积百分数可算出土壤中空气含量并进而算出土壤固、液、气三相的比 例。 水 v%=水 w%土壤容重 5优点: 与气象资料和作物耗水量所用的水分表示方法一致，便于互相比较和互相换算 。例： 容重为 1.2g/cm3 的土壤，初始含水量为 10%，田间持水量为 30%， 降雨 10mm，若全部入渗，可使多深土层达田间持水量？ 解: 先将土壤含水量水 w%换算为水 v% 初始含水量 水 v%=10%1.2=12%田间持水
3、量 水 v%=30%1.2=36% 因水 mm= 水 v% 土层厚度土层厚度=水 mm/水 v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm）一、土壤水含量的表示方法 6作用:与灌溉水量的表示方法一致，便于计算库容和灌水量。例：一容重为 1g/cm3 的土壤，初始含水量为 12%，田间持水量为 30%，要使 30cm 土层含水量达田间持水量的 80%，需灌水多少（方/亩）？解：田间持水量的 80%为：30%80%=24%30cm 土层含水达田间持水量 80%时水 mm=(0.24-0.12)1300=36(mm) 2/336=24(方/亩) 方/亩=水 mm1/100010000/15=2
4、/3 水 mm 7土壤水含量的表示方法 8 9吸湿水膜状水毛管水重力水 （形态观点） 第二节土壤水分类型及水分常数 依土壤水分所受的力的作用划分类型 吸附水：包括吸湿水和膜状水 土壤颗粒表面的分子引力作用而被吸附在土粒周围的水分 土壤保持水分的部位：土粒表面和毛管空隙 10（1）土壤吸湿水 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。或吸湿水达到最大量时的土壤含水量。 定义：干燥土粒从空气（土壤、大气）中吸附的气态水 机制：表面能（表面分子引力: 31 105 Pa） 水分常数 1、土壤吸附水 11 它所受土粒表面的吸附力很强，故具有固态水的性质，不能流
5、动； 比重很大(约 1.5g/cm3)，无溶解能力，冰点下降 -7.8； 因为它所受的吸力远大于植物根的吸水力(平均为 1520kPa), 植物无法吸收利用，属于土 壤水中的无效水，对生产的直接意义不大。可帮助分析土壤水的有效性，一般土壤中无效水总量约为最大吸湿量的 1.52.0 倍。特点 12（2）土壤膜状水 定义：土壤颗粒借助吸附力吸附在吸湿水外围的连续液态水膜称为土壤膜状水 机制：表面能（表面分子引力: 6.25-31 105 Pa ） 13膜状水比吸湿水所受的吸附力小得多，它具有液态水的性质，可以移动，但因粘滞度较大， 其移动速率非常慢。一般是由水膜厚处向水膜薄处移动，如图所示（0.2
6、-0.4mm/h d=1.25） 。 特点 膜状水移动示意图 14部分有效 膜状水的内层水，植物根无法吸收利用，为无效水， 而它的外层水，植物可以吸收利用，但数量极为有限。 水分常数 15 影响因素：土壤质地、植物种类、气候等 下表给出了不同质地土壤的萎蔫系数参考范围。 萎蔫系数是植物可以利用的土壤有效水含量的下限。 凋萎（蔫）系数 无效孔度 = 凋萎系数容重 162、土壤毛管水 定义：依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水就称为毛管水 机制：毛管力（0.08- 6.25 105 ）h 水柱高度（cm) d 孔隙直径（mm） 17它不受重力支配而流失，所受力比植物根的吸水力小得多, 是植物所需水分
7、的主要给源 毛管水移动性大，能较迅速地运动，一般向消耗点移动，如向根系吸水点和表土蒸发面移 动（10-300mm/h ） 它也是土壤养分的溶剂和输送者 特点 是土壤中最宝贵的水 18毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的水分，称为毛管水。毛管水是土壤 中最宝贵的水分。 毛管水又可以分为两种类型: 毛管悬着水 土体中与地下水位无联系的毛管水称毛管悬着水。 毛管支持水（毛管上升水） 土体中与地下水位有联系的毛管水称毛管支持水。毛管水 是土壤中最宝贵的水分。 19 毛管悬着水（与地下水无关）在地下水较深的情况下，降水或灌溉水等地面水进入土壤，借助毛管力保持在上层 土壤毛管孔隙中的水分。它与
8、来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在半空中一样， 故称之为毛管悬着水。 毛管悬着水是地势较高处植物吸收水分的主要给源。类型 20土 粒 毛管 悬着 水示 意图 21 在形态上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 当含水量达到田持时，若继续供水，并不能使该土体的持水量再增大，而只能进一步湿 润下层土壤。田间持水量是确定灌水量的重要依据。 影响因素：质地、有机质含量、结构、松紧状况等 水分常数 田间持水量(田持)：是指毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量 22当土壤含水量降低到一定程度时，较粗毛管中悬着水的连续状态出现断裂，蒸发速率明 显降低，此时土壤含水量称为毛管水断裂量。大约相当于该土壤田
9、间持水量的 75左右。 （生长阻碍含水量） 毛管水断裂量 水分常数 23毛管持水量：毛管上升水的最大含量 毛管上升水（与地下水有关） 借助于毛管力由地下水上升进入上层土体的水 毛管水上升高度： 从地下水面到毛管上升水所能到达的绝对高度 水分常数 24土 粒 毛管 上升 水示 意图 地下水位 253、重力水 特点：临时存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中的水分，与土壤养分的淋失有关；往往因水 分过多，土壤空气不足，造成内涝，反而有害于作物生长（多余水） 定义：土壤中不被土壤保持而受重力支配向下流动的水，称为重力水机制：重力（0.08 105 Pa ） 水分常数 全持水量或饱和持水量： 土壤全部孔隙都充
10、满水时的土壤含水量 26 27上述各种水分类型，彼此密切交错联结，相互转化，很难严格划分 对于不同质地的土壤上述各种不同形态水的数值是不等的。请认真比较它们的大小 注 意 28土壤 A 砂土 10%土壤 B 粘土 15%1907 年美土壤物理学家，白金汉，毛管势 1920 年美土壤物理学家，加德纳，土壤水分势 1950 年之后长足进步 1979 年我国起步 第二节 土壤水的能态 29以水分本身的能量变化来研究水分在土壤中 保持、运动以及大气、植物、土壤中水的关系 等一系列水分问题 水分能量观点: 土壤水具有自由能： 张力、应力、渗透压、吉氏自由能、土水势、水吸力 土壤水由自由能高状态向自由能降
11、低的状态运动 30一、土水势及其分势 土壤 A 砂土 10%土壤 B 粘土 15%水流向何方？ 标注土水势的优点 31 32 33(3) 重力势 g 由重力作用产生的水势。如果土壤水在参照面之上，则重力势为正，反之，重力势为 负。(4) 压力势 p标准状态水的压力为 1 个大气压，但在土壤中的水所受到的压力，在局部地方就不一 定为 1 个大气压。如果土壤中有水柱或水层，就有一定的静水压；悬浮于水中的物质也会产生一定的荷载压。若存在上述状况则 p 为正值。 34总水势：t=m+p+s+g 请注意：在不同的情况下，土壤总水势的各分势组成是不同的。切记 35土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情况下
12、所处的能态，简称吸力，但并不是指土壤 对水的吸力。T-m 如何用水吸力和水势判断水分运动的方向？请回答。绝对正值 二、土壤水吸力一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与m 相等，但符号相反。 36三、土壤水势的定量测定 张力计法土水势的标准单位：帕（Pa） 1Pa=0.0102 厘米水柱 1atm=1033 厘米水柱=1.0133bar 1bar=0.9896atm=1020 厘米水柱 371、张力计法（负压计或湿度计） ，测定水不饱和土壤的基质势或基质吸力。 382、压力膜法：根据土壤在不同压力下排水的原理测定，可测水吸力 120bar。39土水势多用帕（Pa）表示，但常用水柱高的对数值表示，称为
13、 pF 值。pF 值即能反应土壤 水吸力能量大小，又能表示出各种水分常数以及土壤水吸力与含水量的关系。kPa 与 pF 值的换算关系见表 51。40表 51 kPa 与 pF 值的换算关系kPakPa 水柱高度水柱高度（cmcm） pFpF 值值 kPakPa 水柱高度水柱高度（cmcm） pFpF 值值 0.10.11 10 01520152015849158494.24.21 110101 13141314121623216234.54.510101001002 210133101331000001000005 551515015012.72.71013251013251000000100
14、00006 6101101100010003 31013250101325010000000100000007 71013101310000100004 441pF 值=4.5最大吸湿量 pF 值=4.2萎蔫含水量 pF 值=3.8最大分子持水量 pF 值=3.0作物生长阻滞含水量 pF 值=2.7田间持水量 pF 值=1.6最大毛管持水量 42四、土壤水分特征曲线： 指土壤水分含量与土壤水吸力的关系曲线 43 0 10 20 30 40 50 60 70土 壤 水 吸 力 黏土 壤土 砂土 土壤含水量 44 45水分特征曲线的用途： 第四，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
15、特征曲线是必不可少的 重要参数。 首先，可利用它进行土壤水吸力 S 和含水率之间的换算(图 3.7)。 其次，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。 第三，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。 46土壤有效水(available soil water)：在田间持水量（1-2 万帕）到永久萎蔫系数（150 万帕） 之间保留在土壤中的水分。 土壤水吸力大于 150 万帕的土壤水对植物来说是无效水。 植物吸水：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需水量的 10%。 五、土壤 水的有效性 4
16、7土壤萎蔫系数： （wilting point) 作物叶片发生永久萎蔫时的土壤含水量，也叫永久萎蔫点。 48q=-kdh/dxq 为单位时间通过单位断面水的容积dh/dx 水压梯度 “-”表示水流方向k 为导水率，即单位压力梯度下水的流量k 主要受孔径大小影响 ，影响孔径大小的因素有质地、结构、阳离子种类。生产中 要求土壤保持适当的饱和 k。若 k 值过小，造成透水通气差，还原有害物质易在土壤中积 累，造成地表径流；若 k 值过大，造成漏水漏肥现象。 491、垂直向下的饱和流发生在雨后或稻田灌水以后。3、垂直向上的饱和流发生在地下水位较高的地区；因不合理灌溉抬高地下水位，引起垂直向上的饱和流，这 是造成土壤返盐的重
