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1、第三章 土壤水,生物与农业工程学院,土壤水分的重要性,土壤水=土壤溶液土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，它一方面直接供给植物吸收利用；另一方面又影响土壤的其它性状和肥力因素。,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,土壤水分对土壤肥力的影响 土壤水分影响土壤的养分状况 土壤水分影响土壤的通气状况 土壤水分影响土壤的热量状况 土壤水分影响微生物活动 土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性,土壤水分的重要性,主要内容,一、土
2、壤水的类型划分及土壤水分含量的测定 二、土壤水的能态 三、田间土壤水分平衡,第一节 土壤水的类型划分及土壤水分含量的测定,一、土壤水分类型及其有效性 二、土壤水分含量的表示方法 三、土壤水分含量的测定,土壤水,固态水 冬季土壤结冰时存在,液态水,气态水 存在于土壤空气中,受土粒分子引力,吸湿水,膜状水,受毛管力作用,毛管悬着水,毛管上升水,受重力作用,重力水,地下水,一、土壤水的类型及其有效性,土壤水形态类型示意图,一、土壤水的类型及其有效性,-土壤水类型的划分与土壤水的研究方法有关。-土壤水的研究方法有：能量法和数量法。这里介绍基于数量法对土壤水类型的划分。,1、土壤水分类型划分吸湿水膜状水
3、毛管水重力水,数量法,一、土壤水分类型及有效性,1.土壤吸湿水,干燥土粒从空气（土壤和大气）中吸附的气态水称为土壤吸湿水。,土壤吸湿水特点,吸湿水受到束缚力很大，31-10000个大气压，植物吸水15-16大气压，不能被植物利用。 土壤吸湿水在105下可烘出来。 土壤吸湿水受质地、相对湿度等因素影响。,粘土的吸湿水大于壤土，壤土大于沙土。空气相对湿度愈大，吸湿水含量愈大。,空气相对湿度,吸湿水示意图,吸湿系数 烘干土从相对湿度接近饱和的空气中吸收水汽的最大量与烘干土重的百分比。 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。 吸湿系数大小主要与土壤的比表面积（
4、单位质量土粒的表面积总和）及有机质含量有关。比表面积大（颗粒细）的土壤，含有机质丰富的土壤，吸湿系数大。,土壤水分常数,土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。,2.土壤膜状水,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。膜状水对植物生长发育来说属于弱有效水分，又称为松束缚水分。,膜 状 水 示 意 图,土粒,膜状水,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。 部分有效 膜状水的内层水，植物根无法吸收利用，为无效水。膜状水的外层水，植物可以吸收利用，但数量极为有限。,土壤膜状水特点,膜状水移动示意
5、图,土壤水分常数,由于不同植物的耐旱能力各不相同，所以一般用盆栽向日葵作为直接测定凋萎系数的植物。 有时用吸湿系数乘1.34可间接求算。, 影响因素：土壤质地、植物种类、气候等。, 凋萎系数是植物可以利用的土壤有效水含量的下限。,不同质地土壤的凋萎系数(%),3.土壤毛管水,依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水称为毛管水。毛管水包括毛管悬着水和毛管上升水。,毛管力计算（单位为达因/cm2）(达因:质量为1g的物 体产生1cm/s的加速度所需要的力)： P（毛管力）=2T（表面张力）/R（毛管半径） 土壤质地粘，毛管半径小，毛管力大。 当孔径粘土沙土,土壤质地对有效水范围的影响,2)土壤结构,团粒
6、结构土壤孔隙度大，含水量高，毛管孔隙发达，因此有效水含量高，如团聚体发育好的东北黑土。,3)土壤有机质,有机质本身的持水量很大，更能促进良好土壤结构的形成，多施有机物质，可以扩大有效水范围。 有机质能增强土壤的渗透性，有利于土壤接受降雨，可增加土壤的实际含水量。,有机质对有效水范围的影响,4)土壤层次,由于不同土层的结构，有机质含量和土壤结构等不相同，所以有效水含量范围有较大差异，一般是表层土壤有效水含量高于下层。,东北黑土不同土层的有效含水范围,土壤墒情,在北方，土壤水分状况称为墒情。 一般分为汪水，黑墒，黄墒，潮干土和干土。 汪水：土壤含水量在田间持水量以上。 黑墒：土壤含水量为田间持水量
7、的75%以上。 黄墒：土壤含水量为田间持水量的50%75%。 潮干土：土壤含水量在田间持水量的50%以下。 干土：土壤含水量在萎蔫系数以下。,四、 土壤含水量的测定方法,1 烘干法 2 电阻法 3 中子法 4 TDR法,1. 烘干法,标准方法：使用最普遍 将田间采回的土样放到烘箱中，在105条件下烘干至恒重（6-8小时）；也可用红外线烘干法，微波炉烘干法，酒精燃烧法。 测定结果为土壤质量含水量。,2. 电阻法,电极放在石膏、尼龙或玻璃纤维制成的传感器中，然后将传感器埋入土壤，传感器的多孔体吸水达到平衡，读取电阻数。 利用已校订的土壤含水量与所测电阻关系，求算土壤含水量。,3. 中子法,将快中子
8、源和慢中子探测器放在埋入土壤的封闭套管中。快中子源放射出快中子，这些中子与土壤水中的氢核碰撞后，失去部分能量而变成慢中子。通过慢中子探测器测出慢中子数量，并经标定公式求出土壤水含量。 方法比较精确，但只能测定深层土壤水分，并且在有机质含量变化大的土壤中精度会受到影响。,4. TDR法,TDR是time-domain-reflectometry 的缩写，中文叫时域反射仪。 上个世纪80年代发展起来的，可测定土壤的容积含水量和土壤含盐量。,第二节 土壤水的能态,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？,土水势是土壤中不同部位水的能量相对水平比较，是一种衡量土
9、壤水能量的指标。土水势是在标准大气压下从在指定高度的纯水水体中移动无穷小量的水到土壤水分中去，每单位数量的纯水所需做功的数量。,一、土水势概念,土,作功,水,二 土壤水势组成,基质势 溶质势 压力势 重力势,1）基质势,在水分不饱和情况下，土壤水吸力和毛管力对水作用产生的水势，基质势为负值。 土壤含水量越高，基质势越高（绝对值越小），土壤水达到完全饱和时，基质势接近0。,2）溶质势,由于土壤水中溶解的溶质而引起土水势的变化，也称为渗透势，一般溶质势为负值 。 土壤水中溶解的溶质愈多，溶质势愈低。 溶质势只有在土壤水运动或传输过程中存在半透膜时才起作用，一般土壤中不存在半透膜，可忽略不计。,3）
10、压力势,土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生土水势的变化。愈深土层中的水，所受的压力愈大，压力势为正值。 在土壤水分不饱和时，压力势为零。,4）重力势,由于重力作用而引起的土水势的变化。所有土壤水都受到重力作用，重力势一般为正值。 重力势相当于使一定数量的水，由一个参照点的水位抬高到一定高度所作的功。高度愈高则重力势的正值愈大，反之亦然。,土壤(总)水势=基质势+溶质势+压力势+重力势t=m +s +p +g,在不同的情况下，土壤总水势的各分势组成是不同的。 土壤水饱和状态下 （不考虑半透膜的存在） t = p + g 土壤水不饱和情况下t = m + g,三 土壤总水势,土壤水吸力是指土壤水
11、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。,绝对正值,四、 土壤水吸力,一般，土壤水吸力是指基质吸力，其值与m相等，但符号相反。,基质势和溶质势一般为负值，将基质势和溶质势的相反数（正数）定义为土壤水吸力（S），也可分别称为基质吸力和溶质吸力。,如何用水吸力和水势判断水分运动的方向？,土壤水吸力可用于判明土壤水的流向，土壤水总是从土壤水吸力低处向土壤水吸力高处流动。 对一定土壤而言，土壤水吸力越大，表明含水量越低；水吸力越小，含水量越高；土壤水达到饱和时，水吸力接近0。,五、 土水势的测定,土水势的标准单位：帕（Pa） 1 Pa=0.0102厘米水柱1 atm=1033厘米水柱=1.0133bar1 bar=0.9896atm=1020厘米水柱1 bar=100000 Pa,一般只能测定8万帕以下的土壤水吸力。,
