土壤水分類型及有效性ppt課件

1、第六章第六章 土壤水土壤水1；.第一節(jié)第一節(jié) 土壤水分的類型及有效性土壤水分的類型及有效性一、土壤水的重要性：一、土壤水的重要性： 所有的水只有進入土壤轉化為土壤水，才能被植物吸收利用。土壤水是作所有的水只有進入土壤轉化為土壤水，才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的最主要來源。物吸水的最主要來源。 土壤水是土壤的最重要組成部分之一。土壤水是土壤的最重要組成部分之一。 土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑；土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑； 土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實際上是指在土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實際上是指在105溫度下從土溫度下從土壤中驅逐出來的水。壤中驅逐出來的水。2；

2、.1、吸濕水、吸濕水(hydroscopic water) 干土從空氣中吸著水汽所保持的水，稱為吸濕水。干土從空氣中吸著水汽所保持的水，稱為吸濕水。又稱為緊束縛水，屬于無效水分。又稱為緊束縛水，屬于無效水分。2、膜狀水（薄膜水）、膜狀水（薄膜水） ( membraneous water) 指由土壤顆粒表面吸附所保持的水指由土壤顆粒表面吸附所保持的水層，層，膜狀水的最大值叫最大分子持水量。薄膜水對植物生長發(fā)育來說屬于弱有效膜狀水的最大值叫最大分子持水量。薄膜水對植物生長發(fā)育來說屬于弱有效水分，又稱為松束縛水分。水分，又稱為松束縛水分。二、土壤水分的類型和性質二、土壤水分的類型和性質水汽水汽土壤膜

3、狀水膜狀水3；.膜膜狀狀水水示示意意圖圖土粒膜狀水4；.3、毛管水、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤中毛管孔隙所產生的毛管引力所保毛管水是靠土壤中毛管孔隙所產生的毛管引力所保持的水分，稱為毛管水。毛管水是土壤中最寶貴的水分。持的水分，稱為毛管水。毛管水是土壤中最寶貴的水分。 毛管水又可以分為兩種類型。毛管水又可以分為兩種類型。5；. 毛管懸著水毛管懸著水(capillary supporting water) 土體中土體中與地下水位無聯(lián)系的毛管水稱毛管懸著水。與地下水位無聯(lián)系的毛管水稱毛管懸著水。 毛管支持水（毛管上升水）毛管支持水（毛管上升水） (capillary

4、suspending water) 土體中與地下水位有聯(lián)系的毛土體中與地下水位有聯(lián)系的毛管水稱毛管支持水。管水稱毛管支持水。地下水位高地下水位高地下水位地下水位低低6；.水沿水沿著毛著毛管上管上升升毛管作用力范圍：毛管作用力范圍： 0.1-1mm有明顯的毛管作用有明顯的毛管作用0.05-0.1mm 毛管作用較強毛管作用較強 0.05-0.005mm 毛管作用最強毛管作用最強0.001mm 毛管作用消失毛管作用消失7；.土土 粒粒地下水位毛管毛管懸著懸著水示水示意圖意圖8；.土土 粒粒毛管毛管上升上升水示水示意圖意圖地下水位地下水位9；.土壤毛管水從地下水吸取水分的示意圖.自地下水面向上供水的毛

5、管水的網(wǎng).充水的粗毛管供水土粒細毛管排除毛管水的大孔隙束縛水占的孔隙充水的大孔隙10；.*毛管水上升高度從地下水面到毛管上升誰所能達到的相對高度，叫毛管水上升高度。從地下水面到毛管上升誰所能達到的相對高度，叫毛管水上升高度。 h水柱高度（cm)，d孔隙直徑（mm）11；.土壤質地土壤質地 毛管水上升高度毛管水上升高度 土壤質地土壤質地 毛管水上升高度毛管水上升高度 砂砂 土土 1.0 中壤土，重壤中壤土，重壤土土 2.0 砂壤土，輕壤砂壤土，輕壤土土 1.5 1.5 粘粘 土土 1.0 不同土壤質地毛管水上升高度不同土壤質地毛管水上升高

6、度12；.4、重力水、重力水(gravitational water) 又稱多余水，是指土壤中充滯于充氣孔隙中的水分。存在于土壤中的又稱多余水，是指土壤中充滯于充氣孔隙中的水分。存在于土壤中的時間短，很快會因為重力作用而滲入或流出。時間短，很快會因為重力作用而滲入或流出。13；.三、土壤水分含量的表示方法三、土壤水分含量的表示方法（一）質量含水量（一）質量含水量（ m）100221WWWn（二）容積含水量（二）容積含水量（ v） V= m （三）相對含水量（三）相對含水量（%） 土壤相對含水量土壤含水量田間持水量14；.（三）土壤貯水量（三）土壤貯水量 2、水方（、水方（ m3）wDV10/公

7、頃方V方方/畝畝2/3Dw1、水深（、水深（DW） DW= Vh 或或Dhwini,10011mm15；.（一）土壤水分常數(shù)（一）土壤水分常數(shù)(soil moisture constant) 在一定條件下的土壤特征性含水量稱土壤水分常數(shù)。在一定條件下的土壤特征性含水量稱土壤水分常數(shù)。吸濕系數(shù)吸濕系數(shù)(hygroscopic coefficient) 最大吸濕水量最大吸濕水量凋萎系數(shù)凋萎系數(shù)(wilting coefficient) 萎蔫含水量又稱穩(wěn)定凋萎含水量。植物因缺水萎蔫含水量又稱穩(wěn)定凋萎含水量。植物因缺水凋萎并不能復原時的土壤含水量，又稱萎蔫含水量。凋萎并不能復原時的土壤含水量，又稱萎蔫

8、含水量。四、土壤水分常數(shù)及土壤水分有效性四、土壤水分常數(shù)及土壤水分有效性 16；.田間持水量(field capacity) *： 毛管懸著水達到最大值時的土壤含水量稱為田間持水量，通常作為灌溉水量定額的最高指標。 在數(shù)量上它包括吸濕水、膜狀水和毛管懸著水。 飽和含水量飽和含水量(saturated water content) 飽和含水量是指土壤中孔隙都充滿飽和含水量是指土壤中孔隙都充滿水時的含水量。以干土質量或容積的百分量表示。水時的含水量。以干土質量或容積的百分量表示。17；.（二）土壤水的有效性（二）土壤水的有效性(availability) 土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用

9、及其難易程度。土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其難易程度。 不能被植物吸收利用的水稱為無效水不能被植物吸收利用的水稱為無效水,能被植物吸收利用的水稱為能被植物吸收利用的水稱為有效水有效水。 最大有效水含量是凋萎系數(shù)至田間持水量的水分。最大有效水含量是凋萎系數(shù)至田間持水量的水分。18；.土壤水分在上限（田間持水量）和下限（凋萎系數(shù)）之間同等有效。在上述范圍內隨土壤水分減少而降低。傳統(tǒng)的土壤水分有效范圍19；. 土壤質地土壤質地 土壤質地的影響主要是由土壤的表面積和孔隙系統(tǒng)的性質引土壤質地的影響主要是由土壤的表面積和孔隙系統(tǒng)的性質引起的。起的。 土壤結構土壤結構 團聚體土壤孔隙度大，含

10、水量高，持水孔隙發(fā)達，故有效水團聚體土壤孔隙度大，含水量高，持水孔隙發(fā)達，故有效水分含量高。如團聚體發(fā)育好的東北黑土。分含量高。如團聚體發(fā)育好的東北黑土。 有機質含量有機質含量 有機質本身的持水量很大，更能促進良好土壤結構的形成，有機質本身的持水量很大，更能促進良好土壤結構的形成，所以多施有機質，可以擴大有效水范圍。所以多施有機質，可以擴大有效水范圍。20；.土壤質地土壤質地 田間持水量 萎蔫系數(shù)有效含水范圍松砂土松砂土 4.5 1.8 2.7 砂壤土砂壤土 12.0 6.6 5.4 中壤土中壤土 20.7 7.8 12.9輕粘土輕粘土 23.8 17.4 6.421；.類類 型型 持水當量持

11、水當量 萎蔫含水量萎蔫含水量 有效含水范圍有效含水范圍 壤壤 土土 20.0 20.0 7.1 7.1 13.13.ll 泥泥 炭炭 166 166 82.3 82.3 83.7 83.71/21/2壤土壤土1/21/2泥炭泥炭 31 31 14.5 14.5 16.5 16.54/54/5壤土十壤土十1/51/5泥炭泥炭 21.6 21.6 8.5 8.5 13. 13.l l 返回22；.第二節(jié)第二節(jié) 土壤水的能態(tài)土壤水的能態(tài)土壤土壤A砂土砂土10%土壤土壤B粘土粘土15%23；. 土水勢是在標準大氣壓下，極小單位水量從一個平衡的土一水系統(tǒng)可土水勢是在標準大氣壓下，極小單位水量從一個平衡的

12、土一水系統(tǒng)可逆地移到和它溫度相同，處于參比狀態(tài)水池時所做的功。逆地移到和它溫度相同，處于參比狀態(tài)水池時所做的功。 一、土水勢概念一、土水勢概念土作功水24；. 滲透勢滲透勢s 滲透勢又稱溶質勢，負值。土壤溶質濃度越高，溶質勢越低。滲透勢又稱溶質勢，負值。土壤溶質濃度越高，溶質勢越低。溶質勢只有對半透膜的水分運動起作用。溶質勢只有對半透膜的水分運動起作用。二、土水勢的組成二、土水勢的組成 基質勢基質勢m負值，當土壤飽和時最大負值，當土壤飽和時最大0.土壤含水量越高，基質勢也越高。土壤含水量越高，基質勢也越高。25；.壓力勢壓力勢p正值。只有當土壤水分飽和時才有壓力勢在不飽和土壤中壓正值。只有當土

13、壤水分飽和時才有壓力勢在不飽和土壤中壓力勢為力勢為0.飽和土層越深，壓力勢越高。飽和土層越深，壓力勢越高。 p= wghV 重力勢重力勢g g重力勢（重力勢（ g）是指由重力作用而引起的土水勢變化。）是指由重力作用而引起的土水勢變化。 任何時任何時候重力勢都存在。高于參比面時為正，反之為負，參比面處重力勢為候重力勢都存在。高于參比面時為正，反之為負，參比面處重力勢為0.26；.總水勢：總水勢： t= m+ p+ s+ g 27；.土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)，簡稱吸力，土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)，簡稱吸力，但并不是指土壤對水的吸力。但并不是指土

14、壤對水的吸力。T T - - m m 如何用水吸力和水勢判斷水分運動的方向？請回如何用水吸力和水勢判斷水分運動的方向？請回答。答。絕對正值絕對正值三、土壤水吸力三、土壤水吸力* * * * 一般談及的吸力是指基質吸力，其值與一般談及的吸力是指基質吸力，其值與 m相等，但符號相反。相等，但符號相反。28；.四、土壤水勢的定量測定四、土壤水勢的定量測定土水勢的標準單位：帕土水勢的標準單位：帕（Pa） 1 Pa=0.0102厘米水柱厘米水柱 1 atm=1033厘米水柱厘米水柱=1.0133bar 1 bar=0.9896atm=1020厘米水柱厘米水柱 1 bar=100000 Pa29；.一般只

15、能測定一般只能測定8 8萬帕以下的萬帕以下的土壤水吸力。土壤水吸力。30；.五、土壤水分特征曲線五、土壤水分特征曲線* * * *：指土壤水分含量與土壤水吸力的關系曲線。目前尚無法從理論上推導出土壤含水率與土壤水吸力或基質勢之間小關系，只能用實驗方法獲得水分特征曲線。 S=ab S=a(/s)b S=A(s-)n/m31；.0 10 20 30 40 50 60 70土土壤壤水水吸吸力力黏土黏土壤土壤土砂土砂土土壤含水量土壤含水量%影響因素影響因素質地質地結構結構溫度溫度滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象32；.機理：滯后現(xiàn)象沙土比粘土明顯33；.水分特征曲線的用途：水分特征曲線的用途：第四，應用數(shù)學物理方法對

16、土壤中的水運動進行定量分析時，水分特征曲線是必第四，應用數(shù)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(shù)。不可少的重要參數(shù)。首先，可利用它進行土壤水吸力首先，可利用它進行土壤水吸力S和含水率和含水率 之間的換算之間的換算(圖圖3.7)。其次，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。其次，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。第三，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。第三，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。34；.第三節(jié)第三節(jié) 土壤水分運動土壤水分運動土壤水流動土壤水流動水分蒸發(fā)水分蒸發(fā)水

17、分入滲水分入滲水分再分配水分再分配35；.一、飽和流一、飽和流 (Saturated Soil Water Flow) 飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度，基本上服從飽和狀態(tài)下多孔介飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度，基本上服從飽和狀態(tài)下多孔介質的達西定律質的達西定律(Darcys law) *單位時間內通過單位面積土壤的水量，土壤水通量與土水勢梯度成正比。單位時間內通過單位面積土壤的水量，土壤水通量與土水勢梯度成正比。 qKHLs 36；.37；. 土壤所有的孔隙都充滿了水時，水分向土壤下層或橫向運動的速度。土壤所有的孔隙都充滿了水時，水分向土壤下層或橫向運動的速度。飽和流導

18、水率飽和流導水率(Saturated hydraulic conductivity)飽和導水率的特點飽和導水率的特點 飽和率是常數(shù)飽和率是常數(shù) 是土壤導水率的是土壤導水率的MAX 主要取決于土壤的質地主要取決于土壤的質地 和結構。和結構。 沙質土沙質土 壤質土壤質土 粘質土粘質土影響飽和導水率的因素影響飽和導水率的因素 質地質地 水通量與孔隙半徑水通量與孔隙半徑4次方呈次方呈正比。正比。結構結構 土壤結皮對土壤飽和導水率土壤結皮對土壤飽和導水率有顯著的影響。有顯著的影響。有機質含量。有機質含量。粘土礦物種類。粘土礦物種類。38；.二、土壤非飽和流二、土壤非飽和流* （unsaturted so

19、il water flaw) 土壤非飽和流的推動力主要是基質勢梯度和重力勢梯度。它也可用達西定律土壤非飽和流的推動力主要是基質勢梯度和重力勢梯度。它也可用達西定律來描述，對一維垂向非飽和流，其表達式為：來描述，對一維垂向非飽和流，其表達式為：qKddxm ()39；.非飽和流導水率非飽和流導水率(unsaturated hydrolic conductivity)(unsaturated hydrolic conductivity)土壤水吸力和導水率之間的關系土壤水吸力和導水率之間的關系 40；. 飽和條件下的總水勢梯度可用差分形式，而非包和條件下則飽和條件下的總水勢梯度可用差分形式，而非包和

20、條件下則用微分形式；用微分形式； 飽和條件下的土壤導水率飽和條件下的土壤導水率Ks對特定土壤為一常數(shù)，而非飽對特定土壤為一常數(shù)，而非飽和導水率是土壤含水量或基質勢（和導水率是土壤含水量或基質勢（ m）的函數(shù)。）的函數(shù)。 非飽和條件下土壤水流的數(shù)學表達式與飽和條件下的類似，二者非飽和條件下土壤水流的數(shù)學表達式與飽和條件下的類似，二者的區(qū)別在于：的區(qū)別在于：41；.三、土壤水氣運動三、土壤水氣運動土壤氣態(tài)水的運動表現(xiàn)為土壤氣態(tài)水的運動表現(xiàn)為水汽擴散和水汽凝結兩種現(xiàn)象水汽擴散和水汽凝結兩種現(xiàn)象水汽擴散運動的推動力是水汽壓梯度，主要由土水勢梯度或水水汽擴散運動的推動力是水汽壓梯度，主要由土水勢梯度或水

21、吸力梯度和溫度梯度引起。吸力梯度和溫度梯度引起。42；.1、“夜潮夜潮”現(xiàn)象現(xiàn)象多出現(xiàn)于地下水埋深度較淺的多出現(xiàn)于地下水埋深度較淺的“夜潮地夜潮地”。43；.2、“凍后聚墑”現(xiàn)象*冬季表土凍結，水汽壓降低，而凍層以下土層的水汽壓較高，于是下層水汽不斷向凍層集聚、凍結、使凍層不斷加厚，其含水量有所增加，這就是“凍后聚墑”現(xiàn)象。 “凍后聚墑”的多少，主要決定于該土壤的含水量和凍結的強度。含水量高凍結強度大，“凍后聚墑”就比較明顯。一般對土壤上層增水作用為24左右 。44；.第四節(jié)第四節(jié) 土壤水分平衡土壤水分平衡一、土壤水分的來源一、土壤水分的來源 土壤水分土壤水分大氣降水大氣降水灌溉水地下水上升和

22、大氣中水汽的凝結也是土壤水分的來源。地下水上升和大氣中水汽的凝結也是土壤水分的來源。45；.二、土壤水分的消耗二、土壤水分的消耗 滲漏、側向徑流和下滲徑流滲漏、側向徑流和下滲徑流46；.二、土壤水分的消耗二、土壤水分的消耗 滲漏、側向徑流和下滲徑流滲漏、側向徑流和下滲徑流地下水河流河流47；.土壤蒸發(fā)土壤水汽進入大氣的過程。土壤蒸發(fā)土壤水汽進入大氣的過程。植物蒸騰植物蒸騰48；.三、土壤植物大氣連續(xù)體(SPAC) (Soil-plant-atmosphere continuum) 由水勢引起水由土壤進入植物體，再向大氣擴散的體系。沙漠植物在200800萬帕時仍能生存。49；.50；.四、土壤水分在土壤肥力中的四、土壤水分在土壤肥力中的作用作用 土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，它一方面直接供給植物吸收利用；土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，它一方面直接供給植物吸收利用；另一方面又影響土壤的其它性狀和肥力因素。另一方面又影響土壤的其它性狀和肥力因素。51；. 土壤水分影響土壤的養(yǎng)分狀況土壤水分影響土壤的養(yǎng)分狀況 土壤水分影響土壤的通氣狀況土壤水分影響土壤的通氣狀況 土壤水分影響土壤的熱量狀況土壤水分影響土壤的熱量狀況 土壤水分影響微生物和活動土壤水分影